Т0-статистическое значение средней наработки до отказа по результатам п опытов. Если бы отсутствовал разброс значений времени безотказной работы, то предупредительная замена элементов должна была бы проводиться по истечении времени наработки, равному значению Го- С учетом разброса значений Т0 предупредительную замену данных элементов следует производить после времени наработки:

t -Г - зам О

/гпр °f

где fenp = 1-г-3 - коэффициент прогнозирования.

В связи с небольшим количеством элементов в аппаратуре, к которым может быть применен метод статистического прогнозирования, его практическое осуществление не вызывает затруднений, особенно в отношении электронных приборов. Следует только иметь в виду, что в целом ряде случаев на практике возможности статистического прогнозирования ограничиваются слишком большой дисперсией результатов измерений.

Тренировка элементов. Одним из важнейших путей обеспечения надежности РЭА в процессе эксплуатации является тренировка элементов. Необходимость тренировки тех элементов, которые устанавливаются в аппаратуру взамен отказавших, вытекает из того, что интенсивность отказов элементов иа первом этапе эксплуатации обычно резко повышена. Поэтому эксплуатация элементов, ие прошедших соответствующей тренировки, нежелательна. Если же пользоваться при замене отказавших элементов иенатренированными элементами, то вероятность установки в аппаратуру малонадежных элементов остается, как показывает опыт, довольно высокой. Эффективность тренировки элементов возрастает при искусственном создании условий работы тренируемых элементов, близких к условиям эксплуатации РЭА.

Иногда после определенной наработки электронных приборов производят их преду- предительную замену (без учета реальной надежности) новыми приборами, не прошедшими тренировки. Можно заранее сказать, что вероятность постановки плохого прибора в этом случае превосходит вероятность того, что замененный прибор окажется плохим. Прн этом подобная замена приборов, не связанная с анализом надежности, ничего общего не имеет с профилактическим предупреждением отказов.

Тренировка иногда нужна и для тех элементов, которые находятся в аппаратуре, имеющей длительные перерывы в работе. Так, при длительном перерыве в работе происходит накопление газа в вакуумном пространстве ламп за счет выделения газа из элементов внутренней конструкции (электроды, держатели и т. д.). При подаче иа такиелампы высокого-напряжения наблюда-

ются пробои и искрения, которые могут привести к преждевременному отказу.

Если в цепи ламп имеется прибор, измеряющий анодный ток, то прн пробоях и искрениях наблюдаются резкие броски стрелки прибора. В этом случае необходимо произвести тренировку (жестчение) лампы. Прн тренировке выделяющийся газ поглощается катодом, что, вообще говоря, приводит к некоторому его отравлению . Частые тренировки снижают надежность ламп, и поэтому длительные перерывы в работе неблагоприятно сказываются на надежности апапаратуры, особенно той, которая имеет мощные генераторные и модуляторные лампы, магнетроны, высоковольтные кенотроны.

Тренировка ЭВП заключается в последовательном выполнении следующих операций:

лампа в течение 5-10 мин (иногда и более) выдерживается при нормальном напряжении накала, когда другие питающие напряжения отключены;

подается напряжение смещения на управляющую сетку;

подается анодное напряжение величиной ие более 50% от номинального и в этом режиме лампа выдерживается в течение 5- 10 мин (если возникают пробои или искрения, то анодное напряжение необходимо уменьшить до их прекращения);

ступенями повышается анодное напряжение при длительности работы в каждом новом режиме 5-10 мин;

при рабочем анодном напряжении лампа работает в течение 10-15 мин.

Вообще включение питающих напряжений производится в следующем порядке: напряжение накала, напряжение смещения на управляющую сетку, напряжение анода, переменное напряжение управляющей сетки. Нарушение этой последовательности включения питающих напряжений ведет к преждевременным отказам ламп. Также нежелательно одновременное выключение всех питающих напряжений. Перед выключением анодного напряжения мощных ламп его сначала необходимо уменьшить на 20-30%. Кроме того, после выключения питающих напряжений на мощные генераторные, модуляторные и металлокерамические лампы должно поступать охлаждение в течение 5-10 мин.

30-8. РЕЗЕРВИРОВАНИЕ КАК МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ

Значительная часть электронных схем построена таким образом, что отказ одного из элементов ведет к отказу схемы в целом. Такое соединение элементов с точки зрения надежности называется последовательным (основным). Если все элементы в последовательном соединении работают независимо, то вероятность безотказной работы схемы из N элементов за промежуток времени / находится по формуле

Р (0 = Рг (О Р2 (0 Р, (0 -Pjv (0 =

== Пр/Ю. (30-81)

В ряде случаев электронные схемы устроены так, что отказ одного из элементов не приводит к отказу схемы в целом (например, за счет обратных связен). Говорят, что такие схемы имеют функциональное резервирование. Но в тех случаях, когда не

Рнс. 30-22. Параллельное соединение элементов.

/ - основной элемент; 2, 3,.. ., k - резервные элементы; П - переключатель.

удается обычными методами добиться высокой надежности аппаратуры, приходится прибегать к резервированию, которое может быть осуществлено на стадии конструиро-.ваиип (это наиболее рационально) или в процессе эксплуатации аппаратуры путем установки двух, трех и т. д. однотипных экземпляров (такой вид резервирования обычно называется оперативным; экономически он не является рациональным).

Резервирование в физическом смысле характеризуется параллельным соединением элементов (узлов, блоков, экземпляров аппаратуры)., в котором только отказ всех элементов приводит к отказу соединения в целом. Схема параллельного соединения (с точки зрения надежности) представлена на рис. 30-22. В данном соединении из k элементов наряду с основным элементом имеется (k-1) резервных элементов. Каждый из элементов может быть с помощью переключателя П включен в работу или отключен (при отказе). Вообще, говоря, могут быть созданы резервные цепи без применения переключателей (все элементы одновременно участвуют в работе, а отказ одного илн нескольких элементов не нарушает работоспособности цепи).

Если не учитывать надежности переключателей н обозначить через Qi(t) вероятность отказа i-ro элемента, то вероятность отказа параллельного соединения в целом составляет:

Q (0 = Ъ (0 °г (0 -Ql (t) -Як (0 = ь

,= П[1-Р1(*)1- (30-82)

1&=1

Вероятность безотказной работы параллельного соединения элементов равна:

Р W = 1 - П [1 - W (01- (30-83) i=i

Эта формула показывает, что с увеличением числа резервных цепей надежность соединения увеличивается.

Пример. С целью увеличения надежности элемент, обладающий вероятностью безотказной работы р± (г) =0,9, резервируется однотипным элементом. Определим увеличение надежности для случая ft=2 и k=3.

Для случая fe=2

P(t) = 1 - (1 - 0,9) (1 - 0,9) = 0,99;

для случая fe=3 P(r) = I - (I - 0,9) (I -0,9) (1 - 0,9) = = 0,999.

Конечно, в реальном резервном соединении переключающие и индикаторные устройства значительно уменьшают тот выигрыш в надежности, который был получен в данном примере.

Резервирование без восстановления основной и резервных цепей

Способы резервирования по масштабу резерва. По масштабу охвата резервными цепями аппаратуры резервирование осуществляется тремя основными способами:

общее резервирование, при котором резервируется в целом аппаратура илн ее часть (рис. 30-23, а);

раздельное резервирование, при котором аппаратура (или ее часть) резервируется по отдельным участкам, узлам, иногда даже элементам (рис. 30-23,6);

скользящее резервирование, при котором резервный элемент (узел), может быть включен вместо любого из элементов (узлов), которые он предназначен резервировать (элементы при этом обычно являются однотипными, равнонадежными) (рис. 30-23, в).

Возникает вопрос, какой из способов дает больший эффект в повышении надежности?

Пусть аппаратура состоит из N последовательно соединенных элементов н с целью повышения надежиостн резервируется га резервными цепями. Резервированная система не обслуживается (отказавшие цепи не ремонтируются). Отношение количества резервных цепей к числу основных называется кратностью резервирования. Для случаев резервирования, показанных на рис. 30-23, а и б, число резервных цепей га совпадает с кратностью резервирования. В общем случае кратность резервирования может быть и дробным числом. Например, в случае скользящего резервирования, представлен-

ного на рис. 30-23, в, кратность резервирования равна Уз-

Состояние, в котором находятся резервные цепи до момента их включения в рабо ту вместо отказавшей цепн, характеризуется:

непогруженным (холодным) резервом, когда резервные цепи находятся в нерабочем состоянии;

нагруженным (горячим) резервом, когда резервные цепи находятся наравне с основной в рабочем режиме работы,

облегченным (теплым) резервом, когда резервные цепи находятся в облегченном рабочем режиме (например, питающие напряжения включены частично) .

Сравним случаи общего и раздельного резервирования по схеме на рис. 30-23, а, б в случае нагруженного резерва.

- / г~ -\ i г~ -\ к V-т-

-{дН Л- -CHI-СЮ-\]

вероятность отказа QO6m(0 системы равна:

С06щ (0 = Qx (0 Q2 (0-Qj (0 -Qm+i (0 =

= Подо.

а вероятность безотказной работы РОбщ(0 системы составляет:

Робщ (0 = 1- <Зобщ (0 = 1

П Q/ (0 = /=1

лг -1

U pi (0 L

(30 84)

Qjit) -вероятность отказа за время

t /-й резервной цепи; Pi(t) - вероятность безотказной рабо-г ты за время i-ro элемента це-

пи (основной или резервной).

Если все (m+l) цепей в параллельном соединении равнонадежны, то

Робщ (0 = 1-

1- Пр/(0

(30-85)

Вероятность безотказной работы, при раздельном резервировании (резерв нагруженный) определяется из условия, что система состоит из N последовательно соединенных звеньев, а каждое звено из (m-j-T) параллельно соединенных элементов, причем отказы звеньев и элементов в звене - события независимые:

Le-mJ LhJ

разд

Пр2зв(0 = i=i

N Г т+1

1= П I- Ylqu 1=1 I j=i

(30-86)

Рис. 30-23. Способы резервирования по масштабу резерва. .

а - общее резервирование: б - раздельное резервирование; в - пример скользящего резервирования.

Вероятность безотказной работы при общем резервировании (резерв нагруженный) находится нз условия, что отказ всей системы, включающей одну основную и пг резервных.,депей, произойдет нослетого, как независимо друг от друга откажут все (m+f). параллельных цепей (переключающие устройства пока что считаем идеально надежными, обеспечивающими мгновенную замену отказавшей цепи резервной), т. е.

- Пп-

где р£эв(0. Qiasit) -вероятность безотказной работы н отказа i-ro звена соединения соответственно; Pa(t), qa(t)-вероятность безотказной работы и отказа в i-м звене /-го элемента (основного или резервного) соответственно.

Если все (m+l) элементов в звене равнонадежны, то

/разд (0 = П {1 - [1 - Pi ЮГ*4} (30-87)

Сравнение формул (30-85) и (30-87) позволяет установить, что для всех значений Pi(t), Num. исключая травиальный случай, когда рг(г)=0 и N=1) величины

Робщ(0 <CPpa3fl(0

На основании расчетов, проведенных по указанным формулам при предположении, что надежность всех элементов основной и резервной цепей одинакова и вероятность