Расчет надежности ЭА
Определив из ТЗ требуемую вероятность безотказной работы аппаратуры, конструктор распределяет эту вероятность по составляющим ЭА модулям, подбирает элементы с необходимыми интенсивностями отказов, выявляет потребность и глубину резервирования, принимает меры по защите аппаратуры от воздействий дестабилизирующих факторов.
Расчет надежности ЭА состоит в определении числовых показателей надежности P(t) и Тср по известным интенсивностям отказов комплектующих ЭА элементов. При этом считается, что, если выход из строя любого элемента приводит к выходу из строя всей ЭА, то имеет место последовательное включение элементов. Усредненные данные по интенсивностям отказов микросхем, электрорадиоэлементов, узлов и электрическим соединениям приведены в табл. 4.14.
При конструировании необходимы данные об ожидаемых изменениях характеристик элементов в течение всего срока службы ЭА. Например, если разрабатывается аппаратура со сроком службы 10 лет, то необходимо предварительно в течение 10 лет, если не используется какой-либо метод ускоренных испытаний, собирать данные об изменении параметров комплектующих элементов, что в общем случае нереально, так как за это время может устареть как элементная база, так и сама разрабатываемая ЭА.
Таблица 4.14. Интенсивности отказов комплектующих и электрических соединений
| Элемент | Интенсивность отказов, |
| λ • 10-6 1/ч | |
| Микросхемы в пластмассовом корпусе | 0,1 |
| Микросхемы в керамическом корпусе | 0,01 |
| Маломощные транзисторы | 0,05 |
| Мощные транзисторы | 0,5 |
| Маломощные диоды | 0,02 |
| Мощные диоды | 0,2 |
| Углеродистые резисторы | 0,01 |
| Проволочные резисторы | 0,5 |
| Регулируемые резисторы | 2,0 |
| Конденсаторы танталовые | 0,02 |
| Конденсаторы электролитические | 0,2 |
| Кристалл кварца | 0,05 |
| Переключатели | 0,2 |
| Реле | 0,5 |
| Вентиляторы | 2,0 |
| Трансформаторы | 0,5 |
| Пайка ручным способом | 0,2 |
| Пайка автоматическим способом | 0,002 |
| Разъемный контакт | 0,05 |
| Соединение «под винт» | 0,08 |
| Соединение накруткой | 0,0012 |
| Соединение сваркой | 0,0006 |
| Соединение обжимкой | 0,006 |
Поэтому трудно ожидать совпадения реального и рассчитанного поведения системы, но расчеты надежности необходимо выполнять, так как в ТЗ на разработку всегда указываются требуемые показатели надежности.
Вероятность безотказной работы системы будет
где qi(t) и Pi(t) — соответственно вероятность отказа и вероятность безотказной работы /-го модуля за время t; n — число модулей системы. Из (4.8) и (4.13) получим
где λi(t) — интенсивность отказов i-го модуля системы.
Обозначив 
, получим 
Модули одного иерархического уровня имеют приблизительно равную надежность. Тогда для системы из К групп модулей одного уровня
где ni — число модулей i-го уровня иерархии.
Для экспоненциального закона распределения, когда интенсивность отказов можно считать величиной постоянной,
В общем случае надежность конструкции зависит от соотношения прочности и устойчивости, закладываемых в конструкцию при разработке, к нагрузке, которую приходится выдерживать аппаратуре в процессе эксплуатации. Под прочностью здесь понимается способность аппаратуры выдерживать без разрушений внешние температурные, механические, влажностные и прочие воздействия, под устойчивостью — способность к работе при тех же воздействиях.
Создание аппаратуры без излишних запасов прочности — важная и сложная задача, поскольку конструктор не всегда имеет четкие количественные параметры внешних воздействий, отсутствуют или имеются неточные математические модели, позволяющие весьма ориентировочно произвести указанную оценку. Это приводит к внесению в конструкцию завышенных запасов прочности и устойчивости, так называемых коэффициентов незнания, уточнение которых — условие успешного обеспечения заданной надежности при минимальной себестоимости.