Методика оценки возможности обеспечения назначенного ресурса и назначенного срока службы электронного устройства, изготовляемого в малых количествах Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.396.6

Власов М.А., Ермишова Т.В., Сергин С.Ф., Беляева Е.В.

ФГУП РФЯЦ-ВНИИТФ имени академика Е.И.Забабахина, Снежинск, Россия

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ВОЗМОЖНОСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАЗНАЧЕННОГО РЕСУРСА И НАЗНАЧЕННОГО СРОКА СЛУЖБЫ ЭЛЕКТРОННОГО

УСТРОЙСТВА, ИЗГОТОВЛЯЕМОГО В МАЛЫХ КОЛИЧЕСТВАХ

В докладе представлен методический подход, который позволяет оценивать требуемые заказчиком показатели надежности и безотказности устройств изготавливаемых в малых количествах. А также выбрать необходимую модель эксплуатации и технического обслуживания для обеспечения работоспособности данных устройств на весь требуемый период эксплуатации

Ключевые слова:

надежность, назначенный ресурс,

назначенный срок службы, безотказность, эксплуатация

1 Введение

Для некоторых изделий изготавливаемых в малых количествах (а зачастую и в единственном экземпляре) в эксплуатирующих организациях не предусмотрено централизованное обеспечение их групповым комплектом ЗИП-Г. (ЗИП - запасные части, инструменты, принадлежности). Такие изделия комплектуются одиночным комплектом ЗИП-О, который и должен обеспечивать исправное состояние данного изделия на протяжении всего срока службы. Ремонт неисправных частей и последующее пополнение комплекта ЗИП-О производится предприятием-изготовителем в течение срока, обеспечивающего, как правило, непрерывное нахождение изделия в работоспособном состоянии.

Для исправной эксплуатации изделия необходимо оценить возможность обеспечения назначенного ресурса и срока службы за счет правильного комплектования ЗИП.

2 Формулировка исходных данных

В данной статье рассматривается задача расчетной оценки возможности выполнения для электронного устройства (ЭУ), предполагаемого к выпуску в малых количествах, требований технического задания (ТЗ) к надежности с одновременным обеспечением требований по назначенным ресурсу и сроку службы.

В ТЗ на разработку ЭУ заданы следующие требования: - вероятность безотказной работы ЭУ в течение заданного времени работы; - назначенный ресурс ЭУ до заводского ремонта; - назначенный срок службы до заводского ремонта; - назначенный ресурс до списания; - назначенный срок службы до списания.

Отметим, что в соответствии с [1] и [2] назначенный ресурс и назначенный срок службы не являются показателями надежности. Это параметры, которые назначаются разработчиком для обеспечения требований показателей безотказности.

Согласно терминологии [1] ниже приведены определения:

Назначенный ресурс: Суммарная наработка, при достижении которой эксплуатация объекта может быть продолжена только после принятия решения о возможности продления данного показателя;

Назначенный срок службы: Календарная продолжительность, при достижении которой эксплуатация объекта может быть продолжена только после принятия решения о возможности продления данного показателя;

Вероятность безотказной работы: Вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникнет.

Таким образом, требуется по результатам начального этапа разработки, а именно электрической принципиальной схемы устройства, оценить возможность выполнения указанных выше требований и, при необходимости, выдать рекомендации по доработке элементного состава устройства (применении резервирования либо мажорирования) и комплектования ЗИП.

3 Методика расчета

Для расчета вероятности безотказной работы (ВБР) системы при экспоненциальном законе распределения времени исправной работы используется следующая формула [3]:

N г

~2щ¡Л {г)Л .

1=1 о _

Р {г) = ехр

Следовательно, для расчета надежности системы надо располагать зависимостями интенсивностей отказов элементов различных типов от времени Л{г) и знать число входящих в систему элементов каждого типа п. .

Следуя рекомендациям [4] и [5] по расчету надежности радиоэлектронной аппаратуры с учетом экспоненциального закона распределения времени исправной работы, преобразуем формулу расчета ВБР для каждого блока входящего в ЭУ к следующему виду:

N N

Р = е 1=1

— 2 ' Л Тпр

■е

—2 п ■ Л ■ Т„ ■ К

;=1

типа при применении; Лхр — интенсивность отказов элементов 1-го типа при хранении; К — коэффи-

циент, учитывающий влияние условий хранения

; Т„

— время работы при применении (ч) ; Тхр — время хранения в заданных условиях (ч) ; п. — количество элементов 1-го типа; N — количество типов элементов, j — количество блоков в устройстве.

Интенсивности отказов электрорадиоэлементов (ЭРИ) в блоках при применении Япр и хранении

рассчитываются по формулам:

Крг = \ 'Кэ1 'КЩ *КР[ Г КР[ = К.с.г., 'КПР; Г

где Л — базовая интенсивность отказов элементов 1-го типа при испытании в режиме номинальной электрической нагрузки и нормальной температуры

(ч-1); Лхс

интенсивность отказов элементов 1-

го типа по результатам испытаний на сохраняемость в упаковках заводов-изготовителей (ч-1) ; К пр — коэффициент приемки, отражающий уровень

качества изготовления элементов 1-го типа; Кэ —

коэффициент жесткости, учитывающий степень жесткости условий применения элементов 1-го типа; К — коэффициент режима, учитывающий изменение

базовой интенсивности отказов в зависимости от электрической нагрузки и температуры окружающей среды.

Исходные значения интенсивностей отказов Лб Лхсг , и коэффициентов Кр , Кпр^ , Кэ берутся

из справочника [4].

Следовательно, срок службы до заводского ремонта может быть вычислен следующим образом:

г

т =--

з.р. N

■1п

2 "■ Лпр,

\

2 п ■ Лхр, Тхр' Кхр

1=1

\е

Р

требуемое значение вероятности безотказной работы.

При невыполнении условия

т >т

з.р. з.р. '

Л

1

где Т'3 р — требуемое значение ресурса до заводского ремонта, необходимо провести анализ значений вероятности безотказной работы замененных блоков по следующей схеме:

— Вычисляется общий коэффициент готовности на все устройство (сохранность на конец гарантийного срока)

N

— 2 П 'Тхр ■Кх

р = е г=1 .

хр ;

— Определяется вероятность безотказной работы за время применения на каждый блок

Р

X п1 '—пр I щ

ПРз

Р =П Р

щр 11 пр} 3=1

где М — количество блоков.

— Так как вероятность безотказной работы на конец гарантийного срока определяется как:

Р = р ■ р ,

^ хр пр '

то требуемая вероятность безотказной работы при применении с учетом предыдущего хранения будет определяться следующим образом:

р =А.

т = —

пр 3

N

X П —

i=1

Таким образом, по ресурсам блоков определяют необходимость замены их при техническом обслу-

ТПр. требуемому

живании

критерию кратности времени работы), при заводском ремонте (по кри терию превышения

ТПр, требуемого ресурса работы

где j — номер блока;

— Вычисляется вероятность безотказной работы всего устройства при применении

м

до заводского ремонта) и возможности работы блоков без замены до списания (по критерию превышения Т требуемого ресурса работы до списа-

Для блоков, у которых ресурс ТПр обеспечивает их работу до заводского ремонта и до списания, проводится дополнительный анализ по влиянию хранения на данную характеристику, причем проверка проводится:

— для блоков обеспечивающих ресурс до заводского ремонта время хранения приравнивается назначенному сроку службы до заводского ремонта

при выполнении условия

Р >Р

ПР] пр]

предуематри-

р„

где Р-^ — требуемая вероятность безотказной работы всего устройства;

— Определяется требуемая вероятность отказа всего устройства при применении:

Я-Пр ^ ^пр •

— Необходимо отметить, что по закону малых чисел формулу вычисления вероятности отказа при применении всего устройства для схемы с последовательным, с точки зрения надежности, соединением элементов можно приближенно привести к виду:

м

Чщр з

3=1

и, следовательно, требуемую вероятность безотказной работы каждого блока при применении можно определить по формуле:

Р =1-4

Щ*_/ Чпр '

Чпр

где ^^ — вероятность отказа _7-го блока при применении.

По требуемым вероятностям безотказной работы для каждого блока определяется ресурс:

вается его однократная замена при соответствующем техническом обслуживании;

— для блоков обеспечивающих ресурс до списания время хранения приравнивается назначенному сроку службы до списания.

Назначенный срок службы обеспечивается правильным выбором ЭРИ и составных частей. Остаток гарантийного срока (ГС) составных частей и ЭРИ на момент комплектования ими блоков должен составлять не менее ГС+1,5 лет.

4 Пример расчета

Предлагаемый методический подход был апробирован на ряде задач по определению показателей надежности и безотказности ЭУ. Для проведения расчетов по данному методу была составлена отдельная программа.

В качестве примера приведем решение одной из задач.

Для некоторого ЭУ в ТЗ задано требование , чтобы назначенный ресурс ЭУ до заводского ремонта был не менее 12000 часов.

Результаты расчетов приведены в таблице 1.

Таблица 1

Блок(плата) т щр 3 ЗИП

1 4117,8 3

2 4235,3 3

3 4189,5 3

4 4095,4 3

Таким образом, по результатам расчетов получается, что для обеспечения назначенного ресурса ЭУ до заводского ремонта, необходимо иметь в эксплуатирующей организации комплект ЗИП, состоящий из 3-х единиц каждого блока.

Заключение

В данной работе предлагается методический подход который позволяет оценивать требуемые заказчиком показатели надежности и безотказности устройств изготавливаемых в малых количествах. А также выбрать необходимую модель эксплуатации и технического обслуживания для обеспечения работоспособности данных устройств на весь требуемый период эксплуатации.

ЛИТЕРАТУРА

1. ГОСТ 27.002—2015. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. —М.: Госстандарт России, 2015.

2. Предложения по корректировке терминов и определений государственного стандарта ГОСТ Р 27.002—2009. В.В. Лукасов, Н.В. Никушкин. Надежность и качество 2014: труды международного симпозиума. В 2-х томах. - Пенза: Изд-во ПГУ, 2014. - Т.1. - С. 112-113.

3. Основы теории надежности и эксплуатации радиоэлектронной техники. Н.А. Шишонок, В.Ф. Репкин, Л.Л. Барвинский. Изд. «Советское радио» Москва 1964.

4. Справочник «Надежность электрорадиоизделий». 22 ЦНИИ МО РФ. 2006 г.

5. Анализ моделей прогнозирования и расчета надежности комплектующих элементов бортовой электронной аппаратуры. В.В. Жаднов. Надежность и качество 2013: труды международного симпозиума. В 2-х томах. - Пенза: Изд-во ПГУ, 2013. - Т.1. - С. 28-31.