МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

 

Алматинский институт энергетики и связи

 

 

 

 

 

 

 

 

С.В.Коньшин, В.В. Артюхин, Н.Н. Гладышева

 

 

 

РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ РАДИОПЕРЕДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ

 

 

 

 

 

 

Учебное пособие

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2005

 

 

ББК 32.848

К64

Коньшин С.В., Артюхин В.В., Гладышева Н.Н. Расчет показателей надежности радиопередающих устройств: Учебное пособие. – Алматы: АИЭС, 2005. – 75 с.

 

 

 

 

Учебное пособие посвящено определению основных показателей надежности радиопередающих устройств и необходимо для более глубокого изучения как радиотехнических систем в целом, так и радиопередающих устройств в частности. В учебном пособии, помимо описания основных положений общей теории надежности, анализируются существующие математические методы, используемые при выводе расчетных соотношений для определения показателей надежности, рассмотрены основные методики расчета показателей надежности электронного модуля первого уровня, резервируемых и нерезервируемых, восстанавливаемых и невосстанавливаемых устройств. Приведены основные справочные данные, необходимые для выполнения расчетов.

Учебное пособие предназначено для студентов радиотехнических специальностей направления 380000 – Радиоэлектроника и телекоммуникации всех форм обучения и для студентов, обучающихся в бакалавриате по специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации.

Табл. 30,  ил. 16,  библиогр. – 10 назв.

 

 

 

РЕЦЕНЗЕНТ: доцент, к.ф.-м.н. Хачикян В.С., КАУ

 

          Печатается по дополнительному плану издания Министерства образования и науки Республики Казахстан на 2005г.

 

 

 

 

 

ISBN 9965-708-40-1

 

 

                                ©Алматинский институт энергетики и связи, 2005г.

 

 

 

Введение

 

Настоящее учебное пособие по расчету надежности радиопередающих устройств содержит основные указания по расчету количественных показателей надежности при проектировании радиопередающих устройств и в определенной мере может быть использовано при проектировании любой радиоаппаратуры.

Проблема надежности радиоэлектронной аппаратуры, в том числе и радиопередатчиков, в последние годы приобретает все более важное  значение, так как возрастает ответственность выполняемых ими функций. В некоторых случаях выход из строя передатчика крайне нежелателен, например передатчиков телевизионного или звукового вещания, а иногда просто недопустим из-за тяжелых или даже катастрофических последствий, например аппаратура взлетно-посадочных, радиолокационных или радионавигационных систем летательных аппаратов, аварийные радиостанции морских и воздушных судов, передающие буи спутниковой системы определения местоположения объектов, потерпевших аварию, передатчики спутников и др.

С другой стороны, недостаточная надежность радиотехнических систем может привести к неоправданным экономическим затратам при их использовании, например радиорелейная линия с большим числом ретрансляций, и при низкой надежности аппаратуры экономически нецелесообразна.

Поэтому надежность любого радиотехнического устройства, в том числе и радиопередатчика, должна определяться качеством его разработки, обеспечиваться в процессе изготовления и поддерживаться во время эксплуатации.

Цель расчета показателей надежности на этапе проектирования состоит в следующем: оценить принципиальную возможность обеспечения заданных требований по надежности, выбрать вариант схемно-конструктивного построения радиопередатчика, в наибольшей степени удовлетворяющий заданным требованиям, выявить составные части радиопередатчика, обладающие наименьшей надежностью и разработать мероприятия по повышению их надежности.

 

 1 Общие сведения о надежности радиопередающих устройств

 

1.1 Основные определения и количественные характеристики надежности радиопередающих устройств

Надежность – это свойство радиопередатчика сохранять во времени, в установленных пределах, значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции.

Безотказность – это свойство радиопередатчика непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени работы, называемого наработкой.

Долговечность – это свойство сохранения работоспособности, но с учетом технического обслуживания, профилактик и ремонтов до назначенного технического ресурса, когда восстановление параметров и характеристик радиопередатчика становится нецелесообразным.

           Ремонтопригодность – это свойство приспособленности передатчика к предупреждению, обнаружению отказов и устранению их последствий путем проведения ремонтов и технического обслуживания.

Отказом является событие, заключающееся в нарушении работоспособности, то есть отклонении основных параметров от допустимых пределов.

Неисправность – это несоответствие хотя бы одного из требований как для основных, так и второстепенных параметров, которое не приводит к отказу.

Вероятность безотказной работы  [ Р(t)]   означает вероятность того, что в пределах заданной продолжительности времени, в определенных условиях эксплуатации не возникнет отказа.

Интенсивность отказов [ λi(t) ] – это условная плотность вероятности возникновения отказа невосстанавливаемых изделий (резисторов, конденсаторов, транзисторов и т.п.) за определенное время. Интенсивность отказов имеет три характерные области: период приработки, период нормальной работы и период износа.

Среднее время безотказной работы  [Tср ]  является количественной оценкой надежности невосстанавливаемых изделий до отказа каждого изделия и усреднением.

Наработка на отказ [To ]  означает среднее время нормальной работы восстанавливаемого изделия между соседними отказами.

Вероятность восстановления    [ Рв(t) ] характеризуется ремонтопригодностью изделия в течение заданного времени.

Среднее время восстановления [Tв ] – это время, затрачиваемое на обнаружение места отказа, выявление его причины и устранение последствий отказа.

Коэффициент готовности [ Кг ]  – это вероятность того, что в произвольно выбранный момент радиопередатчик будет работоспособным, исключая планируемые периоды , когда аппаратура используется не по назначению.

Вероятность отказа   [ Ро(t)]  означает вероятность того, что в пределах заданной продолжительности времени, в определенных условиях эксплуатации  возникнет отказ.

Коэффициент сохранения эффективности [ Кэф ] – это математическое ожидание заданного выходного эффекта за определенный интервал времени.

1.2 Общие положения и рекомендации для выбора метода расчета показателей надежности

Методы расчета показателей надежности определяются следующими факторами:

- наличием структурной, функциональной или временной избыточности, то есть резервируемое изделие или нерезервируемое;

- возможностью восстановления (восстанавливаемые изделия или невосстанавливаемые);

-  в свою очередь восстанавливаемые изделия различаются на восстанавливаемые непосредственно после отказа и восстанавливаемые периодически, при техническом обслуживании. Существуют также изделия со смешанным восстановлением, часть элементов восстанавливается непосредственно после отказа, а часть – периодически.

Сложные функциональные структуры радиопередатчиков должны разукрупнятся, при этом минимальным уровнем разукрупнения и, следовательно, минимальной единицей расчета надежности является электронный модуль первого уровня (ЭМ1). При этом обычно передатчик разделяют на основные функционально и конструктивно самостоятельные блоки (возбудитель, усилитель мощности, модулятор и т. п.) и рассчитывают отдельно надежность каждого блока, а затем и всего передатчика. Разделение передатчика на блоки позволяет отдельно определить показатели надежности каждого блока и на этапе разработки выявить наиболее слабые в отношении надежности блоки передатчика. Это дает возможность принять соответствующие меры, чтобы показатели надежности отдельных блоков не были существенно различными. Логические схемы расчета надежности могут иметь и более сложную, разветвленную структуру. В данном случае анализ проводится методами теории графов. Более подробно данные вопросы рассматриваются в [2].

Расчет показателей надежности радиопередатчика для любого уровня разукрупнения рекомендуется производить в следующей последовательности:

- определение формулировки критерия отказа из условия обеспечения нормального функционирования;

- составление структурной схемы надежности (ССН);

- расчет показателей надежности составных частей радиопередатчика (элементов ССН);

- расчет показателей надежности изделия в целом.

1.3 Основные нормы и требования к показателям надежности для разрабатываемых радиопередатчиков

 

Радиовещательные передатчики СВ – КВ диапазона с выходной мощностью от 30 до 1200 кВт: наработка на отказ не менее 3000 час.

Радиовещательные передатчики  УКВ - ЧМ диапазона с выходной мощностью от 0,1 до 15 кВт: наработка на отказ не менее 2500 час.

Передатчики магистральной связи с выходной мощностью от 1 до 100 кВт (ламповые): наработка на отказ не менее 3000 час.

Передатчики магистральной связи  с выходной мощностью от 1 до 50 кВт (полупроводниковые): наработка на отказ не менее 3500 час.

Передатчики низовой связи  (полупроводниковые): наработка на отказ не менее 3000 час.

Передатчики низовой связи  (на микросхемах и микросборках): наработка на отказ не менее 6000 час.

Телевизионные передатчики всех диапазонов: сохранение основных параметров в заданных пределах без подстроек и регулировок при работе до 20 часов в сутки, в течение:

- 1 – 2  кВт не менее 100 суток;

- 4 – 25  кВт не менее 75 суток;

- 40 – 50  кВт не менее 50 суток;

- наработка на отказ не менее  1000 – 2000 час.

Перерывы в работе расцениваются как отказ, если имело место:

- выключение телевизионного передатчика (отсутствие излучения на рабочей частоте) на время более 5с;

- снижение выходной мощности более чем на 30%;

- нарушение нормальной работы продолжительностью более 1 мин, не приводящее к полному пропаданию передачи, но делающее ее малопригодной для нормального восприятия передаваемой информации (сильный фон, большие искажения, многократные кратковременные выключения и т. д.).

1.4 Влияние различных факторов на надежность и возможные пути повышения надежности радиопередатчиков

Факторы, снижающие надежность:

- изменение температуры, влажности, давления;

- осадки;

- механические нагрузки, удары, вибрация, ускорение;

- радиация;

- химические процессы (окисление);

- биологические факторы (грибки, плесень);

- старение, износ элементов;

- переходные процессы;

- ненадежные элементы;

- ненормальные режимы работы;

- недостатки структурных, принципиальных схем, конструкции;

- нарушение технологии изготовления, низкая культура производства;

- нарушение правил эксплуатации;

- низкое качество техобслуживания;

- небрежное обращение.

Факторы, повышающие надежность:

- выбор надежных элементов;

- облегчение рабочих режимов;

- оптимизация схем и конструкции;

- резервирование;

- стабилизация условий эксплуатации (герметизация, экранирование, амортизация, теплозащита);

- заводские испытания и тренировка;

- организация техобслуживания и профилактик;

- прогнозирование отказов;

- автоконтроль параметров;

- ремонтопригодность и технологичность;

- организация системы ремонта.

Необходимый уровень надежности оценивается значением вероятности безотказной работы Р(t) ≥ 0,9. При этом фактическая надежность будет иметь примерное значение Р(t) ≥ 0,85. Значение вероятности безотказной работы Р(t) ≤ 0,85 будет свидетельствовать о низкой надежности аппаратуры.

Повышение надежности радиопередатчиков всегда сопровождается увеличением затрат средств и рабочего времени на стадиях разработки и производства, тогда как эксплуатационные расходы обычно снижаются. Поэтому существует некоторая оптимальная надежность, при которой общие затраты на разработку, производство и эксплуатацию оказываются минимальными. В связи с этим требования к показателям надежности на стадии проектирования должны быть достаточно четко обоснованы  с учетом как технических, так и экономических аспектов этой проблемы.

Анализ причин отказов эксплуатируемых радиопередатчиков позволяет выявить наиболее слабые в отношении надежности блоки и узлы передатчика и на основе этого выбрать правильные направления повышения надежности при разработке новых передатчиков. В таблице 1 приведены процентные соотношения отказов отдельных блоков и систем некоторых связных и вещательных передатчиков, а также усредненные значения их наработки на отказ. Большинство эксплуатируемых в настоящее время передатчиков обеспечивает наработку на отказ То = (200 – 500)час., а лучшие образцы до 2000час. Подобные результаты не удовлетворяют современным требованиям  надежности, и в ближайшем будущем передатчики должны будут обеспечивать наработку на отказ до 10000час.[1].

 

 

 

Таблица 1

Назначение

РП

Р вых

кВт

Диапазон

ОК

ГВВ

У

В

Ч

Возбу

дитель

Модуля

тор

Сист пит.

У

Б

С

А

П

Ч

К

И

А

Прочие.

 

То,

час

Радиовещательные

150

ДВ-СВ

11

6

4

12

27

20

9

-

11

1500*

Радиовещательные

250

КВ

31

22

9

8

12

4

4

-

10

300

Телевизионные

50

МВ1

8

14

8

12

5

13

-

31

9

250*

Телевизионные

50

МВ3

13

14

5

10

8

9

-

34

7

500*

Радиосвязные

15

КВ

17

8

34

-

13

5

14

-

9

800

Радиосвязные

2

КВ

16

11

34

-

18

5

7

-

9

1000

* - Передатчики выполнены по схеме сложения мощностей двух блоков (полукомплектов).

 

 

Надежность передатчика без резервирования определяется надежностью комплектующих элементов и их количеством. Количество элементов определяется главным образом техническими показателями передатчика (мощность, частота, вид модуляции и т. п.) и не может быть значительно уменьшено даже при самом рациональном проектировании.

Распределение отказов по основным видам элементов приведено в таблице 2. Из таблицы видно, что наибольшее число отказов возникает по вине электровакуумных приборов, реле, контакторов, РЧ- конденсаторов, тогда как относительное число элементов двух первых типов в передатчике невелико. Поэтому существенно повысить надежность радиопередатчика можно, используя более надежные элементы, например транзисторы, бесконтактные электронные схемы коммутации, микросхемы и т.п. Надежность самих элементов определяется в основном уровнем технологии промышленности, производящей элементы, условиями эксплуатации и режимом работы элементов. Например, наименее надежные элементы мощных радиопередатчиков - генераторные лампы – имеют срок службы 500..2000час. С помощью облегчения режима работы удается увеличить его в 2..3 раза (снижая коэффициент нагрузки до 0,3..0,5 и несколько понижая накал), но это приводит к необходимости использования большего числа ламп или применения ламп большей номинальной мощности.

За последние годы достигнуты определенные результаты в совершенствовании конструкций генераторных ламп, появились новые мощные транзисторы на основе арсенида-галлия, способные работать на частотах до 30ГГц, но наработанной статистики отказов по современной элементной базе пока нет. Поэтому заводы-изготовители электрорадиоэлементов рекомендуют при расчетах надежности опираться на уже имеющуюся статистику, увеличивая показатели надежности новых элементов на порядок, например, срок службы новых ламп увеличен в 3..5 раз, а безотказность в 10 раз, транзисторы, имеющие 4 цифры (2Т9119А), имеют более высокую безотказность (примерно в 10 раз) по сравнению с трехзначным обозначением транзисторов (2Т903А).

 

Таблица 2

Элемент

% общего числа

элементов

% отказов

Электровакуумные приборы

1,5

29,8

Резисторы и потенциометры

34

6,6

ВЧ- конденсаторы (в т.ч. вакуумные)

22

9,4

Трансформаторы, дроссели, индуктивности

6

5,9

Выключатели, кнопки, контакты

3

5,7

Реле, контакторы, автоматы

6,4

11,6

Полупроводниковые приборы

11

2,9

Колодки, гнезда, панели

7

3,7

Измерительные приборы

1

1,5

Электродвигатели

0,1

1,0

Прочие элементы

8

21,9

Всего

100

100

 

2 Анализ существующих математических методов, используемых при выводе расчетных соотношений для показателей надежности

 

2.1 Показатели надежности для невосстанавливаемой и восстанавливаемой аппаратуры с простой структурой

Расчетные  формулы для показателей надежности для невосстанавливаемой и восстанавливаемой аппаратуры с простой структурой, которая может быть представлена структурной схемой надежности последовательно- параллельного типа, получены с использованием методов теории однородных марковских процессов. Методика вывода расчетных соотношений состоит в следующем:

- из анализа работы принципиальной или функциональной схемы составляется структурная схема надежности (ССН);

- определяются все возможные состояния радиопередатчика;

- устанавливается критерий отказа, в соответствии с которым состояния разделяются на две группы: группа состояний работоспособности и группа состояний отказа. Из группы состояний работоспособности выделяют предотказовые состояния, то есть состояния, из которых переход в отказовое возможен при отказе любого электрорадиоэлемента и осуществляется за один переход;

- в зависимости от того, какие показатели надежности определяются, состояния отказа считаются поглощающими или непоглощающими. При определении средней наработки до первого отказа или наработки на отказ отказовые состояния считаются поглощающими. При определении коэффициента готовности отказовые состояния считаются непоглощающими;

- составляется схема переходов резервированной аппаратуры из каждого возможного состояния в другое состояние;

- на основании схемы переходов составляется система дифференциальных уравнений, каждое из которых представляет собой уравнение вероятности одного из возможных состояний;

- уравнения записываются по следующему правилу: в левой части i-го уравнения записывается производная от вероятности i-го состояния, в правой части со знаком “плюс” записываются произведения входящих в данное состояние интенсивностей отказов на вероятность j-го состояния Рj, из которых данная интенсивность исходит, со знаком “минус” записывается произведение суммы исходящих из i-го состояния интенсивностей на вероятность i-го состояния.

 

Схема переходов

                                    λ0                          λ1   λm+1                      λm

                              μ1                           μ2   μm                      μm+1

 

λi  - интенсивность перехода аппаратуры из i– го состояния в (i +1) состояние;

µi  - интенсивность перехода аппаратуры из i– го состояния в (i -1) состояние;

Для данной схемы переходов система уравнений записывается в следующем виде:

                   (2.1.1)

 

Для определения наработки на отказ отказовые состояния считаются поглощающими, то есть в дифференциальных уравнениях исключаются все члены, содержащие интенсивности выхода из отказовых состояний. Наиболее простым методом решения системы дифференциальных уравнений является решение с помощью преобразования Лапласа. Для системы уравнений (2.1.1) преобразование Лапласа имеет вид:

 

    (2.1.2)

 

При решении используются следующие соотношения для определения наработки на отказ:

   (2.1.3)

   ,             (2.1.4)

 

где В – множество состояний работоспособности;

      Рk(t) – вероятность застать аппаратуру в момент времени  t  в состоянии  k.

В результате можно записать

 

            (2.1.5)

Обозначим

,           

Тогда

.           (2.1.6)

 

Величину Тk* можно представить как преобразование Лапласа от Рk(t) при Z = 0,

            (2.1.7)

 

Величину Тk* можно определить из системы уравнений  (2.1.2),     приняв Z = 0

 

     (2.1.8)

 

При определении наработки на отказ за начальное состояние принимается предотказовое состояние, то есть считается, что при t = 0

 

  для k ≠ m  .        

 

Для определения коэффициента готовности отказовые состояния не считаются поглощающими. В стационарном режиме вероятность того, что устройство находится в каждом из возможных состояний, не зависит от времени, то есть

 

     ,        

 

при t → ∞ система дифференциальных уравнений (2.1.1) переходит в систему алгебраических уравнений

 

                (2.1.9)

 

При определении коэффициента готовности вместо одного из имеющихся в системе уравнений (2.1.9) вводится уравнение, учитывающее естественное условие – сумма вероятностей по всем возможным состояниям аппаратуры равна единице

               

 

Последовательность действий при определении коэффициента готовности: в уравнениях системы (2.1.1) правые части приравниваются нулю и вместо   Рk(t) подставляются значения

 

       ,

 

одно уравнение исключается, вместо него учитывается уравнение

 

               

 

Методом подстановки или по правилу Крамера находятся выражения для Рi , а коэффициент готовности  Кг  рассчитывается по формуле

        ,   (2.1.10)

 

где В – множество работоспособных состояний.

2.2 Показатели надежности для невосстанавливаемой и восстанавливаемой аппаратуры со сложной структурой

Для расчета показателей надежности аппаратуры со сложной структурой, которая не может быть представлена структурной схемой надежности последовательно-параллельного типа, рекомендуется использовать следующие методы:

 

- метод прямого перебора;

- метод производящих функций;

- метод разложения структуры относительно «ключевых» элементов;

- метод минимальных сечений.

2.2.1 При использовании метода прямого перебора, вероятность работоспособного состояния аппаратуры записывается в виде

 

    ,        (2.2.1)

 

где m – максимально допустимое количество отказавших элементов, соответствующих состоянию работоспособности аппаратуры;

       Rk – вероятность работоспособного состояния аппаратуры при отказе в ней k элементов

 

                             

 

 

при k = 0

,  (2.2.2)

      при k > 0

 

где N – число элементов радиоаппаратуры;

       j1 , j2 ,  …. jk – индексы  k  элементов аппаратуры, одновременный отказ которых не вызывает отказа аппаратуры.

В формулах (2.2.1), (2.2.2) показатель R может иметь смысл одного из следующих показателей:

- вероятность безотказной работы  Р(t)  за время  t  для невосстанавливаемой аппаратуры;

- коэффициент готовности  Кг  либо коэффициент оперативной готовности Ког  для восстанавливаемой аппаратуры.

После того как определено выражение для вероятности безотказной работы аппаратуры Р(t), наработка на отказ может быть определена по формуле

.         

 

В случае, если элементы аппаратуры имеют экспоненциальное распределение времени безотказной работы, показатели надежности аппаратуры записываются в виде:

- для невосстанавливаемой аппаратуры вероятность безотказной работы

      ,        (2.2.3)

где

 

       ;   (2.2.4)

 

наработка на отказ

 

   ,                                (2.2.5)

 

где

 

        k = 0

(2.2.6)

 

        k > 0;

- для восстанавливаемой аппаратуры при неограниченном восстановлении наработка на отказ определяется по формуле

 

             (2.2.7)

 

где Г – область предотказовых состояний;

       λi – интенсивность перехода аппаратуры из i  -го предотказового состояния в отказовое состояние;

       В – множество всех работоспособных состояний;

       Рi , Pj – стационарные вероятности соответствующих работоспособных состояний, определяемые по методике  для показателей надежности для восстанавливаемой аппаратуры с простой структурой, которая может быть представлена структурной схемой надежности последовательно- параллельного типа.

Среднее время восстановления определяется через значение коэффициента готовности по формуле

 

      ;    (2.2.8)

 

- для восстанавливаемой аппаратуры с периодическим  восстановлением показатели надежности определяются с учетом режима периодического обновления. Предполагается, что в промежутках  между моментами обновления в течение времени Тп  аппаратура не восстанавливается, работоспособность ее не контролируется. По истечении периода Тп   следует практически мгновенное восстановление (обновление) аппаратуры. Под практически мгновенным восстановлением понимается такое состояние, время которого не превышает допустимого перерыва в работе. Показатели надежности базируются на основе следующих соотношений:

      (2.2.9)

 

     (2.2.10)

 

где  Р(t) – общее выражение для вероятности безотказной работы.

Для аппаратуры, содержащей  n основных и  m резервных элементов     ( n + m =N), функция Р(t) имеет вид

 

    (2.2.11)

 

где  Рэ(t) –вероятность безотказной работы элемента аппаратуры.

В тех случаях, когда получение точного значения То   затруднительно,  обычно используются следующие оценки

 

  (2.2.12)

 

2.2.2 При использовании метода производящих функций предполагается использование  функций вида

 

S(x) = (px + q)N   ,                 (2.2.13)

 

где  р, q  - вероятности работоспособного состояния и отказа элемента аппаратуры соответственно;

       N – общее число элементов аппаратуры.

Имеет место следующее свойство производящей функции: при разложении S(x) по степеням  х  коэффициенты  хk имеют смысл вероятности работоспособного состояния  К из  N элементов аппаратуры. Метод производящих функций может применяться для расчета системы иерархического типа, основной функцией которых является передача сигнала от одного управляющего элемента большому числу выходных элементов. Производящая функция для простой иерархической структуры записывается в следующем виде

 

                 (2.2.14)

или

                               (2.2.15)

   

Под  работоспособным состоянием выходного элемента  понимается состояние, при котором выходной элемент нормально функционирует сам и имеет связь с управляющим элементом.

2.2.3. При использовании метода разложения структуры относительно «ключевых» элементов предполагается наличие и выбор в структуре такого элемента, относительно которого производится разложение структуры с целью сведения ее к параллельно- последовательному типу. Примером может служить «мостиковая» структура. При этом состояние работоспособности системы состоит из двух составляющих:

-  система работоспособна при нормально функционирующем «ключевом» элементе;

-  система работоспособна при отказе «ключевого» элемента.

При нормально функционирующем «ключевом» элементе вероятность состояния определяется как произведение вероятности нормального функционирования «ключевого» элемента на вероятность функционирования оставшейся части структуры (точки подключения «ключевого» элемента в структуре замкнуты «накоротко»).

При отказе «ключевого» элемента вероятность состояния определяется как произведение вероятности отказа «ключевого» элемента на вероятность нормального функционирования оставшейся части структуры (точки подключения «ключевого» элемента в структуре разомкнуты ).

Для определения вероятности нормального функционирования аппаратуры полученные вероятности складываются.

При разложении структуры относительно группы «ключевых» элементов рассматриваются все состояния элементов группы и соответствующие этим состояниям схемы соединения остальных элементов. В качестве «ключевых» обычно выбирают такие элементы, при которых схемы соединения остальных элементов аппаратуры, соответствующие различным состояниям группы «ключевых» элементов, были просты и сводились к параллельно- последовательному типу.

В аппаратуре со сложной структурой введение «ключевых» элементов проводится в несколько этапов. Если после разложения на первом этапе получившиеся схемы не являются параллельно- последовательными, вводят новые «ключевые» элементы и проводят дальнейшее разложение.

2.2.4 При использовании метода минимальных сечений имеется возможность оценить показатели надежности аппаратуры произвольного вида большой размерности. Применение метода основано на понятиях сечения и минимального сечения. Сечением принято называть любое множество  элементов, удаление которых приводит к отказу аппаратуры. Минимальным сечением называется такое сечение, при котором восстановление любого элемента переводит аппаратуру из отказового состояния в работоспособное. Расчет показателей надежности методом минимальных сечений предполагает перечисление минимальных сечений и определение  вероятности отказа по следующей формуле

где Аi – событие, состоящее в том, что все элементы минимального сечения отказали;

       М – число минимальных сечений;

       Р(АiАj), Р(АiАjАk) – вероятности совместного отказа элементов i-го и j-го минимальных сечений,   i,j и  k- го минимальных сечений и т.п.

 

                 (2.2.16)

 

где Рr – вероятность работоспособного состояния  r – го элемента  i –го минимального сечения;

       ni – число элементов i –го минимального сечения.

 

                (2.2.17)

 

где Рk – вероятность работоспособного состояния  k – го элемента  j –го минимального сечения;

       nj – число элементов j –го минимального сечения.

 

     (2.2.18)

 

где  * - знак умножения, при котором в полученном произведении во всех членах, содержащих произведения вида , выполняется операция

                            (2.2.19)

 

Аналогично определяются остальные слагаемые суммы. Нижняя оценка вероятности работоспособного состояния аппаратуры определяется как

   (2.2.20)

 

где Рi – вероятность работоспособного состояния  i – го элемента.

2.3 Показатели сохранения эффективности аппаратуры

Коэффициент сохранения эффективности выражает отношение значения показателя эффективности за определенную продолжительность эксплуатации  (Е)   к номинальному значению показателя  (Ео), вычисленному при условии, что отказы аппаратуры в течение того же периода эксплуатации не возникают. Показатель эффективности определяется как математическое ожидание выходного эффекта аппаратуры   ε(t р), допустимого к концу интервала времени  [ 0, t р ], то есть

 

Е = М[ε (t р) ]  .

 

Выходной эффект может характеризоваться числом обслуженных объектов, доходом, прибылью и тому подобное. Соответственно показатель эффективности выражает те же величины, усредненные на интервале применения. Если выходной эффект характеризуют двумя значениями: 1 – задача выполнена, 0 – задача не выполнена, то показателем эффективности является вероятность выполнения данной задачи (передача сообщения, поражение цели и т. п.). Как правило, определение Кэф начинается с решения задачи декомпозиции: Кэф аппаратуры, выполняющей некоторую задачу, рассматривается как функция коэффициентов эффективности Кэфj при выполнении аппаратурой частных вспомогательных задач

 

Кэф = F(Кэфj),  j = 1, 2, … N

 

При определении Кэфj  учитывается надежность только тех составных частей аппаратуры, которые участвуют в выполнении  j - й задачи. Коэффициент сохранения эффективности аппаратуры, в которой решение каждой задачи вносит свою независимую долю Еj  в общий выходной эффект, определяется соотношением

 

 (2.3.1)

 

где Wj – относительная эффективность  полностью исправной аппаратуры при выполнении j - й задачи.

Для аппаратуры из N независимых элементов, каждый из которых имеет свой показатель эффективности Еj , причем

 

 

коэффициент сохранения эффективности аппаратуры в целом выражается в виде

   ( 2.3.2)

 

3 Методики расчета показателей надежности

 

3.1 Методика расчета показателей надежности электронного модуля первого уровня по внезапным отказам

При расчете надежности принимаются следующие допущения:

     -        отказы элементов радиопередатчика являются событиями случайными и независимыми;

     -        отказ любого элемента приводит к отказу всего радиопередатчика;

     -        все элементы работают одновременно;

     -        интенсивность отказов не зависит от времени , то есть в течение назначенного ресурса старение элементов не учитывается.

Исходными данными для расчета являются:   

     -        принципиальная схема  рассчитываемого узла, блока или всего радиопередатчика;

     -        перечень элементов и комплектующих изделий;

     -        карты электрических и температурных режимов электрорадиоэлементов;

     -        перечень рекомендуемых электрических нагрузок для электрорадиоэлементов;

     -        значения интенсивности отказов элементов в зависимости от режимов и условий работы;

     -        коэффициент условий эксплуатации;

     -        среднее время непрерывной работы;

     -        логическая схема расчета надежности.

Располагая данной информацией, можно рассчитать надежность радиопередатчика в целом.

Расчет интенсивности отказов радиопередатчика при последовательном соединении узлов, блоков или элементов производится путем суммирования величин интенсивностей отказов всех элементов, входящих в аппаратуру по формуле

 

 ,        (3.1.1)    

 

где - интенсивность отказов  i-го элемента при заданных коэффициенте нагрузки и климатических условиях, n – количество элементов, входящих в аппаратуру.

Расчет надежности схемы производится при заданных условиях :

          -        коэффициент условий эксплуатации,       Ку   ;

          -        средняя (максимальная) температура,      t˚    ˚С  ; 

          -        среднее время непрерывной работы,       tр       час  ;

где Ку  - поправочный коэффициент условий эксплуатации, учитывающий влияние влажности, давления и механических воздействий, определяется из приложения А;

          t˚  - задается, исходя из назначения и условий работы передатчика, учитывая максимальные значения температуры из приложения Б.                                                                                                 

Расчет интенсивности отказов проводится путем заполнения граф таблицы  3.1 в следующем порядке:

          - данные о типах и количестве (N) комплектующих элементов (столбцы №№ 2, 3);

          - коэффициент нагрузки элемента (Кн), который определяется расчетным путем или экспериментально (по картам рабочих режимов), формулы для расчетов и рекомендуемые коэффициенты нагрузок приведены в приложении В (столбец № 4);

         - интенсивность отказа элемента в нормальных условиях эксплуатации (λ0), которую можно определить из справочника “Интенсивность отказов изделий электронной техники” или из приложения Г (столбец № 5);

         - поправочный коэффициент (α), учитывающий влияние максимальной рабочей температуры по техническим условиям, определяется из приложения Д;

         - интенсивность отказов N элементов данного типа (Nλi), (столбец № 6), определяемую как

 

Nλi = N * Кн * λ0 * Ку * α  (1/час.) .  (3.1.2)

 

Интенсивность отказов узла, блока или всего радиопередатчика

 

λ =  Nλi(1/час.)   .   (3.1.3)

 

Наработка на отказ или среднее время безотказной работы

 

Т =   (час.)   .   (3.1.4)

 

Вероятность безотказной работы

 

P(t) = ℮ˉ λt .     (3.1.5)

 

Таблица  3.1

№

Наименование

элементов

Кол-во

элементов

Коэф. нагрузки

Кн

λо*10

1/час

Nλi*10

1/час

1

2

3

4

5

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2 Рекомендуемые расчетные соотношения для  показателей надежности основных типовых структурных схем надежности (ССН)

Невосстанавливаемая нерезервированная аппаратура из n элементов, включенных по последовательной схеме

 

Структурная схема надежности

 

 

    Условия, при которых производится расчет:

- отказ одного элемента ССН приводит к отказу всей схемы.

Вероятность безотказной работы

 

,           (3.2.1)

 

где Рi(t) – вероятность безотказной работы  i –го элемента ССН.

Наработка на отказ

   .          (3.2.2)

 

В случае, если элементы аппаратуры имеют экспоненциальное распределение времени безотказной работы,

 

.

 

Вероятность безотказной работы

 

,          (3.2.3)

 

где λi – интенсивность отказов i –го элемента ССН.

Наработка на отказ

 

         .        (3.2.4)

 

Невосстанавливаемая резервированная аппаратура из n основных и  m  резервных элементов ( n + m = N)

Условия, при которых производится расчет:

- отказы основных и резервных элементов обнаруживаются мгновенно;

- в случаях нагруженного, облегченного или ненагруженного резерва вероятность отказа переключателя пренебрежительно мала;

- в случае нагруженного резерва интенсивности отказов всех элементов ССН одинаковые;

- в случае облегченного резерва интенсивности отказов основных элементов одинаковые, интенсивности отказов резервных элементов  также одинаковые, но имеют меньшие значения;

- в случае ненагруженного резерва интенсивности отказов основных элементов одинаковые, интенсивности отказов резервных элементов  приняты равными нулю.

 

Структурная схема надежности

 

Основные элементы

Резервные элементы

 

 

    Для нагруженного резерва вероятность безотказной работы

 

     ,        (3.2.5)

 

где С¹N- число сочетаний из «N»  по «i»;

       λ – интенсивность отказов элементов ССН.

Наработка на отказ

 

        .        (3.2.6)

 

    Для облегченного резерва вероятность безотказной работы

,                (3.2.7)

где α = λр/λ ,

      λр, λ  - интенсивности отказов элементов ССН в облегченном и нагруженном режимах.

 Наработка на отказ

        .        (3.2.8)

 

Для ненагруженного резерва

вероятность безотказной работы

 

      .          (3.2.9)

Наработка на отказ

        .        (3.2.10)

 

Невосстанавливаемая резервированная аппаратура из одного основного и  двух  резервных элементов с учетом переключателя

 

Структурная схема надежности

 

Условия, при которых производится расчет:

- отказы основных и резервных элементов обнаруживаются мгновенно;

- интенсивности отказов всех элементов ССН одинаковые;

- отказ переключателя делает невозможным подключение любого резервного элемента ССН вместо отказавшего основного.

Наработка на отказ

 

.        (3.2.11)

 

Вероятность безотказной работы

 

       ,        (3.2.12)

 

где λп – интенсивность отказов переключателя.

 

Невосстанавливаемая резервированная аппаратура, включенная по мажоритарной схеме

 

Структурная схема надежности

Условия, при которых производится расчет:

- сигналы с элементов 1 мажоритарной схемы поступают на элемент сравнения 2.

Вероятность безотказной работы

 

       ,        (3.2.13)

 

где  λ1 , λ2  – интенсивности отказов элементов ССН 1 и 2.

Наработка на отказ

 

     .     (3.2.14)

 

При последовательном включении двух мажоритарных схем, работающих по условию «2» из «3».

Вероятность безотказной работы

 

         ,        (3.2.15)

 

где  λ1 , λ2  – интенсивности отказов элементов ССН 1 и 2.

Наработка на отказ

 

      .        (3.2.16)

 

Восстанавливаемая нерезервированная аппаратура из n элементов, включенных по последовательной схеме с независимым восстановлением элементов

 

Структурная схема надежности

Условия, при которых производится расчет:

- в случае независимого восстановления при восстановлении одного элемента ССН остальные элементы остаются в нагруженном режиме.

Коэффициент готовности

 

     ,        (3.2.17)

 

где Кгi – коэффициент готовности   i – го элемента ССН.

Наработка на отказ

       ,        (3.2.18)

 

где Тоi – наработка на отказ i – го элемента ССН.

Время  восстановления

 

  .        (3.2.19)

 

Вероятность безотказной работы

 

  .        (3.2.20)

 

Коэффициент оперативной готовности

 

    ,        (3.2.21)

 

- в случае одновременного простоя всех элементов ССН, при восстановлении любого элемента ССН остальные элементы остаются в ненагруженном режиме.

Наработка на отказ

       ,        (3.2.22)

 

где Тоi – наработка на отказ i – го элемента ССН.

Время восстановления

 

      .       (3.2.23)

 

Коэффициент готовности

       .        (3.2.24)

 

Вероятность безотказной работы  .        (3.2.25)

 

Коэффициент оперативной готовности

 

     .        (3.2.26)

 

Восстанавливаемая резервированная аппаратура из n основных и  m  резервных элементов ( n + m = N)

 

Структурная схема надежности

 

Основные элементы

Резервные элементы

 

Условия, при которых производится расчет:

- отказы основных и резервных элементов обнаруживаются мгновенно;

- восстановление неограниченное;

- среднее время восстановления всех элементов ССН одинаковое – Тbэ;

- в случаях нагруженного, облегченного или ненагруженного резерва вероятность отказа переключателя пренебрежительно мала;

- в случае нагруженного резерва интенсивности отказов всех элементов ССН одинаковые;

- в случае облегченного резерва интенсивности отказов основных элементов одинаковые, интенсивности отказов резервных элементов  также одинаковые, но имеют меньшие значения и равны αλ;

- в случае ненагруженного резерва интенсивности отказов основных элементов одинаковые, интенсивности отказов резервных элементов  приняты равными нулю;

- среднее время восстановления переключателя равно среднему времени восстановления элемента.

Для нагруженного резерва.

Наработка на отказ

 

    .        (3.2.27)

 

Среднее время восстановления

 

                                     .        (3.2.28)

 

Коэффициент готовности

 

                .        (3.2.29)

 

Вероятность безотказной работы

 

                   .        (3.2.30)

 

Коэффициент оперативной готовности

 

           .        (3.2.31)

 

 Для облегченного резерва наработка на отказ определяется по формуле

.     (3.2.32)

 

Среднее время восстановления

                    .      (3.2.33)

Коэффициент готовности

 

   .            (3.2.34)

 

Вероятность безотказной работы

 

         .        (3.2.35)

 

Коэффициент оперативной готовности

 

          .       (3.2.36)

 

Для ненагруженного резерва наработка на отказ

 

   .          (3.2.37)

 

Среднее время восстановления

 

         .        (3.2.38)

 

Коэффициент готовности

       .        (3.2.39)

 

Вероятность безотказной работы

 

        .        (3.2.40)

 

Коэффициент оперативной готовности

 

         .     (3.2.41)

 

Для нагруженного резерва при одинаковых элементах ССН с учетом надежности переключателя наработка на отказ

 

    .   (3.2.42)

 

Среднее время восстановления

 

                            .        (3.2.43)

 

Коэффициент готовности

 

.(3.2.44)

 

Вероятность безотказной работы

 

                  .        (3.2.45)

 

Коэффициент оперативной готовности

 

       .   (3.2.46)

 

Восстанавливаемая резервированная аппаратура из одного основного и  m  резервных элементов ( 1 + m = N)

 

Структурная схема надежности

Условия, при которых производится расчет:

- отказы основных и резервных элементов обнаруживаются мгновенно;

- восстановление неограниченное;

- вероятность отказа переключателя пренебрежительно мала.

Наработка на отказ

   ,    (3.2.47)

 

где  λj   – интенсивности отказов  j –го элемента ССН ( j = 1, 2, …N);

        Тbэj – среднее время восстановления  j –го элемента ССН.

Среднее время восстановления

 

                  .        (3.2.48)

Коэффициент готовности

 

        .        (3.2.49)

 

Вероятность безотказной работы

                  .        (3.2.50)

 

Коэффициент оперативной готовности

 

            .        (3.2.51)

 

Восстанавливаемая резервированная аппаратура из n основных и  m  резервных элементов ( n + m = N) с неполным контролем элементов

 

Структурная схема надежности

 

Основные элементы

Резервные элементы

 

    Условия, при которых производится расчет:

- восстановление неограниченное;

- среднее время восстановления всех элементов ССН одинаковое – Тbэ;

- резерв нагруженный;

- переключатель ненадежный и имеет интенсивность отказов λп;

- интенсивности отказов всех элементов ССН одинаковые;

- коэффициент охвата контролем основных и резервных элементов ССН одинаковый ( γ = 1 – α), то есть отказ любого элемента ССН с вероятностью α обнаруживается мгновенно, с вероятностью γ обнаружение задерживается на время, распределенное экспоненциально со средним значением tобн.

Наработка на отказ

 

.         (3.2.52)

 

Коэффициент готовности

 

                  (3.2.53)

 

где  А*i   – событие, заключающееся в отказе i – го элемента,

 

 

        tобн – среднее время обнаружения.

 

     при 0 < i ≤  m   .

 

Среднее время восстановления

 

                   .                  (3.2.54)                

Вероятность безотказной работы

 

                .                  (3.2.55)      


 

Коэффициент оперативной готовности

 

            .                  (3.2.56)

   

Для схем с неполным контролем основных и резервных элементов и идеальным переключателем наработка на отказ

 

.     (3.2.57)

 

Коэффициент готовности

 

                                     (3.2.58)

 

где  Рi   – стационарная вероятность работоспособного состояния i – го элемента.

Среднее время восстановления

 

.            (3.2.59)

 

Вероятность безотказной работы

 

        .                 (3.2.60)

 

Коэффициент оперативной готовности

 

   .        (3.2.61)

 

Восстанавливаемая резервированная аппаратура из n основных и  одного  резервного элемента ( n + 1 = N) с неполным контролем резервного элемента и учетом надежности переключателя

 

 

Структурная схема надежности

Условия, при которых производится расчет:

- интенсивности отказов основных элементов одинаковые, интенсивность отказа резервного элемента равна αλ;

- при 0 ‹ α ‹ 1 резерв облегченный, при α = 1 резерв нагруженный, восстановление неограниченное, среднее время восстановления всех элементов ССН одинаковое;

- отказ основных элементов обнаруживается мгновенно, отказ резервного элемента с вероятностью 1 – γ обнаруживается мгновенно, а с вероятностью γ обнаружение задерживается на время, распределенное экспоненциально со средним значением tобн.;

- влияние переключателя учитывается с вероятностью Рп  успешного переключения на резерв, с вероятностью ( 1 – Рп) при отказе основного элемента резервный элемент не подключается – имеет место отказ аппаратуры продолжительностью  Тbэ  « 1/nλ.   

Коэффициент оперативной готовности

 

            .        (3.2.62)

 

Наработка на отказ

 

     .        (3.2.63)

 

Коэффициент готовности

 

                    .        (3.2.64)

 

Среднее время восстановления

 

                       (3.2.65)

 

где ;       

 

             ;

        

       ;

 

       .

 

Вероятность безотказной работы

                 .                  (3.2.66)

 

Периодически восстанавливаемая резервированная аппаратура из n основных и  m  резервных элементов ( n + m = N)

Условия, при которых производится расчет:

- интенсивности отказов основных и резервных элементов ССН одинаковые;

- резерв нагруженный;

- вероятность отказа переключателя пренебрежительно мала;

- обновление аппаратуры производится периодически с интервалом Тп  в специально отведенное время.

    Для аппаратуры, при отказе которой на интервале времени Тп  восстановление не производится до конца интервала (до момента очередного обслуживания).

 

Структурная схема надежности

 

 

 

 

Основные элементы

Резервные элементы

 

Наработка на отказ

 

    .  (3.2.67)

 

Коэффициент готовности

 

   .        (3.2.68)

 

Среднее время восстановления

 

                                .        (3.2.69)

 

Вероятность безотказной работы

 

. (3.2.70)

 

Коэффициент оперативной готовности

 

  .    (3.2.71)

 

Для аппаратуры, при отказе которой на интервале времени Тп  восстановление  производится немедленно.

Наработка на отказ

 

          .   (3.2.72)

 

Коэффициент готовности

 

            (3.2.73)      

 

где  Тв* - среднее время восстановления аппаратуры.

Среднее время восстановления

 

  .          (3.2.74)

 

Вероятность безотказной работы

 

.        (3.2.75)

 

Коэффициент оперативной готовности

 

   (3.2.76)

 

где К = , К1 =  - целые части соответствующих чисел.

 

Резервированная аппаратура из n основных и  m  резервных элементов ( n + m = N) со смешанным восстановлением

 

Структурная схема надежности

 

Основные элементы

                      1                            2                                    n 

                  1                             2                                    m

Резервные элементы

 

Условия, при которых производится расчет:

-       резерв нагруженный;

-       все элементы ССН одинаковые;

-       вероятность отказа переключателя пренебрежительно мала;

-       каждый элемент ССН состоит из двух частей: первая часть имеет интенсивность отказов λ1  и периодическое восстановление в специально отведенное время с периодом Тп, вторая часть восстанавливается непосредственно после отказа, имеет интенсивность отказов λ2 и среднее время восстановления Тв2.

Наработка на отказ

 

 .   (3.2.77)

 

Коэффициент готовности

 

.    (3.2.78)

 

Среднее время восстановления

 

. (3.2.79)

 

Вероятность безотказной работы

 

                   .   (3.2.80)

Коэффициент оперативной готовности

 

    .        (3.2.81)

 

Невосстанавливаемая аппаратура, имеющая одноярусную иерархическую структуру

 

Структурная схема надежности

Условия, при которых производится расчет:

- общее число элементов первого яруса (выходных каскадов) r1;

- элементы одинаковые и после отказа не восстанавливаются;

- допускается отказ не более m выходных элементов.

Вероятность безотказной работы

 

        .        (3.2.82)

 

Наработка на отказ

         .        (3.2.83)

 

В случае, если элементы аппаратуры имеют экспоненциальное распределение времени безотказной работы, показатели надежности аппаратуры записываются в виде.

Вероятность безотказной работы

 

         .        (3.2.84)

 

Наработка на отказ

 

             (3.2.85)

   

где λу – интенсивность отказов управляющего элемента ( 0 яруса);

       λ – суммарная интенсивность отказов выходных элементов;

       Р1(t) – вероятность безотказной работы выходного элемента.

 

Невосстанавливаемая аппаратура, имеющая двухъярусную иерархическую структуру

Условия, при которых производится расчет:

- общее число элементов второго яруса (выходных каскадов) r1* r2;

- элементы одного яруса одинаковые и после отказа не восстанавливаются;

- допускается отказ не более m выходных элементов.

Вероятность безотказной работы

 

              (3.2.86)

 

где r1 – число элементов первого яруса;

      r2 – число элементов второго яруса, связанных с одним элементом первого яруса;

           Р1(t) – вероятность безотказной работы элемента i-го яруса и его линии связи ( i = 1,2).

 

Структурная схема надежности

В случае, если элементы аппаратуры имеют экспоненциальное распределение времени безотказной работы, показатели надежности аппаратуры записываются в виде:

-        вероятность безотказной работы

 

     ;        (3.2.87)

 

-        наработка на отказ

(3.2.88)

    

где λi – суммарная интенсивность отказов элемента i-го яруса и его линии связи ( i = 1,2).

 

Восстанавливаемая аппаратура, имеющая одноярусную иерархическую структуру

 

Структурная схема надежности

 

    Условия, при которых производится расчет:

- общее число элементов первого яруса (выходных каскадов) r1;

- элементы одинаковые и восстанавливаются непосредственно после отказа;

- допускается отказ не более m выходных элементов.

Коэффициент готовности

 

   .  (3.2.89)

Коэффициент оперативной готовности

 

 .     (3.2.90)

 

Наработка на отказ

 ,      (3.2.91)

 

где Ту, Ку, Ког у – наработка на отказ, коэффициент готовности, коэффициент оперативной готовности управляющего элемента (0 яруса);

      Тоэ, Кэ, Ког э – наработка на отказ, коэффициент готовности, коэффициент оперативной готовности выходного элемента (1 яруса).

 

Восстанавливаемая аппаратура, имеющая двухъярусную иерархическую структуру

 

Структурная схема надежности

    Условия, при которых производится расчет:

- общее число элементов второго яруса (выходных каскадов) r1* r2;

- элементы одного яруса одинаковые и  восстанавливаются непосредственно после отказа;

- допускается отказ не более m выходных элементов.

Коэффициент готовности

 

    .     (3.2.92)

 

Коэффициент оперативной готовности

 

   . (3.2.93)

 

Наработка на отказ

 

,  (3.2.94)

 

где Тi, Кi, Ког i – наработка на отказ, коэффициент готовности, коэффициент оперативной готовности элемента i-го яруса и его линии связи  (i = 1,2).

3.3 Рекомендуемые расчетные соотношения для определения   коэффициента сохранения эффективности

 

Аппаратура кратковременного действия, сохраняющая начальное состояние с вероятностью, близкой к единице

    Значение (вес) i –го состояния вычисляется при условии, что аппаратура остается в i –м состоянии на всем интервале выполнения задачи.

Коэффициент сохранения эффективности

 

      (3.3.1)

 

где n – число состояний аппаратуры с ненулевым результатом выполнения задачи;

       Ri (Li) – число составных частей аппаратуры работоспособных (отказавших) в i –м состоянии;

       Ког(t) – коэффициент оперативной готовности составной части аппаратуры;

       Wi  - относительная эффективность (вес) i –го состояния.

 

Аппаратура мгновенного действия, сохраняющая

начальное состояние с вероятностью, равной единице

Коэффициент сохранения эффективности

 

.       (3.3.2)

 

Аппаратура длительного действия

Коэффициент сохранения эффективности

 

                    (3.3.3)

 

где Wiπ  - относительная эффективность (вес) данной траектории,

 

, 

 

 где Еiπ – эффективность аппаратуры при выполнении задачи и при реализации π – й траектории множества Giπ;

        Ео - эффективность аппаратуры при выполнении задачи и при реализации π – й траектории множества Giπ при полной исправности аппаратуры;

        Кi – вероятность того, что в начальный момент выполнения задачи аппаратура окажется в i –м состоянии;

       Giπ – множество возможных траекторий (реализаций процесса смены состояний) при выполнении задачи с i –го состояния;

      dhiπ – элемент вероятности того, что на отрезке времени  (t + ∆t) аппаратура имела π – ю траекторию, принадлежащую множеству Giπ.

 

Аппаратура кратковременного действия с пуассоновским потоком отказов, заведомо исправная к началу работы

Выходной эффект пропорционален суммарному количеству безотказно проработанных интервалов (выполненных операций, задач) длительностью tоп.

Коэффициент сохранения эффективности

 

.    (3.3.4)

 

Аппаратура временного действия, с пуассоновским потоком отказов, восстанавливаемая только в период ожидания работы

Выходной эффект пропорционален суммарному времени безотказной работы на интервале длительностью [ 0, tр].

Коэффициент сохранения эффективности

 

  .        (3.3.5)

 

 

Приложение А

 

Среднестатистические данные коэффициента условий эксплуатации

Таблица А1

Группа аппаратуры

по ОСТ4Г-0.012.242- 89

Условия эксплуатации

Ку

1

 

2

 

 

3

 

 

4

 

 

5

 

 

6

 

7

 

 

8

 

9

 

10

Лабораторные условия

 

Наземная стационарная аппаратура в закрытых и отапливаемых помещениях

 

Наземная стационарная аппаратура в закрытых неотапливаемых помещениях

 

Наземная стационарная аппаратура вне помещений

 

Наземная бортовая( автомобильная) аппаратура

 

Авиационная бортовая аппаратура

 

Забортная (контейнерная) авиационная  аппаратура

 

Корабельная аппаратура

 

Забортная корабельная аппаратура

 

Космическая, спутниковая аппаратура

1

 

2 – 3

 

 

4 – 8

 

 

10 – 15

 

 

15 – 20

 

 

20 – 25

 

25 – 26

 

 

15 – 20

 

20 – 23

 

24 - 27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение Б

Среднестатистические значения температуры (С˚)

для различных условий эксплуатации

    Нормальными климатическими условиями (для лабораторий и отапливаемых помещений – группы аппаратуры 1, 2 по ОСТ 4Г 0.012.242-89) являются:

 - температура +25˚С ± 10˚С ;

 - относительная влажность (45 – 80)% ;

 - атмосферное давление (630 – 800)мм. рт. ст.

   Для групп аппаратуры 3 - 10 необходимо учитывать климатическое исполнение и категорию изделий в соответствии с данными из таблицы Б1

Таблица Б1

Климатическое

исполнение изделий

Обозначения

Значения температуры воздуха ˚С

Буквенные

 

Русские

Латинские

Мах.

Ср.

Мin.

Изделия, предназначенные для эксплуатации на суше, реках, озерах

Макроклиматические районы с умеренным климатом

Макроклиматические районы с умеренным  и холодным климатом

Макроклиматические районы с влажным тропическим климатом

Макроклиматические районы с сухим тропическим климатом

Макроклиматические районы как с сухим, так и влажным тропическим климатом

Общеклиматическое исполнение

 

 

У

 

УХЛ

 

ТВ

 

ТС

 

Т

 

О

 

 

N

 

NF

 

TH

 

ТА

 

Т

 

U

 

 

+ 40

 

+ 40

 

+ 40

 

+ 50

 

+ 50

 

+50

 

 

+ 5

 

- 10

 

+20

 

+ 30

 

+ 25

 

0

 

 

- 35

 

- 50

 

+ 1

 

+10

 

+ 1

 

- 50

Изделия, предназначенные для эксплуатации в районах с морским климатом

Макроклиматические районы с умеренно-холодным морским климатом

Макроклиматические районы с тропическим морским климатом

Макроклиматические районы как с  умеренно холодным, так и умеренно тропическим морским климатом

Всеклиматическое исполнение

 

 

 

М

 

ТМ

 

 

ОМ

 

В

 

 

 

М

 

МТ

 

 

МU

 

W

 

 

 

+ 35

 

+ 45

 

 

+ 45

 

+ 90

 

 

 

0

 

+ 25

 

 

0

 

- 60

 

 

 

- 35

 

+ 1

 

 

- 45

 

-150

Приложение В

    Коэффициент нагрузки (Кн  ) для резисторов всех типов рекомендуется рассчитывать по формуле

 

Кн = ,

 

где Рпост – мощность постоянного тока, рассеиваемая резистором в рабочем режиме;

Рэфф – эффективное значение мощности переменного тока, рассеиваемая резистором в рабочем режиме;

Римп.ср. – среднее значение мощности, рассеиваемой резистором в рабочем импульсном режиме;

Рном – допустимая мощность , рассеиваемая резистором по ТУ.

Рекомендуемое значение Кн не должно превышать 0,5.

    Коэффициент нагрузки (Кн  ) для конденсаторов всех типов, кроме электролитических, рекомендуется рассчитывать по формуле

 

Кн = , где

 

где Uпост – постоянное напряжение, приложенное к конденсатору;

Uэфф – переменное напряжение, приложенное к конденсатору;

Uимп – импульсное напряжение, приложенное к конденсатору;

Uном – номинальное напряжение конденсатора по ТУ.

Рекомендуемое значение Кн не должно превышать 0,6.

    Коэффициент нагрузки (Кн  ) для электролитических конденсаторов всех типов рекомендуется рассчитывать по формуле

 

 Кн = ,

 

где Uпост – постоянное напряжение, приложенное к конденсатору;

Uимп – импульсное напряжение, приложенное к конденсатору;

Uном – номинальное напряжение конденсатора по ТУ.

Рекомендуемое значение Кн не должно превышать 0,8.

    Коэффициент нагрузки (Кн  ) для транзисторов всех типов рекомендуется рассчитывать по формуле

 

 Кн = ,

 

где Ррасс – мощность, рассеиваемая коллектором;

Ррасс.о  – допустимая мощность, рассеиваемая коллектором по ТУ.

Рекомендуемое значение Кн не должно превышать 0,7.

    Коэффициент нагрузки (Кн  ) для электровакуумных триодов всех типов рекомендуется рассчитывать по формуле

 

 Кн = ,

 

где Ррасс – мощность, рассеиваемая анодом;

Ррасс.о  – допустимая мощность, рассеиваемая анодом по ТУ.

Рекомендуемое значение Кн не должно превышать 0,95.

    Коэффициент нагрузки (Кн  ) для электровакуумных тетродов и пентодов всех типов рекомендуется рассчитывать по формуле

 

 Кн = ,

 

где Ррасс – мощность, рассеиваемая анодом;

Ррасс.о  – допустимая мощность, рассеиваемая анодом по ТУ;

Рс2 – мощность, рассеиваемая экранной сеткой;

Рс2о  – допустимая мощность, рассеиваемая экранной сеткой по ТУ.

Рекомендуемое значение Кн не должно превышать 0,9.

    Коэффициент нагрузки (Кн  ) для полупроводниковых диодов всех типов, кроме стабилитронов, рекомендуется рассчитывать по формуле

 

Кн = ,

 

где Iв– прямой выпрямленный ток;

Iв.доп  – допустимый выпрямленный ток по ТУ.

Рекомендуемое значение Кн не должно превышать 0,7.

    Коэффициент нагрузки (Кн  ) для полупроводниковых  стабилитронов рекомендуется рассчитывать по формуле

 

Кн = ,

 

где Iс.мах – максимальный ток стабилизации в рабочем режиме;

Iс.доп  – допустимый ток по ТУ.

Рекомендуемое значение Кн не должно превышать 0,9.

 

    Коэффициент нагрузки (Кн  ) для реле, контакторов, коммутаторов и соединителей всех типов  рекомендуется рассчитывать по формуле

 

Кн = ,

 

где Iв – коммутируемый ток в рабочем режиме на один контакт;

Iв.доп  – допустимый  ток на один контакт по ТУ.

Рекомендуемое значение Кн не должно превышать 0,6.

    Коэффициент нагрузки (Кн  ) для индуктивностей любых типов, микросхем, кварцевых резонаторов, ЛБВ, ЛОВ, магнетронов при подаче на них номинальных питающих напряжений рекомендуется принимать равным  0,9.

 

Приложение Г

 

Информационно-справочные данные по интенсивности отказов элементов работающей аппаратуры (λо ), интенсивности отказов элементов аппаратуры, находящейся на хранении или в холодном резерве (λхр), ресурсе и сроке службы электрорадиоэлементов

Таблица Г1

Наименование

λо*10

1/час

λхр*10

1/час

Ресурс

час.

Срок службы

год

1

2

3

4

5

Резисторы

Металлоокисные

МТ

МЛТ

МГП

С2-13

С2-14

С2-23

МОН

Пленочные

ВС

УЛИ

БЛП

Композиционные

КЭВ

КЛМ

КИМ

КВМ

ПЭВ

ПЭВР

ПЭ

Проволочные переменные

ППБ

 

 

0,3

0,4

0,4

0,3

0,3

0,2

0,2

 

0,7

0,8

0,1

 

0,7

0,2

0,3

0,5

2,0

2,5

1,5

 

 

2,0

 

 

0,004

0,004

0,004

0,004

0,004

0,004

0,004

 

0,005

0,005

0,005

 

0,016

0,016

0,016

0,016

0,023

0,023

0,023

 

 

0,111

 

 

10000

10000

5000

10000

15000

15000

10000

 

12500

5000

10000

 

5000

15000

15000

5000

5000

5000

3000

 

 

5000

 

 

11

8,5

8,5

12

12

12

12

 

12

11

12

 

12

10

10

11

11

11

5

 

 

12

ПП3

Непроволочные переменные

СП0

СП1

СП3

СП5

Терморезисторы

ММТ

КМТ

1,6

 

 

1,2

2,0

1,7

0,44

 

5,0

1,0

0,111

 

 

0,007

0,007

0,007

0,007

 

0,007

0,007

5000

 

 

5000

5000

5000

5000

 

5000

5000

12

 

 

12

11

6

12

 

10

10

Продолжение таблицы Г1

1

2

3

4

5

Фоторезисторы

ФСА

ФСК

 

1,97

0,5

 

0,007

0,007

 

10000

10000

 

8,5

8,5

Конденсаторы

Бумажные

К40П2

БМТ

КБГ

КБГП

К40-9

Металлобумажные

МБГО

МБГТ

К42У-2

МБМ

Стеклоэмалевые

СГМ

КСО

ССГ

Керамические

КТП

 

 

0,6

1,0

0,8

0,8

0,3

 

0,6

0,2

0,7

0,4

 

1,2

0,8

0,6

 

0,5

 

 

0,002

0,002

0,002

0,002

0,002

 

0,002

0,002

0,002

0,002

 

0,002

0,002

0,002

 

0,004

 

 

15000

2000

6000

6000

10000

 

2000

4000

5000

10000

 

5000

5000

10000

 

10000

 

 

12

4

12

12

12

 

12

12

12

8,5

 

10

10

12

 

12

КТ

К15-4

К10-17

Танталовые

КМ-4

КМ-5

КМ-6

КЛС

КПС

КДУ

КДО

Электролитические

К50-3

К50-6

К50-12

К53-1

К56

Комбинированные

КМ-2

К73П-2

0,6

0,6

0,6

 

0,3

0,6

0,3

1,0

2,3

0,6

0,6

 

0,5

2,0

0,6

2,0

0,55

 

1,0

0,2

0,004

0,004

0,004

 

0,004

0,004

0,004

0,004

0,004

0,004

0,004

 

0,007

0,007

0,007

0,007

0,007

 

0,02

0,02

5000

2000

10000

 

10000

10000

10000

10000

5000

10000

10000

 

5000

5000

5000

10000

10000

 

8000

5000

12

8,5

12

 

12

12

12

8,5

8,5

12

12

 

13

4

5

12

12

 

8

12

 

Продолжение таблицы Г1

1

2

3

4

5

К76П-2

К73-9

1,1

0,65

0,02

0,02

10000

1000

12

8

Микросхемы

№ серии

101

102

103

104

106

109

110

 

 

0,03

0,05

0,46

0,09

0,03

0,08

0,08

Для всех

 

-

 

 

 

 

 

 

Для всех

 

10000

 

 

 

 

 

 

Для всех

 

12

 

 

 

 

 

 

112

113

114

118

119

121

122

123

133

134

140

153

155

157

174

176

178

201

202

203

204

205

206

208

210

215

217

218

219

221

 

0,37

0,009

0,02

0,017

0,16

0,04

0,2

0,06

0,002

0,027

0,027

0,027

0,05

0,027

0,04

0,2

0,06

0,001

0,002

0,02

0,01

0,003

0,01

0,017

0,01

0,003

0,01

0,01

0,002

0,002

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Продолжение таблицы Г1

1

2

3

4

5

222

0,014

 

 

 

223

228

235

238

245

284

531

555

574

561

564

731

744

1533

1561

1564

0,06

0,006

0,1

0,115

0,08

0,08

0,002

0,01

0,05

0,1

0,05

0,017

0,002

0,001

0,01

0,001

-

10000

12

Транзисторы

Малой мощности

Рк < 0,3Вт

Низкочастотные

f < 3Мгц

101 – 199

Среднечастотные

f < 30Мгц

201 -  299

Высокочастотные и СВЧ

f > 30Мгц

301 – 399

Средней мощности

Низкочастотные

 

 

 

 

 

0,5-1,5

 

 

0,3-0,8

 

 

 

0,7-3,8

 

 

 

 

 

 

 

0,052

 

 

0,011

 

 

 

0,068

 

 

 

 

 

 

 

5000-12000

 

 

10000

 

 

 

5000-10000

 

 

 

 

 

 

 

4-12

 

 

12

 

 

 

4-10

 

 

401-499

Среднечастотные

501-599

Высокочастотные и СВЧ

601-699

Большой мощности

Рк > 1,5Вт

Низкочастотные

 

0,4-1,2

 

0,3-0,9

 

 

1,25-4,5

 

 

 

 

0,052

 

0,011

 

 

0,068

 

 

 

 

5000-12000

 

10000

 

 

5000-12000

 

 

 

 

6-12

 

12

 

 

4-12

 

 

 

 

Продолжение таблицы Г1

1

2

3

4

5

701-799

Среднечастотные

801-899

Высокочастотные и СВЧ

901-999

0,7-4,5

 

0,9-4,5

 

 

1,3-5,2

0,01

 

0,01

 

 

0,01

5000-12000

 

5000-12000

 

 

5000-12000

4-12

 

4-12

 

 

4-12

Диоды  полупроводниковые

Выпрямительные, малой мощности, германиевые

Д2Б-Д2И

Д9

Д20

Выпрямительные, малой мощности, кремниевые

Д104-Д106

Д214-Д215

Д217-Д218

Д223

Д226

КД101-КД103

КД202-КД205

 

 

 

 

 

0,5

1,6

2,0

 

 

 

0,13

0,64

0,9

0,5

4,0

2,2

0,35

 

 

 

 

 

0,017

0,017

0,017

 

 

 

0,084

0,084

0,084

0,084

0,084

0,084

0,084

 

 

 

 

 

8000

8000

5000

 

 

 

5000

10000

10000

8000

5000

7500

7500

 

 

 

 

 

8,5

8,5

4

 

 

 

4

12

10

4

4

10

10

Выпрямительные, средней мощности, кремниевые

Д229

Д242-Д248

 

Стабилитроны

Д808-Д818

КС133-КС213

Туннельные и обращенные

Тиристоры

Динисторы

Импульсные, германиевые

Д18

Д310

 

 

 

 

0,4

0,32

 

 

0,5

0,3

 

1,9

2,0

3,5

 

 

0,5

0,5

 

 

 

 

0,084

0,084

 

 

0,097

0,097

 

0,2

0,2

0,2

 

 

0,2

0,2

 

 

 

 

7500

8000

 

 

8000

5000

 

10000

10000

10000

 

 

5000

10000

 

 

 

 

6

10

 

 

8,5

4

 

6

6

6

 

 

6

12

 

Продолжение таблицы Г1

1

2

3

4

5

Д311

ГД507

Импульсные, кремниевые

Д219-Д220

КД503

КД521-КД522

Выпрямительные столбы

Д1004-Д1008

Д1009-Д10011

Варикапы

Д901-Д907

КВ101-КВ110

КВС111

1,0

2,0

 

 

0,55

0,75

1,5

 

 

1,4

2,5

 

2,4

2,0

2,3

0,2

0,2

 

 

0,06

0,2

0,2

 

 

0,2

0,2

 

0,2

0,2

0,2

7500

10000

 

 

7500

10000

10000

 

 

8000

8000

 

8000

10000

10000

6,5

12

 

 

6,5

12

12

 

 

8,5

8,5

 

8,5

12

10

Индуктивности

Трансформаторы анодные

Трансформаторы накальные

Трансформаторы комбинированные

Трансформаторы согласующие

Трансформаторы высокочастотные

Трансформаторы низкочастотные (ТНС)

Трансформаторы трехфазные

Трансформаторы высоковольтные (>10кВ)

Дроссели высокочастотные, теплостойкие

Дроссели низкочастотные (ДМ)

Контурные катушки

 

 

 

6,5

 

9,8

 

8,7

 

8,3

 

8,0

 

 

1,3

 

1,8

 

 

53,0

 

 

1,3

 

 

10,5

 

 

 

 

-

 

-

 

-

 

-

 

-

 

 

-

 

-

 

 

-

 

 

-

 

 

-

 

 

 

 

10000

 

10000

 

10000

 

10000

 

10000

 

 

10000

 

10000

 

 

10000

 

 

10000

 

 

10000

 

 

 

 

11

 

11

 

11

 

12

 

12

 

 

12

 

12

 

 

12

 

 

12

 

 

12

 

 

Продолжение таблицы Г1

1

2

3

4

5

индуктивности (маломощные)

Контурные катушки индуктивности (мощные)

Микромодульные катушки (ММТС,ММТИ)

Микромодульные катушки (МФМ)

 

2,0

 

 

3,0

 

 

4,3

 

8,0

 

-

 

 

-

 

 

-

 

-

 

10000

 

 

10000

 

 

5000

 

5000

 

12

 

 

12

 

 

12

 

12

 

Собственного изготовления

1,0 на одну обмотку

-

-

-

Электровакуумные приборы

 

Маломощные триоды

6С2Б

6С3П

6С19П

6С40П

6Н1П

6Н2П

6Н3П

6Н6П

6Н14П

6Н15П

6Н21П

Маломощные тетроды и пентоды

6Ж1П

6Ж2П

6Ж3П

6Ж11П

6Ж20П

6К1Б

6К4П

1Ж24Б

1Ж29Б

1Ж42А

6П1П

 

 

 

 

 

7,0

4,0

3,0

33,0

4,7

5,0

5,0

11,0

3,0

1,0

8,0

 

 

8,7

2,0

5,0

4,0

20,0

3,0

15,0

13,3

2,2

21,0

14,3

 

 

 

 

 

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

 

 

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

 

 

 

 

 

500

10000

2000

1500

1000

2000

5000

500

1000

1000

2000

 

 

5000

3000

3000

1000

2000

2000

1250

5000

5000

500

2000

 

 

 

 

 

12

12

12

4

4

12

12

4

4

4

12

 

 

4

4

4

12

12

12

4

10

12

10

6

 

Продолжение таблицы Г1

1

2

3

4

5

6П15П

8,0

-

3000

4

Мощные триоды

ГУ - 49А

ГУ – 54 А

ГУ – 62А

ГУ – 65А

ГУ – 66А

ГУ – 68А

ГК – 9А

ГК- 10А

ГК – 12А

Мощные тетроды и пентоды

ГУ -27А

ГУ -35А

ГУ -36А

ГУ -44А

ГУ -47А

ГУ -53А

ГУ -61А

ГУ -73А

ГУ -75А

ГУ -81А

 

54,0

45,0

52,0

50,0

75,0

72,0

50,0

68,0

48,0

 

 

87,0

67,0

76,0

48,0

62,0

68,0

74,0

72,0

90,0

48,0

 

-

-

-

-

-

-

-

-

-

 

 

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

 

1000

1000

1000

1000

3000

2000

2000

2000

1000

 

 

2000

1000

2000

1000

1000

1000

1000

1000

1000

1000

 

8

8

8

8

10

8,5

8,5

8,5

8

 

 

8,5

8

8,5

8

8

8

8

8

8

8

Прочие изделия

Линии задержки

ММЛЗ

УЗЛЗ

ЛЗТ

Электродвигатели

ДПМ – 25

ДРВ – 20

ДСР – 14

ДИД – 1ТА

ТГП – 3

СД – 10Л

ДИ

Резонаторы кварцевые

Герметичные

Негерметичные

Резонаторы

 

 

 

3,0

7,0

20,0

 

50,0

70,0

50,0

10,0

12,0

23,0

50,0

 

 

16,0

47,0

20,0

 

 

 

0,14

0,14

0,11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

250 – 1500

для всех

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 – 6

для всех

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Продолжение таблицы Г1

1

2

3

4

5

объемные

Вариометры, вращающиеся трансформаторы

Фазовращатели, фазорегуляторы

 

ЛБВ, ЛОВ

 

Клистроны

(К -316)

Клистроды

IOT - 7340 -(EEV)

 

 

 

 

15,0

8,0

 

 

1,0 – 5,0

 

0,1 – 1,0

 

0.001

 

 

 

 

 

 

 

 

5000 –

10000

10000

 

30000

 

 

 

 

 

 

 

7 – 10

 

10

 

10 лет

непрерывной

работы

 

 

Приложение Д

Значения поправочного коэффициента (α), учитывающего влияние максимальной рабочей температуры по техническим условиям

Для металлопленочных и металлоокисных резисторов:

Температура

С˚

коэффициент (α) при Кн

<0,1

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

20

30

40

50

60

70

80

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

0,15

0,21

0,27

0,34

0,4

0,46

0,54

0,2

0,27

0,33

0,4

0,47

0,54

0,64

0,26

0,34

0,42

0,5

0,57

0,64

0,75

0,35

0,48

0,51

0,59

0,67

0,75

0,94

0,42

0,51

0,6

0,71

0,82

0,94

1,26

0,5

0,62

0,76

0,92

1,08

1,26

1,72

0,6

0,75

0,94

1,17

1,48

1,72

2,04

0,72

0,88

1,11

1,33

1,7

2,04

2,69

0,84

1,07

1,38

1,76

2,17

2,69

3,52

1,0

1,26

1,74

2,22

2,81

3,52

4,4

 

Для пленочных и углеродистых резисторов:

Температура

С˚

коэффициент (α) при Кн

<0,1

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

0,34

0,35

0,38

0,46

0,47

0,54

0,62

0,7

0,82

0,36

0,39

0,42

0,48

0,52

0,6

0,72

0,85

1,0

0,4

0,43

0,48

0,54

0,62

0,72

0,84

1,0

1,5

0,43

0,46

0,52

0,6

0,71

0,84

1,0

1,45

2,0

0,46

0,53

0,61

0,72

0,85

1,0

1,45

2,0

3,3

0,52

0,6

0,7

0,82

0,98

1,45

1,9

3,3

5,0

0,6

0,68

0,8

0,92

1,2

1,9

2,5

6,0

8,0

0,65

0,75

0,86

1,0

1,6

2,5

4,2

8,0

16,0

0,8

0,94

1,35

1,9

2,75

4,2

8,0

16,0

32,0

1,0

1,4

1,95

2,25

5,15

8,0

16,0

32,0

64,0

 

 Для композиционных резисторов:

Температура

С˚

коэффициент (α) при Кн

<0,1

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

20

30

40

50

60

70

80

0,7

0,72

0,74

0,78

0,82

0,95

1,0

0,75

0,76

0,8

0,84

0,9

1,00

1,1

0,78

0,8

0,84

0,92

1,0

1,08

1,2

0,79

0,84

0,91

1,01

1,1

1,21

1,35

0,8

0,88

0,98

1,1

1,2

1,34

1,5

0,83

0,92

1,02

1,15

1,27

1,42

1,6

0,86

0,96

1,06

1,2

1,34

1,5

1,68

0,89

1,02

1,14

1,31

1,48

1,68

1,9

0,92

1,08

1,22

1,42

1,62

1,86

2,1

0,95

1,11

1,29

1,54

1,81

2,18

2,5

1,0

1,14

1,36

1,66

2,0

2,5

3,3

 

Для проволочных постоянных резисторов :

Температура

С˚

коэффициент (α) при Кн

<0,1

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

20

30

40

50

60

70

80

90

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,05

0,1

0,15

0,21

0,27

0,31

0,34

0,4

0,06

0,12

0,17

0,23

0,29

0,34

0,37

0,47

0,06

0,13

0,18

0,25

0,31

0,37

0,4

0,54

0,07

0,14

0,2

0,27

0,34

0,4

0,45

0,6

0,08

0,17

0,25

0,34

0,43

0,51

0,68

0,7

0,1

0,24

0,39

0,58

0,67

0,81

0,9

1,15

0,23

0,4

0,53

0,76

0,95

1,15

1,3

1,5

0,44

0,62

0,82

1,08

1,25

1,48

1,62

1,8

0,75

0,88

1,08

1,3

1,54

1,74

1,8

2,0

1,0

1,15

1,37

1,61

1,8

2,0

4,0

8,0

 

Для проволочных переменных резисторов :

Температура

С˚

коэффициент (α) при Кн

<0,1

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

20

30

40

50

60

70

80

90

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,07

0,08

0,09

0,1

0,11

0,12

0,13

0,15

0,1

0,11

0,12

0,13

0,14

0,16

0,18

0,2

0,13

0,14

0,16

0,18

0,2

0,21

0,22

0,24

0,17

0,18

0,2

0,22

0,24

0,28

0,3

0,32

0,23

0,25

0,27

0,3

0,32

0,34

0,36

0,38

0,31

0,34

0,38

0,41

0,44

0,48

0,5

0,52

0,41

0,43

0,5

0,55

0,6

0,64

0,68

0,72

0,59

0,65

0,69

0,73

0,78

0,83

0,88

0,93

0,75

0,88

1,08

1,3

1,54

1,74

1,8

2,0

1,0

1,15

1,37

1,61

1,8

2,0

4,0

8,0

 

Для непроволочных переменных резисторов :

Температура

С˚

коэффициент (α) при Кн

<0,1

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,15

0,21

0,27

0,34

0,4

0,46

0,54

0,6

0,69

0,2

0,27

0,33

0,4

0,47

0,54

0,61

0,7

0,78

0,26

0,34

0,48

0,5

0,57

0,64

0,71

0,79

0,87

0,35

0,43

0,51

0,59

0,67

0,75

0,84

0,92

1,0

0,42

0,51

0,6

0,71

0,82

0,94

1,07

1,2

1,32

0,5

0,64

0,76

0,92

1,08

1,26

1,46

1,66

1,88

0,6

0,73

0,94

1,17

1,43

1,72

2,05

2,4

2,77

0,72

0,88

1,1

1,38

1,7

2,04

2,48

2,99

3,6

0,84

1,07

1,38

1,76

2,17

2,69

3,31

4,04

4,9

1,0

1,26

1,71

2,22

2,81

3,52

4,4

5,4

6,7

 

Для пленочных, металлопленочных, комбинированных, лакопленочных, бумажных и металлобумажных конденсаторов :

Температура

С˚

коэффициент (α) при Кн

<0,1

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

20

30

40

50

60

70

80

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,11

0,12

0,13

0,16

0,18

0,22

0,33

0,2

0,21

0,23

0,25

0,28

0,33

0,38

0,27

0,28

0,29

0,32

0,37

0,44

0,55

0,4

0,41

0,42

0,45

0,51

0,6

0,8

0,47

0,51

0,55

0,62

0,71

0,83

1,25

0,55

0,61

0,68

0,78

1,0

1,4

1,7

0,71

0,77

0,86

1,0

1,45

2,1

2,7

0,8

0,9

1,0

1,4

1,95

2,8

3,7

0,9

0,98

1,2

1,7

2,45

3,6

5,25

1,0

1,15

1,4

1,95

3,35

5,7

9,0

 

Для слюдяных конденсаторов :

Температура

С˚

коэффициент (α) при Кн

<0,1

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

20

30

40

50

60

70

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,03

0,05

0,08

0,11

0,2

0,3

0,06

0,1

0,11

0,18

0,25

0,38

0,08

0,12

0,19

0,25

0,33

0,5

0,1

0,18

0,25

0,32

0,45

0,6

0,15

0,22

0,3

0,38

0,5

0,7

0,2

0,28

0,32

0,45

0,6

0,9

0,3

0,35

0,45

0,58

0,8

1,2

0,4

0,5

0,6

0,72

1,0

1,5

0,7

0,8

1,0

1,25

1,7

2,5

1,0

1,4

1,6

2,0

2,8

4,0

 

Для электролитических конденсаторов (кроме танталовых) :

Температура

С˚

коэффициент (α) при Кн

<0,1

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1,0

1,4

2,0

3,2

5,4

9,0

18,0

36,0

72,0

0,84

1,15

1,75

2,7

4,4

7,75

12,0

24,0

48,0

0,8

0,94

1,4

2,2

3,45

5,7

9,0

18,0

36,0

0,66

0,82

1,1

1,75

2,75

4,4

7,0

9,0

18,0

0,5

0,66

0,88

1,45

2,15

3,7

5,7

8,0

12,0

0,4

0,5

0,68

1,1

1,9

3,0

4,6

6,7

9,0

0,5

0,66

0,88

1,45

2,15

3,7

5,7

8,0

12,0

0,66

0,82

1,1

1,75

2,75

4,4

7,0

9,0

18,0

0,8

0,94

1,4

2,2

3,45

5,7

9,0

18,0

36,0

0,84

1,15

1,75

2,7

4,4

7,75

12,0

24,0

48,0

1,0

1,4

2,0

3,2

5,4

9,0

18,0

36,0

72,0

 

Для  танталовых конденсаторов  :

Температура

С˚

коэффициент (α) при Кн

<0,1

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1,0

1,05

1,15

1,35

1,63

2,0

2,6

3,3

5,2

0,7

0,78

0,9

1,05

1,18

1,5

1,9

2,5

4,2

0,54

0,58

0,66

0,78

0,96

1,18

1,2

1,6

2,25

0,36

0,4

0,48

0,58

0,68

0,84

1,1

1,3

1,4

0,2

0,26

0,32

0,4

0,48

0,58

0,65

1,0

1,25

0,2

0,26

0,32

0,4

0,48

0,58

0,65

1,0

1,25

0,2

0,26

0,32

0,4

0,48

0,58

0,65

1,0

1,25

0,36

0,4

0,48

0,58

0,68

0,84

1,1

1,3

1,4

0,54

0,58

0,66

0,78

0,96

1,18

1,2

1,6

2,25

0,7

0,78

0,9

1,05

1,18

1,5

1,9

2,5

4,2

1,0

1,05

1,15

1,35

1,63

2,0

2,6

3,3

5,2

 

Для керамических конденсаторов :

Темпера-тура С˚

коэффициент (α) при Кн

<0,1

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

20

30

40

50

60

70

80

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,03

0,035

0,04

0,045

0,05

0,06

0,07

0,04

0,045

0,05

0,055

0,06

0,07

0,08

0,05

0,06

0,07

0,075

0,08

0,09

0,1

0,08

0,09

0,1

0,12

0,13

0,14

0,16

0,13

0,16

0,18

0,2

0,23

0,29

0,38

0,23

0,29

0,33

0,38

0,42

0,48

0,56

0,38

0,42

0,46

0,52

0,61

0,7

0,8

0,52

0,61

0,69

0,78

0,89

1,08

1,19

0,76

0,88

0,98

1,13

1,3

1,52

1,77

1,0

1,17

1,36

1,54

1,75

2,0

3,0

 

Для полупроводниковых германиевых диодов :

Температура

С˚

коэффициент (α) при Кн

<0,1

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

20

30

40

50

60

70

0,07

0,1

0,3

0,8

2,5

6,2

0,1

0,2

0,5

1,35

3,5

7,3

0,13

0,25

0,67

2,0

4,5

8,5

0,2

0,4

0,95

2,4

5,7

9,3

0,3

0,55

1,4

3,5

7,3

9,0

0,35

0,65

1,55

3,95

8,5

9,0

0,5

0,9

2,15

5,0

9,0

18,0

0,7

1,2

2,7

6,0

9,0

18,0

0,8

1,5

3,3

7,0

10,0

20,0

0,9

1,8

4,0

8,5

12,0

25,0

1,0

2,2

5,0

9,0

18,0

36,0

 

Для полупроводниковых стабилитронов :

Температура

С˚

коэффициент (α) при Кн

<0,1

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

20

30

40

50

60

70

0,007

0,012

0,02

0,035

0,05

0,07

0,06

0,07

0,08

0,1

0,15

0,18

0,09

0,1

0,15

0,18

0,22

0,28

0,12

0,15

0,2

0,24

0,28

0,34

0,23

0,28

0,35

0,38

0,5

0,6

0,36

0,45

0,54

0,63

0,72

0,9

0,5

0,62

0,75

0,82

1,2

1,4

0,62

0,8

1,0

1,4

1,7

2,0

0,75

0,9

1,3

1,8

2,4

3,4

0,86

1,5

2,0

3,25

4,6

6,6

1,0

2,2

3,1

5,0

10,0

12,0

 

Для полупроводниковых кремниевых диодов :

Температуа

С˚

коэффициент (α) при Кн

<0,1

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0,1

0,11

0,05

0,06

0,07

0,09

0,13

0,2

0,25

0,3

0,4

0,55

0,75

0,07

0,08

0,1

0,15

0,21

0,28

0,35

0,45

0,55

0,73

0,93

0,15

0,2

0,26

0,32

0,42

0,53

0,68

0,85

1,08

1,33

1,63

0,2

0,26

0,33

0,45

0,59

0,74

0,94

1,15

1,4

1,81

2,21

0,26

0,32

0,43

0,59

0,76

0,99

1,24

1,5

2,08

2,15

2,25

0,4

0,48

0,62

0,81

1,2

1,31

1,62

2,0

2,3

2,65

3,0

0,55

0,7

0,87

1,13

1,45

1,8

2,1

2,5

3,0

6,0

12,0

0,7

0,88

1,13

1,4

1,68

2,05

2,3

3,0

6,0

12,0

24,0

0,85

1,05

1,3

1,6

2,0

2,3

3,0

6,0

12,0

24,0

48,0

1,0

1,27

1,58

2,0

3,0

6,0

12,0

24,0

48,0

96,0

190,0

 

Для  германиевых транзисторов :

Температура

С˚

                               коэффициент (α) при Кн

<0,1

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

20

30

40

50

60

70

0,07

0,1

0,13

0,2

0,25

0,3

0,2

0,22

0,25

0,3

0,39

0,49

0,23

0,27

0,32

0,42

0,52

0,63

0,26

0,32

0,4

0,5

0,63

0,8

0,35

0,45

0,55

0,68

0,86

1,11

0,42

0,52

0,66

0,84

1,1

1,4

0,5

0,65

0,81

1,08

1,38

1,73

0,6

0,83

1,04

1,31

1,65

2,05

0,74

0,95

1,22

1,5

1,9

2,35

0,92

1,12

1,4

1,75

2,15

2,7

1,0

1,34

1,65

2,06

2,52

3,1

 

Для кремниевых транзисторов :

Температуа

С˚

коэффициент (α) при Кн

<0,1

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0,1

0,11

0,06

0,065

0,07

0,075

0,08

0,085

0,09

0,095

0,1

0,12

0,14

0,12

0,13

0,14

0,15

0,16

0,17

0,18

0,19

0,2

0,23

0,3

0,14

0,15

0,16

0,17

0,18

0,19

0,2

0,22

0,26

0,35

0,45

0,16

0,17

0,18

0,19

0,21

0,23

0,25

0,28

0,35

0,5

0,65

0,25

0,27

0,3

0,33

0,4

0,44

0,48

0,58

0,63

0,75

0,9

0,35

0,37

0,4

0,44

0,48

0,55

0,62

0,72

0,8

1,1

1,3

0,5

0,53

0,56

0,6

0,65

0,75

0,82

1,05

1,25

1,5

1,8

0,6

0,65

0,7

0,75

0,8

0,95

1,14

1,38

1,57

1,85

2,25

0,75

0,8

0,85

1,0

1,15

1,3

1,5

1,75

2,08

2,45

2,9

1,0

1,05

1,12

1,23

1,4

1,6

1,8

2,17

2,5

3,0

3,6

 

Для электровакуумных приборов :

Температура

С˚

                               коэффициент (α) при Кн

0,1

0,5

1,0

>1,0

20

30

40

50

60

70

80

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

2,0

2,4

2,8

3,2

3,6

4,0

4,8

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

15,0

18,0

 

Для интегральных микросхем :

Температура

С˚

коэффициент (α)

20

30

40

50

60

70

80

1,0

1,2

1,6

2,2

2,8

3,9

5,0

 

Для высокочастотных индуктивностей :

Температура

С˚

коэффициент (α)

20

40

60

80

100

120

140

0,08

0,12

0,16

0,2

0,28

0,38

0,5

 

Для трансформаторов (ТА, ТНВС, ТАН) :

Температура

С˚

коэффициент (α)

20

30

40

50

60

70

80

0,22

0,31

0,45

0,55

0,68

0,8

0,93

 

Для линий задержки :

Температура

С˚

коэффициент (α)

20

30

40

50

60

70

80

100

120

0,2

0,22

0,25

0,32

0,4

0,7

1,0

1,8

3,5

 

Для реле, контакторов и коммутационных соединений :

Температура

С˚

коэффициент (α)

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1,0

1,02

1,06

1,12

1,22

1,35

1,5

1,72

2,5

 

Для радиочастотных соединителей :

Температура

С˚

коэффициент (α)

20

30

40

50

60

70

80

100

120

160

200

0,4

0,45

0,5

0,6

0,7

0,8

0,91

1,13

1,37

1,92

2,26

 

Список литературы

          1.   Радиопередающие устройства. В.В. Шахгильдян, В.Б. Козырев, А.А. Ляховкин и др. Под ред. В.В. Шахгильдяна. – М.: Радио и связь,2003. – 559с.

          2. Козлов Б.А., Ушаков И.А., Справочник по расчету надежности аппаратуры радиоэлектроники и автоматики. – М.: Сов. Радио, 1975. – 470с.

          3. Теория и надежность радиоэлектронных систем. Под ред. Г.В. Дружинина. – М.: Энергия,1976. – 455с.

          4. Надежность и живучесть систем связи. Б.Я. Дудник, В.Ф. Овчаренко, В.К. Орлов и др. Под ред. Б.Я. Дудника. – М.: Радио и связь, 1984. – 213с.

          5. Тараненко А.Д., Требования к надежности радиопередающих устройств. – М.: Электросвязь, 1975. - 32с.

          6. Проектирование и техническая эксплуатация радиопередающих устройств., М.А. Сиверс, Г.А. Зайтленок, Ю.Б. Несвижский и др. - М.: Радио и связь, 1989. – 368с.

          7. Шумилин М.С., Козырев В.Б., Власов В.А. Проектирование транзисторных каскадов передатчиков. –М.: Радио и связь, 1987. – 320с.

          8.  ГОСТ 27.002-89.  Надежность в технике. Термины и определения.

          9. ГОСТ 23359 – 82. Изделия электронной техники. Общие требования по надежности и методы испытаний.

          10. Интенсивность отказов изделий электронной техники. Груничев А.С. – М.: Сов. радио, 1976. – 216с.

 

 

Содержание

 

         Введение……………….…………………………………..……...3

        1 Общие сведения о надежности радиопередающих

      устройств………………………………………………..……4

             1.1 Основные определения и количественные

                 характеристики надежности радиопередающих

             устройств……………………………………………..…..…4

             1.2 Общие положения и рекомендации для

            выбора метода расчета показателей надежности………....5

        1.3 Основные нормы и требования к показателям

            надежности для разрабатываемых радиопередатчиков .....6

        1.4 Влияние различных факторов на надежность и воз-

            можные пути повышения надежности радиопередат-

            чиков……………………………………………………..…..6

    2 Анализ существующих математических методов,

используемых при выводе расчетных соотношений

            для показателей надежности………………………….....…9

        2.1 Показатели надежности для невосстанавливаемой

            и восстанавливаемой аппаратуры с простой

            структурой……………………………………………….......9

        2.2 Показатели надежности для невосстанавливаемой

            и восстанавливаемой аппаратуры со сложной

            структурой………………………………………………….13

             2.3 Показатели сохранения эффективности аппаратуры…..20

   3 Методики расчета показателей надежности……….…………21

             3.1Методика расчета показателей надежности электронного

                 модуля первого уровня по внезапным отказам…………..21

        3.2 Рекомендуемые расчетные соотношения для показателей

           надежности основных типовых структурных схем надеж-

            ности (ССН)………………………………………………...23

        3.3 Рекомендуемые расчетные соотношения для определения

         коэффициента сохранения эффективности…………......... .49

    Приложение А……..…………………………………………….52

    Приложение Б……..……………………………………….…….53

    Приложение В……..……………………………………….…….54

    Приложение Г……..……………………………………….…….57

    Приложение Д……..……………………………………….…….66

    Список литературы…………………...………………………….73

 

                     

 

 

Сергей Владимирович Коньшин

Владимир Викторович Артюхин

Наталья Николаевна Гладышева

 

 

 

 

Расчет показателей надежности радиопередающих устройств

 

Учебное пособие

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Редактор Ж.М.Сыздыкова

Доп. план 2005г., поз.34

 

Сдано в набор

Формат 60х84  1/16

Бумага типографская №2.

Уч.-изд.лист. – 4,7  Тираж 100 экз. Заказ №     Цена 150 тенге.

 

Подписано в печать

 

 

 

 

Копировально-множительное бюро

Алматинского института энергетики и связи

050013 Алматы, ул. Байтурсынова, 126

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра телекоммуникационных систем

 

                                                          УТВЕРЖДАЮ 

                                                          Проректор по учебно-методической

                                                           работе

                                                           __________________Э.А.Сериков

                                                           «____»_____________2005г.

 

 

 

 

РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ РАДИОПЕРЕДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ

 

Учебное пособие

 

 

 

Рассмотрено и одобрено на

заседании кафедры__________

Протокол № 8 от" 26 " 04. 2005г.

Зав. кафедрой ТКС

______________С.В.Коньшин

(подпись И.О.Ф.)

 

Согласовано

Зав. кафедрой РТ (выпускающ.)

___________А.З.Айтмагамбетов

(подпись И.О.Ф.)

"___"_________2005г.

 

Составители (разработчики):

______________С.В.Коньшин                                                               ______________В.В.Артюхин                                                                ______________Н.Н.Гладышева
 

СОГЛАСОВАНО

Начальник УМО

_____О.З. Рутгайзер

"___"_______2005г.

 

Редактор

______Ж.М.Сыздыкова

"___"_______2005г.

 

Инженер по стандартизации

________Н.М. Голева

"___"_______2005г.

 

 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Алматы 2005