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

торых определяется своя величина Ncp. Составленная таким способом гистограмма зависимости интенсивности отказов от времени показана на рис. 7. Она имеет три характерных З'частка. Первый участок (0—^і) с повышенной интенсив­ ностью отказов соответствует периоду приработки, когда из строя выходят изделия, имеющие явные производствен-

значением, чем соответствует периоду нормальной эксплуа­ тации изделий. Именно в этот период изделия могут ис­ пользоваться наиболее целесообразно. Последний участок t>t2 соответствует периоду износа и старения изделий. Он характеризуется увеличением интенсивности отказов.

Анализируя зависимость K*(t), важно отметить, что на первых двух участках отказы, в основном, внезапные, а на последнем, в основном, постепенные. Каждый тип отказов характеризуется своим статическим распределением вероят­ ностей, а следовательно, и методом математического анали­ за.

Приработка готовых изделий состоит в том, что их включают в предварительную работу на определенное вре­ мя в условиях, близких к эксплуатационным. Изделия, ко­ торые не выдерживают таких испытаний, отбраковываются. Нередко осуществляют и приработку элементов и узлов,

22

из которых монтируется радиоэлектронная аппаратура, для чего включают их в работу на определенное время, и толь­ ко выдержавшие такие испытания элементы используются для сборки.

Время приработки у разных типов изделий не одинако­

мер, лампы приемно-усилительного типа имеют время при­ работки 100—300 часов. Период приработки для каждого типа изделия определяется экспериментально. Он зависит и от технической отработки изделия — чем больше опыт производства изделия данного типа, тем меньше может оказаться время его приработки.

Приработка позволяет выявлять и отбраковывать дефект­ ные изделия. При правильной организации производства она включается в производственный цикл и должна осу­ ществляться изготовителем, а не потребителем изделия. Приработка совершенно необходима, например, для изде­ лий, используемых в системах кратковременного (однора­ зового) действия, в которых требуется особенно высокая надежность.

Для второго участка функции X*(t) характерно постоян­ ное (вернее, почти постоянное) число отказов в единицу времени. Отказы на этом участке объясняются также нали­ чием дефектов изделий, но, однако, таких, которые не явны по своей природе и не обнаруживаются обычными метода­ ми контроля качества. Как упоминалось в первой главе, фи­ зическая природа таких отказов заключается во внезапной концентрации нагрузок на слабом участке элемента изде­ лия. Причинами скрытых дефектов у однотипных изделий являются различные случайные факторы, среди которых может и не быть решающего фактора, в наибольшей степе­ ни влияющего на отказ. Случайными факторами могут ока­ заться изменения качества применяемого материала, нару­ шения в точности сборки изделия, отклонения в технологи­ ческих процессах обработки материала, величине усадки, температуре обжига и пр. Постоянство величины интенсив­ ности отказов в период нормальной эксплуатации свойст­ венно изделию, процесс производства которого установил­ ся и имеет отработанные нормальные технологические цик­ лы. Если процесс производства еще не установился или,

23

если при создании изделия его конструкция и технология

стика наших недостаточных знаний качеств применяемых материалов. С усовершенствованием методов контроля ка­ чества вероятность возникновения внезапных отказов долж­ на уменьшаться.

Величина À на участке нормальной эксплуатации при­ нимается за характеристику надежности изделия. Чем мень­ ше численное значение К, тем выше надежность изделия. Период нормальной эксплуатации у разных типов изделия не одинаков. Чем больше срок, в течение которого интен­ сивность отказов имеет постоянное значение, тем больше гарантийный срок эксплуатации изделия.

|— Период —I

нормальной эксплуатации

Рис. 8. Функция «нтеноивиости отказов в период нормальной эксплуатации практи­ чески может отклоняться от постоянного значения

Не следует, однако, полагать, что второй участок Л-ха- рактеристики у всех технологически отработанных изделий обязательно имеет постоянство интенсивности отказов. Практически здесь возможны отклонения, что, например, показано на рис. 8. Поэтому постулирование зависимости À-=const в период нормальной эксплуатации следует оце­ нивать как общую закономерность и приемлемую аппрок­ симацию.

Износ и старение изделия (третий участок Я*-характе- ристики) определяются необратимыми физико-химическими

24

процессами в его материале. Изменения в материале накап­ ливаются постепенно и это приводит к постепенным отка­ зам. Однако на участке износа и старения могут возникать и внезапные отказы, природа которых такая же, как и на втором участке Л-характеристики. Следовательно, на пос­ леднем участке этой характеристики физическая природа отказа может оказаться сложной и не всегда явной. Тем не менее, именно на последнем участке постепенные отказы встречаются чаще, чем внезапные.

Интенсивность отказов как функция времени опреде­ ляется свойствами материалов изделия, качеством изготов­ ления, степенью контроля параметров изделия и рядом дру­ гих факторов. Кроме, того, интенсивность отказов является функцией режима и условий эксплуатации изделия (рис.9).

Рис. 9. Интенсивность отказов зависит от режима работы изделия: / — номинальный режим; 2 — нагруженный режим; 3 — облег­ ченный режим

Нагруженный режим (например, работа при повышенной температуре) увеличивает интенсивность отказов, облегчен­ ный—уменьшает. Эта зависимость проявляется на всех участках ^-характеристики. Более жесткий режим испыта­ ний, например, позволяет сократить период приработки из­ делия, менее жесткий — увеличивает период нормальной работы и т. д.

При проведении испытаний зависимость А*(£) имеет дискретный характер. Результаты испытаний могут исполь­ зоваться для оценки надежности таких изделий, которые после отказа не ремонтируются.

25

Интенсивность отказов некоторых изделий (например, выключателей, реле и пр.) целесообразно оценивать не за час работы, а в циклах работы за определенное время.

Среднее время безотказной работы. Надежность изде­ лий можно характеризовать средним временем безотказной

работы Т в часах.

При экспериментальном определении среднего времени безотказной работы числа N0 однотипных изделий испыта­ ния ведут до выхода из строя всех изделий, регистрируя время наработки Г,- до первого отказа каждого 1-го по сче­ ту изделия. Среднее время Т* для данного типа изделия рассчитывают как среднее арифметическое значение всех величин ТІ

No

вить) или полностью заменить, условие испытания на на­

Формула (2^5) по внешнему виду не отличается от (2-1) для определения частоты отказов. Однако, если при опре­ делении a*(t) число исправных изделий со временем умень­ шается, то при определении co*(f) число изделий при ис­ пытаниях все время постоянно. При этом время, которое затрачивается на ремонт и замену изделий, при подсчете по формуле (2-5) не учитывается. Такие условия существуют в сложной системе, где вышедшие из строя элементы заме­ няются и система после ремонта продолжает работать.

Формулами (2-1), (2-2), (2-4) и (2-5) пользуются при статистическом определении параметров надежности из-

26

делий по результатам экспериментальных испытаний. Точ­ ность вычислений по этим формулам зависит от числа N опытов (измерений, испытуемых изделий) и возрастает с увеличением N. Теория вероятностей не позволяет опреде­ лить абсолютную величину надежности единичного экземп­ ляра изделия. Она указывает лишь возможные пределы ве­ личины надежности при условии, что они могут подтверж­ даться испытаниями сравнительно большого числа одно­ типных изделий в одинаковых условиях. Огепень точности упомянутых формул при заданном числе N определяют ме­ тодами математической статистики.

При теоретическом анализе параметров надежности, на­ пример, при аппроксимации результатов статистических ис­ пытаний некоторым теоретическим распределением полу­ ченных величин, частоту и интенсивность отказов, а также среднее время безотказной работы представляют в виде непрерывных функций.

Предполагая непрерывность функции частоты отказов a(t), покажем, что формула (2-1), представленная в диффе­ ренциальном виде, выражает производные функций отка­ зов и надежность. С этой целью число вышедших из строя изделий п за промежуток времени At в этой формуле пред­ ставим как разность значений функций отказов в конце и

27