Расчёт надёжности судового радиоэлектронного оборудования

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство  морского и речного транспорта

Государственная морская  академия им. адм. С.О. Макарова

 

Радиотехнический факультет

 

Кафедра “Радиоэлектроники”

 

Курсовой проект

по дисциплине

“Техническая эксплуатация РЭО”

на тему

Расчёт надёжности судового радиоэлектронного оборудования

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил курсант 541 группы:

 

Проверил преподаватель:

Рябышкин Виктор Николаевич

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт – Петербург 20

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Задание на курсовой проект ..................................................................................3

Введение ..................................................................................................................4

Принципиальная схема ..........................................................................................5

Приближённый расчёт надёжности ......................................................................6

Полный расчёт надёжности ...................................................................................7

Расчёт необходимого ЗИПа ...................................................................................8

Список использованной литературы ....................................................................9

ВВЕДЕНИЕ

 

Одним из основных назначений связи  и радионавигации на флоте является обеспечение безопасности мореплавания. Поэтому чрезвычайно важной задачей  является обеспечение высокой надёжностью  всего судового радиоэлектронного  оборудования (РЭО). Следует отметить, что современное судовое РЭО представляет сложные системы, насчитывающие десятки тысяч элементов (резисторов, конденсаторов, полупроводниковых приборов и т.д.) и функциональных блоков (возбудителей, модуляторов, усилителей). Обеспечение заданной надёжности РЭО основано на рациональном выборе схемы, его функциональных блоков и элементов, их режима работы, а также системы резервирования неисправных элементов и блоков и всего устройства в целом.

Основными факторами, воздействующими  на надежность РЭО являются субъективные и объективные.

Субъективные факторы связаны  с деятельностью человека. К ним  относятся выбор схемных и  конструктивных решений на этапе  проектирования, выбор элементов  и материалов на этапе производства, организация технического обслуживания на этапе эксплуатации.

Объективные факторы связаны с  вредным влиянием на работу РЭО внешней  среды и представляют собой климатические, метеорологические, биологические, механические и другие воздействия.

Наибольшее влияние на работу РЭО  оказывают:

- температурные воздействия, особенно переменные;

- резкое изменение влажности;

- наличие пыли и загрязнений,  особенно продуктов сгорания  топлива, попадающих через трубу;

- наличие коррозии, чему способствует  морская соль;

- вибрация судна;

- резкие броски тока в судовой бортовой сети, вызванные включением и выключением мощных потребителей электроэнергии.

Все перечисленные воздействия  существенно повышают интенсивность  отказов судового РЭО по сравнению  с РЭО, эксплуатируемым в лабораторных условиях. Это может привести к увеличению интенсивности отказов судового РЭО в 9 - 10 раз и к снижению его долговечности в 2,5 - 3 раза.

Очень важное практическое значение представляет определение запасных радиокомпонентов, необходимых для  нормальной работы РЭО в течение  определенного времени. Такие расчёты можно выполнить только на основании расчета надежности устройства и данных по надежности запасных компонентов.

На основании задания на курсовое проектирование необходимо:

- изобразить принципиальную схему  изделия;

- представить спецификацию на данное изделие;

- рассчитать надёжность этого  изделия;

- рассчитать количество запасных  компонентов.

 

 

 

 

 

 

ПРИБЛИЖЁННЫЙ РАСЧЁТ НАДЁЖНОСТИ

 

Надёжность РЭО в  значительной степени определяется безотказностью работы элементов, из которых  оно собрано. Следовательно, задача обеспечения заданной надёжности РЭО сводится главным образом к обеспечению безотказности работы этих элементов на этапе эксплуатации и на правильном выборе этих элементов на этапах проектирования и изготовления РЭО.

Наиболее удобной количественной характеристикой надёжности элементов является интенсивность отказов.

В таблице1 приведены  данные по интенсивности отказов  в период нормальной работы аппаратуры в лабораторных условиях, когда λ₀ = const.

Определение интенсивности отказов в реальных условиях осуществляется с помощью поправочных коэффициентов, учитывающих:

- К_ун - уровень надёжности элементов;

- К_у  - условия эксплуатации;

- К_н  - режим работы и окружающую температуру.

Таким образом:

Λ = К_ун К_у К_нλ ₀

Поправочные коэффициенты равны:

К_ун = 1 - для высоконадёжных элементов;

К_ун = 10 - для средненадёжных элементов;

К_ун = 100 - для низконадёжных элементов;

К_у = 2...5 - для наземной аппаратуры, работающей в закрытых помещениях;

К_у = 5...10 - для наземной аппаратуры, работающей под открытым небом;

К_у = 10...20 - для судовой аппаратуры, работающей в закрытых помещениях;

К_у = 20...40 - для судовой аппаратуры, работающей под открытым небом

К_н = Р/Р_ном - для резисторов и п/п приборов;

К_н = U/U_ном - для конденсаторов,

где U и Р - рабочее напряжение или мощность соответственно;

U_ном и Р_ном - номинальные напряжение или мощность соответственно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1

 

N п/п	Наименование	Кол-во Ni	λоi; 10-8, ч-1	Ni· λоi, 10-8, ч-1
1	Резисторы	10	4	40
2	Конденсаторы	2	0,8	1,6
3	Транзисторы	2	3	6
4	Соединение пайкой	15	0,01	0,15

 

 ч^-1

 

Среднее время наработки  до первого отказа:

 ч

 

Вероятность безотказной  работы аппаратуры:

t_р = 8000 ч время работы, в течение которого РЭО должно исправно выполнять свои функции.

ПОЛНЫЙ РАСЧЁТ НАДЁЖНОСТИ

 

Выполним полный расчёт надёжности той же аппаратуры, изготовленной  из средненадёжных элементов (К_ун = 10), и эксплуатируемой в судовой радиорубке (К_у = 12). Результаты расчетов сведем в таблицу 2.

 

Таблица 2

 

N п/п	Наименование	Кол-во Ni	λоi; 10-8, ч-1	Кн	λi; 10-8, ч-1	Ni·λi, 10-8, ч-1
1	Резистор R1	1	4	0,112	0,448	0,448
	Резисторы R2;7	2	4	0,009	0,036	0,072
	Резистор R3	1	4	0,028	0,112	0,112
	Резисторы R4;9	2	4	0,75	3	6
	Резисторы R5;10	2	4	0,256	1,024	2,048
	Резистор R6	1	4	0,16	0,64	0,64
	Резистор R8	1	4	0,1	0,4	0,4
2	Конденсатор С1	1	0,8	0,42	0,336	0,336
	Конденсатор С2	1	0,8	0,168	0,1344	0,1344
	Конденсатор С3;4	2	0,8	0,25	0,2	0,4
3	Транзисторы	2	3	1	3	6
4	Соединение пайкой	15	0,01	1	0,01	0,15

 

Итого: ч^-1

Интенсивность отказов  с учётом поправочных коэффициентов:

Λ = Λ₀К_унК_у = 16,74·10^-8·10·12 = 2008,8·10^-8 ч^-1.

 

Среднее время наработки  до первого отказа:

Т_ср = 1/ Λ = 49780 ч.

 

 

 

Вероятность безотказной  работы аппаратуры в течение t_р = 8000 час

 

Из сравнения полученных результатов видно, что эксплуатация аппаратуры в судовых условиях с  учётом действия реальных факторов существенно  снижают ее надёжность.

РАСЧЁТ НЕОБХОДИМОГО ЗИПа

 

Наличие запасного имущества  может существенно повысить надёжность РЭО на этапе эксплуатации, т.к. оно  позволяет осуществлять его ремонт и восстановление. Это обстоятельство особенно важно для судового РЭО, которое в условиях рейса полностью оторвано от технической базы. В этой связи расчёт необходимого ЗИПа представляет огромный практический интерес.

Определим число запасных транзисторов, необходимых для нормальной работы в течение одного года при 10 часовой работе в сутки.

 

Время работы устройства:

t_p = 365·10 = 3650 ч.

 

Из табл. 2 определим среднее время безотказной работы транзистора:

Т_{ср р} = 1/(λ_{о р}К_унК_уК_н) = 10⁸/(3·10·12·1) = 277777,78 ч.

 

Для обеспечения надёжной эксплуатации одного устройства в течение  года потребуется:

транзисторов:

m_т = t_pN_т/T_{ср р} = 3650·2/277777,78 = 0,026 ≈ 1 шт;

 

Следовательно, для эксплуатации транзисторов в течение одного года необходимо иметь в ЗИПе 1 транзистор.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Надёжность и эффективность в технике. Справочник в 10т. (Ред. совет В.С. Авдуевский (пред.) и др. Т.2. Математические методы в теории надёжности и эффективности) / Под. ред. Б.В. Гнеденко. М.: Машиностроение, 1987.
2. Надёжность технических   систем.   Справочник   (Ю.К. Беляев, В.А. Богатырёв, В.В.Болотин и др.) / Под. ред. И.А. Ушакова. М.: Радио и связь, 1985.
3. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надёжности. М.: Наука, 1965.
4. Дзиркал Э.В. Задание и проверка требований к надёжности сложных изделий. М.: Радио и связь, 1981.
5. Резиновский А.Я. Испытания и надёжность радиоэлектронных комплексов. М.: Радио и связь, 1985.
6. Рябышкин В.Н. Методические указания по курсовому и дипломному проектированию судового радиоэлектронного оборудования на тему “расчёт надёжности судового радиоэлектронного оборудования”.