книги / Надежность судовой электронной аппаратуры и систем автоматического управления
..pdfОриентировочное число сопротивлений и конденсаторов
в различной аппаратуре, |
приходящееся |
на один электровакуумный |
||
|
|
прибор |
|
|
Вид аппаратуры |
Сопротивления, |
Конденсаторы, |
||
|
шт. |
шт. |
||
|
|
|
||
Радиоаппаратура: |
|
|
|
|
локационная |
|
5 - 6 |
2—3 |
|
приемо-передающая |
|
4—5 |
6 - 9 |
|
приемная |
|
4—8 |
6 - 8 |
|
Цифровые |
вычислительные ма |
4—5 |
5 - 6 |
|
шины |
|
|
|
|
Системы |
автоматического |
управ |
3—26 |
2—14 |
ления |
|
|
|
|
Из электровакуумных приборов наиболее употребительны приемо-усилительные лампы (80—90%).
Полупроводниковые приборы (триоды и диоды) в настоящее время применяются преимущественно в электронно-вычислитель ных машинах, в сложных комплексах автоматического управле ния различными процессами. Область применения полупроводни ковых приборов непрерывно расширяется, в связи с чем приме нение электронных ламп в аппаратуре различного назначения уменьшается. При замене электронных ламп полупроводниковыми приборами количество активных элементов в аппаратуре увеличи вается, так как для эквивалентной замены одной лампы обычно требуется 2—3 полупроводниковых прибора. Некоторые совре менные электронно-вычислительные машины содержат до 30% полупроводниковых приборов и почти не имеют. электронных ламп.
Статистические данные, полученные из опыта эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры, показывают, что элементы раз личных типов по-разному влияют на надежность ее работы.
Перспективными с точки зрения высокой надежности являются ферритовые элементы (параметроны, магнитные усилители, фер ритовые логические элементы), которые пока еще не получили ши рокого распространения.
Характерными особенностями в изменении соотношений между группами радиоэлементов во вновь разрабатываемой аппаратуре являются широкое применение малогабаритных полупроводни ковых приборов .и радиодеталей, составляющих основу модулей, а также переход к радиоэлементам в микромодульном, твердосхем ном и пленочном исполнении.
§ 50. Характеристики надежности элементов
Из рассмотренных в гл. IV количественных характеристик на дежности для элементов наиболее удобны опасность отказов X (t) и среднее время исправной работы Тср. Зная опасность отказов, можно наиболее просто определять другие количественные харак теристики надежности и производить расчет вновь проектируемой аппаратуры. Эту характеристику можно получить эксперимен тальным путем, поэтому надежность элементов оценивают величи ной опасности отказов.
Так как считается, что все элементы в аппаратуре работают в период нормальной работы (рис. 21), т. е. периоды приработки и износа не рассматриваются, то значения опасности отказов даются в виде постоянной величины, либо в процентах на 1000 или 100 час. работы, либо в виде простой или десятичной дроби на один час работы. По величине опасности отказов можно судить о ка честве элементов: чем лучше их качество, чем они надежнее, тем меньше величина опасности отказов.
Опасность отказов даже однотипных элементов, работающих в одинаковом режиме и одинаковых окружающих условиях, может колебаться в широких пределах. Ее величина зависит от качества материалов, от технологии и культуры производства, от сложности элементов и т. п. Поэтому все элементы можно клас сифицировать по величине их опасности отказов. В США [70 ] в за висимости от значения величины опасности отказов все элементы разбиты на 4 класса:
К ласс |
О пасность |
|
н адеж н о |
отказа, |
|
сти |
% на 1000 час. |
|
1 |
До 0,25 |
|
2 |
» |
1 |
3 |
» |
2,5 |
4 |
» |
6,5 |
. Фирма «RCA» (США) предложила классифицировать все эле менты по уровням надежности; в зависимости от опасности отказов были установлены семь уровней, приведенных в табл. 13. Класси фикация элементов по .уровням отличается от их классификации по классам тем, что в последнем случае первый класс разбит на несколько дополнительных групп, что позволяет целесообразнее выбирать элементы по их надежности.
На рис. 50 показано изменение вероятности исправной работы системы в течение 200 час., в зависимости от числа элементов и уровня их надежности [82].
На рис. 51 показана зависимость числа элементов системы от среднего времени ее исправной работы и уровня надежности со ставных элементов. По этому графику можно выбирать надежность элементов системы в зависимости от заданного времени исправной
Рис. 51. Среднее время исправной работы системы в зависимости от числа элементов и их надежности:
/ — уровень О — 20%/1000 час.; 2 — уровень Я = 1 ,5 % /1 0 0 0 |
час.; |
3 — уровень S = |
= 0,5%/1000 час.; 4 — уровень DS = 0Д 5%/1000 час.; 5 — уровень |
Т = 0,05%/КХ)0 час. |
|
уровень DT = 0,01%/10Ш) ч ас.; 7 — уровень U = |
0,005%/1000 час. |
|
ИЗ
Значения величин опасности отказов для элементов различных уровней надежности [82]
У словное |
Опасность |
|
Н азвание уровня . обозначение |
отказов, % |
О бласть применения элементов |
уровня |
на 1000 час. |
|
Рыночный 0
Низкий |
R |
Стандартный |
S |
военный |
|
Разгруженный DS стандартный
Верхний Т
Разгруженный DT верхний
Высший |
и |
20 Для изделий общего пользо вания, не требующих количе ственной оценки надежности
1.5 Для изделий неответствен ного назначения, требующих количественной оценки надеж ности
0,5 |
Для неответственной воен |
|
ной аппаратуры |
0,15 Для изделий, использующих элементы уровня S, надежность которых повышена за счет их использования в режимах ра боты, ниже номинальных
0,05 |
Для военной |
аппаратуры |
|
ответственного |
назначения. |
0,01 Для изделий, использующих элементы уровня Т, надеж ность которых повышена за счет йх использования в раз груженных режимах работы
0,005 |
Для особо ответственных из |
|
делий |
работы и числа входящих в нее элементов. Пусть, например, тре буется разработать такую систему, чтобы среднее время ее исправ ной работы составляло 200 час. Так как количество элементов си стемы можно ориентировочно определить на основании тактико технических требований и сравнением с уже имеющимися подоб ными системами, то, зная это число (например, Af = 8000 шт.), можно определить необходимый уровень надежности элементов (см. рис. 51).
В табл. 14 приводятся уровни надежности элементов в зависи мости от их применения в различных видах аппаратуры, пример ное количество элементов, входящих в аппаратуру того или иного вида, оперативное время работы аппаратуры t и вероятность ис правной работы аппаратуры за это время, которая вычисляется по формуле
/>,„(<) = е - Ч
Кроме того, в табл. 14 указаны величины опасности отказов аппаратуры Хс = NД-, среднее время исправной работы аппаратуры, вычисленное по формуле
и, наконец, значения опасности отказов элементов Нетрудно подсчитать, что вероятность исправной работы аппа
ратуры за время Tcv будет равна
F |
Т |
Л=р (Тср) = |
__ ' СР |
<ГТ^ = 0,37. |
По.табл. 14 можно ориентировочно определить предельные зна чения опасности отказов составных элементов. В настоящее время данные об опасностях отказов различных элементов, как правило, имеют обобщенный характер без указания конкретных условий, для которых они действительны, и могут быть использованы только в приближенных расчетах. Как уже отмечалось, основным крите рием надежности элементов является опасность отказов, определяе мая путем обработки результатов испытаний элементов на надеж ность, либо из данных опыта эксплуатации. Эти данные обычно усредняются по времени и по группам элементов и приводятся в виде таблиц среднегрупповых опасностей отказов Л* для периода нормальной эксплуатации. Такие таблицы помещены в ряде оте чественных и зарубежных изданий. Они характеризуются боль шим разбросом численных значений опасностей отказов для одних и тех же типов элементов, что можно объяснить различием усло вий применения и режимов работы элементов, а также значитель ной неоднородностью однотипных элементов.
На рис. 52 приведена диаграмма значений опасностей отказов для типовых элементов радиоэлектронной аппаратуры США, из которой видно, что минимальные и максимальные значения для некоторых типов элементов отличаются на 2—3 порядка.
10 И. М . Маликов |
1208 |
145 |
•U
OS
Характеристика систем и требуемый уровень надёжности элементов [82]
Ч и сл о эл ем ен Системы тов в си
стеме,
шт.
Т ребую |
Т ребую |
щ ееся время |
щ аяся |
непрерывной |
вероятность |
работы |
исправной |
системы, |
работы |
час. |
системы, % |
Опасность |
Среднее |
Опасность |
Т ребую |
|||
|
время |
щ ийся |
||||
отказов |
|
отказов |
|
|||
исправ |
|
уровень |
||||
системы |
элементов |
на |
||||
|
ной |
н ад еж |
||||
на 1000 час. |
работы |
1000 час. |
ности |
|||
работы , % |
V |
ч ас- |
работы, |
% |
элементов |
|
|
|
|
||||
Электронные счетные машины |
200 000 |
|
24 |
90 |
400 |
250 |
0,002 |
и |
||
Система управления |
огнем само |
.6 000 |
200 |
80 |
96 |
1000 |
0,016 |
DT |
||
лета |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Система управляемого снаряда |
4 000 |
|
50 |
95 |
100 |
1000 |
0,025 |
DT |
||
Наземная |
военная |
аппаратура |
3000 |
|
200 |
80 . |
99 |
1000 |
0,033 |
|
(подвижная) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Самолетная аппаратура связи |
2000 |
|
200 |
80 |
100 |
1000 |
0,050 |
Т |
||
Судовая аппаратура |
|
2000 |
|
200 |
80 |
100 |
1000 |
0,050 |
|
|
Радиоаппаратура сантиметрового |
1000 |
* |
200 |
80 |
100 |
1000 |
0,1 |
D S |
||
диапазона |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Портативные радиоприборы |
500 |
|
200 |
80 |
100 |
. 1000 |
0,2 |
|
||
Широковещательные |
радио- и те |
200 |
|
1000 |
|
100 |
1000 |
0 5 |
S |
|
левизионные приборы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
« |
о |
Данные некоторых американских фирм по опасности отказов элементов [27] |
|||
* |
||||
|
|
«Д ж енерал |
«Эйркрафт и к°». |
Акционерное |
|
Н аименование элементов |
Электрик и К 0» |
(Л аборатория |
|
|
(отделение военно- |
управляемы х |
общ ество «Аринк» |
|
|
|
морской электро |
снарядов) |
|
|
|
ники) |
|
|
Фирма по п р ои з водству вычисли тельных машин в Филадельфии
Приемо-усилительные лампы |
0,001-10-8 |
Полупроводниковые диоды |
|
Полупроводниковые триоды |
0,005-10 "3 |
Триоды германиевые |
|
Триоды кремниевые |
|
Лампы неоновые |
|
Конденсаторы: |
|
бумажные |
0,0001-10-3 |
слюдяные |
|
керамические |
0,001-10 "3 |
танталовые |
0,01-10-3 |
Сопротивления: |
0,0005-10 "3 |
угольные |
|
металлизированные |
0,0002-1О '3 |
подстроечные |
0,01-10" 3 |
проволочные |
0,002-10-3 |
Т рансформаторы |
|
Катушки индуктивности |
0,001-10-3 |
Реле |
0,01-Ю "3 |
Выключатели, кнопки |
0,0005-10"3 |
Соединения контактные и штепсельные |
|
Соединения пайкой и провода |
|
Плавкие предохранители |
|
|
0,015-Ю-3 |
|
|
0,03 |
-Ю "3 |
_ |
1 о111il1И о |
|
\ |
||
|
О |
« |
|
0,0004-10-3 |
|
|
.0,002-10“ 3 |
|
|
0,002 |
-10-3 |
(0,124-0,20)-10"3
0,0003-10 "3 (0,0001—0,0003) > X 10-3
(0,02ч-0,04)-10“3 |
|
11 . |
|
|
0,007-10 "3 |
|
1 |
GO СО |
|
|
о Ь |
|||
|
iff о |
|||
|
о |
о |
|
|
|
Р |
1 |
|
|
|
о |
|
|
|
|
> |
111 |
|
|
1 |
0,0002-10 - 3 |
|||
11 1 1 1 |
|
|
|
|
1 |
0,0011-10"3 |
|
||
м |
|
|||
0,0004-10"3 |
||||
|
||||
1 1 |
0,0001-10-3 |
|
||
1 |
0,01-10-3 |
|
||
Данные некоторых американских фирм
|
«Белл Телефон Л а б о |
«Д ж енерал Электрик |
Н аименование элементов |
ратории (военные . |
и К 0» (военная эл ек |
|
электронны е системы) |
тронная ап п ар атур а) |
Электронные лампы: |
_ _ |
_ |
||
|
|
|||
приемные |
|
(0,001-г0,002) 10- 3 |
(0,001-7-0,1) 10~3 |
|
передающ ие |
|
— |
0,13-Ю - 3 |
|
мощные |
|
(0,005-7-0,01) 10- 3 |
— |
|
Электронно-лучевы е трубки |
— |
— |
||
Тиратроны |
|
0,005-10"3 |
— |
|
Диоды |
германиевые |
0,0003-10- 3 |
— |
|
Диоды |
кремниевые |
0,0002-10- 3 |
— |
|
Транзисторы германиевые |
(0.00045-^0,0009) 10- 3 |
(0,0002-М),01) 10- 3 |
||
Магнетроны |
|
0,1-Ю - 3 |
(0,15-7-0,4) 10-3 |
|
Клистроны |
|
— |
(0,03-7-0,04) 10- 3 |
|
. Кристаллы |
|
— |
— |
|
Сопроти влен ия: |
|
0,00001-10- 3 |
— |
|
угольны е |
|
— |
(0,00015-7-0,0025) 10- 3 |
|
проволочные |
|
— |
(0,0008-7-0,02) 10~3 |
|
переменные |
|
0,0005-10- 3 |
— |
|
Конденсаторы : |
|
0 .00001-10- 3 |
— |
|
бум аж ны е |
|
— |
(0,00003-7-0.0036) 10“ 3 |
|
слюдяные |
|
— |
(0,000024-0,033) ю - 3 |
|
керамические |
— |
(0,000064-0,003) 10- 3 |
||
переменные |
|
' 0,001-Ю- 3 |
— |
|
электролитические |
— |
(0,001-7-0,08) 10- 3 |
||
Катуш ки индуктивности |
0,00002-10- 3 |
(0,0005-7-0,01) 10~3 |
||
Трансформаторы |
|
0,00002-10- 3 |
(0,0005-7-0,01) 10“ 3 |
|
Трансформаторы |
пром еж у |
0,0001 «ю- 3 |
— |
|
точной частоты н |
импульсные |
|
|
|
Д вигатели маломощные |
0,00015-10- 3 |
(0,00540,052) Ю- 3 |
||
Сельсины |
|
— |
- |
|
Потенциометры реш ающ ие |
0,005-Ю- 3 |
- |
||
Реле |
|
|
(0,0005-7-0,001) 10- 3 |
(0,0008-г 0,06) 10- 3 |
Л инии задерж ки: |
|
|||
|
* |
|||
постоянны е |
|
0,00015-10-3 |
|
|
переменные |
|
0,003-10- 3 |
|
|
П риводы |
|
— |
_ |
|
П ереклю чатели |
|
0,000003-ю " 3 |
|
|
Г незда |
и штепсели |
0,00001-10- 3 |
_ |
|
Соединения |
|
|
(0,0003-7-0,01) 10“ 3 |
|
Гироскопы |
|
~ |
||
|
— |
|||
по опасности отказов элементов [27]
«Ю найтед Эйркрафт |
|
«Мартин и К в* |
Акционерное |
«Федерал Электрик |
и К°» Северная |
отделение в Орландо |
и К°> (Отделение |
||
лаборатория |
|
(специальное |
общество «Аринк» |
интернациональной |
(электронные |
|
электронное |
(системы ВМФ) |
телефонии и телегра |
системы ) |
|
оборудование) |
|
фии) |
(0,035-г-0,2) 10~3 |
|
|
(0,002-5-0,167) 10"3 |
(0,014-0,25) 10_3 |
|
|
— |
|
|
|
|
|
|
— |
(0,01-5-0,025) 10-3 |
|
— |
|
|
(0,006-5-0,01) 10_3 |
|
(0,44-0.5) 10“3 |
(0,00012-0,083) 10“ 3 |
— |
(0,003-5-0,0053) 10- 3 |
|
|
— |
— |
0,01-10- 3 |
|
(0,874-0,9) 10“ 3 |
— |
— |
5Ю - 3 |
4 |
— |
— |
— |
(0,0054-0,055) 10“ 3 |
|
— |
— |
— |
(0,025-5-0,18) 10“ 3 |
|
— |
— |
. (0,000054-0,0025) 10“ 3 |
(0,0035-5-0.0077) 10- 3 |
|
— |
(0,00005-5-0.0192) 10“ 3 |
(0.000854-0,002) 10” 8 |
— |
(0,001434-0,0015) Ю"3 |
— |
— |
|
— |
|
(0,068-5-0,09) 10“ 3 |
— |
— |
(0,00015-5-0,003) 10"3 |
|
— |
(0,00000254-0,15) 10-3 |
(0,00014-0,00075) 10~3 |
— |
|
(0,034-0.035) 10“ 3 |
— |
— |
|
(0.002-5-0,00295) Ю- 3 |
|
_ |
|
|
|
|
|
|
(0,005-5-0,01) 10"3 |
|
(0,024-0,037) 10- 3 |
|
. . |
|
|
|
||
(0,005-5-0,01) 10“ 3 |
|
— |
(0,00008-5-0,0663) 10“ 3 |
(0,00054-0,0025) 10“ 3 |
(0,005-т-0,01) 10~3 |
|
- - |
(0,019-^0,77) 10“ 3 |
(0,00154-0,002) 10“3 |
(0,005-5-0,01) 10_3 |
|
— |
— |
— |
(0,0074-0,014) 10- 3 |
|
— |
— |
— |
(0,01-5-0,028) 10"3 |
|
|
(0,00005-7-0,258) 10“ 3 ‘ |
(0,000954-0,0035) 10~3 |
|
|
— |
— |
— |
(0,000354-0.002) 10_3 |
|
|
|
|
(0,014-0,028) 10“ 3 |
|
— |
— |
(0(00002-5-0,00003) 10~3 |
— |
|
— |
— |
— |
0,005-10~3 |
|
— |
— |
(0.00654-0,00925) 10~3 |
— |
|
(5,54-6) 10~3 |
—- |
|
Поэтому при расчете надежности следует выбирать величины опасности отказов, сообразуясь с конкретным типом аппаратуры,
ееназначением и условиями эксплуатации.
В1959 г. в США на Пятом национальном симпозиуме по на дежности и контролю качества некоторые ведущие фирмы опубли ковали данные по опасности отказов элементов вычислительных машин, управляемых снарядов и аппаратуры военно-морского флота. Эти данные приведены в табл. 15.
Приемно-усилительные лампы
Клистроны |
|
|
|
|
|
Мощные радиолампы |
|
|
|
■■ |
|
Магнетроны |
• |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Полупрободникодые триоды |
% |
|
|
|
|
постоянные угольные |
|
|
|
|
|
сопоотивления |
|
|
|
|
|
Постоянные проволочные |
|
|
|
|
|
сопротиолзния |
|
|
|
|
|
бумажные нонденсаторы |
|
|
|
|
|
Слюдяные конденсаторы |
|
|
|
|
|
Керамические конденсаторы |
|
|
|
|
|
Доходные керамические |
|
|
|
|
|
кЬнОенсатооь! |
|
|
|
|
|
Злектролитичесние |
|
|
|
|
|
конденсаторы |
|
|
|
|
|
Штепсельные разъемы |
|
|
|
|
|
Трансформаторы и котишки |
|
|
|
|
|
индиктивности |
|
|
|
|
|
Реле |
|
|
|
|
|
Злентроддигатели исельсины |
|
1 |
|
|
|
0,001 О;0! |
С,1 |
|
100 |
||
Г |
10 |
||||
|
|
К на 1000час.работы,% |
|||
Рис. 52. Диаграмма значений опасностей'Отказов типо |
|||||
вых |
элементов. |
|
|
|
|
На Шестом национальном симпозиуме по надежности и кон тролю качества (США, январь 1960 г.) некоторые фирмы также опубликовали данные о количественных характеристиках опас ности отказов Я, которые сведены в табл. 16.
Интересными являются данные об ожидаемой надежности ра диоэлементов на ближайшие годы. Так, в новых технических усло виях на комплектующие изделия в США устанавливаются четыре уровня надежности 1; 0,1; 0,01; 0,00Ы 0“б 1/час., причем отме чается, что для изделий военного назначения может потребоваться и еще более высокий уровень надежности.
Наиболее полные данные об опасностях отказов широкого класса электрических и механических элементов были доложены на Седьмом, Восьмом и Девятом национальных симпозиумах по