Файл: Князев А.Д. Элементы теории надежности радиоэлектронной аппаратуры учеб. пособие.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 25.07.2024

Просмотров: 91

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Учитывая указанные вероятности, рассмотрим различ­ ные случаи постоянного резервирования соединением двух однотипных элементов.

Пусть однотипные и равнонадежные элементы, каждый из которых обладает надежностью по обрывам и короткому замыканию соответственно Лібр и Pit 3 , соединены по элек­ трической схеме параллельно (рис. 35,а). Для отказов типа

Оснобной

элемент

ГГЛ

РезерЗ

а)

Рис. 35. Схема надежности для параллельного электрического сое­ динения элементов

обрыв схема надежности также параллельная (рис. 35,6), поскольку при отказе одного из элементов цепь между точ­ ками АБ остается работоспособной. Для отказа типа к.з. резервирования нет и схема надежности является последо­

вательной (рис. 35,в), когда отказ

одного элемента

нару­

шает работоспособность всей

цепи

элементов. Более

того,

з параллельной электрической

схеме вероятность

отказа

типа к.з. снижает общую надежность цепи, поскольку до­ статочно выйти из строя только одному из двух равнонадежных элементов.

По признаку отказа типа обрыв в параллельной элек­ трической схеме (параллельная схема надежности рис. 35,6)

в соответствии с формулой

(4-3)

надежность цепи

р

--1

_ п

р \2

'

падал— 1

H

' обр) •

 

иор

 

 

По признаку отказа типа к.з. в параллельной электричес­ кой схеме (последовательная схема надежности рис. 35,<?) надежность цепи

р

 

_ D 2

 

паралл ' кз '

Следовательно, общая

КЗ

надежность двух элементов, сое­

диненных в целях резервирования по электрической схеме параллельно,

Р паРал — Рпарал

РпаРал — [ 1 (1

РоРрУ] ' Р\ 3 ~ (%Робр

Р\бр) Р\ з

oûp

кз

 

(4-12)

 

 

 

70

Рассмотрим теперь последовательную электрическую схему соединений из двух однотипных и равнонадежных элементоз (рис. Зб,а). Для отказов типа обрыв такая цепь не обладает резервом и, следовательно, ее схема надежно­ сти может быть представлена последовательным соедине­ нием (рис. 36,6). Для отказов типа к.з. в цепи обеспечено резервирование и, следовательно, ее схема надежности па-

Оснобной

 

 

 

зявмвнт Резерб

L-гт-уп-'

 

і—| 1

г - г г т - г т н — f

в

R

а)

Ö)

 

3)

Рис. 36. Схема надежности для последовательного электрического соеди­ нения элементов

раллельная (рис. 36,#), поскольку отказ одного элемента не нарушает работоспособность цепи.

По признаку отказа типа обрыв в последовательной электрической схеме надежность цепи

Р1 — Р2

гпослед — 'обр' обр '

По признаку отказа типа к.з. в последовательной элек­ трической схеме надежность цепи

Р Псолед — 1 О

Рк з ) 2 -

К 3

Следовательно, общая надежность двух элементов, сое­ диненных в целях резервирования по электрической схеме последовательно.

Рпослед ~ РпоследРпослед —- Р\бп W

Р* з^\—=(2Рк э

P\ßn "

обр

КЗ

 

(4-13)

 

 

 

Сравнивая между собой схемы резервирования (рис. 35,а и 36,а), можно сделать вывод, что если у каждого из эле­ ментов

>PoSp,

то электрическая схема соединения должна быть параллель­ ной и, если у каждого из элементов

К 3,

то электрическая схема соединения должна быть последо­ вательной.

71

Таким образом, для правильного выбора схемы резерви­ рования необходимо знать величины Рк 3 и Р0бр элементов. Метод их определения покажем на следующем примере.

Пусть при испытаниях партии некоторого типа элемен­ тов на надежность в течение 1000 часов была установлена

их интенсивность отказов

К—1-10~5

чае , причем 80% слу­

чаев их выхода из строя

определялись

коротким

замыка­

нием и 20% обрывом.

Чтобы

найти

величины

Ркз И

Р0бр этих элементов, отметим, что общая величина

интен-

сивности отказов, очевидно, складывается из двух

состав-

ляющих

 

 

 

 

 

 

 

В рассматриваемом

случае соотношение

между

этими

составляющими как 80 : 20. Поэтому

 

 

 

 

А-к з — 0,8 • Ю- 5

 

 

 

 

л.о б р =0,2-10-5

 

 

 

 

 

Следовательно,

 

 

 

 

 

 

 

Рк з ^ 1 —

 

а - 0 , 8 - 1 0 - 5 - 1 0 3 = 0 , 9 9 2

 

и

 

 

 

 

 

 

 

обр ' : 1 _ l o 6

p t =

1 - 0,2

• 10"5

• 103

=

0,99 8.

 

Из формул (4-12)

и

(4-13) легко видеть, что если

Ркз— Робр, то ни одна

из

простых

схем

резервирования

(рис. 35,а и рис. 36,а) не имеет

смысла,

поскольку

их на­

дежность ниже надежности одного элемента РЭл- Для того чтобы надежность этих схем была бы выше РЭл> необходи­ мы определенные зависимости между Р к 3 и Р0бр элемента.

Так для параллельного соединения элементов должно соблюдаться условие

(2Р0бр — Р2обр)Р2к з>Рэл-

Поскольку РЭ л=РкзРобр, то, следовательно, в этом слу­

чае не должно нарушаться неравенство

 

Р к з > Т ^ '

(4-14Ï

 

72

причем, чем больше это неравенство, тем более высокую надежность можно реализовать при параллельной схеме ре­ зервирования.

Рассуждая аналогично в отношении последовательной

схемы

резервирования, можно

заключить,

что

для нее не

должно нарушаться неравенство

 

 

 

 

Р о б Р >

^ -

^ ,

 

(4-15)

причем

л

г к э

быть

возможно

также и это неравенство

должно

больше, чтобы повысить эффект резервирования.

Описанные схемы резервирования обеспечивают дубли­ рование элементов. Однако не представляет труда распро­ странить такой же метод анализа и на случай многократно­ го резервирования однотипными элементами. Примером мо­ жет служить параллельное соединение нескольких резисто­ ров, величины сопротивлений которых выбираются так, чтобы сумма их проводимостей равнялась требуемой вели­ чине. Число резисторов выбирается таким, чтобы перегора­ ние (обрыв) одного из резисторов (отказы типа к.з. у ре­ зисторов практически отсутствуют) изменяло общую вели­ чину сопротивления в пределах установленного допуска, т. е. чтобы схема при этом оставалась работоспособной.

При выборе метода, режима и схемы поэлементного резервирования необходимо учитывать конкрентные усло­ вия работы радиоэлектронного устройства. Так, например, важным фактором может явиться необходимость профилак­ тического контроля работоспособности устройства, посколь­ ку увеличение числа элементов из-за резервирования ус­ ложняет контроль и увеличивает как продолжительность профилактики, так и затраты на обслуживание. Особенно усложняется контроль при раздельном резервировании эле­ ментов. Например, в самолетной аппаратуре, как правило, ограниченной габаритами, общее дублирование ответствен­ ного блока позволяет проверить перед полетом исправность основного и резервного блоков за сравнительно короткое время. При раздельном дублировании элементов того же блока проверить исправность элементов перед каждым по­ летом практически невозможно. Поэтому поэлементное дублирование оказывается здесь нецелесообразным, несмот­ ря на очевидный выигрыш в надежности.

Касаясь вопроса резервирования систем одноразового и многократного действия, отметим, что подход к резервиро-

73

ванию здесь может быть различным. В первых системах резервируются те элементы, узлы и блоки, которые опреде­ ляют кратковременную живучесть системы. Во-вторых, важ­ на не только кратковременная, но и долговременная живу­ честь и здесь резервирование может оказаться особо эф­ фективным, если осуществляется восстановление отказав­ ших элементов и обеспечивается тщательная профилактика отказов. В таких системах применение резерва с восстанов­ лением может обеспечить высокую надежность работы в те­ чение весьма длительного времени.

В заключение отметим, что резервирование, несмотря на большую эффективность в повышении надежности, на прак­ тике почти всегда сталкивается с факторами, ограничиваю­ щими целесообразность его применения. Неизбежное уве­ личение веса и объема устройства, повышение стоимости изготовления и эксплуатации, усложнение контроля работо­ способности устройства и профилактики его отказов и ряд других факторов заставляют при конструировании радио­ электронной аппаратуры тщательно взвешивать все преиму­ щества и недостатки резервирования при выборе необхо­ димого решения. Большие перспективы перед резервирова­ нием открываются в новых направлениях микроминиатю­ ризации аппаратуры. Однако в этих направлениях много своих технических проблем, которые еще ждут решения.

Г л а в а 5

НАДЕЖНОСТЬ ТИПОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УСЛОВИЙ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

Типовые элементы — резисторы, конденсаторы, транзис­ торы, электровакуумные и полупроводниковые приборы, реле, трансформаторы и пр. — являются полуфабрикатами для изготовления различной радиоэлектронной аппаратуры. Надежность сложных устройств прежде всего определяется надежностью типовых элементов.

Типовые элементы выпускаются специализированными предприятиями как серийная и массовая продукция. Номи­ нальная величина их надежности зависит от свойств и ка­ чества материалов, технологии производства и ряда других факторов. Для многих типовых элементов теперь известен параметр À, который указывается в справочных материалах или в ТУ на элементы. Параметры постепенных отказов ти­ повых элементов, т. е. пределы изменения их электрических характеристик из-за старения и износа в функции време­ ни, в ТУ не указываются, что объясняется сложностью оп­ ределения таких данных.

Применение типовых элементов в аппаратуре допустимо лишь при соблюдении определенных правил, основные из которых проверены практикой. Важнейшим правилом яв­ ляется обеспечение соответствия между требованиями ТУ на элементы и на аппаратуру. Требования ТУ на элементы должны выполняться при любых условиях применения эле­ ментов при их хранении, монтаже и эксплуатации. Не долж­ ны допускаться ситуации, при которых нагрузки на элемен­ ты превосходят нормы ТУ на них. Возможные отклонения от норм ТУ, если это необходимо по каким-либо причинам, должны быть согласованы с предприятием-изготовителем элемента, чтобы гарантировать определенную величину на­ дежности последнего.

75

Смотрите также файлы