CC BY
276
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.
