Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


ќбщие и специальные методы повышени€ надежности.




 

Ќаиболее жесткие требовани€ по надежности предъ€вл€ютс€ к космической –Ёј и –Ёј специального назначени€. ѕри этом необходимо еще учитывать, что указанные категории аппаратуры подвергаютс€ сложным климатическим и механическим воздействи€м ƒл€ таких категорий аппаратуры высокие требовани€ по надежности не могут быть обеспечены только за счет общих мер надежности.   общим мерам по обеспечению заданной высокой надежности относ€тс€:

Ц четка€ регламентаци€ условий эксплуатации издели€;

Ц оптимальный выбор функциональной схемы издели€;

Ц выбор дл€ издели€ комплектующих элементов, обладающих высокой надежностью и стабильностью характеристик, проведение схемных и конструкторских меропри€тий, обеспечивающих щад€щие режимы работы элементов в устройстве;

Ц реализаци€ технологических меропри€тий, обеспечивающих бездефектное изготовление устройств;

Ц проведение всесторонних конструкторских отбраковочных испытаний макетов и опытных образцов устройств, обеспечивающих наиболее полное вы€вление и устранение слабых мест схемы и конструкции еще на этапе разработки;

Ц создание системы всесторонних производственных испытаний, обеспечивающих вы€вление производственных дефектов аппаратуры и ее элементов;

Ц создание системы наблюдени€ за качеством работы устройств в эксплуатации, проведение профилактических мер и т.д.

—пециальные методы повышени€ надежности св€заны с введением в схему дополнительных элементов, предназначенных дл€ повышени€ надежности устройства.

¬ теории надежности, прежде чем провести анализ радиотехнического устройства на надежность, прин€то переходить от электрической принципиальной схемы к эквивалентной структурной схеме надежности. ¬ основу такого перехода положены прин€тые в теории надежности пон€ти€ последовательного, параллельного и смешанного вида соединени€ элементов, которые не следует путать с аналогичными видами электрических соединений. ¬иды соединени€ в теории надежности показаны на рис. 3.4.

 

–ис.3.4. ¬иды соединений в теории надежности

а Ц основное; б Ц резервное; в Ц смешанное.

ѕоследовательным, или основным, называетс€ такое соединение элементов системы, при котором отказ хот€ бы одного из элементов приводит к отказу системы в целом (рис.3.4,а).

ѕараллельным, или резервным, соединением элементов системы называют такое соединение, при котором отказ системы наступает лишь в случае отказа всех ее элементов (рис. 3.4,б).

—мешанным соединением элементов называют сочетание основного и резервного видов соединений или более сложные структуры (рис.3.4,в).

Ќаиболее эффективными мерами повышени€ надежности на этапе проектировани€ €вл€етс€ применение резервировани€.

–езервирование Ц это метод повышени€ надежности путем введени€ запасных (резервных) элементов, €вл€ющихс€ избыточными по отношению к функциональной структуре –Ёј, необходимой дл€ выполнени€ заданных функций. јппаратура с избыточными элементами называетс€ резервированной. ¬ резервированном изделии отказ наступает тогда, когда выйдут из стро€ все резервные устройства. ѕримен€емые в теории надежности способы резервировани€ показана на рис.3.5.

 

 
 
–езервирование


 

 

 
 

 


–езерв ненагруженный

 

–ис.3.5. —пособы резервировани€.

 

ќсновным параметром резервировани€ €вл€етс€ кратность резервировани€. ѕод кратностью резервировани€ понимают отношение числа резервных изделий к числу основных (резервируемых).  ратность резервировани€ обозначаетс€ m. –азличают резервирование с целой и дробной кратностью. Ќапример, если m =3, то это означает, что число резервных устройств равно трем, основное устройство одно, а общее число устройств равно четырем. Ёто резервирование с целой кратностью. ≈сли m = 4/2, то это резервирование с дробной кратностью, при котором число резервных устройств равно четырем, число основных Ц двум, а число устройств Ц шести (сократить дробь нельз€, т.к. если m = 4/2 = 2, то это резервирование с целой кратностью, при котором число резервных устройств два, основное одно, а общее число устройств три).

¬ зависимости от масштаба и прин€той единицы резервировани€ различают общий и раздельный способы резервировани€. ѕри общем резервировании резервируетс€ вс€ система в целом. ќбщее резервирование в зависимости от способа включени€ резервных устройств можно разделить на посто€нное резервирование и резервирование замещением.

ѕри общем посто€нном резервировании резервные устройства подключены к основным в течение всего времени работы и наход€тс€ в одинаковом с ними режиме. —хема общего посто€нного резервировани€ показана на рис.3.6.

 

 

–ис.3.6. —труктурна€ схема общего посто€нного резервировани€.

 

ѕри общем посто€нном резервировании может использоватьс€ только нагруженный резерв, что требует полного состава запасных элементов, ведет к увеличению габаритов и массы системы и повышенному расходу энергии.  роме того, резервные элементы в этом случае Ђстареютї в так же степени, как и основные рабочие элементы. ”казанные факторы несомненно относ€тс€ к недостаткам данного вида резервировани€. ќсновные характеристики надежности при общем посто€нном резервировании с целой кратностью можно рассчитать по формулам:

P(t)p = 1 Ц [1 Ц P(t)] m+1 (3.15)

 

где P(t)p Ц веро€тность безотказной работы резервированной системы;

P(t) = е-λtp Ц веро€тность безотказной работы нерезервированной системы при экспоненциальном законе распределени€ надежности;

m Ц кратность резервировани€.

m

ср. р = “ср Ј Σ 1 / (i + 1) = “ср [(1+ 1/2 + Е + 1/ (m + 1)] (3.16)

i=0

где “ср. р Ц средн€€ наработка на отказ резервированной системы;

ср. Ц средн€€ наработка на отказ нерезервированной системы.

ƒл€ наиболее простого случа€, когда m = 1, получим:

 

P(t)p = 1 Ц [1 Ц P(t)] 2 (3.17)

 

ср. р = 1,5 “ср (3.18)

 

“аким образом, при одном основном и одном резервном устройстве средн€€ наработка на отказ увеличиваетс€ в 1,5 раза.   преимуществам общего посто€нного резервировани€ относ€тс€:

Ц относительна€ простота построени€ схем;

Ц отсутствие хот€ бы кратковременного перерыва в работе при отказе одного или даже нескольких элементов системы;

Ц отсутствие дополнительных подключающих элементов, снижающих общую надежность системы.

 

ѕри резервировании замещением резервные издели€ замещают основные только после их отказа. —хема общего резервировани€ замещением показана на рис.3.7.

 

 

–ис.3.7. —труктурна€ схема общего резервировани€

замещением с целой кратностью.

 

ѕри включении резерва по способу замещени€ резервные элементы до момента их включени€ в работу могут находитьс€ в различных состо€ни€х. »сход€ из возможных режимов работы резервных элементов, различают резервы:

Ц нагруженный;

Ц облегченный;

Ц ненагруженный.

ѕри резервировании замещением резервное устройство включаетс€ в работающую систему с помощью автоматических устройств или вручную. ѕри автоматическом включении требуетс€ чрезвычайно высока€ надежность переключающих элементов. ѕри большом количестве и невысокой надежности этих дополнительных элементов, вход€щих в резервированную систему, ее надежность может понизитьс€ по сравнению с надежностью нерезервированной системы.  роме того, даже при высокой степени быстродействи€ переключающих элементов имеетс€ перерыв в работе системы на врем€ переключени€ на резервные устройства. —ледует заметить, что при ручной замене отказавших элементов возрастает врем€ переключени€, но надежность оператора, выполн€ющего функции переключающего устройства, может быть прин€та за единицу.

 

ѕри использовании нагруженного резерва запасные резервные элементы наход€тс€ в том же режиме работы, что и основной элемент, независимо от того, участвуют они в работе схемы или нет. ≈сли при этом основной и резервный элементы идентичны, то интенсивности их отказов совпадают и надежность основного и резервного устройств одинакова. ѕри использовании нагруженного резерва, если не учитывать надежность автоматических переключающих устройств, характеристики надежности можно рассчитывать по тем же формулам, что и дл€ общего посто€нного резервировани€.

 

ѕри использовании ненагруженного резерва запасные резервные элементы до момента их включени€ в работающую схему полностью обесточены. ¬ этом случае резервные устройства имеют самую высокую надежность по сравнению с основными элементами, поэтому общее резервирование замещением с использованием ненагруженного резерва обеспечивает наилучшие показатели дл€ общего резервировани€. ’арактеристики надежности в этом случае рассчитывают по формулам:

m

P(t)p = P(t) ∙ ∑ (tp / Tср)i∙ 1 / i! = P(t) ∙ [(1 + tp/Tср + 1/2! (tp/Tср)2 + Е + 1/m!(tp/Tср)m] (3.19)

i=0

ср. р = “ср (m + 1) (3.20)

 

где P(t)p и P(t) Ц веро€тность безотказной работы резервированной и нерезервированной систем;

ср. р и ср Ц средн€€ наработка на отказ резервированной и нерезервированной систем;

m Ц кратность резерировани€.

ƒл€ наиболее простого случа€, когда m = 1, получим:

 

P(t)p = P(t) ∙ (1 + tp / Tср ) (3.21)

ср. р = 2 ср (3.22)

“аким образом, при использовании ненагруженного резерва средн€€ наработка на отказ увеличиваетс€ как минимум в два раза.

ѕри использовании облегченного резерва резервные элементы до момента их включени€ в работающую схему наход€тс€ в облегченном электрическом режиме. Ќапример, дл€ полупроводниковых схем облегченный режим обеспечиваетс€ за счет пониженного напр€жени€ на коллекторах транзисторов по сравнению номинальным рабочим режимом. Ќадежность каждого резервного элемента в этом случае выше надежности соответствующего основного элемента.

ѕоказатели надежности в случае использовани€ облегченного резерва занимают среднее положение, т.е.

ср р ненагр > “ср р обл > “ ср р нагр

 

»спользование облегченного или ненагруженного резерва дает возможность снизить расход электроэнергии и увеличить надежность аппаратуры, т.к. надежность резервных устройств в этом случае всегда выше, чем основных. —ледовательно, резервирование замещением позвол€ет улучшить показатели надежности и продлить срок службы –Ёј. ќднако не следует забывать о недостатках, основным из которых €вл€етс€ наличие переключающих устройств., имеющих свои показатели надежности и обладающих определенной инерционностью, что приводит к по€влению конечного времени переключени€ с основного блока на резервные, а в некоторых видах –Ёј это недопустимо. ѕоэтому резервирование замещением примен€етс€ дл€ систем, допускающих перерывы в работе.  роме того, при нагруженном и облегченном резервах увеличиваютс€ потребл€емые мощности.

ѕри раздельном резервировании резервируютс€ отдельные составные части издели€, т.е. вводитс€ индивидуальный резерв дл€ каждого элемента, узла, блока неизбыточной системы. –аздельное резервирование бывает посто€нным и замещаемым, —хемы раздельного резервировани€ показаны на рис.3.8. –аздельное резервирование может быть поэлементным, покаскадным, узловым, блочным и т.д. и используетс€ в сложных системах, в которых требуемые показатели надежности не удаетс€ получить рассмотренными выше способами резервировани€. ѕри раздельном резервировании отказ системы может произойти только тогда, когда отказ произойдет дважды подр€д в одном и том же устройстве (m = 1), что маловеро€тно. ѕоэтому показатели надежности при раздельном резервировании значительно выше. ƒл€ оценки надежности при раздельном резервировании используетс€ специфический и сложный математический аппарат. ћатематический анализ таких систем показывает, что наиболее высокие показатели надежности можно получить, использу€ раздельное резервирование замещением с ненагруженным резервом.

–ис.3.8. —труктурна€ схема раздельного резервировани€.

а Ц раздельное посто€нное с целой кратностью; б Ц раздельное

замещением с целой кратностью.

 

 

Ёффективность резервировани€ прин€то оценивать с помощью коэффициента повышени€ надежности γ.  оэффициент повышени€ надежности определ€етс€ по показател€м безотказности из соотношений:

 

γ p = P(t)p / P(t)

γ Q = Q(t) / Q(t)p

 

где P(t)p, Q(t)p и Q(t), P(t) Ц веро€тность безотказной работы и веро€тность отказа дл€ резервированной и нерезервированной систем. —ледует заметить, что независимо от способа резервировани€ –Ёј введение резерва всегда влечет за собой резкое возрастание габаритов, массы и стоимости аппаратуры, а в отдельных случа€х и потребление мощности, поэтому использовать резервирование необходимо в технически и экономически обоснованных случа€х. ÷елесообразность применени€ резервировани€ определ€етс€ следующими факторами:

Ц исходным уровнем надежности комплектующих изделий;

Ц заданным временем эксплуатации;

Ц наличием эффективной системы контрол€ и периодичностью профилактики;

Ц возможностью использовани€ других, менее избыточных методов повышени€ надежности.

јнализ резервированных систем показывает, что интенсивность отказов резервированной системы быстро возрастает с течением времени, хот€ интенсивность отказов нерезервированной системы от времени не зависит, что показано на рис.3.9 дл€ общего и раздельного резервировани€.

 

–ис. 3.9. «ависимость интенсивности отказов

резервированной системы от времени.

1 Ц общее резервирование; 2 Ц раздельное резервирование.

 

»з графика следует, что дл€ резервированных систем существует такой момент времени tkp, после которого использование резервированной системы не оправдано. ѕоэтому если не учитывать особенности профилактики систем, то резервирование более выгодно примен€ть дл€ систем кратковременного действи€, когда t << tkp, тогда как дл€ систем длительного использовани€, когда t >> tkp, целесообразно использовать другие методы повышени€ надежности. ¬ыбор метода повышени€ надежности и выбор конкретного способа резервировани€ в значительной степени определ€ютс€ категорией –Ёј. Ќапример, дл€ современных сложных вычислительных комплексов, насчитывающих сотни и тыс€чи узлов и блоков, использование резервировани€ замещением может привести к простою машины, необходимости повторени€ программ, что снижает оперативность решени€ задачи. ѕоэтому вытекает необходимость использовани€ посто€нного резервировани€ или разумного сочетани€ посто€нного резервировани€ с резервированием замещением. ћетоды резервировани€ эффективные дл€ цифровых устройств, могут оказатьс€ малопригодными дл€ устройств аналогового типа. ƒл€ аналоговых устройств чаще может использоватьс€ резервирование замещением, что объ€сн€етс€ отсутствием взаимного вли€ни€ основного и резервного каналов. “аким образом, разнообразие существующих категорий –Ёј затрудн€ет построение общих конструктивных подходов и единых требований по надежности. ѕоэтому выбор показателей, прин€тие решени€ о введении различных методов, повышающих надежность, делают дифференцировано в зависимости от категории проектируемой аппаратуры.

 

 

4.  ќћѕќЌќ¬ ј ЁЋ≈ “–ќЌЌќ… јѕѕј–ј“”–џ.





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2016-11-22; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 1551 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

—тудент может не знать в двух случа€х: не знал, или забыл. © Ќеизвестно
==> читать все изречени€...

1041 - | 670 -


© 2015-2023 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.043 с.