Основные понятия и количественные характеристики надежности объектов. Расчет надежности. Резервирование. Экспериментальная проверка параметров надежности.

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАДЕЖНОСТИ ОБЪЕКТОВ § 1.1. Теория надежности как наука Технический прогресс во всех отраслях промышленности предполагает использование радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), которая прежде всего должна надежно выполнять возложенные на нее функции. Какими бы превосходными характеристиками не обладало разработанное устройство, его применение теряет смысл, если оно быстро отказывает. Например, аппарат искусственного дыхания, который отказывает во время операции, приведет к гибели больного. К катастрофическим последствиям может привести отказ защиты атомного реактора на атомной станции, отказ аппаратуры в диспетчерской аэропорта, АСУТП на химическом предприятии и т.д. Все эти вопросы приобрели особую актуальность в период бурного развития электроники в середине ХХ века. Это в свою очередь привлекло внимание ученых и инженеров к развитию теории надежности и, в частности, надежности РЭА. Теория надежности - это научная дисциплина, изучающая общие методы и приемы, которых следует придерживаться при проектировании, изготовлении, приемке, транспортировке, хранении и эксплуатации изделий для обеспечения максимальной их эффективности в процессе использования. Теория надежности решает следующие задачи: - устанавливает закономерности возникновения отказов устройств и методы их прогнозирования; - разрабатывает критерии количественной оценки надежности, характеризующей изделия; - изыскивает способы повышения надежности изделий при их конструировании, изготовлении, эксплуатации и хранении; - разрабатывает экспериментальные методы количественной оценки параметров надежности. § 1.2. Основные термины и определения Надежность – свойство объекта сохранять во времени и в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определенные сочетания этих свойств. Для непрерывно работающих объектов (объекты обеспечения электроэнергией, АСУТП и т.д.) наиболее важны первых три свойства, а для объектов, выполняющих сезонные работы (например, сельхозтехника), не менее важна и сохраняемость. Сформулируем основные технические состояния объекта. Исправное состояние – состояние при котором объект соответствует всем требованиям нормативно-технической и конструкторской документации (далее НТД). Неисправное состояние – состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному требованию НТД. Неисправное состояние наступает в результате повреждения. Повреждение – событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении его работоспособного состояния. Работоспособное состояние – состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствует требованиям НТД. Неработоспособное состояние - состояние объекта, при котором значения хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям НТД. Неработоспособное состояние наступает в результате отказа. Объект может быть работоспособным, но неисправным. Например в том случае, когда небольшие внешние повреждения (помятое крыло автомобиля, царапины на корпусе прибора) не влияют на функционирование объекта. Границы между исправным и работоспособным состоянием условны. Например, царапины в лакокрасочном покрытии прибора при нормальных условиях не влияют на его работоспособность, а в коррозионноактивной среде могут привести к отказу. Для сложных объектов возможно деление их неработоспособных состояний. При этом из множества неработоспособных состояний выделяют частично неработоспособные состояния, при которых объект может выполнять некоторые требуемые функции (например, при отказах в системе электроснабжения, отключается освещение второстепенных улиц или энергия подается только на особо важные объекты). Предельное состояние – состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния недопустимо, либо нецелесообразно. После достижения предельного состояния, критерии которого формулируются в НТД, производится временное или окончательное прекращение эксплуатации объекта. При достижении этого состояния объект должен быть снят с эксплуатации, направлен в средний или капительный ремонт, списан, уничтожен или передан для применения не по назначению. Сформулируем основные временные понятия теории надежности. Наработка – продолжительность или объем работы объекта. Наработка может быть как непрерывной величиной (продолжительность работы в часах, километрах пробега и т.п.), так и целочисленной величиной (число рабочих циклов, запусков и т.п.). Наработка до отказа – наработка объекта от начала эксплуатации до возникновения первого отказа. Наработка до отказа относится как к восстанавливаемым, так и к невосстанавливаемым объектам. Наработка между отказами – наработка объекта от окончания восстановления его работоспособного состояния после отказа до возникновения следующего отказа. Наработка между отказами относится только к восстанавливаемым объектам. Время восстановления – продолжительность восстановления работоспособного состояния. Ресурс – суммарная наработка объекта от начала его эксплуатации (или ее возобновления после ремонта) до перехода в предельное состояние. Срок службы – календарная продолжительность работы объекта от начала его эксплуатации (или ее возобновления после ремонта) до перехода в предельное состояние. Временные характеристики, относящиеся к объекту, носят вероятностный характер. У объекта, в принципе, можно измерить физические характеристики (вес, габариты, температуру в рабочей камере и т.п.) в любой момент его существования. Но определить, к примеру, наработку до отказа объекта можно только после наступления отказа. До этого можно только с большей или меньшей достоверностью прогнозировать значение этой величины. Опыт показывает, что наработка, ресурс, срок службы имеют большой статистический разброс. Этот разброс служит показателем технологической культуры и дисциплины, достигнутого уровня технологии. Разброс можно уменьшить путем надлежащей обработки каждого объекта до передачи его в эксплуатацию. Для особо важных объектов таким образом обычно и поступают, но для массовых объектов такой подход чаще всего нецелесообразен. § 1.3. Критерии (свойства) надежности Как было сказано ранее, надежность является сложным свойством, которое состоит из сочетания свойств – критериев надежности. Критерий (свойство) надежности – мера, посредством которой производится количественная оценка надежности. Численное значение критерия называется показателем или параметром надежности. К критериям предъявляются следующие требования: - максимальный учет факторов, определяющих надежность объектов; - возможность их использования при инженерных расчетах; - возможность задания критериев в качестве технических параметров объектов; - удобство и простота экспериментальной проверки критериев при эксплуатации и испытаниях. 1.3.1. Для оценки надежности объектов используются критерии безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки. Это один из самых важных критериев. Он обычно рассматривается применительно к режиму эксплуатации объекта. Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. Объект может перейти в предельное состояние, оставаясь работоспособным, если его дальнейшее применение по назначению станет недопустимым по требованию техники безопасности, экономичности и эффективности. Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонтов. Свойство ремонтопригодности определяется конструкцией объекта. При конструировании учитывается техническая и экономическая целесообразность восстановления и ремонта тех или иных частей объекта. Техническое обслуживание – операции, регламентированные в документации по поддержанию работоспособного и исправного состояния (контроль технического состояния, очистка, смазка, юстировка и т.д.). Ремонт – перевод объекта из предельного состояния в работоспособное или исправное. В него входят разборка, дефектовка, замена или восстановление блоков и деталей, сборка и т.д. Отдельные операции могут совпадать с техническим обслуживанием. Восстановление - перевод объекта из неработоспособного состояния в работоспособное или исправное. Сохраняемость - свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров и функций объекта в течение и после хранения и транспортирования. В процессе хранения и транспортирования объекты подвергаются воздействию неблагоприятных факторов (температура, давление, влажность, вибрации и т.д.). В результате этого объект может оказаться в неисправном, неработоспособном и даже предельном состоянии. Сохраняемость объекта характеризуется его способностью противостоять неблагоприятным факторам при хранении и транспортировании. Обслуживаемый, восстанавливаемый, ремонтируемый объект – это объект, для которого в НТД предусмотрено проведение соответствующих работ. Схема состояний объектов и приводящих к ним событий приведена на рис. 1 . Рисунок 1.1 § 1.4. Показатели надежности Рассмотрим наиболее часто применяемые показатели, с помощью которых определяются количественные характеристики надежности. 1.4.1. Показатели безотказности Вероятность безотказной работы, Р(t) – вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникнет. Средняя наработка до отказа, ТСР – математическое ожидание наработки объектов до первого отказа. Средняя наработка на отказ, Т0 – отношение суммарной наработки восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию числа его отказов течение этой наработки. Интенсивность отказов, λ(t) – условная плотность вероятности возникновения отказа объекта, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента отказ не возник. Параметр потока отказов, μ (t) – отношение математического ожидания числа отказов восстанавливаемого объекта за достаточно малую его наработку к значению этой наработки. 1.4.2. Показатели долговечности Гамма-процентный ресурс, γр% – суммарная наработка, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с вероятностью γ, выраженной в процентах. Средний ресурс, ТР – математическое ожидание ресурса. Средний срок службы, Тсл - математическое ожидание срока службы. 1.4.3. Показатели ремонтопригодности Вероятность восстановления, РВ(t) – вероятность того, что время восстановления работоспособного состояния объекта не превысит заданного. Среднее время восстановления, ТВ – математическое ожидание работоспособного состояния после отказа. Гамма-процентное время восстановления, γВ% - время, в течение которого восстановление работоспособности объекта будет осуществляться с вероятностью γ, выраженной в процентах. 1.4.4. Показатели сохраняемости Гамма-процентный срок сохраняемости, γС% - срок сохраняемости, достигаемый объектом с заданной вероятностью γ, выраженной в процентах. Средний срок сохраняемости, ТС – математическое ожидание срока сохраняемости. § 1.5. Понятие отказа Одним из основных понятий в теории надежности является понятие отказа. В ряде случаев определение отказа не вызывает трудностей. Например, если речь идет об осветительной лампочке, отказ обычно связывают с ее перегоранием. Простым случаем отказа для конденсатора является его пробой или обрыв выводов. Аналогичные примеры можно привести для диода, транзистора, трансформатора и т.д. Однако в ряде случаев отказ не является столь же очевидным, как в приведенных выше примерах. Известно, например, что при длительной работе (или в процессе длительного хранения) емкость электролитического конденсатора становится меньше номинальной и выходит за пределы допуска, установленного в технических условиях на изделие. С одной стороны, мы вправе оценивать это как отказ конденсатора. Однако если этот конденсатор установлен в звене фильтра источника питания радиоприемного устройства или вычислительной машины, мы можем порой даже не зафиксировать этот отказ. И только очень сильное изменение емкости по сравнению с номиналом может привести в первом случае к появлению фона, а во втором – к сбоям ЭВМ. Рассмотрим отказ резистора. Обрыв или короткое замыкание однозначно говорят об отказе. В случае отклонения от величины сопротивления от номинала могут быть разные варианты оценки. Если резистор включен в цепь измерительного прибора и определяет размах шкалы, то отклонение его сопротивления от номинала может привести к появлению погрешности в показаниях прибора, превышающей допустимую, что, по существу, является свидетельством отказа. Если резистор установлен в цепи фильтра выпрямителя или в развязывающей цепи, то даже значительные изменения величины сопротивления не приводят к каким-либо серьезным последствиям. Таким образом, отказом является событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта. Анализируя работу какого-либо устройства, оценивая его надежность, мы должны в каждом конкретном случае определять критерий отказа – установленные в НТД признак или совокупность признаков нарушения работоспособного состояния объекта. В практике рассмотрения надежности РЭА различают, в основном, следующие восемь видов отказов: Внезапный отказ – отказ, характеризующийся скачкообразным изменением значений одного или нескольких параметров объекта. Постепенный отказ – отказ, возникающий в результате постепенного изменения значений одного или нескольких параметров объекта. Перемежающийся отказ (сбой) – многократно возникающий самоустраняющийся отказ одного и того же характера. Независимый отказ – отказ, не обусловленный другими отказами. Зависимый отказ - отказ, обусловленный другими отказами. Конструктивный отказ – отказ, возникший по причине, связанной с несовершенством или нарушением установленных правил или норм проектирования и конструирования. Производственный отказ – отказ, возникший по причине, связанной с несовершенством или нарушением установленного процесса изготовления или ремонта, выполняемого на ремонтном предприятии. Эксплуатационный отказ – отказ, возникший по причине, связанной с нарушением установленных правил и условий эксплуатации. Говоря об отказах, следует отметить, что вследствие неполноты сведений о процессах, протекающих в объекте сам отказ является случайным событием, а время появления отказа – случайной величиной. Следовательно, основным математическим аппаратом теории надежности является теория вероятности и математическая статистика. § 1.6. Количественные характеристики показателей надежности Показатели надежности делятся на единичные и комплексные. Единичный показатель характеризует один критерий (свойство) надежности, если же несколько свойств, то это комплексный показатель. 1.6.1. Показатели безотказности 1.6.1.1 Вероятность безотказной работы (ВБР) Представим себе следующий опыт. Взято достаточно большое число однородных объектов (допустим 1000 осветительных ламп), еще не работавших. Лампы включаются одновременно и далее фиксируется время отказа каждой лампы. На основании полученных данных строится график (рис. 14), где по оси абсцисс откладывается время, а по оси ординат - отношение количества исправных объектов к первоначальному количеству установленных на испытания. Полученная зависимость характеризует надежность объектов, является по существу ВБР объекта за время t. ВБР определяется в предположении, что в начальный момент времени объект находился в работоспособном состоянии. Возникновение первого отказа – случайное событие, а наработка Т от начального момента до этого события – случайная величина. Вероятность безотказной работы Р(t) в интервале времени от 0 до t определяется как , (1.1) где t – суммарная наработка (или просто наработка). ВБР является функцией наработки t. Обычно ее предполагают непрерывной и дифференцируемой. ВБР связана с функцией распределения F(t) и плотностью распределения f(t) наработки до отказа следующими соотношениями: (1.2) (1.3) Наряду с вероятностью безотказной работы часто используют вероятность отказа – вероятность того, что объект откажет хотя бы один раз в течение заданной наработки, будучи работоспособным в начальный момент времени. Таким образом, вероятность отказа - это вероятность того, что Т < t, т.е. является интегральной функцией распределения случайной величины t. Следовательно, вероятность отказа объекта Q(t) в период времени от 0 до t определяется как: (1.4) Очевидно также, что и (1.5) Статистические оценки вероятности безотказной работы и вероятности отказа по опытным данным производятся следующим образом: (1.6) , (1.7) где N – число объектов, работоспособных в начальный момент времени; n(t )- число объектов, отказавших на отрезке времени от 0 до t. Графики функций Р(t) и Q(t) представлены на рисунке 1.3. Рисунок 1.3 Рисунок 1.4 На рисунке 1.4 представлен график плотности распределения f(t) случайной величины t, на котором показаны ВБР Р(τ) и вероятность отказа Q(τ) для некоторой наработки t = τ. Статистическая оценка плотности распределения производится по формуле: (1.8) 1.6.1.2 Средняя наработка до отказа Средняя наработка до отказа (МО наработки объекта до первого отказа) рассчитывается по формуле: (1.9) Из формулы (1.3) следует, что (1.10) Интегрируя (1.10) по частям, получим . Очевидно, что =0, так как при верхнем пределе P(t) быстрее стремится к нулю, чем t→∞. Таким образом (1.11) При экспоненциальном законе распределения времени наработки до первого отказа с ВБР средняя наработка до отказа определяется по формуле (1.12) Статистическая оценка средней наработки до отказа: , (1.13) где N – число работоспособных объектов при t=0; τj – наработка до первого отказа для каждого из объектов. 1.6.1.3. Средняя наработка на отказ Этот показатель введен применительно к восстанавливаемым изделиям, при эксплуатации которых допускаются многократно повторяющиеся отказы. Очевидно, что это должны быть несущественные отказы, не приводящие к серьезным последствиям и не требующих значительных затрат на восстановление работоспособного состояния. Эксплуатация таких объектов может быть описана следующим образом. В начальный момент времени объект начинает работать и продолжает работать до первого отказа. После отказа происходит восстановление работоспособности и объект снова работает до отказа и т.д. На оси суммарной наработки (когда время восстановлений не учитывается) моменты отказов образуют поток отказов. Средняя наработка на отказ Т0 рассчитывается по формуле: (1.14) где t – суммарная наработка; r(t) – число отказов, наступившее в течение этой наработки. М[r(t)] – математическое ожидание r(t). Для нормального периода эксплуатации, когда поток отказов описывается распределением Пуассона с постоянной интенсивностью потока отказов λ (простейший поток), средняя наработка на отказ определяется по формуле: (1.15) Статистическая оценка средней наработки на отказ: , (1.16) где – число отказов, фактически произошедших за суммарную наработку t. Для статистической оценки средней наработки на отказ, если поток отказов стационарный и используется группа однотипных объектов, испытываемых в однородных условиях, в формуле (1.16) t заменяют на сумму наработок всех объектов tΣ, а на суммарное число отказов rΣ: . (1.17) 1.6.1.4 Интенсивность отказов Интенсивность отказов характеризует локальную надежность объектов, т.е. степень надежности объекта каждый момент времени. Интенсивность отказов определяется по формуле: (1.18) Статистическая оценка интенсивности отказов производится по формуле: (1.19) где N – число объектов, работоспособных в начальный момент времени; n(t) – число объектов, отказавших на отрезке времени от 0 до t. Таким образом, интенсивность отказов показывает, какая доля от объектов, работающих в некоторый момент времени, отказывает в единицу времени после этого момента. Если по рассчитанным таким образом частным значениям интенсивности построить гистограмму и соединить ее плавной кривой, то получится функция интенсивности отказов, иногда называемая λ-характеристикой (см. рис. 4). Типичная λ-характеристика имеет три явно выраженных участка. Участок I соответствует периоду приработки объекта. В этот период происходит процесс выявления конструкторских, технологических и производственных дефектов элементов. Отказы носят внезапный характер и после их устранения λ снижается. Продолжительность периода зависит от типа объекта, культуры производства. Обычно это десятки, а иногда и сотни часов. На практике стараются сделать так, чтобы процесс приработки (период 1) происходил у изготовителя изделий, т.е. потребитель в этом случае будет получать элементы с меньшей величиной λ. Участок 2 - период нормальной эксплуатации. Он характеризуется постоянным (λ  const) пониженным уровнем интенсивности отказов. Отказы также носят, в основном, внезапный характер. Продолжительность этого периода зависит от срока службы элементов объекта и характеризует долговечность всего объекта. Обычно это несколько тысяч часов. Участок 3 – период интенсивного износа и старения. Это область, где уже исчерпаны ресурсы, определяемые сроком службы элемента и начавшиеся процессы старения вызывают резкое увеличение λ. Эксплуатация в этот период нецелесообразна. Связь между интенсивностью отказов и средней наработкой до отказа описывается формулой (1.20) Для нормального периода эксплуатации, когда интенсивность отказов постоянна λ(t)λ, с учетом (1.12) ВБР можно записать в виде (1.21) Плотность вероятности f(t) при этом связана с интенсивностью отказов следующим соотношением: (1.22) 1.6.1.5 Параметр потока отказов Параметр потока отказов характеризует среднее число отказов, ожидаемых на малом интервале времени. Определяется по формуле: , (1.23) где Δt – малый отрезок наработки; r(t) – число отказов от начального момента времени до достижения наработки t. Разность представляет собой число отказов на отрезке Δt. Статистическая оценка параметра потока отказов производится по формуле: (1.24) Для стационарных потоков , (1.25) где - оценка (1.17) для средней наработки на отказ. 1.6.2 Показатели ремонтопригодности 1.6.2.1 Вероятность восстановления Теория надежности делит изделия на два класса: восстанавливаемые (большинство изделий РЭА, оборудования и т.д.) и невосстанавливаемые (большинство радиоэлементов, оборудование искусственных спутников, и т.д. ). Объекты в зависимости от функционального назначения и условий эксплуатации могут относиться к обоим классам. Так, например, устройства наземных систем ракетных комплексов относятся к восстанавливаемым системам, а бортовые радиоэлектронные изделия ракет относятся к невосстанавливаемым. Для восстанавливаемых объектов интервал времени от момента отказа до момента восстановления, включающий в себя обнаружение, диагностику и устранение отказа, является случайной величиной. Обычно она подчиняется распределению Вейбулла. Вероятность восстановления PB(t) показывает вероятность того, что случайное время восстановления объекта Твосст. будет не больше заданного. Таким образом, PB(t) является интегральной функцией распределения времени восстановления. (1.26) Исходя из этого, PB(t) рассчитывается по формулам, аналогичным расчету вероятности отказа (1.4), (1.5), (1.7). 1.6.2.2 Среднее время восстановления Это наиболее часто используемый критерий ремонтопригодности. Будучи с.в., время восстановления зависит от многих факторов: характера отказа, приспособленности объекта к быстрому его обнаружению, квалификации персонала, быстроты замены отказавшего элемента и т.д. Опыт показывает, что основную долю времени (80 – 90%) занимает процесс диагностики отказа. В вероятностном и статистическом смысле среднее время восстановления ТВ аналогично средней наработке до отказа и рассчитывается по формулам, аналогичным (1.9) и (1.13). , (1.27) где fВ(t) – плотность распределения времени восстановления. Статистическая оценка среднего времени восстановления: , (1.27 а) где n – число восстановлений объекта; τj – время j-того восстановления. 1.6.3 Показатели долговечности 1.6.3.1 Гамма-процентный ресурс, γр% , определяется по формуле , (1.28) где t - время, за которое определяется γр. 1.6.3.2 Средний ресурс, ТР и средний срок службы, Тсл, при известном законе их распределения определяются по формулам, аналогичным (1.9). Показатели долговечности (ресурс, срок службы) оцениваются и прогнозируются с помощью четырех методов: статистического. детерминированного, физико-статистического, экспертного. Статистический метод требует большого объема информации. Несмотря на высокую степень неопределенности, объясняемую объективными и субъективными причинами, этот метод имеет наибольшее распространение благодаря его простоте. При этом методе показатели долговечности (средний ресурс, средний срок службы) оцениваются по формулам, аналогичным (1.13). Детерминированный метод использует аналитические зависимости, связывающие время до разрушения объекта с характеристиками эксплуатационных нагрузок и физико-химическими процессами в элементах объекта. Однако он не учитывает случайных воздействий. Физико-статистический метод учитывает влияние физико-химических факторов и эксплуатационных нагрузок на элементы объекта с позиций математической статистики. Этот метод дает наиболее адекватные результаты. Экспертный метод основан на использовании оценок и прогнозировании показателей долговечности экспертами. Его достоверность зависит от квалификации экспертов, их субъективности. 1.6.4 Показатели сохраняемости (средний срок сохраняемости и гамма-процентный срок сохраняемости) определяются аналогично соответствующим показателям долговечности. 1.6.5 Комплексные показатели надежности Отдельные критерии (свойства) надежности являются независимыми: объект может иметь высокие показатели безотказности, но быть плохо ремонтируемым или при низких показателях безотказности быть достаточно долговечным. Для оценки одновременно нескольких показателей надежности используются комплексные показатели, наиболее употребляемыми из которых является коэффициент готовности и коэффициент оперативной готовности. 1.6.5.1 Коэффициент готовности КГ – это вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени (кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не предусматривается). КГ характеризует работоспособность объекта в произвольный момент времени и определяется по формуле (1.29) 1.6.5.2 Коэффициент оперативной готовности КОГ – это вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени (кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не предусматривается) и начиная с этого момента будет работать безотказно в течение заданного интервала времени. КОГ характеризует работоспособность объекта, необходимость применения которых возникает в произвольный момент времени, после которого требуется определенная безотказность. До этого момента времени объект может находиться в режиме как дежурства, так и в режиме эксплуатации. КОГ определяется по формуле: КОГ=КГР(t) (1.30) Этот показатель наиболее часто применяется для задания показателей надежности военной техники. ГЛАВА 2. РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ На разных стадиях проектирования электронных объектов возникает необходимость в расчетных оценках показателей их надежности. Так, на этапе проектирования объекта прогнозирование ожидаемой надежности необходимо для установления показателей надежности в техническом задании. В этом случае проводится ориентировочный расчет надежности. На стадии разработки опытного образца с целью подтверждения нормируемых показателей надежности производится полный расчет. Обычно под расчетом надежности понимается расчет показателей безотказности объекта. §2.1. Расчет показателей безотказности при последовательном соединении элементов объекта Последовательным соединением элементов объекта (системы элементов или просто системы), является такое соединение, при котором отказ объекта наступает при отказе любого из элементов. Следует отметить, что один и тот же объект может именоваться системой или элементом. Под системой подразумевается объект, в котором необходимо и возможно различать определенные части, соединенные воедино. Элемент – определенным образом ограниченный объект, рассматриваемый как часть другого объекта. Понятия "система" и "элемент" относительны. Например, УНЧ можно рассматривать как элемент, например, радиоприемника, состоящего из блока питания, генератора, УПЧ, УНЧ и т.д., но можно УНЧ рассматривать как систему, состоящую из отдельных радиокомпонентов: резисторов, конденсаторов, микросхем и т.д. В случае последовательного соединения системы из N элементов (рис.2.1) при условии, что отказы элементов независимы, ВБР системы Рс(t) равна (2.1) где Pi(t) – ВБР i-того элемента. Рис. 2.1 При расчете надежности системы обычно учитывают только внезапные отказы и принимают допущение о простейшем (Пуассоновском) характере потока отказов. В этом случае Этот метод расчета является наиболее простым и применяется для ориентировочной оценки параметров безотказности на ранних стадиях проектирования объекта. При этом, если имеется k групп с количеством элементов ni, имеющих одинаковые внутригрупповые интенсивности отказов λi, то в формулах (2.2) суммарную интенсивность отказов Λ можно представить в виде: . (2.3) При ориентировочном расчете достаточно знать состав элементов и среднестатистическое значение их интенсивностей отказов, которое для элементов РЭА обычно определяется по соответствующим таблицам в справочниках. При этом не учитываются нагрузки элементов, температура, вибрации и т.д., влияющие на надежность работы элементов. На более поздних этапах разработки изделия, в частности на стадии разработки опытного образца, необходимо провести более достоверный расчет показателей безотказности с учетом режимов эксплуатации. Полный расчет, когда учитываются данные о реальных режимах работы элементов объекта (температурных, электрических и т.д.) применяется, как правило, для расчета надежности мелких блоков и таких объектов, о надежности которых следует иметь наиболее достоверное представление (например, устройства для определения наличия отказа и переключающие устройства при резервировании замещением). На практике для более достоверной оценки надежности таких достаточно крупных объектов РЭА, как приборы, электронные блоки АСУТП, средства измерений, применяют приемы, использующие характерные особенности обоих методов расчета, т.е. используют внутригрупповые значения интенсивностей отказов типовых элементов с учетом усредненного внутри группы воздействия эксплуатационных факторов. Рассмотрим их влияние режимов эксплуатации на интенсивность отказов основных элементов РЭА. § 2.2. Интенсивность отказов типовых элементов РЭА с учетом режимов эксплуатации Рассмотрим характер и причины выходов из строя наиболее многочисленных типовых элементов РЭА, а также приведем сведения, необходимые для определения интенсивностей их отказов. 2.2.1 Резисторы Резисторы являются наиболее массовым типовым элементом РЭА и составляют более 40 % всех элементов. Поэтому несмотря на их высокую надежность (интенсивность отказов резисторов при нормальных условиях и номинальной нагрузке λ0 = (1 – 3)10-8 1/ч.), отказы системы из-за них нередки. Большинство отказов резисторов (свыше 50 %) происходят из-за обрывов в местах соединения выводов с токоведущей частью. Примерно 35 % - из-за перегорания проводящего слоя, 5 – 8 % - из-за недопустимого изменения величины сопротивления. Количественные показатели надежности резисторов в значительной степени зависят от условий эксплуатации. Особенно сильное влияние оказывают коэффициент электрической нагрузки и температура окружающей среды. Под коэффициентом электрической нагрузки Кн следует понимать отношение: , (2.4) где Р – мощность, фактически рассеиваемая резистором. Рном - допустимая мощность, указанная в эксплуатационной документации на резистор. В литературе приводятся зависимости, связывающие коэффициент интенсивности отказов с температурой и нагрузкой. Однако все они достаточно громоздки и требуют знания эмпирических коэффициентов. Поэтому на практике лучше пользоваться таблицами, приведенными в соответствующих справочниках. Анализ этих таблиц показывает, что изменение температуры от 20 оС до 100 оС снижает надежность резистора в ряде случаев в 10 и более раз. Не в меньшей степени влияет и коэффициент нагрузки, особенно, когда он выше 1. При расчетах эксплуатационных коэффициентов используются достаточно простые математические модели. В качестве примера приведем формулу расчета для случая наиболее часто используемых постоянных углеродистых резисторов: lЭ=l0 · КР · КЭ ·КR , (2.5) где Кр - коэффициент режима, определяемый по таблицам и зависящий от коэффициента нагрузки Кн и температуры Т; КЭ – коэффициент, зависящий от условий эксплуатации; КR – коэффициент, зависящий от номинала резистора. Коэффициент КR зависит от номинала резистора. Например, при R100 кОм КR = 0,5, при 100 кОмR1МОм КR = 2,7. Коэффициент Кэ для резисторов определяется по таблице 2.1. Таблица 2.1 Коэффициент, зависящий от условий эксплуатации, КЭ Наземные объекты На судах Стационарные лабораторные Стационарные, пром. предприития Переносные Передвижные 1 2 1,5 2,5 2 Рекомендации по обеспечению надежности резисторов: а) следует выбирать Кi не более 0,6; б) для резисторов, работающих в импульсном режиме, рассеиваемая мощность должна быть в несколько раз меньше номинальной; в) не рекомендуется монтировать мощные резисторы в вертикальном положении, так как при этом ухудшается охлаждение и крепление имеет низкую виброустойчивость. 2.2.2 Конденсаторы Конденсаторы также относятся к одним из наиболее многочисленных элементов объекта. Интенсивность отказов λ0 того же порядка, что и у резисторов λ0(1 – 5)10-8 1/ч. Эксплуатационная интенсивность отказов зависит от назначения конденсатора в схеме: наибольшая интенсивность отказов наблюдается у разделительных и блокировочных конденсаторов, а наименьшая у контурных и накопительных. Характерными видами отказов являются пробой диэлектрика, перекрытие между обкладками по поверхности (поверхностный разряд), обрыв выводов, уход характеристик за пределы. Керамические конденсаторы отличаются высокой стабильностью характеристик: постепенный отказ (уход показателей за пределы) 5 – 35 %, Основная причина отказа – пробой (60 – 90 % для разных типов). Обрыв проводов – 5 – 6 %. У этих конденсаторов λ0(0,1 – 1)10-8 1/ч. Электролитические конденсаторы обладают большой удельной емкостью. Основная причина отказа - уход характеристик за пределы нормируемых значений (30 - 70 %), пробой (35 – 55 %). Эти конденсаторы боятся перенапряжений. Пробой может наступить при превышении номинального напряжения на 30 %, а для импульсного режима – на 15 %. У этих конденсаторов λ0(5 – 13)10-8 1/ч. Систематический перегрев конденсаторов, особенно электролитических, снижает срок службы в 8 – 10 раз, При 60 С емкость снижается на 15 – 50 %. Весьма сильное влияние на их надежностные характеристики оказывает приложенное напряжение. Коэффициент нагрузки конденсатора определяется как: , (2.6) где U - приложенное напряжение; Uном - допустимое напряжение, указанное в эксплуатационной документации на конденсатор. Коэффициент режима Кр определяют по таблицам, задаваясь коэффициентом нагрузки КН и рабочей температурой Т. Математическая модель расчета эксплуатационной интенсивности отказов lэ, для большинства типов конденсаторов, может быть представлена зависимостью: . (2.7) Обозначения здесь аналогичны принятым выше, с той разницей, что КС - коэффициент зависящий от величины емкости и определяемый по таблицам. Чем выше номинал конденсатора, тем выше КС. Так, для керамических конденсаторов емкостью 1-100 пФ КС=0,4 – 0,9, а при С=104 – 106 пФ КС=1,2 – 2,1. Для электролитических конденсаторов емкостью меньше 100 мкФ КС=1, а при 103С2,2104 мкФ КС=2. В некоторых случаях, особенно при работе конденсатора на больших напряжениях и высоких частотах особое значение приобретает активная мощность, рассеиваемая на конденсаторе и равная: (2.8) где tgd - тангенс угла потерь диэлектрика, U – напряжение, В; С – емкость, Ф; w - круговая частота, 1/с. Выделяющаяся активная мощность приводит к дополнительному нагреву конденсатора и это обстоятельство должно быть учтено при расчете эксплутационных надежностных характеристик. Рекомендации по обеспечению надежности конденсаторов: а) следует предусматривать облегченный режим работы (КН не более 0,8). Рекомендуется КН = 0,2 – 0,6; б) следует работать на частотах не более допустимых. Для этого существуют специальные типы конденсаторов; в) не рекомендуется располагать вблизи источников тепла; г) не следует допускать отпотевания металлических кожухов и выводов; д) необходимо учитывать возможные отклонения емкости при эксплуатации. 2.2.3 Полупроводниковые приборы Наиболее частый вид отказов (до 80%) в полупроводниковых приборах - это постепенный отказ, в результате которого происходит увеличение обратного тока диодов и транзисторов, а также изменение коэффициента передачи тока. Причинами такого рода отказов являются: а) загрязнение примесями ионов металлов при изготовлении, а затем диффузия их внутрь полупроводников под действием различных факторов; б) проникновение примесей (паров, газов, металлов) через негерметичные выводы. Влага, например, образует паразитные связи; в) диффузия донорных и акцепторных примесей и выравнивание их концентрации ( особенно при больших температурах). Внезапные отказы вызываются следующими причинами: 1) обрыв или перегорание вывода; 2) короткое замыкание между электродами (при перегрузке). Интенсивности отказов так же, как и в случае резисторов и конденсаторов, зависят от нагрузки и температуры окружающей среды. Для транзисторов коэффициент нагрузки определяется соотношением: , где Р - мощность, рассеиваемая на транзисторе; Рном - мощность допустимая в соответствии с техническими условиями. Для выпрямительных диодов и стабилитронов в качестве коэффициента нагрузки используется отношение токов: , (2.9) где I – ток, протекающий через элемент; Iн - допустимый ток, указанный в эксплуатационной документации. Математическая модель для расчета эксплутационной интенсивности отказов для биполярных транзисторов и диодов может быть представлена следующим выражением: (2.10) Здесь, как и прежде, КР - коэффициент режима, определяемый по таблицам в зависимости от величины КН и температуры; КФ - коэффициент, учитывающий функциональное назначение прибора и также определяемый по таблицам; КДН - коэффициент, зависящий от величины максимально допустимой по техническим условиям на элемент нагрузки, мощности рассеивания (для транзисторов) или тока (для диодов и тиристоров); КS1 - коэффициент, зависящий от величины отношения рабочего напряжения к максимально допустимому по техническим условиям. Для ознакомления с порядком величин приведем выборочные значения коэффициентов. Некоторые значения КДН представлены в таблице: Для диодов Максимальный допустимый по ТУ средний прямой ток, А КДН  1 0,6 1  3 0,8 . . . . . . 20  50 5,0 Для транзисторов и транзисторных сборок Максимальная допустимая мощность рассеивания, Вт  1 0,5 . . . . . . 200  500 5,0 Некоторые значения КФ для диодов: - линейный ( в тракте усилителя) КФ=1,0; - переключающий ( триггеры) КФ=0,6; - выпрямительный КФ=1,5. Некоторые значения КS1 для диодов: - при нагрузке по напряжению < 60% КS1 =0,7; - при нагрузке по напряжению 70% КS1 =0,75; - при нагрузке по напряжению 100% КS1 =1,0. Эксплуатационная интенсивность отказов полевых транзисторов оценивается соотношением: (2.11) Соответствующая формула для тиристоров имеет вид: (2.12) Для расчета надежности стабилитронов используется соотношение вида: . (2.13) Для микросхем интенсивность отказов э не рассчитывается, а обычно указывается в технических условиях (паспортах) на элемент. При использовании микросхем в облегченных режимах, а также при проведении входного контроля, используются поправочные коэффициенты: - для облегченного режима Кпопр=0,2 – 0,4; - при проведении входного контроля Кпопр=0,4 – 0,7; - для облегченного режима и входного контроля Кпопр=0,1 – 0,3. Таким образом, при выполнении расчета надежности (безотказности) объекта следует: - сформулировать понятие отказа объекта; - обосновать выбор метода и описать математическую модель расчета надежности; - составить таблицы расчета надежности; - сделать выводы о значениях полученных показателей (о соответствии нормируемым показателям, о необходимости повышения надежности с рекомендациями по ее проведению и т.д.). ГЛАВА 3. РЕЗЕРВИРОВАНИЕ § 3.1. Общие положения Резервирование - это способ повышения надежности объекта за счет использования дополнительных средств и (или) возможностей, избыточных по отношению к минимально необходимым для выполнения требуемых функций. Резервирование является одним из основных средств обеспечения заданного уровня надежности (обычно безотказности) объекта при недостаточно надежных его элементах. Например, если имеется система из 10 элементов с интенсивностью отказов λ=10-3 1/ч или девять элементов имеют λ=10-6 1/ч, а один λ=10-2 1/ч, то средняя наработка на отказ такой системы составит 100 ч, что является может быть недостаточным. Существуют различные виды резервирования: временнớе, информационное, функциональное, нагрузочное и структурное. Временное резервирование связано с использованием резервов времени, когда на выполнение объектом заданной функции дается заведомо большее время. Информационное резервирование связано использованием резервов информации, когда, например, некоторая информация повторяется многократно для снижения вероятности ее искажения. Функциональное резервирование – это резервирование при котором используется способность элементов выполнять дополнительные функции или способность объекта перераспределять функции между элементами. Иначе говоря, некоторая функция может выполняться различными способами. Например, для передачи информации может быть использован наиболее надежный на данный момент канал связи. Нагрузочное резервирование – вид резервировании, при котором используется способность элементов воспринимать дополнительные нагрузки сверх номинальных, а также способность объекта перераспределять нагрузки между элементами. Структурное резервирование – это резервирование с применением резервных элементов структуры объекта. При этом виде резервирования в структуру объекта, состоящего из минимального числа элементов, необходимого для выполнения заданных функций, вводятся дополнительные элементы. При этом элемент необходимый элемент структуры называется основным, а элемент, предназначенный для выполнения его функций в случае отказа, называется резервным (резервом). В зависимости от режима работы резерва различают: - нагруженный резерв, содержащий один или несколько резервных элементов, находящийся в режиме основного элемента; - облегченный резерв, содержащий один или несколько резервных элементов, находящийся в менее нагруженном режиме, чем основной элемент; - ненагруженный резерв, содержащий один или несколько резервных элементов, находящийся в ненагруженном режиме до начала выполнения функций основного элемента. При этом полагается, что при нагруженном резерве резервные элементы имеют такие же показатели надежности, что и основные; при облегченном резерве показатели надежности несколько выше основных; ненагруженный резерв до начала выполнения функций не отказывает и не достигает предельного состояния. Существуют различные способы включения резерва: постоянное резервирование, резервирование замещением, мажоритарное и скользящее резервирование. Постоянное резервирование - резервирование, при котором резервные элементы подключены к основным (рабочим) элементам в течение всего времени работы объекта и находятся в одинаковом с ними режиме. Постоянное резервирование применяется, когда недопустим даже кратковременный перерыв в работе объекта. Его достоинство заключается в простоте использования. Недостатком этого способа резервирования является расход ресурса резервных элементов в период работоспособности основного элемента. Кроме того, электрическая схема должна допускать параллельную работу основного и резервных элементов и изменение режимов при отказе одного из них. Постоянное резервирование применяется, в основном, при повышении надежности относительно мелких элементов объекта. Резервирование замещением - способ резервирования, при котором основной элемент замещается резервным после отказа основного. Основным достоинством этого способа резервирования является в то, что резервный элемент до включения его в работу находится в ненагруженном или облегченном режиме, т.е. сохраняет ресурс, повышая общую надежность объекта. Однако при резервировании замещением обычно требуется включение индикатора отказов и устройства для переключения на резервный элемент после отказа основного. Эти дополнительные элементы понижают общую надежность и увеличивают стоимость объекта. Резервирование замещением применяется, в основном, для повышения надежности крупных элементов объекта или объекта в целом. Мажоритарное резервирование – резервирование при котором используются логические методы определения неисправностей по принципу голосования. Основанные принцип мажоритарной логики – "большинство всегда право". Основное достоинство мажоритарного резервирования – возможность применения при любых видах отказов. Оно обычно применяется в системах защиты, сигнализации, управления. Скользящее резервирование – это резервирование по способу замещения, при котором группа основных элементов резервируется одним или несколькими резервными элементами, каждый из которых может заменить любой из отказавших элементов данной группы. Сочетание различных видов резервирования в одном и том же объекте называется смешанным резервированием. Степень избыточности определяется кратностью резерва – отношением числа резервных элементов к числу резервируемых, выраженное несокращенной дробью. Резервирование с целой кратностью появляется в том случае, когда один основной элемент резервируется несколькими резервными: 1/1; 2/1; 3/1; 4/1 и т.д. Резервирование с кратностью 1/1 (один основной элемент и один резервный) называется дублированием. Резервирование с дробной кратностью имеет место, когда более одного элемента системы резервируются одним и более резервными элементами, т.е. число основных элементов больше числа резервных 1/2 ( на два основных один резервный), 2/4 ( на четыре основных два резервных) и т.д. Качество резервирования оценивают с помощью характеристики, называемой выигрышем надежности G(t), которая определяется как отношение количественной характеристики резервированной системы к такой же характеристике нерезервированного объекта: Gq(t)=Qрез(t)/Qоб(t); Gp(t)=Pрез(t)/Pоб(t); GT(t)=Трез/Тоб. В случае, если резервируется весь объект в целом, резервирование называется общим. Если резервируются отдельные элементы объекта, резервирование является раздельным (поэлементным). ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ПАРАМЕТРОВ НАДЕЖНОСТИ § 4.1. Общие положения Испытания на надежность проводят с целью получения информации о показателях надежности. Основным связующим звеном для всех этапов испытаний на надежность является план испытаний – правила устанавливающие объем выборки, порядок проведения испытаний и критерии их прекращения. Основным требованием при организации испытаний на надежность является минимизация времени и числа испытуемых изделий при сохранении достоверности результата. Испытания на надежность классифицируются в зависимости от: - стадии проведения испытаний (испытания опытного образца, установочной серии, испытаний серийных изделий, отремонтированных изделий); - назначения испытаний (определительные, контрольные: приемочные, квалификационные, периодические); - продолжительности испытаний (нормальные, ускоренные); - условий и места проведения испытаний (лабораторные, стендовые, полигонные, натурные, эксплуатационные); - результата воздействия, воспроизводимого при испытаниях (испытания на изнашивание, усталостное разрушение, коррозию, старение). При определительных испытаниях определяются количественные значения показателей надежности объектов путем статистических методов обработки результатов испытаний (по среднему значению показателя или более достоверно по интервальным оценкам). На этапе приемочных испытаний опытных образцов показатели надежности рассматриваются как групповые показатели будущей серийной продукции, надежность которой обусловлена техническими решениями, установленными в КД. Опытные образцы являются выборкой из этой совокупности. На этапе квалификационных испытаний установочной партии принимается решение о готовности производства к серийному изготовлению. При этом также показатели надежности рассматриваются как показатели будущей серийной продукции. При периодических испытаниях установленные нормы надежности рассматриваются как требования к совокупности изделий, выпускаемых за определенный календарный период. При контрольных испытаниях проверяется соответствие группового (или конкретного) показателя надежности установленному требованию, т.е. условие RRнорм (R С - отрицательными. В последнем случае должен ставиться вопрос о дальнейшем выпуске изделий. 4.3.1.2 Двухступенчатый метод с ограниченной продолжительностью испытаний по контролю ВБР проводится по следующему плану: а) выбирают предельную продолжительность испытаний tи. как при одноступенчатом методе, при этом tи первой и второй ступени равны между собой; б) выбирают из стандартов, ТУ, ТЗ или рассчитывают по формулам для соответствующего известного закона распределения приемочное и браковочное значение ВБР Р и Р за время tи ; в) определяют число изделий N1, N2 и приемочное число отказов С1, С2 для первой и второй ступеней испытаний. Эти параметры определяют в зависимости от Р(tи), Р(tи),  и . Образцы изделий, вошедших в выборку N1 испытывают в течение tи. По окончании первой ступени испытаний определяют число наступивших отказов r. Если r1  С1, результаты испытаний считают положительными. Если r > (С1+С2) - отрицательными. В последнем случае должен ставиться вопрос о дальнейшем выпуске изделий. Если С1< r < (С1+С2), то проводят испытания второй ступени. По окончании второй ступени испытаний определяют суммарное число наступивших отказов (r1+r2). Если (r1+r2)(С1+С2), результаты испытаний считают положительными. Если (r1+r2)>(С1+С2) - отрицательными. 4.3.1.3 Последовательный метод рассмотрим на примере контроля средней наработки на отказ (до отказа). Основанием для выбора плана является: - риск поставщика  и риск потребителя ; - приемочное и браковочное значение наработки на отказ (до отказа) Т и Т. Рекомендуется Т выбирать в 1,5 - 15 раз больше Т. В основе метода лежит одновременная проверка двух гипотез: Н0: Действительная средняя наработка на отказ равна Т. Н1: Действительная средняя наработка на отказ равна Т. Для каждой наработки теоретически может быть подсчитана вероятность появления r отказов Р (r,Т) и Р(r,Т), а затем эти вероятности сравниваются с коэффициентами (критериями) А и В: А=(1-)/; В=/(1-), где А – отношение вероятности отрицательной оценки негодных изделий к вероятности отрицательной оценки годных изделий; В – отношение вероятности положительной оценки негодных изделий к положительной оценке годных. Таким образом, следует проверить неравенство: (4.1) Если неравенство выполняется, то информация, полученная при испытаниях недостаточна для принятия решения. Если  В, то изделие выдержало испытания, если  А, то изделие бракуют. Учитывая, что отказы являются потоком событий, по закону Пуассона получим ; , где r – число отказов; 1/T; 1/T - параметры (интенсивности) соответствующего потока Пуассона ; t – наработка. Тогда, поделив P(r) на Р(r), получим . (4.2) Логарифмируя неравенство (4.1) с учетом (4.2), получим . Решая неравенство относительно r, получим . (4.3) Введем обозначение . (4.4) Преобразуем первое слагаемое в правой части неравенства к виду (4.3) к виду =. Введем следующие обозначения r0=; t0=. (4.5) Подставляя (4.4) и (4.5) в неравенство (4.3), получим или . (4.6) Как видно из (4.6), левая и правая части двойного неравенства представляют собой две параллельные прямые линии: - линия несоответствия ; - линия соответствия . Линии соответствия и несоответствия (рис.4.2а) представляют собой критерии для принятия решения о том, выдержало изделие испытание на надежность или нет ( для момента времени (наработки) t/T рисунок 4.2 б). Рисунок 4.2 Область I – область отрицательных результатов; Область II – область неопределенных результатов; Область III– область положительных результатов. Испытания и оценку результатов осуществляют следующим образом: - изделия ставят на испытания и отмечают на графике наработку до очередного отказа, строя ступенчатый график; - испытания проводят до тех пор, пока очередная точка графика не пересечет линию соответствия – испытания с положительным исходом (ступенчатая линия 3 на рис. 4.2 а) или линию несоответствия - испытания с отрицательным исходом (ступенчатая линия 1 на рис. 4.2 а). Линия 2 не дает определенного результата, следовательно испытания необходимо продолжить. Однако в этом случае по истечении времени, отведенного на испытания, предпринимают усечение (tус)последовательного контроля. Если точка, соответствующая моменту испытаний находится выше усеченной линии несоответствия, результаты признают отрицательными. 4.3.2 Контрольные испытания на долговечность Контроль среднего срока службы проводят обработкой статистических данных, полученных в условиях эксплуатации. Контроль среднего ресурса осуществляют одноступенчатым методом с ограниченной продолжительностью испытаний tпр, равной заданному в НТД среднему ресурсу. План испытаний аналогичен испытаниям на безотказность, только вместо отказов фиксируют наступление предельных состояний. В процессе испытания проводят регламентные работы, предусмотренные в НТД. 4.3.3 Испытания на ремонтопригодность При испытаниях на ремонтопригодность обычно искусственно моделируют отказы, при этом сведения о месте и причине отказа не доводятся до обслуживающего персонала и учитывают только время, затраченное на отыскание и устранение дефекта. Испытания проводят обычно одноступенчатым методом аналогично испытаниям на безотказность. 4.3.4. Испытания на сохраняемость Испытания на сохраняемость также проводят одноступенчатым методом, при этом изделие должно подвергаться воздействию факторов, указанных в НТД для заданных режимов хранения. В процессе испытания проводят регламентные работы, предусмотренные конструкторской документацией на хранение. 4.3.5. Выбор плана контрольных испытаний по ГОСТ 27.410-87 Процедура выбора плана заключается в следующем. Устанавливаются следующие обязательные исходные данные: - номенклатура нормируемых показателей надежности (по ГОСТ 27.003-89); - требования (нормы) к показателям надежности; - критерии отказов или предельных состояний. Показатели надежности типа наработки включают: время между отказами, срок службы, время восстановления, срок сохраняемости и др. Наработка является непрерывной с.в., распределенной по одному из законов: экспоненциальному, нормальному, логарифмически нормальному, Вейбулла. Когда закон распределения известен, то осуществляется проверка двух простых гипотез, нулевой (проверяемый параметр не хуже заданного) и конкурирующей. Для усвоения последовательности работы с ГОСТ 27.410-87 "Методы контроля показателей надежности и планы контрольных испытаний на надежность" рассмотрим построение планов испытаний для контроля средней наработки на отказ для восстанавливаемых изделий с экспоненциальным законом распределения надежности. 4.3.5.1. Одноступенчатый план Задаются значениями Т , Т ,  и , законом распределения (примем экспоненциальный). В результате испытаний фиксируется суммарная наработка t и r – число отказов за это время. Для восстанавливаемых изделий наработка t может являться временем испытания N изделий или временем испытания одного восстанавливаемого изделия. По соответствующим таблицам в приложении к ГОСТу по отношению Т / Т, а также заданным  и , находят tmax /Т (tmax - предельная суммарная наработка) и rпр (предельное число отказов). Испытания прекращают по достижении одного из показателей tmax /Т или rпр. Если за время tmax число наступивших отказов r rпр, принимается нулевая гипотеза (Н0:Т= Т) – изделия принимаются. В противном случае (r> rпр) принимается конкурирующая гипотеза (Н1:Т= Т) – изделие забраковывается. 4.3.5.2. Последовательный план Также задаются значениями Т , Т,  и , законом распределения. По соответствующей таблице приложения к ГОСТу определяют в зависимости от исходных данных Т / Т, а также  и  параметры а, t0 и r0 для построения линий соответствия или несоответствия, а также rус для усечения испытаний. В результате испытаний фиксируется суммарная наработка t и время наступления каждого из r отказов. Строится график последовательных испытаний (см. рис 4.2 а) и принимается решение о их результате как показано ранее (п.3.1.3). Литература. 1. Острейковский В.А. Теория надежности. – М.: Высшая школа, 2003. 2.. Шишонок Н.А., Репкин В.Ф., Барвинский Л.Л. Основы теории надежности и эксплуатации радиоэлектронной техники. - М.: Советское радио, 1964. - 552 с. 3. Резисторы, конденсаторы. Трансформаторы, дроссели, Полупроводниковые приборы коммутирующие устройства РЭА. Справочник / Акимов И.Н., Ващуков Е.П. и др. - Минск: Беларусь, 1994.-591 с.