Методы расчета электронных устройств
Основное назначение инженерных методов расчета электронных устройств заключается в расчете их надежности.
Расчет надежности электронного устройства — это определение количественных характеристик электронного устройства по известным характеристикам его составляющих. Метод расчета зависит от способа их соединения:
- Основное соединение, при котором отказ любого элемента становится причиной отказа всего устройства (при этом они могут быть соединены последовательно, параллельно или соединение может быть смешанным).
- Резервное соединение, при котором отказ всего устройства случается только при отказе основных и резервных составляющих.
При расчете надежности электронного устройства важным является процесс выбора составляющих, которые оказывают влияние на степень его надежности, потому что их отказ практически всегда становится причиной нарушения работоспособности всего прибора. Инженерные методы расчета позволяют оценить ожидаемую надежность узла, платы или всего устройства на разных стадиях его проектирования. В зависимости от стадии проектирования электронного устройства инженерные методы расчета его надежности можно разделить на:
- Прикидочный расчет, производящейся на стадии разработки технического задания.
- Ориентировочный расчет, производящийся на стадии эскизного проектирования.
- Полный (окончательный) расчет, производящийся с учетом режимов работы составляющих устройства и факторов, которые на него воздействуют на стадиях технического проектирования и выпуска рабочей документации.
- Экспериментальная оценка уровня надежности, производящееся на стадии натурных и стендовых испытаний.
Прикидочный расчет надежности электронного устройства
При прикидочном расчете определяется максимально допустимое значение показателя уровня надежности, которое подлежит обеспечению. Прикидочную надежность определяют во время проработки требований, которые выдвигаются заказчиком в представленном техническом задании. Как правило, надежность электронного устройства устанавливается, как вероятность безотказной работы или среднего времени безотказной работы. При прикидочном расчете допускается, что все составляющие устройства равно надежны, и интенсивность отказов никак не зависит от времени. В данном случае исходными данными являются: количество составляющих в системе, необходимое время непрерывной исправной работы, вероятность безотказной работы системы, которая задается в технических условиях. На основании данных условий расчет норм надежности отдельных составляющих электронного устройства ведется при помощи следующего неравенства:
Рисунок 1. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
где N – количество элементов устройства
Для экспоненциального закона распределения времени выражение будет иметь следующий вид:
$Рс(t) = exp(-лс*t0) = exp(-л1*t0), exp(-л2*t0)…$
где: лс — интенсивность отказов; t0 – необходимое время исправной непрерывной работы устройства.
Так как при прикидочном расчете допускается, что все составляющие равно надежны, то есть (л1=л2...лN), то:
$exp(-лс*t0) = exp(-л1*N*t0)$
Максимально допустимая интенсивность отказов для i-го элемента может быть рассчитана следующим образом:
$л = лс / N$
Ориентировочный расчет надежности электронного устройства
Эскизное проектирование электронного устройства сопровождается ориентировочным расчетом его надежности. На этой стадии проектирования еще неизвестны данные об условиях и режимах работы отдельных составляющих проектируемого устройства, но уже известны состав его элементов, условия эксплуатации устройства и связи между элементами.
Ориентировочный расчет осуществляется при следующих допущениях: отказ одного элемента приводит к отказу всего устройства; отказ элемента событие случайное и независимое; учету подлежат только элементы в составе принципиальной схемы устройства; вероятность работы без отказов изменяется во времени по экспоненциальному закону; воздействие условий работы производится приближенно; параметрические отказы не учитываются.
Сначала все элементы разбиваются на группы с примерно одинаковой интенсивностью отказов. Затем по специальным таблицам определяются среднегрупповые значения интенсивности отказов составляющих в каждой группе. Затем рассчитывается доля отказов, которая вносится элементами определенной группы:
$Д = ni*лсг$
где: ni - количество элементов в группе; лсг - среднее значение интенсивности отказов элементов группы.
После этого рассчитывается суммарная интенсивность отказов устройств:
$Добщ = Д1+Д2+...+Дi$
Вероятность безотказной работы устройств по заданным техническим условиям времени беспрерывной и исправной работы по следующей формуле:
$Р(t) = exp(-л*t)$
И затем определяется наработка на отказ следующим образом:
$Тср = 1/л$
Последним этапом расчета является построение зависимостей максимальной вероятности отказов от времени.
