Зміст
Введення
1. Постановка завдання
1.1 Аналіз завдання на проектування
1.2 Отримання відсутніх даних
1.3 Формулювання розв'язуваної задачі
2. Розрахунок показників безвідмовності
2.1 Короткий пояснення методу розрахунку показників безвідмовності
2.2 Розрахунок експлуатаційної безвідмовності елементів
3. Розрахунок показників безвідмовності ЕУ
3.1 Уточнення вихідних даних, використовуваних для розрахунку експлуатаційної безвідмовності елементів
3.2 Вибір і обгрунтування елементів ЕУ
3.3 Визначення коефіцієнтів електричного навантаження елементів
3.4 Результати розрахунку експлуатаційної безвідмовності пристрої
3.5 Визначення показників безвідмовності ЕУ
4. Аналіз результатів рішення
Висновок
Література
Введення
Проектування ─ розробка описів нового або модернізованого технічного об'єкта в обсязі і складі достатньому для реалізації цього об'єкта в заданих умовах. Такі описи називаються остаточними і являють собою повний комплект документації на проектований виріб.
Процес проектування ділять на етапи, склад і зміст яких значною мірою визначаються природою, типом, характеристиками об'єкта проектування.
Традиційно виділяють наступні етапи проектування:
Етап попереднього проектування або етап науково-дослідних робіт (НДР). Будь-яке проектований виріб має або відрізнятися від аналогів будь-якими характеристиками, або аналогів не мати. У будь-якому випадку аналіз виконуваності вимог замовника вимагає проведення робіт НІ або розрахункового характеру. Результатом етапу НДР є технічне завдання (ТЗ) на проектування.
Етап ескізного проектування або етап дослідно-конструкторських робіт (ДКР).
Етап технічного проектування, який полягає у випуску повного комплекту документації на розроблене виріб.
Конструкторсько-технологічне проектування є найважливішою складовою частиною створення радіоелектронних пристроїв (РЕУ). Від успішного виконання цього етапу багато в чому залежать якісні показники РЕУ.
При розробці конструкцій і технологій РЕУ радіоінженер конструктору-технологу доводиться вдаватися до допомоги математичних методів при виборі рішень і оцінки їх якості. При цьому широко використовуються аналітичні методи аналізу. У багатьох випадках оцінити якісні показники чисто аналітичними прийомами дуже важко, або взагалі не представляється можливим. У цих випадках вдаються до експериментальних методів. Тому, для радіоінженера конструктора-технолога важливі як аналітичні, так і експериментальні математичні методи, використовувані при виборі конструкторсько-технологічних рішень і оцінки їх якості.
Поліпшення якості РЕУ являє собою процес безперервного підвищення технічного рівня продукції, якості її виготовлення, а також вдосконалення елементів виробництва і системи якості в цілому.
Мета даної курсової роботи є оцінка показників безвідмовності вузла РЕУ резервування заміщенням. За умовою необхідно використовувати розрахунковий спосіб оцінки. Для здійснення даного проекту була видана схема електрична принципова і вихідні дані до неї, які підлягають надалі уточненню.
Безвідмовність - це властивість виробу безупинно зберігати працездатний стан протягом певного часу або напрацювання. Безвідмовність роботи РЕА безпосередньо пов'язана з надійністю.
Надійність є однією з найголовніших проблем конструювання, і розуміють під нею властивість виробу зберігати в часі у встановлених межах значення всіх параметрів, що характеризують здатність виконувати необхідні функції, у заданих режимах і умовах застосування, технічного обслуговування, зберігання і транспортування.
Надійність є комплексним властивістю, що у залежності від призначення виробу і умов його застосування може включати безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність і збереженість чи певні поєднання цих властивостей. Для опису різних сторін цієї властивості на практиці користуються показниками надійності, що представляють собою кількісні характеристики одного або декількох властивостей визначають надійність виробу. Використовують одиничні і комплексні показники надійності. Під одиничним розуміють такий показник, який характеризує одна з властивостей, складових надійність виробу. Комплексний показник характеризує кілька властивостей, які складають надійність виробу.
Умова проекту - наявність резервування заміщенням і постійне резервування. Резервування - це введення в структуру пристрою додаткового числа елементів, ланцюгів. Існує три види резервування:
постійне;
заміщенням;
ковзне.
При постійному резервування резервні елементи постійно підключені до основних і перебувають з ними в одному електричному режимі.
Основними достоїнствами постійного резервування є:
простота технічної реалізації;
відсутність навіть короткочасного переривання в роботі у випадку відмови елементів зарезервованого вузла.
При резервування заміщенням основний елемент відключають, у разі відмови, і замість нього підключають резервний.
Ковзаюче резервування виконується заміщенням зарезервованого елемента на резервний, у даному випадку резервний елемент повинен бути узгоджений основного.
У даному курсовому проекті ми в першу чергу розрахуємо випадкове час до відмови, визначимо показники безвідмовності і оцінимо вплив способу з'єднання на вибір методу резервування.
1. Постановка завдання
Аналіз завдання на проектування
При роботі над курсовою роботою будемо використовувати такі вихідні дані:
а) Схема електрична принципова (Додаток 1);
б) Інформація про параметри елементів згідно переліку елементів (Додаток 2);
в) Вид електричного монтажу - двосторонній друкарський;
г) Кількість наскрізних металізованих отворів на платі - 10% від загального числа отворів;
д) Для ланцюгів харчування вхідних і вихідних сигналів передбачити з'єднувачі.
е) Умови експлуатації за ГОСТ 15150-69 для категорії виконання УХЛ4.1;
ж) Вид приймання елементів - приймання ВТК ("1");
з) Перегрів в нагрітій зоні ЕУ ; Середній перегрів повітря в ЕУ
;
і) Заданий час роботи, зазначене замовником - ;
к) Цікавить гамма-відсоткова напрацювання на відмову - ;
Крім того при розрахунку показників безвідмовності, необхідні будуть такі дані, як коефіцієнти електричного навантаження елементів, які можна отримати з карт електричних режимів, для відповідних елементів. Так само для визначення навантажувальних коефіцієнтів, необхідні будуть параметри деяких радіоелементів, які можна отримати з довідкової літератури.
Отримання відсутніх даних
Визначаємо коефіцієнти електричного навантаження елементів з літературного джерела [1]:
Для резистора:
K R = 0,7 (Таблиця 7.20, с.157)
K M = 0,7 (Таблиця 7.21, с.158)
K Е = 2,5 (Таблиця 7.5, с.143)
λ ОГ (λ 6) х10 -6 = 0,132 (Таблиця 7.9, с.151)
До Р - визначається за формулою:
де t - температура навколишнього середовища (корпусу елемента), 0 С;
До Н - коефіцієнт електричного навантаження резистора за потужністю;
A, B, N T, G, N S, J, H - постійні коефіцієнти.
Значення постійних коефіцієнтів підбираємо за таблицею 7.19 вищевказаного джерела, c 157:
A = 0,26; B = 0,5078; N T = 343; G = 9,278; N S = 0,878; J = 1; H = 0,886.
Для розрахунку коефіцієнта електричного навантаження резистора за потужністю, знадобиться його номінальна потужність. Так як використовувані резистори розраховані на потужність 0,125 Вт, цю потужність і приймемо за номінальну. Для конденсаторів електролітичних:
K C = 0,2 З 0,23 (Таблиця 7.18, с.157);
K Е = 2,5 (Таблиця 7.5, с.143);
λ ОГ (λ 6) х10 -6 = 0,52 (Таблиця 7.9, с.151);
До Р - визначається за формулою:
де t окр - температура навколишнього середовища (корпусу елемента), 0 С;
До Н - коефіцієнт електричного навантаження конденсатора по напрузі;
Для розрахунку коефіцієнта електричного навантаження конденсатора по напрузі, знадобиться його максимально допустима напруга. Так як використовувані конденсатори розраховані на напругу до 25В, цю напругу і приймемо за номінальне.
A, B, N T, G, N S, H - постійні коефіцієнти.
Значення постійних коефіцієнтів підбираємо за таблицею 7.17 вищевказаного джерела, c 156:
A = 0,59 * 10 -2; B = 4,09; N T = 358; G = 5,9; N S = 0,55; H = 3.
Для конденсаторів керамічних:
K C = 0,4 З 0,14 (Таблиця 7.18, с.157);
K Е = 2,5 (Таблиця 7.5, с.143);
λ ОГ (λ 6) х10 -6 = 0,52 (Таблиця 7.9, с.151);
До Р - визначається за формулою:
де t окр - температура навколишнього середовища (корпусу елемента), 0 С;
До Н - коефіцієнт електричного навантаження конденсатора по напрузі;
Для розрахунку коефіцієнта електричного навантаження конденсатора по напрузі, знадобиться його максимально допустима напруга. Так як використовувані конденсатори розраховані на напругу до 50В, цю напругу і приймемо за номінальне.
A, B, N T, G, N S, H - постійні коефіцієнти.
Значення постійних коефіцієнтів підбираємо за таблицею 7.17 вищевказаного джерела, c 156:
A = 5,909 * 10 -7; B = 14,3; N T = 398; G = 1; N S = 0,3; H = 3.
Для діодів:
K Д = 0,6 (Таблиця 7.15, с.155);
K U = 0,7 (Таблиця 7.16, с.155);
K Ф = 1,5 (Таблиця 7.17, с.154);
K Е = 2,5 (Таблиця 7.5, с.143);
λ ОГ (λ 6) х10 -6 = 0,728 (Таблиця 7.9, с.150);
До Р - визначається за формулою:
де t окр - температура навколишнього середовища (корпусу елемента), 0 С;
До Н - коефіцієнт електричного навантаження;
Для розрахунку коефіцієнта електричного навантаження діодів, знадобиться середній прямий струм. Для отримання даного параметра скористаємося інтернет-довідником [4]. Відповідно до нього прямий струм діода збірки КД133А дорівнює 0,5 А.
A, N T, Т М, L, - Постійні коефіцієнти.
Значення постійних коефіцієнтів підбираємо за таблицею 7.13 вищевказаного джерела, c 154:
A = 44,1025; N T =- 2138; Т М = 448; L = 17,7; .
Для транзисторів КТ646Б:
K Д = 0,5 (Таблиця 7.15, с.155);
K U = 0,5 (Таблиця 7.16, с.155);
K Ф = 0,7 (Таблиця 7.17, с.154);
K Е = 2,5 (Таблиця 7.5, с.143);
λ ОГ (λ 6) х10 -6 = 0,728 (Таблиця 7.9, с.150);
До Р - визначається за формулою:
де t окр - температура навколишнього середовища (корпусу елемента), 0 С;
До Н - коефіцієнт електричного навантаження;
Для розрахунку коефіцієнта електричного навантаження діодів, знадобиться середній прямий струм. Для отримання даного параметра скористаємося інтернет-довідником [4]. Відповідно до нього прямий струм діода збірки КД133А дорівнює 0,5 А.
A, N T, Т М, L, - Постійні коефіцієнти.
Значення постійних коефіцієнтів підбираємо за таблицею 7.13 вищевказаного джерела, c 154:
A = 5,2; N T =- 1162; Т М = 448; L = 13,8; .
Для плати друкованої:
K Е = 2,5 (Таблиця 7.5, с.143).
Для сполук пайкою хвилею:
K Е = 2,5 (Таблиця 7.5, с.143);
λ ОГ (λ 6) х10 -6 = 0,00034 (Таблиця 7.9, с.151).
1.3 Формулювання розв'язуваної задачі
Для оцінки безвідмовності роботи пристрою будемо використовувати в першу чергу експоненційну характеристику надійності. Вона визначається експоненціальним законом надійності. У цьому випадку час до відмови розподіляється по експонентній моделі. Проводячи аналіз ймовірності виходу з ладу кожного елемента схеми, отримуємо ряд значень, випадкової величини, що характеризує ймовірність відмови того чи іншого елемента в залежності від його величини і параметрів впливає на нього середовища. Потім проводимо аналіз всіх ймовірностей відмов, і знаходимо загальну сумарну ймовірність відмови. Відповідно до отриманого результату знаходимо розрахункові значення таких параметрів безвідмовності, як:
а) напрацювання на відмову;
б) імовірність безвідмовної роботи за певний час;
в) гамма-відсоткова напрацювання на відмову.
Графік експоненційної залежності надійності пристрою від часу наведено на малюнку 1.1
Малюнок 1.1 - графік експоненційної характеристики надійності
Відповідно до графіка видно, що надійність пристрою зменшується зі збільшенням часу його роботи. Модель експоненціального розподілу часто використовується для апріорного аналізу, оскільки дозволяє не дуже складними розрахунками отримати прості співвідношення для різних варіантів створюваної системи. На стадії апостеріор аналізу (дослідних даних) повинна проводитися перевірка відповідності експоненційної моделі результатами випробувань.
2. Розрахунок показників безвідмовності
2.1 Короткий пояснення методу розрахунку показників безвідмовності
Розрахунок безвідмовності вироби будемо вести наступним чином:
Визначимо моделі ймовірностей відмов для кожного з елементів схеми.
З таблиць підберемо коефіцієнти навантаженості елементів.
Відповідно до довідковими параметрами розраховуємо коефіцієнт режиму роботи.
Для режиму експлуатації пристрою підбираємо коефіцієнт експлуатації.
За моделі ймовірності відмов визначаємо ймовірність відмови кожного елемента.
Розраховуємо сумарне значення імовірності відмови для всього виробу в цілому.
Відповідно до отриманих результатів розраховуємо значення параметрів безвідмовності.
2.2 Розрахунок експлуатаційної безвідмовності елементів
Основними елементами пристрою є резистори, конденсатори, діодні збірки, випрямні, друкована плата, з'єднання пайкою хвилею, з'єднувачі двухкантактние моделі, відповідно до яких будуть вестися розрахунки ймовірностей відмов елементів схеми наведені в таблиці 2.1.
Таблиця 2.1 - Моделі імовірності відмов елементів схеми
Позиційне позначення
Вид математичної моделі розрахунку
Резистори
Конденсатори
Діоди