Расчет надежности рентгено-диагностического аппарата
Надежностью аппарата называется свойство аппарата выполнять заданные
функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных
показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям работы, технического обслуживания, ремонта, хранения, транспортировки.
Надежность - это способность системы, аппарата, прибора выполнять заданные
функции на требуемом уровне в течение определенного промежутка времени.
От расчета надежности необходимо иметь логическую модель безотказной работы системы аппарата.
Проанализировав электрическую схему данного устройства, можно сказать, что
при отказе одного элемента или компонента схемы отказывает вся система.
Надежность устройства зависит от большого числа факторов, которое можно
свести к следующим видам:
~ эксплуатационные;
~ конструктивные;
~ производственные.
Эксплуатационные факторы связаны с качеством эксплуатации, квалификацией
обслуживаемого персонала, неблагоприятными воздействиями внешних условий, а также длительностью работы прибора.
Конструктивные факторы связаны с тем, какие элементы используются и в каких ремонтах они работают, какие схемы и конструктивные решения приняты в
процессе проектирования.
Производственные факторы ограничивают надежность аппаратуры. К ним
относятся такие факторы, как недостатки производственных технологических
процессов, нарушения технологии изготовления, нарушения монтажа аппарата,
системы.
Большинство неисправностей электронной медицинской аппаратуры носят
случайный характер и обусловлены многими трудно учитываемыми факторами. К
таким факторам относятся: влажность, температура окружающей среды, вибрации,
удары.
Используется математический анализ теории вероятности, позволяющий найти
характеристики надежности аппаратуры.
В зависимости от полноты учета факторов, влияющих на работу изделия
различают:
» Прикидочный расчет надежности;
» Ориентировочный расчет;
» Окончательный расчет надежности;
Так, как режим работы рентгеновских аппаратов известен, то используют окончательный расчет.
Сущность окончательного расчета, сводится к определению количественных
характеристик надежности устройства, при котором оценивается вероятность
безотказной работы.
Под вероятностью безотказной работы понимается вероятность того, что
элементы или система будут работать и сохранять параметры в установленных
пределах в течение данного промежутка времени, при определенных условиях
эксплуатации.
Для расчета вероятности безотказной работы в течение заданной наработки воспользуемся формулой
,
где P(tp) – вероятность безотказной работы в течение заданной наработки (0,tp);
λi – интенсивность отказов i-го элемента;
tp – время наработки
При этом интенсивность отказов системы
,
а среднее время наработки до отказа
T=1/ Λ
Интенсивность отказов элементов и компонентов с учетом эксплуатации определяется по формуле
λi=λо∙K1∙K2∙K3∙K4∙αi(T,Kн) ,
где λо – номинальная интенсивность отказов;
K1 и K2 – поправочные коэффициенты в зависимости от воздействия механических факторов;
K3 – поправочный коэффициент в зависимости от воздействия влажности и температуры;
K4 – поправочный коэффициент в зависимости от давления воздуха;
αi(T,Kн) – поправочный коэффициент в зависимости от температуры компонента (Т) и коэффициента нагрузки (Kн).
Так как эксплуатация прибора предполагается в лабораторных условиях, при влажности 60%,температуре 20°С, то поправочные коэффициенты K1=1,3; K2=1,05; K3=2,0; так как высота над уровнем моря составляет 1км, то поправочный коэффициент K4=1,0.
Подбираем элементы и высчитываем интенсивность отказа:
Микросхема К140УД6
λ1=0,013*10-6*1,3*1,05*1*2*0,72=0,025553*10-6
так как количество Ni=1, то λ1=0,025553*10-6
Резистор постоянный
λ2=0,087*10-6*1,3*1,05*2*1*0,2=0,047502*10-6
Ni=27, λ2=27*0,047502*10-6 =1,28255*10-6
Транзистор КТ3102А
λ3=0,84*10-6*1,3*1,05*2*1*0,7=1,60524*10-6
Ni=2 , λ3=3,21048*10-6
Конденсатор КТ4-21
λ4=0,15*10-6*1,3*1,05*2*0.15*1=0,06143*10-6
Ni=1 , λ4=0,06143*10-6
Диод выпрямительный
λ5=0,2*3*1,05*2*1*1=0,546*10-6
Ni=2 , λ5=1,092*10-6
Плата
λ6=0,07*10-6*1,3*1,05*1*2*1=1,9*10-6
Ni=2 , λ6=0,0546*10-6
Пайка
λ7=0,01*10-6*1,3*1,05*1*2*1=0,0273*10-6
Ni=200 , λ7=5,46*10-6
Соединение пайкой
λ7=0,01*10-6*1,3*1,05*1*2*1=0,0273*10-6
Ni=188 , λ7=5,1324*10-6
Подсчитаем интенсивность отказа системы
Λ=∑ λi= 0,025553*10-6+0,06143*10-6+1,28255*10-6+3,21048*10-6+1,092*10-6 +0,0546*10-6+5,46*10-6+5,1324*10-6=16,29602*10-6
Среднее время наработки отказа Т=1/16,29602*10-6=613873 ч
Вероятность безотказной работы в целом
P(t)=e-t∙Λ=
=0.85
Для 100000 часов
Р(t)=
=0.2
Для 200000 часов
Р(t)=
е
=0.038
Для 300000 часов
Р(t)=
е
=0.0075
Для400000 часов
Р(t)=
е
=0.0015
Рис.16. График зависимости вероятности безотказной работы от времени
Согласно полученным данным и построенному графику можно сделать вывод, что в выбранных условиях прибор может работать надежно достаточно продолжительный срок.