Тема 3. Надійність оптичних приладів

 

Лекція № 9. Поняття надійності приладів. Характеристики надійності. Засобі підвищення надійності приладів

 

    Надійність – це властивість приладу зберігати в часі у встановлений час значення всіх параметрів, що характеризують здатність виконувати деякі функції в заданих режимах і умовах експлуатації при правильному технічному обслуговуванні, ремонті, умові зберігання і транспортування. Надійність приладу залежить від кількості і якості  елементів, що до нього входять, від умов роботи (температура, тиск), технології виготовлення і інших чинників. Властивості, що характеризують надійність: безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність та інші.

    Безвідмовність – це властивість приладів безперервно зберігати працездатний стан  в перебігу деякого часу або деякого напрацювання.

    Довговічність – це властивість приладу зберігати працездатний стан до настання граничного стану при встановленій системі технічного обслуговування і ремонту.

    Ремонтопридатність – це властивість приладу, що полягає в пристосованості до попередження і виявлення причин виникнення відмови, до підтримки і відновлення працездатності приладу шляхом проведення технічного обслуговування (ТО) і ремонту.

Відмови бувають раптові (пробій конденсатора) і поступові (зміна чутливості приймача випромінювання).

Розрахунок надійності приладу можливий, якщо відомі кількісні показники надійності: термін служби приладу, напрацювання, технічний ресурс, середнє напрацювання, вірогідність безвідмовної роботи приладу і  інтенсивність відмови.

Термін служби (ТС) – календарна тривалість від початку експлуатації приладу до переходу його в граничний стан, що відповідає технічній неможливості його подальшої експлуатації (з врахуванням простою приладу).

Напрацювання – тривалість або об'єм роботи приладу.

Технічний ресурс – напрацювання приладу від початку його експлуатації з врахуванням її відновлення після ремонту до переходу в граничний стан.

Такі характеристики як середній час напрацювання (Т_ср), вірогідність безвідмовної роботи (), інтенсивність відмови (  ) визначають на підставі статистичних даних при випробуванні партії приладів.

Середній час напрацювання  дорівнює:

                                     ,                                    (3.1)

де   – число приладів, поставлених на випробування;  – відрізок часу роботи до відмови  – того приладу.

Вірогідність безвідмовної роботи – це вірогідність того, що в межах заданого інтервалу часу за певних умов експлуатації приладу відмови приладу не настає.

Якщо відома вірогідність безвідмовної роботи  елементів що входять в прилад, то  всього приладу визначається як добуток складових:

    ,                   (3.2)

де n – кількість елементів приладу.

Якщо , то тоді замість співвідношення (3.2) можна скористатися наступним співвідношенням:

    ,                                  (3.3)

де Q_i(t) – вірогідність відмови приладу.

Вірогідність відмови це вірогідність того, що за певних умов експлуатації в межах заданого інтервалу часу станеться хоч би одна відмова.

Зв'язок між P_(t) і Q_(t) наступний:

    .                                (3.4)

Середній час напрацювання на відмову пов'язаний з вірогідністю безвідмовної роботи відношенням:

    .                                          (3.5)

Для набуття значення P_(t)  за результатами випробувань приладу користуються наступним співвідношенням:

    ,                                       (3.6)

де   – число приладів, поставлене на випробування;   – число приладів, що відмовили на момент часу t.

Інтенсивність відмови, показує, яка доля справних в початковий момент даного проміжку часу приладів вибірки відмовляє в кінці цього проміжку:

    ,                                  (3.7)

де  – кількість приладів, що відмовили за інтервал часу   на момент часу t.

За результатами випробувань будують лямбда характеристику приладів, яка може мати наступний вигляд:

 

Рис. 3.1. Лямбда характеристика

I – область прироблення приладу, яка характеризується високою інтенсивністю відмови із-за наявності прихованих дефектів виробництва, які не вдалося виявити при контролі технологічного процесу; II – область робочого стану приладу; III – область старіння (зносу) приладу.Для зменшення відмови при експлуатації приладу на підприємстві проводять тренування приладу в перебігу часу  .

Якщо відома інтенсивність відмов окремих елементів приладів , то інтенсивність відмови всього приладу рівна:

    .               (3.8)

Величина  є довідковою величиною і як правило вказується для номінальних умов експлуатації. Якщо умови експлуатації приладів відрізняються від номінальних, то необхідно вводити поправочні коефіцієнти:

    ,                                    (3.9)

де   – коефіцієнт характеризує відмінність умов експлуатації приладу від номінальних при зміні температури.

Оскільки відмови приладів носять випадковий характер, а випадкові величини підкоряються різним законам розподілу, то розрахунок надійності проводять з врахуванням цих законів. В більшості випадків вірогідність безвідмовної роботи підкоряється експоненціальному закону або закону Релея. Для цих законів основні характеристики надійності приладів визначаються співвідношеннями приведеними в таблиці 3.1.

Табл.3.1

Найменування закону
Експоненціальний закон
Закон Релея

    – середнє квадратичне відхилення закону розподілу.

Для підвищення надійності приладу конструктор застосовує ряд методів.Один з них це резервування, тобто вживання додаткових елементів в приладі в цілях збереження його працездатності при відмові якого-небудь елементу. Розрізняють постійне, динамічне, навантажене, ненавантажене і полегшене резервування. З врахуванням резервування, коли основний і резервний елементи мають однакову надійність вірогідність безвідмовної роботи рівна:

                       ,                    (3.10)

де – кратність резервування; – вірогідність безвідмовної роботи нерезервованого елементу.

Окрім цього для підвищення надійності приладу застосовуються:

    – полегшення режимів роботи;

    – вдосконалення технологій;

    – заміна аналогової обробки на цифрову;

    – спрощення конструкції приладів.