Оценка надежности по внезапным эксплуатационным отказам

Внезапные эксплуатационные отказы (ВЭО) представляют собой внезапные отказы полноценной по надежности электронной системы, возникающие в период нормальной эксплуатации, когда приработка устройства уже закончилась, а износ и естественное старение еще не наступили. ВЭО обусловлены чисто случайными факторами, такими как скрытые внутренние дефекты, которые не могут быть выявлены установленной системой технического контроля; маловероятные и поэтому не предусмотренные схемой и конструкцией отклонения режимов работы, сочетания параметров, концентрации внешних нагрузок и внутренних напряжений; ошибки оперраторов в период эксплуатации. В силу перечисленных причин появление таких отказов принципиально неустранимо и равновероятно во времени, т.е. λ ₀= const

С учетом постоянства интенсивности отказов (λ ₀= const) выражение для ВБР имеет вид

(1)

Этот закон известен под названием экспоненциального закона надежности. Под t понимают не календарное время, а наработку – тот интервал, для которого рассчитывается надежность.

ВБР не зависит от того, как выбрана начальная точка отсчета этого интервала (так как λ = const). С учетом того, что Т_ср=1/λ , то можно записать

Из приведенного выражения видно, что при t = Т_ср , р(Т_ср) = 0,37.

При определении надежности системы р_c(t) через известные показатели надежности ее элементов вводят два допущения:

- отказы элементов статически независимы;

- отказ любого элемента приводит к отказу системы (в теории надежности такую систему называют последовательной).

Принятые допущения позволяют использовать теорему умножения вероятностей

,

где р_i – ВБР i – того элемента; N – число комплектующих элементов.

Подставив последнее выражение в (1), получим

(2), а (3)

Расчет по данным выражениям дает погрешности, вызванные тремя обстоятельствами:

1. В данных выражениях не учитывается качество отработки структуры системы (принципиальной и компоновочной схемы). В этом смысле более точные результаты дает укрупненный расчет надежности, когда в качестве элементов рассматривают блоки с известными λ характеристиками.

2. Условие λ = const является идеализированным и может быть реализованным либо в случае достаточно строгого профилактического техобслуживания, исключающего износовые отказы и отказы старения, либо, в случае малых по сравнению с ресурсом изделия, наработках t.

3. Экспоненциальный закон распределения не является универсальным для описания внезапных эксплуатационных отказов. В отдельных случаях используют экспоненциальное распределение со сдвигом, распределение Вейбулла.

Приближенный расчет надежности по внезапным эксплуатационным отказам выполняют на этапе технического проектирования по формулам (2) и (3) по известным значениям характеристикам надежности. В таблице приведены данные по средней наработке до отказа наиболее распространенных элементов электрических схем.

Тип элемента	Средняя наработка до отказа , 106 ч.
Полупроводниковые диоды	от 5 до 50
Транзисторы	от 0,2 до 5
Электровакуумные приборы	от 1 до 50
Интегральные микросхемы	от 20 до 100
Резисторы	от 5 до 250
Конденсаторы	от 25 до 330
Трансформаторы	от 2 до 20
Переключатели, реле	от 20 до 50

При уточненном расчете надежности учитывают внешние воздействия, влияние тепловых и электрических нагрузок элементов устройства.

Расчет производят по формуле

,

где - интенсивность отказов при эксплуатации в заданных условиях;

- интенсивность отказов при эксплуатации в номинальном режиме;

- поправочный коэффициент, учитывающий влияние температуры окружающей среды и электрическую нагрузку элемента;

- воздействие механических факторов (вибрации, удары);

- воздействие климатических факторов (температура, влажность);

- условия работы при пониженном атмосферном давлении.

Значения поправочного коэффициента определяются из таблицы в зависимости от температуры и коэффициента нагрузки . Под коэффициентом нагрузки понимают отношение рабочей нагрузки установленной по определяющему параметру П, который действует на элемент, к его номинальной нагрузке, установленной нормативно-технической документацией

Например:

- для резисторов определяющим параметром является мощность рассеяния (рекомендуемое значение 0,5);

- для конденсаторов – напряжение (0,7) или реактивная мощность (0,6);

- для транзистора –ток коллектора (0,8) или мощность, рассеиваемая на переходе (0,5).

При нескольких определяющих параметрах принимают .

Уточненный расчет надежности производят также в формуле