Міністерство освіти Російської Федерації
Тамбовський державний технічний університет
Кафедра: КРЕМС

Курсовий проект

Розрахунково-пояснювальна записка з дисципліни:
"Аналіз та синтез технічних систем"
на тему:
"Розрахунок на надійність стереодекодера СД-А-7"
Члени комісії :______________
______________
Проект захищений :______ оценка___
2007 р

Зміст
\ T "Заголовок 2; 2; Заголовок 3; 3" Введення
1. Характеристика об'єкта з точки зору надійності
2. Мета розрахунку, вибір нормованих показників надійності і норм
3. Обгрунтування методу розрахунку надійності
4. Розрахунок надійності елементної бази
5. Розрахунок надійності з урахуванням всіх видів відмов
6. Висновки та рекомендації
Список використаних джерел
Додаток

Введення
Науково-технічний прогрес тягне за собою появу нових технічних засобів передачі, переробки, вилучення та зберігання інформації. Постійне ускладнення цих технічних засобів, що знаходиться в прямій залежності від різноманіття і важливість функцій, які виконуються сучасними автоматизованими системами, висуває ряд проблем наукової методології, технічного проектування, технології виробництва, випробувань дослідних зразків і експлуатації. Головною є проблема забезпечення надійності систем.
Проблема забезпечення надійності в її сучасному вигляді була сформульована на початку 50-х років стосовно радіоелектронним пристроям, побудованим з великого числа елементів. В даний час методи аналізу та контролю надійності широко використовуються в багатьох галузях промисловості. Ненадійність завдає народному господарству величезний економічний збиток, пов'язаний з витратами на запасні частини, ремонтне обладнання та утримання технічного персоналу, не кажучи вже про загрозу безпеці та здоров'ю людей, про політичні і моральні чинники, які не піддаються оцінці звичайними економічними показниками. Практичний досвід показує, що часто вигідніше витратити додаткові кошти на забезпечення надійності на етапі розробки, ніж розплачуватися за уявну економію коштів при проектуванні ненадійністю системи при її експлуатації.
Надійність є властивість об'єкта виконувати задані функції, зберігаючи в часі значення встановлених експлуатаційних показників у заданих межах, що відповідають заданим режимам та умовам використання, технічного обслуговування, ремонтів, зберігання і транспортування. У залежності від призначення об'єкта та умов його експлуатації надійність може включати безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність і збереженість.
У даній роботі проводиться розрахунок та оцінка надійності стереодекодера блоку тюнера радіокомплексу «Ода - 102 - стерео». Розрахунок надійності полягає у визначенні показників надійності вироби за відомими характеристиками надійності складових компонентів і умов експлуатації.

1. Характеристика об'єкта з точки зору надійності

Призначення об'єкта і принцип роботи:
Блок стереодекодера СД - А - 7 призначений для розділення сигналів лівого та правого стереоканалів, що містяться в комплексному стереосигналов. Він виконаний за методом детектування з попередніми поділом спектру.
Комплексний стереосигнал з входу стереодекодера через конденсатор С1 надходить на пристрій відновлення частоти, що піднесе, виконане на транзисторах VT1, VT2, VT6. Налаштування контура відновлення частоти, що піднесе L1.1C4C3 здійснюється за допомогою сердечника котушки L1.1. Подстроєчнимі резисторами R5 і R15 встановлюється максимальне придушення сигналу сусіднього каналу. Відновлений полярно - модульований сигнал можна контролювати на виводі 3 з'єднувача Х блоку.
Канал сумарного стерео виконаний на транзисторі VT12, канал різницевого стерео - на транзисторах VT7, VT9. Придушення тональної частини полярно - модульованого сигналу здійснюється коливальним контуром L2.2C7. Далі різницевий сигнал надходить на детектор на діодах VD1 - VD4 і з його виходів на підсумовуюче пристрій, що виконується на резисторах R27 - R30. На нього ж надходить і сумарний стереосигнал.
З виходів підсумовуючого пристрою стереосигналов лівого і правого каналів (А і В) надходять на вихідні повторювачі каналів на транзисторах VT13 і VT14, а з них - на виходи лівого і правого каналів стереодекодера (на висновки 8 і 10 з'єднувача Х). Настроювання пристрою по максимуму перехідних загасань здійснюється змінними резисторами R27, R30 і сердечником контурної котушки L2.
Пристрій стереоіндікаціі і стереоавтоматікі виконано на транзисторах VT3 - VT5, VT8, VT10, VT11.
При відсутності стерео транзистор VT10 закритий і сигнал ЗЧ проходить без спотворень через VT1, VT12 на VT13 і VT14. При малому рівні сигналу відключення режиму «стерео» виробляється відкриванням транзистора VT4, подачею на його базу позитивної напруги.
Умови експлуатації, параметри навколишнього середовища:
a) Клас з глобальних зонам використання: 1 клас - наземна РЕЗ (суша)
b) Кліматична зона експлуатації: У (помірний клімат) t =- 45 ... +40 ˚ С; W = 45 ... 80%; Р = 83,6 ... 106 кПа. Категорія розміщення: 1.1
c) Група апаратури за ГОСТ 16019-78: група 1 (стаціонарна РЕЗ)
d) Категорія за тривалістю роботи: РЕЗ багаторазового дії
Можливості ремонту і відновлення об'єкта в процесі експлуатації:
ремонтується, відновлюваний, з допустимими перервами в роботі.
Структура об'єкта:
без резерву.
Види відмов об'єкту:
відмови електричної схеми (відмови елементів електричної схеми), конструкційні відмови (недостатнє забезпечення об'єкта за такими показниками: механічна міцність, умови теплообміну, електромагнітна сумісність), технологічні відмови (похибки попереднього виробництва, погана збірка, помилки в електричному монтажі, погана настроювання).

2. Мета розрахунку, вибір нормованих показників надійності і норм

Мета: розрахувати показники надійності, які повною мірою характеризують надійностних властивості досліджуваного об'єкта, і порівняти їх з допустимими значеннями; зробити висновок - задовольняє об'єкт вимогам надійності чи ні.
Показником надійності називається технічна характеристика, кількісним чином визначає одне або декілька властивостей, які складають надійність об'єкта - безвідмовність, ремонтопридатність, довговічність, збереженість.
Розрізняють одиничні і комплексні показники надійності. Одиничний показник надійності відноситься до одного з властивостей, які складають надійність, а комплексний - до кількох властивостями.
Крім того, всі показники надійності поділяють на інтервальні, пов'язані з заданому інтервалу напрацювання, миттєві, що відповідають заданому моменту часу t і числові, не пов'язані з розташуванням інтервалу і моменту часу t.
Вибір нормованих показників надійності проводиться виходячи з виду об'єкта за методикою [3] в наступній послідовності: 1) залежно від конструктивного рішення (ремонтопридатності), обмеження на тривалість експлуатації, тимчасового режиму використання за призначенням та наслідків відмови для об'єкта встановлюється шифр з чотирьох цифр; 2) по шифру об'єкта визначаються нормовані показники надійності.
Результати аналізу об'єкта наведено в таблиці 1.
Шифр об'єкту: 2434
Шифру 2434 відповідають такі нормовані показники надійності:
I. - Середнє напрацювання до відмови (або середній час безвідмовної роботи), [ч];
II. - Коефіцієнт готовності (ймовірність того, що об'єкт виявиться працездатним в довільний момент часу, крім запланованих періодів простою).
Таблиця SEQ Таблиця \ * ARABIC 1

Цифра шифру	Ознака поділу	Номер	Примітка
Перша	Ремонтопридатність	2	Ремонтується
Друга	Обмеження тривалості експлуатації	4	До досягнення граничного стану
Третя	Часовий режим використання за призначенням	3	Циклічно нерегулярний
Четверта	Домінуючий фактор при оцінці наслідків відмови	4	Наявність відмови і вимушений простій

Обгрунтування норм (допустимих значень) для вибраних показників надійності є відповідальним етапом у проектуванні надійної РЕЗ. Це пояснюється наступними причинами. По-перше, від правильності результатів даного етапу залежить успіх і сенс усіх розрахунків надійності, тому що тут визначається, яке значення показника надійності можна вважати допустимим. По-друге, немає загальних правил і рекомендацій для встановлення норм надійності різних об'єктів, багато чого тут залежить від суб'єктивних факторів. По-третє, будь-яка помилка на даному етапі веде до важких наслідків: заниження норми веде до підвищення втрат від ненадійності, завищення - від дорожнечі.
Позначимо через значення показника надійності, яке тим вище, чим надійніше об'єкт, а через N _д - норму показника надійності, де виконання умови N ≥ N _д означає, що об'єкт відповідає вимогам надійності за даним показником. Величина N _д визначається виходячи з досягнутого рівня виробництва та існуючих норм для аналогічних об'єктів.
Для радіостанцій, приймачів, передавачів систем радіотелефонного зв'язку сухопутної служби в [4] даються норми напрацювання на відмову в залежності від групи апаратури, числа і складу електрорадіоелементів. Для апаратури 1 групи (за ГОСТ 16019-78) і числу електрорадіоелементів (59) менше 1000 норма напрацювання на відмову = 4500 год
Загальний час відновлення об'єкта m _B визначається сумою
m _{B заг} = T _до + t _р + t _ож + t _дост + t _адм + t _підго + t _пер
де t _к - час, що витрачається на пошук і локалізацію елемента, що відмовив; t _р - час, що витрачається безпосередньо на усунення несправності; t _{очікуван} - час очікування відмовила апаратури, якщо обслуговуючий персонал зайнятий відновленням іншої апаратури; t _дост - час доставки елементів для заміни відмовили ; t _адм - час, що витрачається на різні непередбачені затримки, наприклад, на очікування прибуття фахівця вищої кваліфікації, без якого несправність не може бути усунена; t _пер - час перерв, необхідне для відпочинку обслуговуючого персоналу; t _підго - час, необхідний для підготовки до включення.
Пристосованість об'єкта до типових робіт по його технічному обслуговуванню і ремонту визначається більшою мірою чинниками, що впливають на активний час ремонту тобто
m _B = t _до + t _р
З аналізу об'єкта встановлюю m _B = 4 ч.
Значить К _Г = / ( + M _B) = 4500 / (4500 +4) = 0,99911.

3. Обгрунтування методу розрахунку надійності

Розрахунки надійності - розрахунки, призначені для визначення кількісних показників надійності. Вони проводяться на різних етапах розробки, створення і експлуатації виробу.
На етапі проектування розрахунок надійності проводиться з метою прогнозування (передбачення) очікуваної надійності проектованого виробу. Таке прогнозування необхідно для обгрунтування передбачуваного проекту вироби, а також для вирішення організаційно-технічних питань: вибору оптимального варіанта структури; способу резервування; глибини і методів контролю; кількості запасних елементів; періодичності профілактики.
На етапі випробувань і експлуатації розрахунки надійності проводяться для оцінки кількісних показників надійності. Такі розрахунки носять, як правило, характер констатації. Результати розрахунків у цьому випадку показують, який надійністю мали вироби, які пройшли випробування або використовуються в деяких умовах експлуатації. На підставі цих розрахунків розробляються заходи по підвищенню надійності, визначаються слабкі місця вироби, даються оцінки надійності вироби і впливу на неї окремих факторів.
Основні труднощі при розрахунку надійності РЕЗ викликаються наступними обставинами: 1) конструюються об'єкт містить велику кількість елементів, 2) можливі різні види відмов об'єкта; 3) частину вихідних даних, необхідних для розрахунку, достовірно невідома. Для подолання цих труднощів використовуються різні підходи (спосіб еквівалентної схеми, спосіб визначального параметра і допусків, спосіб коефіцієнтів впливу і прототипів та ін.)
У даній роботі при оцінці надійності використовується спосіб коефіцієнтів впливу і прототипів. Виділяється структурна частина об'єкта (або вид відмов), для якої показники надійності можуть бути визначені найбільш точно і в достатній мірі відображають надійність всього об'єкта. Показник надійності для цієї частини позначимо . Вплив надійності інших частин (або видів відмов) враховується коефіцієнтами за формулою

Блок з відмовами електричної схеми

Блок з конструкційними відмовами

Блок з технологічними відмовами

Блок з експлуатаційними відмовами

де - Коефіцієнт впливу -Ої частини об'єкта або -Го виду відмов; - Число коефіцієнтів впливу.
Коефіцієнти можуть визначатися на основі аналізу відомих статичних даних про причини виникнення відмов для об'єктів-прототипів.
Надійність РЕЗ в значній мірі визначається надійністю елементів електричної схеми. Тому в якості відмов, найбільш точно відображають надійність всього об'єкта, вибираю відмови зумовлені порушеннями елементів електричної схеми.
Працездатність об'єкта, крім того, може бути порушена в результаті відмов обумовлених помилками конструкції, технології та експлуатації.
На основі вищевикладеного об'єкт з точки зору надійності можна представити у вигляді блок-схеми, блоки якої з'єднані послідовно в сенсі надійності (відмова будь-якого з блоків призведе до відмови всього об'єкта).

4. Розрахунок надійності елементної бази

У залежності від повноти врахування факторів, що впливають на надійність об'єкта, можуть проводитися приблизний розрахунок надійності, розрахунок з урахуванням умов експлуатації (розрахунок при підборі типів елементів), уточнений розрахунок.
Розрахунок проводиться в припущенні, що має місце експонентний закон надійності, тобто час роботи об'єкта між відмовами має експоненційний (показовий) розподіл. Підставами для цього є: 1) велика кількість елементів і висока надійність кожного елемента (термін служби кожного елемента значно перевищує період робочої експлуатації РЕЗ), 2) всі відмови, зумовлені неякісним виготовленням, виявляються в період налаштування і випробування РЕЗ перед експлуатацією; 3) відмови , пов'язані зі старінням елементів, в період експлуатації РЕЗ складають незначну частку від загального числа відмов; 4) ймовірність виникнення відмов елементів приблизно однакова в будь-які інтервали часу експлуатації; 5) відмови елементів незалежні.
4.1 приблизний розрахунок проводиться на етапі проектування, коли принципових схем блоків об'єкта ще немає. Кількість елементів в блоках визначається шляхом порівняння проектованого об'єкта з аналогічними, раніше розробленими об'єктами. Інтенсивність відмов проектованого нерезервованої об'єкта визначають шляхом підсумовування значень інтенсивностей відмов всіх його елементів.
Приблизний розрахунок надійності проводиться в наступних цілях:
- Перевірити здійснимість вимог по надійності, що містяться в технічному завданні;
- Порівняти за показниками надійності різні варіанти проектованої системи.
Для розрахунку надійності необхідно мати логічну модель безвідмовної роботи системи (структурна схема надійності). Так як проектований об'єкт без резерву, то його схема надійності послідовна.

Середні, мінімальні і максимальні значення інтенсивності відмов кожного типу елементів визначаю з додатка 3 [2].
Складаю зведену таблицю даних (табл. 2).
Таблиця 2
За даними таблиці 2 розраховую граничні та середні значення інтенсивностей відмов, а також інші показники безвідмовності електричної схеми за формулами:

де, m - число типів елементів схеми.
1 / ч, 1 / ч, ;
, ,
;
ч, ч, ч.
Перевірка: > (215 517> 4500).
4.2 Розрахунок з урахуванням умов експлуатації апаратури, тобто з урахуванням впливу механічних впливів, висотності і кліматичних факторів виробляється за допомогою поправочних коефіцієнтів за формулою , Де - Інтенсивність відмов j-го елемента в номінальному режимі (температура навколишнього середовища 20 ˚ С, коефіцієнт навантаження дорівнює 1; - Поправочні коефіцієнти, що враховують відповідно вплив вологості і температури; - Коефіцієнт, що враховує одночасний вплив вібрації і ударних навантажень. Якщо в об'єкті є - Однотипних елементів, що мають однакові і значення поправочних коефіцієнтів, то для всієї електричної схеми інтенсивність визначається за формулою

У додатку 3 [2] знаходжу інтенсивність відмов елементів для нормальних умов роботи, а поправочні коефіцієнти в додатку 4 [2]. Складаю зведену таблицю даних (табл. 3)

Таблиця 3

Номер та найменування елемента	Позначення на схемі	Тип елемента	Кількість елементів j-го типу n j, шт	Інтенсивність відмов у номінальному режимі λ 0 j * 10 6, 1/час	Поправочні коефіцієнти			Інтенсивність відмов елементів j-го типу з урахуванням умов експлуатації, n j λ 0 j До 1,2, j К 3, j До 4, j * 10 6, 1/час
					До 1,2, j	До 3, j	До 4, j
Резистори	R1-R4, R6-R14, R16-R26, R28, R29, R31-R34	Металодіелектричних	30	0,2	1,07	1	1	6,420
	R5, R15, R27, R30	Змінні	4	0,26				1,113
Конденсатори	С2-С5, С7-С10	Керамічні	8	1,4				11.984
	C1, C6	Електролітичні	2	2,4				5.1360
Діоди	VD1-VD4	Кремнієві	4	0,7				2,996
Транзистори	VT1-VT14	Кремнієві високочастотні потужністю менше 1Вт	14	2,6				38,948
Котушки індуктивності	L1.1, L1.2, L2.1, L2.2	-	4	0,5				2,140
Плата	-	-	1	0,1				0,107
Пайка	-	Печ. мон.	149	0,15				23,916

За даними таблиці 3 розраховую сумарне значення інтенсивності відмов для всієї електричної схеми 1 / ч. На основі значення визначаю інші показники надійності з урахуванням умов експлуатації і ч.
Перевірка: > (10780> 4500).
4.3 Уточнений розрахунок проводиться, коли конструкція об'єкта в основному визначена. Тут, перш за все, враховується відхилення електричного навантаження елементів схеми і навколишнього їх температури від номінальних значень. Інтенсивність відмов елемента j-го типу уточнена і всієї схеми розраховуються за формулами:

де - Поправочний коефіцієнт, що визначається як функція коефіцієнта , Що враховує електричне навантаження, і температури для елемента j-го типу.
Поправочні коефіцієнти для елементів вибираю у додатку 4 [1,2]. Температуру приймаю рівною +40 ˚ С (як максимальну температуру для помірного клімату) плюс +10 ˚ С (за рахунок нагріву самих елементів) для розрахунку надійності об'єкта при роботі в найгіршому для нього режимі. Складаю зведену таблицю даних (табл. 4).
За даними таблиці 4 розраховую сумарне значення інтенсивності відмов для всієї електричної схеми
= 77,709 * 10 ^-6 1 / ч.
На основі значення визначаю уточнені значення показників надійності
= Exp [-77,709 * 10 ^-6 * t], = 12686 ч.
Перевірка: > (12686> 4500).

Таблиця 4

5. Розрахунок надійності з урахуванням всіх видів відмов

Наприкінці аналізу надійності об'єкта розраховуються остаточні значення нормованих показників надійності, які враховують всі можливі види відмов - відмови елементів електричної схеми, конструкційні, технологічні, експлуатаційні та інші.
Загальна інтенсивність відмов λ _про = λ _сх * _к * к _т * до _е, де до _к, к _т, до _е - поправочні коефіцієнти, що враховують збільшення інтенсивності відмов за рахунок помилок конструкції, технології та експлуатації відповідно. Аналіз показує, що 60% всіх відмов викликано порушеннями елементів електричної схеми, 30% - помилками конструкції і 10% - порушеннями технології виготовлення і збірки.
Коефіцієнти до _к, до _т визначаються за формулами:
до _к = (δ _сх + δ _к) / δ _сх = (60 +30) / 60 = 1,5,
до _т = (δ _сх + δ _до + δ _т) / (δ _до + δ _сх) = (60 +30 +10) / (60 +30) = 1,1,
де δ _сх, δ _до, δ _т - частки у відсотках трьох видів відмов відповідно.
Використовуючи знайдені значення поправочних коефіцієнтів визначаю загальну інтенсивність відмов
λ _про = 77,709 * 1,5 * 1,1 * 10 ^-6 = 128,221 * 10 ^-6 1 / ч.
Значить m _{t o б} = 1 / λ _про = 7799 год і К _{Г про} = 7799 / (4 +7799) = 0,99949.
Перевірка: m _{t o б>} (7799> 4500),
К _{Г про>} К _Г (0,99956> 0,99933).

6. Висновки та рекомендації
Проведений розрахунок показав, що на етапі проектування об'єкт задовольняє вимогам надійності.
В якості рекомендації щодо підвищення надійності об'єкта можна відзначити наступне. Значна частина відмов відбувається через помилки і порушень технологічного процесу, що допускаються виробничим персоналом в процесі виготовлення виробів. Тому для зменшення кількості таких помилок треба мінімізувати використання ручної праці в процесі виробництва. Високу надійність може мати тільки та апаратура, при виробництві якої широко використовуються автоматизація та механізація виробничих процесів.
Крім того дотримання заданих умов експлуатації, своєчасне і якісне проведення профілактичного огляду і ремонту також може істотно підвищити надійність об'єкта.

Список використаних джерел

1. Муромцев Ю.Л., Грошев В.М., Чернишова Т.І. Надійність радіоелектронних і мікропроцесорних систем. Тамбов, ТІХМ, 2002.
2. Теорія надійності радіоелектронних систем у прикладах і задачах / Под ред. Г.В. Дружиніна. - М.: Енергія, 2001.
3. Голінкевіч Т.А. Прикладна теорія надійності. - М.: Вищ. школа, 1999.
5. Кофанов Ю.М. Теоретичні основи конструювання, технології та надійності радіоелектронних засобів. - М.: Радіо і зв'язок, 2003.