Основные понятия и определения надежности и
качества РЭА
Надежность — один из основных технических показателей качества РЭА.
Основные понятия и определения надежности приведены в ГОСТ 13377—75
«Надежность в технике. Термины и определения». В соответствии с этим
ГОСТом понятие надежности определяет свойство аппаратуры выполнять
возложенные на нее функции при сохранении эксплуатационных показателей в
заданных пределах и режимах работы, установленных нормативно-технической
документацией. При этом под режимами работы понимают электрические,
механические, климатические и другие условия работы аппаратуры, а также
время, в течение которого она работает.
Надежность РЭА определяется такими показателями, как безотказность,
ремонтопригодность, долговечность и сохранность. Характеристика этих
показателей приведена в табл. 18. Определение этих свойств РЭА опирается
на понятие работоспособность, т. е. способность выполнять заданные
функции при определенных параметрах, установленных требованиями
технической документации. Работоспособность РЭА неразрывно связана с ее
качеством и условиями эксплуатации.
Качество изделия — это совокупность свойств, определяющих степень
пригодности изделия для использования по назначению. Эксплуатация РЭА
включает транспортировку, хранение, подготовку к использованию по
назначению и ремонт.
Чтобы объективно сравнивать различные образцы
аппаратуры по надежности, а также задаваться необходимым уровнем
надежности при ее проектировании и осуществлять контроль при
производстве, испытаниях и эксплуатации этой аппаратуры, надо
располагать количественными характеристиками (показателями) надежности
элементов, входящих в эту аппаратуру.
Надежность определенного класса элементов в течение определенного
времени t характеризуется вероятностью их безотказной
работы Р, интенсивностью отказов % и др. Математически между этими
характеристиками надежности существуют определенные взаимосвязи, зная
которые, можно по одной или нескольким характеристикам элементов найти
остальные.
Вероятностью безотказной работы Р называется способность изделия в
заданном интервале времени t (или пределах заданной наработки) работать
без отказа. Вероятность безотказной работы характеризует надежность
элемента и аппаратуры в целом. Типичная зависимость вероятности
безотказной работы аппаратуры от времени характеризуется кривой Р (t),
изображенной на рис. 97. В течение конечных интервалов времени она может
приобретать значения 0 <Р< 1. Значения величины Р определяются по
результатам испытаний партии изделий.
Период приработки элементов характеризуется высокой
интенсивностью отказов. В этот период выходят из строя элементы со
скрытыми дефектами из-за нарушения технологического процесса их
изготовления и действия систематических и случайных факторов, снижающих
качество и надежность этих элементов. Период приработки элементов должен
быть относительно мал.
Для того чтобы аппаратура во время эксплуатации имела минимальную
интенсивность отказов, целесообразно перенести I период ее работы
(период приработки) на заводы-изготовители.
С этой целью на заводах организуется тренировка комплектующих элементов
и аппаратуры в целом в условиях, близких к эксплуатационным.
Для большинства радиоэлектронных систем характерно постоянство
интенсивности отказов в период нормальной работы аппаратуры (II участок
характеристики). Это объясняется отсутствием старения материалов
элементов на II участке; III участок характеристики резко возрастает
вследствие износа и старения элементов, связанных с окончанием их срока
службы.
По известной характеристике X(t) наиболее просто определяются остальные
надежностные характеристики системы.
Понятие о неисправностях. Эксплуатация РЭА в связи
с ограниченной надежностью входящих в нее элементов характеризуется
периодами исправного и неисправного состояний. Соотношение между этими
периодами определяется уровнем надежности аппаратуры, достигнутым при
конструировании и производстве, возможностью выполнения
восстановительных и профилактических работ, качеством и условиями
эксплуатации.
Аппаратура считается исправной, если соответствует всем требованиям,
предъявляемым к ней как в отношении основных параметров и характеристик
(выходная мощность, полоса пропускания, чувствительность приема и др.),
так и в отношении второстепенных параметров, связанных с удобством
эксплуатации, полнотой комплектации, внешним видом и т. д. В связи с
этим под неисправностью понимают такое состояние аппаратуры, при котором
она в данный момент времени не соответствует одному или нескольким из
установленных требований.
При возникновении основной неисправности аппаратура теряет свою
работоспособность. При наличии второстепенных неисправностей аппаратура
не утрачивает работоспособность, т. е. отказа не происходит. Например,
нарушение лакокрасочного покрытия и вмятины на корпусе, поломка ручек
управления, выход из строя сигнальных лампочек не вызывают ухудшения
основных параметров аппаратуры и не препятствуют продолжению ее
эксплуатации, однако при длительной эксплуатации эта аппаратура может
выйти из строя и быть неработоспособной. Поэтому второстепенные
неисправности должны быть своевременно устранены.
Виды и определения отказов. В процессе анализа отказов,
возникающих в РЭА, необходимо уметь правильно проводить их
классификацию.
Отказом в работе блока РЭА называют такое его состояние, когда значения
одного или нескольких параметров блока или аппарата в целом выходят за
допустимые пределы. Отказ может наступить как при механических и
электрических повреждениях элементов (удары и падения блоков, обрывы и
короткие замыкания в цепях), так и при изменении параметров элементов
сверх допустимых пределов (старение радиодеталей, потери эмиссии катодов
радиоламп, воздействие радиации, изменение температурных режимов).
В зависимости от связи элементов между собой различают независимые и
зависимые отказы в работе РЭА. Если отказ какой-либо детали в блоке не
приводит к отказу других элементов блока и аппаратура продолжает
работать, его называют независимым (например, выход из строя лампочки
освещения шкалы радиоприемника). В данном случае радиоприемник
продолжает работать. Отказ в работе аппаратуры в целом, возникший из-за
отказа одного или нескольких элементов, называют зависимым, например,
обрыв нити накала радиолампы или пробой конденсатора фильтра, вызывающий
разогрев трансформатора и выход его из строя. Иногда зависимый отказ
называют групповым.
В большинстве случаев механические и электрические
повреждения деталей и блоков приводят к потере работоспособности самой
детали и блока мгновенно. Такие отказы называются мгновенными или
внезапными и являются результатом скрытых производственных дефектов или
изменений параметров, накапливающихся при различных эксплуатационных
воздействиях (удары, тряски). Причиной мгновенных отказов могут также
явиться неправильные действия обслуживающего персонала.
Существуют также постепенные отказы, возникающие в результате
постепенного изменения одного или нескольких значений основных
параметров (например, потеря эмиссии катода кинескопа телевизора). В
данном случае ухудшаются выходные характеристики телевизора
(контрастность изображения), хотя аппарат продолжает работать и
остальные его характеристики могут находиться в пределах нормы. Этот вид
отказа позволяет прогнозировать и предсказывать их возникновение.
Как показывает опыт эксплуатации многочисленных типов РЭА, при
существующих методах контроля работоспособности большая часть отказов
(до 50% и более) появляется мгновенно и зависит от типа аппаратуры,
средств контроля работоспособности, уровня профилактики. Применение
специальных методов прогнозирования и проверки работоспособности РЭА
позволяет подавляющее количество отказов свести к категории постепенных.
Особую роль в этом отношении могут сыграть внедрение совершенных
автоматизированных приборов контроля работоспособности аппаратуры.
Деление отказов в работе аппарата на мгновенные и постепенные имеет
большое значение при расчете надежности, а характер отказа при
разработке методики расчета надежности аппаратуры, выборе
технологических и конструктивных решений построения схем, методике
обнаружения неисправности и т. д.
В соответствии с возможностью или невозможностью использования детали
или элемента блока после возникновения отказа различают полный
(окончательный) и частичный отказы. Полным называется такой отказ, при
возникновении которого невозможно использовать детали или элемент блока
по назначению до устранения его причины. Например, исчезновение
изображения на экране телевизора при выходе из строя высоковольтного
выпрямителя означает полный отказ. Частичный отказ обычно связан с
ухудшением одной или нескольких характеристик прибора, причем некоторое
время до устранения причины отказа прибор может работать. (Например,
ухудшение качества звучания радиоприемника вследствие понижения его
чувствительности не исключает возможности вести прием.)
Наряду с устойчивыми (полными или частичными) отказами существует особая
группа самовосстанавливающихся (или перемежающихся) отказов, которые
часто называют сбоями. Особенно характерны сбои для работы ЭВМ и систем
автоматического регулирования. Примером наиболее распространенных
самовосстанавливающихся отказов может служить искрение в высоковольтном
выпрямителе телевизора при повышении влажности.