4.4.      Расчет надежности с учетом режимов работы элементов (окончательный расчет)

Окончательный расчет надежности изделия выполняется тогда, когда известны реальные режимы работы элементов после испытания в лабораторных условиях макетов и основных узлов изделия или после тщательного расчета схемы.

Элементы изделия находятся обычно в различных режимах работы, сильно отличающихся от номинальных. Это влияет на надежность как изделия в целом, так и отдельных его составляющих частей. Выполнение окончательного расчета надежности возможно только при наличии данных о коэффициентах нагрузки отдельных элементов и при наличии графиков зависимости интенсивности отказов элементов от их электрической нагрузки, температуры окружающей среды и других факторов. То есть для окончательного расчета необходимо знать зависимости:

Эти зависимости приводятся в виде графиков либо их можно рассчитать с помощью поправочных коэффициентов интенсивности отказов  позволяющих учесть влияние различных факторов на надежность изделия.

Для определения надежности изделия необходимо знать:

· число элементов с разбивкой их по типам и режимам работы;

· зависимости интенсивности отказов элементов (lI) от электрического режима работы и заданных внешних условий;

· структуру системы.

В общем случае li зависит от следующих воздействующих факторов:

· электрического режима работы данного элемента;

· окружающей температуры;

· вибрационных воздействий;

· механических ударов;

· линейных ускорений;

· влажности окружающего воздуха;

· воздействия воды;

· воздействия биологических факторов (грибок, плесень, насекомые);

· атмосферного давления;

· реактивного облучения и ряда других возможных факторов.

Знание зависимости интенсивности отказов (lI) от воздействующих факторов является необходимым для правильного использования элементов с целью получения заданной вероятности исправной работы за время t.

Наиболее существенными воздействующими факторами являются:

1) окружающая температура и скорость ее изменения;

2) электрическая нагрузка;

3) механические перегрузки, вызванные вибрациями, ударами и линейными ускорениями.

При разработке и изготовлении элементов обычно предусматриваются определенные, так называемые «нормативные» условия работы:

· температура (+2510) оС;

· номинальный электрический режим;

· относительная влажность воздуха (6020) %;

· отсутствие механических перегрузок и т.д.

Интенсивность отказов элементов в номинальном режиме эксплуатации называется номинальной интенсивностью отказов .

Интенсивность отказов элементов при эксплуатации в реальных условиях () равна номинальной интенсивности отказов (), умноженной поправочные коэффициенты ( и ). Поправочный коэффициент интенсивности отказов

учитывает тип воздействия, главным образом, механические перегрузки и относительную влажность окружающего воздуха.

Окончательно расчет надежности применяется на этапе технического проектирования изделия. Он обычно возможен тогда, когда на изделие заполнена так называемая ведомость (карта) режимов работы элементов. Этот расчет ведется по известным характеристикам надежности деталей, узлов, блоков, механизмов, приборов и т.п., входящих в изделие. Как правило, при расчете изделие расчленяется на отдельные конструктивно самостоятельные части путем деления системы на приборы, приборов на крупные узлы и блоки, блоков и крупных узлов на более мелкие узлы и т.д. При этом расчет проводится последовательно от простого к сложному.

Например, при расчете надежности системы следует определить вначале количественные характеристики отдельных приборов по известным количественным характеристикам их узлов и деталей, затем вычислить количественные характеристики системы по рассчитанным количественным характеристикам отдельных приборов.

Будем называть каждое устройство, имеющее количественную характеристику надежности, элементом расчета надежности. Тогда элементами расчета надежности могут быть детали (резистор, конденсатор, электровакуумный прибор и так далее), узлы (электронный усилитель, триггерная ячейка), блоки (приемник, передатчик), приборы (вычислительный, счетно-решающий) и даже системы, если вычисляется надежность комплекса систем.

При расчетах полезно применять интервальную оценку характеристик надежности. При этом интенсивности отказов элементов рассматриваются как случайные величины, взятые из нормальной генеральной совокупности. Тогда при доверительной вероятности  верхний  и нижний  доверительные пределы  находятся из равенств:

;                                                (4.6)

                                               (4.7)

где  – средняя вероятность безотказной работы, определяемая по средним значениям интенсивности отказов элементов;  – среднее квадратическое отклонение;  – квантиль для верхнего доверительного предела нормального распределения;  – квантиль для нижнего доверительного предела.

При  имеем:

.

Среднее квадратическое отклонение равно:

.                                                (4.8)

Здесь , где  –  коэффициент вариации .

Аналогично находятся доверительные пределы и для других характеристик надежности.

Методика расчета надежности, как правило, включают в себя следующие моменты:

1) определение типа элемента и его характеристики;

2) выбор метода расчета с последующим подбором определенных монограмм, таблиц, графиков или поправочных коэффициентов;

3) определение электрических нагрузок и влияния внешней среды на каждый элемент;

4) определение по соответствующей таблице или графику интенсивности отказов каждого элемента;

5) суммирование всех интенсивностей отказов для определения интенсивности отказов всего изделия.

При практическом определении интенсивности отказов изделия данные об интенсивностях отказов отдельных элементов рекомендуется заносить в определенном порядке в так называемые рабочие таблицы.