Методика расчета показателей надежности типа ресурс для составных частей систем мобильной связи с учетом уточненного значения коэффициента вариации Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ТИПА РЕСУРС ДЛЯ СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ СИСТЕМ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ С УЧЕТОМ УТОЧНЕННОГО ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ВАРИАЦИИ

Жаднов Валерий Владимирович, DOI 10.24411/2072-8735-2018-10151

Национальный исследовательский университет

"Высшая школа экономики", Москва, Россия, vzhadnov@hse.ru

Королев Павел Сергеевич,

Национальный исследовательский университет

"Высшая школа экономики", Москва, Россия, pskorolev@hse.ru

_ _ Ключевые слова: надежность, долговечность,

Серебряк°ва Юлия Олеговна, система мобильной связи, передатчик

Национальный исследовательский университет видеосигнала, коэффициент вариации,

"Высшая школа экономики", Москва, Россия, электрорадиоизделие, гамма-процентный ресурс,

yuoserebryakova@edu.hse.ru время хранения.

Рассматривается вопрос обеспечения надежности, в частности долговечности систем мобильной связи на этапе проектирования. Целью данной работы является повышение качества проектирования радиотехнических устройств (составных частей) систем мобильной связи. Для достижения поставленной цели проведено исследование существующих методик расчета показателей долговечности радиотехнических устройств. Они содержат недостатки, т.к. используют в математических выражениях для расчета ресурса рекомендуемое постоянное значение коэффициента вариации согласно ОСТ 4.012.013-84. Для устранения недостатков предложена унифицированная методика в виде IDEF0-диаграммы, позволяющая уточнить количественную оценку показателей долговечности составных частей систем мобильной связи типа "ресурс". Методика состоит из пяти последовательных этапов: формирование исходных данных, уточненный расчет коэффициента вариации, расчет времени хранения, оценка комплексного коэффициента нагрузки и расчет показателей типа "ресурс". Особое внимание уделено уточненному расчету коэффициента вариации, который вносит значительный вклад в конечный результат. Выявлено, что необходимо применение в математических выражениях при оценке ресурса радиотехнических устройств систем мобильной связи комплексного коэффициента нагрузки, который учитывает как электрическую нагрузку, так и температурную, что объясняется термозависимостью электрических параметров электрорадиоизделий. Составлена сводная таблица среднегруппового значения коэффициента вариации для определенных подгрупп эле-ктрорадиоизделий. Данная таблица является вспомогательной при расчете показателей долговечности типа "ресурс", если необходимые электрорадиоизделия отсутствуют в справочниках по надежности. Проведен расчет количественных значений показателей долговечности передатчика видеосигнала с построением наглядных зависимостей гамма-процентного ресурса от комплексного коэффициента нагрузки. Полученные зависимости явно отражают заниженную оценку гамма-процентного ресурса по методике, приведенной в ОСТ 4.012.013-84 по сравнению с предложенной. Полученные результаты исследования рекомендуется внедрить в методологию проведения расчета показателей надежности типа "ресурс" составных частей на предприятиях и научно-исследовательских институтах, занимающихся разработкой систем мобильной связи.

Информация об авторах:

Жаднов Валерий Владимирович, Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики", Профессор, к.т.н., Москва, Россия Королев Павел Сергеевич, Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики", Аспирант 1 г.о., Москва, Россия Серебрякова Юлия Олеговна, Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики", Студент 2 курса бакалавриата, Москва, Россия

Для цитирования:

Жаднов В.В., Королев П.С., Серебрякова Ю.О. Методика расчета показателей надежности типа ресурс для составных частей систем мобильной связи с учетом уточненного значения коэффициента вариации // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2018. Том 12. №10. С. 15-22.

For citation:

Zhadnov V.V., Korolev P.S., Serebryakova J.O.. (2018). Metod of calculation the indicators of reliability of the type of the resource subject to refined value of the koefficient of variation for components of mobile communication. T-Comm, vol. 12, no.10, pр. 15-22. (in Russian)

Новые возможности и технологии приема, обработки и передачи информации стали возможны, благодаря совершенствованию систем мобильной связи (CMC): сотовые системы, беспроводной доступ, транкинговые системы, спутниковые системы. Такая тенденция породила усложнение CMC, что сказывается на их надежности в связи с недостоверными методами расчета (количественными оценками показателей надежности) [8]. Поэтому одной из основных задач, ставящихся перед разработчиками систем мобильной связи, в частности, радиотехнических устройств (РУ), входящих в их состав, является обеспечение надежности - т.е. задаются те требования к эксплуатации, в ходе которой CMC должна исправно работать.

Вопросы обеспечения надежности систем мобильной связи не теряют актуальности на сегодняшний момент из-за повышающихся требований к их проектированию и дальнейшей эксплуатации в различных климатических условиях, где могут быть присущи механические, вибрационные и другие воздействия, которые негативно сказываются на сроке службы.

Надежность характеризуется несколькими показателями [5], одним из которых является долговечность, которая не учитывается в иностранной литературе. Однако данный показатель позволяет учитывать множество внешних воздействующих факторов (температура, влажность, давление, вибрация и др.) на CMC. Количественными характеристиками показателя «долговечность» являются вероятность безотказной работы Р, гамма-процентный ресурс Трг минимальная наработка Т„л„ средний ресурс Трср и т.д. [5].

Долговечность - это свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния, т.е. наступления такого состояния, когда оно должно быть направлено либо в ремонт (средний или капитальный), либо изъято из эксплуатации [2]. Иными словами, долговечность - это суммарная наработка объекта от начала его эксплуатации или ее возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние - согласно действующим стандартам в области надежности ¡10]. Под предельным состоянием объекта понимается то состояние, которое не допускает дальнейшую эксплуатацию или его восстановление (ремонт). В нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации (НТД) можно определить критерий предельного состояния объекта по признаку или их совокупности.

Надежность систем мобильной связи определяется электронной компонентной базой (ЭКВ), содержащейся в печатных узлах РУ. Работоспособное состояние ЭКБ CMC определяется значением всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, когда они соответствуют требованиям НТД (или техническим условиям (ТУ)) [4, 5].

Минимальная наработка показывает количество часов работающего изделия до первого отказа, т.е. определяет наработку (минимальную) приходящуюся на один отказ. Гамма-процентный ресурс - это суммарная наработка, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с вероятностью, выраженной в процентах [8].

Показатели долговечности, отсчитываемые от ввода объекта в эксплуатацию до окончательного снятия с эксплуатации, называются гамма-процентный полный ресурс (срок службы), средний полный ресурс (срок службы) и на данный

момент имеют важнейшее значение [5]. Важность показателям долговечности придают два фактора, первый - то, что они являются технической характеристикой РУ и характеризуют время возможного наступления предельного состояния. И, второе - они являются юридическими и коммерческими характеристиками, согласно которым определяется ответственность изготовителя в рамках законодательных документов [6], 17]. Поэтому приведенные обстоятельства определяют необходимость оценки показателей долговечности расчетными методами.

Радиотехническое устройство, в общем случае - это корпус, в который помещен печатный узел (электронный модуль 1 уровня (ЭМ1)), Последний, в свою очередь, состоит из электрорадиоизделий (ЭРИ), которые относятся к конкретному классу, группе и подгруппе и определяют показатели надежности.

При расчете показателей надежности, а, в частности, долговечности, особый вклад в количественные значения ее показателей вносит коэффициент вариации V. Согласно ОСТ 4.012.013 [9] он принят для всех классов ЭРИ одинаковым и равным V = 0.15. Однако по результатам испытаний ЭРИ на надежность можно судить об обратном по количественным значениям минимальной наработки Тим и гамма-процеитиого ресурса Трг Результаты испытаний приведены в документе «Справочник Надежность ЭРИ 2006» [12]. Необходимо отметить, что в работе [4] показано, что выражение (1), связывающее минимальную наработку с гамма-процентным ресурсом согласно [9] часто используют на практике, если не указан один из них:

у- _ П ~ У' .£0,999) _ у

(1 -v-Xr)

РГ,

(1)

где, "/(¡.m - квантиль нормального распределения для вероятности Р — 0.999 [9]; Ху ~ квантиль нормального распределения для вероятности Р—у, коэффициент вариации v = 0.15.

Выражение (1) в явном виде отражает роль коэффициента вариации при расчете количественных значений показателей долговечности и при принятом постоянном значении уравнение (1 ) не решается во многих случаях.

Целыо данной работы является повышение достоверности количественной оценки показателей надежности, а именно долговечности при проектировании систем мобильной связи. Повышение достоверности количественной оценки показателей долговечности предлагается достигнуть благодаря методике, приведенной па рис. 1.

Предлагаемая методика состоит из 5 основных этапов (см. рис. 1, блоки А1-А5).

11ервый этап предполагает формирование исходных данных для расчета показателей долговечности (см. рис. 1, блок А1). Для этого необходима подготовка перечня электрорадиоизделий, входящих в радиотехническое устройство (ЭМ1). Сопоставление и согласование количественных значений, указанных в техническом задании, должно проходить согласно техническим условиям на ЭРИ и справочникам надежности [1], [11], [121. Необходимо задать вероятность безотказной работы Р для ЭМ1 (составной части), гамма-процентный ресурс ТРу для заданной вероятности Р ЭМ1, коэффициент электрической нагрузки К„ ЭРИ, ipynny эксплуатации ЭМ1, температуру окружающей среды Т.

Техническое условие, Техническое задание

М1ШОек.217РЦ1,М2.

«Надежность ЭРИ», «Надежность ЭРИ ИП«

СКТ 4,012.0] 3-Н4

11Х~Г РВ го.

Перечень ЭРИ

Формирование исходных данных для расчета скшазатепей долгозе*«ости ЭРИ А1

Л/

Уточненный расчет

Расчет времени *рлнения (ожидания)

/

Расчет комплексного »ффнцие^н нагрузки

/

раенет показателем

(рвСПК| и учатя!

условий :>иППу.П.1Ц)1И

_ М

Реаугътэты расчета

показателей доггсшпюсга ЭМ ]

ПО дпн инженерного

Рис. I. Методика уточненного прогнозирования показателей долговечности в формате ЮЕРО диаграммы

Второй этап выполняется и том случае, когда подготовлен и согласован полный список ЭРИ с указанием количественных значений минимальной наработки Т„л, и гамма-процентного ресурса Трг (см. рис, I, блок А2), Количественное значение Тим и ТР7 для каждого ЭРИ, согласно перечню на ЭМ1, берегся из ТУ или справочника [12] из таблиц «Характеристика надежности и справочные данные отдельных типов приборов» с пометкой «во всех режимах по ТУ».

Для расчета уточненного коэффициента вариации для конкретного ЭРИ за основу берется выражение (1). Поэтому формулу для оценки 1>,т можно получить из уравнения (1), разрешив его относительно у = 0.15 (2):

Т -Т

р.у.сп ' н.

3.09-7" -г ■Т

Р-У-СП Лу ' „

(2)

где Трус - гамма-процентный ресурс ЭРИ до списания, согласно ТУ или справочнику [12], Тнм - минимальная наработка ЭРИ, согласно ТУ или справочнику [ 12], х-> - квантиль нормального распределения для вероятности Р = у.

Однако, поскольку электронно-компонентная база современных систем мобильной связи обновляется быстрее, чем справочник [12], то в случае, если требуемого ЭРИ в справочнике [12] нет, то можно использовать «среднегрун-повое» значение коэффициента вариации \'ср1 рассчитанное для группы (или подгруппы). Для примера, в табл. 1 сведены рассчитанные количественные значения усг некоторых классов ЭРИ для критерия «во всех режимах по ТУ» при ^ = 0.95.

Как правило, гамма-процентный ресурс ЭРИ (относительно большой ресурс) [12] соответствует вероятности Р = 95% (у = 0.95). Для некоторых ЭРИ с ограниченным ресурсом указаны значения гамма-процентного ресурса до списания для вероятности Р = 90%, при этом у = 0.9. Поэтому в подобном случае необходимо воспользоваться выражением (3) для пересчета гамма-процентного ресурса из Тру=оу в Тр.го95 до списания при ранее рассчитанном значении уточненного коэффициента вариации у|т электрора-диоизделия.

Таблица 1

Значении «среднегрунпового» коэффициента вариации (для подгрупп) ЭРИ

Класс Группа Подгруппа «С редн егру 1111 о во е» значение коэффициента вариации,

1 2 3 4

Конденса- Конденсато- Керамические 0,212

торы ры постоянной емкости на номинальное напряжение менее 1600 В

Конденса- Конденсато- Оксидно- 0.214

торы ры постоянной емкости электролитические

Резисторы Резисторы постоянные непроволочные Мсталлоди-электрические (кроме прецизионных) 0.217

Резисторы Резисторы переменные непроволочные Керметные 0.207

Полупро- Приборы Варикапы 0.216

водниковые полупровод- подстроен ные

приборы никовые, кроме приборов СВЧ диапазона/ Диоды полупроводниковые

Полупро- Транзисторы Малой 0.223

водниковые биполярные мощности

приборы кремниевые

Дроссели Дроссели фильтров - 0.222

Т-Сотт Уо!.12. #10-2018

7ТТ

р.у -

О-^уг'^-о.»)

'УТ '

В случае, когда, для ЭМ1 в ТЗ задана вероятность Р, отличная от 95%, переход к гамма-процентному ресурсу для необходимой вероятности происходит по аналогии с выражением (3). При этом уточненное значение коэффициента вариации оценивается по выражению (2) согласно приведенным значениям гамма-процентного ресурса и минимальной наработки в ТУ на ЭРИ или справочнике 112].

Далее оценивается количественное значение среднего коэффициента вариации уср ЭМ I по выражению (4):

N

УТ„

=

(4)

N

т „^<Т

р.у. раб хр.у

(5)

(5) ЭРИ

Условие Т' =Т

' р.у./шб ~ ' хр.у П = 0. Оценку Тхр? (6) для конкретной у:

(1 - • Хг)

Математические модели комплексных коэффициентов режима Я (для Прт-, и Ппре^) для каждого класса ЭРИ приведены в таблице 3.7 литературного источника [4].

Пятый этап связан с оценкой гамма-процентного ресурса ЭРИ в режиме работы Т* ^ до списания (см. рис. 1,блок

Л5). Д]я этого необходимо воспользоваться выражением (8), которое позволяет представить зависимость Т* гн- от П в

виде кусочно-линейной функции:

^ _ 1

_1___

1

Т' ,

р.Г.риО

п ~п

пре<) хр

(8)

где N - количество ЭРИ в составной части (ЭМ 1).

Третий этап необходим для расчета времени хранения Тхру (см. рис. I, блок ЛЗ). Объясняется это тем, что в справочнике [ 12\ для Тнм и ТР1 указана пометка «во всех режимах по ТУ», в свою очередь это означает, что данные указаны до списания ЭРИ по ТУ. Поэтому очевидным становится, что указана минимальная оценка ресурса Тр.;ст соответствующая предельному режиму работы ЭРИ по «критическому» параметру, В роли такого параметра выступает «коэффициент нагрузки», как отношение электрической нагрузки в рабочем режиме к максимально-допустимой по ТУ. Но в источнике [4] сказано, что значения электрических режимов работы ЭРИ зависят еще от температуры, особенно это касается класса «полупроводниковые приборы». Следовательно, для последующего расчета количественных значений показателей долговечности типа «ресурс» требуется учет комплексного коэффициента нагрузки П.

Следует отметить, что гамма-процентный ресурс в режиме работы Т*рура6 ДО списания не может превышать значения срока хранения ЭРИ Тхр.7, т.е. должно соблюдаться условие (5);

где ТРу.сп - га мм а-процентный ресурс до списания ЭРИ, согласно ТУ или справочнику [12]; Т1ру — срок хранения ЭРИ до списания (режим ожидания), согласно ТУ или справочнику [12]; Пхр - комплексный коэффициент режима ЭРИ в режиме хранения (ожидания).

Важно заметить, что в режиме ожидания ЭРИ комплексный коэффициент режима Пхр - 0, а в предельном режиме

^ А .'/Л : > — 1 '

Модель (8) справедлива для тех ЭРИ, которые эксплуатируются в радиотехнических устройствах (ЭМ1), относящихся к аппаратуре группы 1.1. но классификации ГОСТ РВ 20.39.304-98 [3], Для иных групп аппаратуры расчет гамма-процентного ресурса Т**^ ^ проводится по выражению (9):

Т й

_ р.у.рво

р.у. раб

к

(9)

ооъясняется и тем, что при находится в режиме ожидания, тогда

где К, - коэффициент, учитывающий жесткость условий эксплуатации.

Далее необходимо оценить гамм а-процентный ресурс до списания в режиме работы для всей составной части (ЭМ 1). Па данном шаге оговаривается критерий отказа, как «Ухудшение функционирования ЭМ1 не более чем на 0%». Тогда, в соответствии с методикой, приведенной в [9] итоговая долговечность ЭМ1 (С1!) будет характеризоваться самым

«ненадежным» электрорадиоизделием по выражениям (10) и (И*

т можно получить благодаря выражению Тр.7,рав - {"^ргр^^ Тр.г.ра(ч}

(10)

или

Г =

(1-г

ср ' Хи.т)

■ Т.

(6)

где Тхр берегся из ТУ или справочника [12] из таблицы «Характеристика надежности и справочные данные отдельных типов приборов» п переводится из единиц измерения [лет] в [часы].

Четвертый этап посвящен расчету комплексного коэффициента нагрузки П (см. рис. 1, блок А4). Для этого необходимо воспользоваться выражением (7):

Г7 ^ раб

Й ~ — * (7)

П

пред

где ПраЙ- комплексный коэффициент режима ЭРИ в режиме работы, П„[т, - комплексный коэффициент режима ЭРИ в максимально-допустимом режиме по ТУ.

у. раб ~ | Тр.у_раб\ 1 Тр. у. раб 2 V! Ур.у.рабI } , СП

где, т;;ра6 - гамм а-процентный ресурс ЭМ1 до списания в

режиме работы, 7 * ^ - гамма-процентный ресурс до

списания в режиме работы ¿-го ЭРИ для группы аппаратуры

1.1, Т**у- гамма-процентный ресурс до списания

в режиме работы 1-го ЭРИ для иных групп аппаратуры, / - общее число ЭРИ в ЭМ 1.

Для демонстрации работы с представленной методикой (см. рис. 1), в качестве рассматриваемого объекта для исследования выбран передатчик видеосигнала (см. рис. 2), схема электрическая принципиальная (СЭП) которого представлена на рис. 3.

Т-Сотт Уо!.12. #10-2018

Таблица 2

ТаблицаI

ЭКБ СЭП передатчика видеосигнала

№ пп. Позиционное обозначение Поминал Типоно-минал Класс / группа / подгруппа

1 2 3 4 5

I к! 22 кОм СПЗ-44А Резисторы / Резисторы переменные непроволочные / Керметные

2 1*2 2,2 кОм С1-4 Резисторы / Резисторы постоянные непроволочные / Металлоди-электрические (кроме прецизионных)

3 Ю 5,6 кОм С1-4

4 Я4 27 кОм С1-4

5 115 1 КО Ом С1-4

6 Кб 2 кО%) С1-4

7 С1 0,01 мкрФ К10-17А Конденсаторы / Конденсаторы постоянной емкости / Керамические на номинальное напряжение менее 1600 В

8 С2 0,01 мкрФ К10-17А

9 ез 4.7 мкрФ К10-17А

10 С4 2.2 пФ К10-17Л

11 С5 2.2 мкрФ К10-17А

12 Сб 4.7 мкрФ К10-17А

13 С7 1.5 мкрФ К10-!7Л

15 С9 0,01 мкрФ К10-17А

14 С8 10 мкФ К50-37 Конденсаторы/ Конденсаторы постоянной емкости/ Оксидно-электролитические

16 и 5 мГн Д301 Дроссели / Дроссели фильтров

17 и 20 мкГн Д301

18 УШ КВ109Г Полупроводниковые приборы / Приборы полу пров одниковые, кроме приборов СВЧ диапазона / Диоды п олу п ро вод н и кон ы е/ Варикапы подстроенные

19 УТ] (СТ603Г Полупроводниковые приборы/Транзисторы биполярные кремниевые/Малой мощности

Далее необходимо рассчитать время хранения Тх/,? по выражению (6). Например, для резистора К2 выражение (6) будет выглядеть следующим образом (13):

р-'"2 0-0,224-3.09) и '

Результаты расчета Тхр/ подобным образом ;|ля каждого исследуемого ЭРИ сведены в табл. 3 (см. столбец 4).

Следующий шаг предполагает расчет комплексного коэффициента нагрузки П согласно модели (7). Для этого необходимо оценить комплексные коэффициенты режима Пр1,я и Ппрео, математические модели которых указаны в табл. 3 (см. столбец 5).

Рассмотрим па примере резистора Я2 расчет комплексного коэффициента нагрузки П (14):

0,59 = 0.1 113 (И)

п К

г-т _ раб _ раб

ПК2 ~

П.,

К.,

5.3

пред * ' и/ко

Результаты расчета комплексного коэффициента нагрузки каждого ЭРИ сведены в табл. 3 (см. столбец 6).

Результаты расчета параметров передатчика видеосигнала

№ Пози- Уточненное Время Математи- Комплекс-

пп. цион- значение хранения ческая ный коэф-

ное коэффициен- Тхр.у, ч модель фициент

обо- та вариации. Проб Н . ; нагрузки П

значе- 1> при у~ 0.95

ние

1 2 3 4 5 6

1 К1 0.221 449445 К„К, 0.0366

2 1*2 0.221 269667 К„ 0.1113

3 КЗ 0.221 269667 К„ 0.1113

4 [и 0.221 269667 К„ 0.1113

5 Я5 0.221 269667 кп 0.1113

6 Кб 0.221 269667 К„ 0.1113

7 С1 0.221 359556 к„ 0.005

8 С2 0.221 359556 0.005

9 СЗ 0.221 359556 кв 0.005

10 С4 0.221 359556 К„ 0.005

И С5 0.221 359556 0,005

12 С6 0.221 359556 К, 0.005

13 С7 0.221 359556 К„ 0.005

15 С 9 0.221 359556 К„ 0.005

14 С8 0.221 269667 Ка 0.0253

16 и 0.25 269667 К„ 0.0243

17 и 0.25 269667 К„ 0.0243

18 УШ 0.221 449445 К„К,1,К, 0.1118

19 УТ1 0.221 449445 Кп'КфК, 0.0584

Примечание к таблице 3: К,, коэффициент, зависящий от электрической нагрузки и температуры окружающей среды; Кф - коэффициент, зависящий от функционального назначения прибора; К, - коэффициент, зависящий от величины рабочего напряжения относительно максимально допустимого по ГУ.

На

заключительном

этапе оценивается

гамма-

процентный ресурс ЭМ1 Т'" 5 • Для этого необходимо рассчитать т* для каждого ЭРИ, входящего в состав ЭМ1.

р.у.рао

Например, для резистора К2 данный расчет будет следующим (15):

1 !

269667

40000 269667 1-0

-(0.1113-0)

= 164515 м

Аналогично (15) получены количественные значения гамма-процентного ресурса для всех ЭРИ передатчика видеосигнала и сведены в табл. 4 (см. столбец 3).

Выражение (9) для конкретного случая можно не применять, т.к. для группы аппаратуры К,= 1.

Оценка гамма-процентного ресурса передатчика видеосигнала (ЭМ1) Т***проводится согласно модели (11), т.е.

выбирается минимальное значение Т , из всех ЭРИ.

р.у.рао

Следовательно, гамма-процентный ресурс передатчика видеосигнала Т*** ,*= 164515 ч.

р.у.рао

Исходя из условия поставленной задачи это означает, что за время 164515 часов с вероятностью 95% не произойдет отказ ЭМI. Таким образом, условия задачи выполнены.

т

Таблица 4

Результаты расчета гамма-процентного ресурса передатчика видеосигнала

№ ИП. Позиционное обозначение Т\ ,.ч р.у.рао (по предложенной методике) 7* , ч (по ОСТ РУРаП 4.012.013-84)

1 2 3 4

1 R1 363126 267127

2 R2 164515 131578

3 R3 164515 131578

4 R4 164515 131578

5 R5 164515 131578

6 R6 164515 131578

7 С1 348727 241239

8 С2 348727 241239

9 СЗ 348727 241239

10 С4 348727 241239

11 С5 348727 241239

12 С6 348727 241239

13 С7 348727 241239

15 С9 348727 241239

14 С8 204991 152738

16 и 244803 173745

17 L2 244803 173745

18 VDI 373836 278752

19 VT1 406470 291761

Если в выражение (6) подставить не уточненное значение коэффициента вариации применительно для всего ЭМ1, а по методике [9], то результат га мм а-процентного ресурса окажется иным - заниженным (см. табл. 4, см. столбец 4).

В дополнении рассмотрим на примере резистора Я2 зависимость гамма-процентного ресурса Т*ура6 от комплексного коэффициента нагрузки Я (см. рис. 5), согласно математической модели (8).

о

о 0.1 ал о. а о.д о,5 о.б о,7 гк сч 1

П

- *- . ,"„■■<>'."' ' ГП' — <Л--*а.'

Рис. 5. Зависимость га мм а-процентного ресурса резистора R2 от комплексного коэффициента нагрузки

Рисунок 5 наглядно показывает, что при Я —* 0 возрастает расстояние Д между двумя методиками (для значения коэффициента вариации но ОСТ 4.012.013-84 и для уточненного значения, применительно к ЭМ1 согласно предложенной методике). Особенно это наблюдается со значения /7=0.4.

В заключении необходимо отметить, что методика, приведенная в ОСТ 4.012.013-84 [9] дает заниженную оценку гамма-процентного ресурса радиотехнических устройств из-за постоянного значения коэффициента вариации. Предлагаемая методика позволяет учитывать количественное значение коэффициента вариации в зависимости от входящих в РУ электрорадиоизделий, тем самым уточняя расчет типа «ресурс» систем мобильной связи,

В случае отсутствия нужного ЭРИ в справочнике 112] для расчета показателей долговечности выбирается «средие-групповой» коэффициент вариации. Для некоторых подгрупп ЭРИ в работе приведена таблица I с данными значениями.

Особое внимание стоит уделить применению в математических выражениях комплексного коэффициента нагрузки (см. выражение 7), который учитывает как электрическую нагрузку, так и температурную, что объясняется термозависимостью электрических параметров ЭРИ.

Предлагаемая методика позволяет устранить выявленные в ходе работы недостатки и повыси ть достоверность количественной оценки показателей надежности, в частности, долговечности при проектировании составных частей (РУ) систем мобильной связи.

Литература

1. Reliability prediction of electronic equipment: Military Handbook. M1L-NDBK-217F, p. 205, 1991.

2. Беляев Ю.К.. Богатырев В.А., Болотин B.B. и др. Надежность технических систем: справочник под ред. И.Л. Ушакова. М,: Радио и связь, 1985. 608 с.

3. ГОСТ РВ 20.39.304-98. Комплексная система общих технических требований. Аппаратура, приборы, устройства и оборудование военного назначения. Требования стойкости к внешним воздействующим факторам. [Дата введения 1998-07-09]. М.: МО РФ, 1998. 69 с. (Руководящий документ).

4. Жадное В.В. Расчёт надёжности электронных модулей: научное издание. М.: Солон-Пресс, 2016. 231 с.

5. Животкееич И.Н.. Смирнов А. П. Надежность технических изделий. М.: Институт испытании и сертификации вооружений и военной техники, 2004. 472 с.

6. Закон Российской Федерации от 07.02.1992 "О защите прав потребителей",» 2300-1.

7. Закон Российской Федерации от 26.01.1996. "Гражданский кодекс Российской Федерации. Часть Вторая" N 14-ФЗ (в ред. Федеральных законов от 12.08.1996 N 110-ФЗ, от 24.10.1997 N 133-ФЗ.от 17.12.1999 N213-03).

8. Карапузов М.А., Полесский С.Н.. Иванов И.А.. Королев П. С. Оценка показателей долговечности радиоэлектронных устройств II T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2015. Т. 9. № 7. С. 36-40.

9. ОСТ 4.012.013-84. Аппаратура радиоэлектронная. Определение показателей долговечности. [Дата введения 1984-07-01]. М.: ВНИИ, 1985. 13 с. (Отраслевой стандарт).

10. РДВ 319.01.16-98. Комплексная система контроля качества. Аппаратура, приборы, устройства и оборудование военного назначения. Типовые методики оценки показателей безотказности и ремонтопригодности расчетно-эксперименгальными методами. [Дата введения 1999-07-01]. М.: МО РФ, 1998, 55 с. (Руководящий документ).

11. Справочник «Надежность ЭРИ ИП» [Дата введения 200602-01]. М.: МО РФ, 2006. 52 с.

12. Справочник «Надежность ЭРИ» [Дата введения 2006-02-01J. М.: МО РФ, 2006.641 с.

T-Comm Vol.12. #10-2018

_I_

METOD OF CALCULATION THE INDICATORS OF RELIABILITY OF THE TYPE OF THE RESOURCE SUBJECT TO REFINED VALUE OF THE KOEFFICIENT OF VARIATION FOR COMPONENTS OF MOBILE COMMUNICATION

Valeriy V. Zhadnov, National Research University Higher School of Economics, Moscow, Russia, vzhadnov@hse.ru Pavel S. Korolev, National Research University Higher School of Economics, Moscow, Russia, pskorolev@hse.ru Juliya O. Serebryakova, National Research University Higher School of Economics, Moscow, Russia, yuoserebryakova@edu.hse.ru

Abstract

The question of ensuring reliability, especially of durability of mobile communication systems on the stage of planning, is considered in this paper. The purpose of this work is rising quality of projection radio engineering devices (their components) of mobile communication systems. Research of real methods for calculating the indicators of longevity radio engineering devices was conducted for aim achievement. They have some disadvantages, because according to industry standards 4.012.013-84 they use constant value of variation coefficient in mathematical expression. Unified method in the form of IDEF0-diagram was proposed for elimination of defects. It allows to remove quantification of the durability of the constituent parts of the mobile communication systems of "resource" type. Method consists of five successive steps: the formation of source data, updated calculation of variation coefficient, calculation of storage time, evaluation of complex load factor and calculating of indicators of "resource" type. Notably attention is paid to calculating of updated variation coefficient, which makes a significant contribution to the result. It was detected that it is necessary to apply complex load factor in mathematical expressions in the evaluation of resource of radio engineering devices of mobile communicational systems, because it considers both electrical load and temperature, which is explained by the thermally dependent electrical parameters of electrical components. A summary table of the mean group value of the coefficient of variation for certain subgroups of electrical components was compiled. This table is accessory to counting indicators of durability of "resource" type if the necessary electronics are not available in handbooks about reliability. The calculation of the quantitative values of the durability of the video transmitter with the construction of visual dependencies of gamma-percent resource on the complex load factor was completed. Dependences that have been obtained mirror underestimation of gamma-percent resource with the method which is given in industry standards 4.012.013-84 compared with the proposed. It is recommended to integrate the results of research into methodology of calculating of reliability indicators of "resource" type of components at enterprises and research institutes engaged in the development of mobile communication systems.

Keywords: reliability, durability, mobile communication system, videotransmitter, variation coefficient, electronic component, gamma-percentile life, shelf life.

References

1. Military Handbook (1991). Reliability prediction of electronic equipment, MIL-HDBK-217F. 205 p.

2. Yshakov I.A., Belyaev Y.K., Bogatyrev V.A., Bolotin V.V. (1985). Nadezhnost tehnicheskih system [Reliability of technical systems: reference book under the editorship of I. A. Ushakov]. Moscow: Radio and communication. 608 p.

3. GOST RV 20.39.304-98 (1998), [Complex system of General technical requirements. Equipment, instruments, devices and equipment for military purposes. Requirements for resistance to external factors], Complexnaya systema obschikh treboniy. Apparatyra, pribory, ustroystva I oborydovaniye voennogo naznacheniya. Trebovaniya stoykosti k vneshnim vozdeystvyuschim faktoram, Moscow, Russia. 69 p.

4. Zhadnov V.V. (2016). Raschet nadezhnosti electronnykh moduley [Calculation of reliability of electronic modules: scientific publication]. Moscow: Solon-Press. 231 p.

5. Zywotkiewicz I.N., Smirnov A.P. (2004). Nadezhnost teknicheskih izdeliy [The Reliability of technical products], Institute of testing and certification of arms and military equipment. Moscow. 472 p.

6. Law of the Russian Federation N 2300-1 (1992). O zaschite prav potrebiteley [On consumer protection], Fabruary. Moscow.

7. Law of the Russian Federation N 14-03 (1996). Grazhdanskiy kodex Rossiyskoy Federatcii. Chast Vtoraya [Civil code of the Russian Federation. Part Two]. Moscow.

8. Karapyzov M.A., Polesskiy S.N., Ivanov I.A., Korolev P.S (2015). Estimation of indicators of durability of electronic device. Otcenka pokazateley dolgovechnosty radioelectronnykh ustroystv. T-Comm, vol. 9, pp. 36-40.

9. Industry standard OST 2.012.013-84 (1985). Apparatura radioelectroniki. Opredeleniye pokazateley dolgovechnosty, [Electronic equipment. The definition of indicators of durability], VNII, Moscow. 13 p.

10. Guidance document RDV 319.01.16-98 (1999). Komplexnaya systema kontrolya kachestva. Apparatura, pribory, usrtoystva iobory-dovaniye voennogo naznacheniya. Tipoviye metodiki otcenky pokazateley bezotkaznostu I remontoprigodnosty raschetno-experimen-talnymi metodamy [Comprehensive quality control system. Equipment, instruments, devices and equipment for military purposes. Typical methods of evaluation of indicators of reliability and maintainability by calculation and experimental methods], 7 January, Moscow. 55 p.

11. Handbook (2006). Nadezhnost ERY IP, [The reliability of the ERIE FE], Moscow. 52 p.

12. Handbook (2006). Nadezhnost ERY, [The reliability of the ERIE], Moscow. 641 p.

Information about authors:

Valeriy V. Zhadnov, National Research University Higher School of Economics, assistant professor, Ph.D., Moscow, Russia Pavel S. Korolev, National Research University Higher School of Economics, Ph.D.student 1st year, Moscow, Russia Juliya O. Serebryakova, National Research University Higher School of Economics, student 2nd year, Moscow, Russia