Интенсивность отказов
На практике достаточно часто приходится определять -вероятность безотказной работы объекта в заданном интервале времени [t1, t2] , где t1 < t2 .
Эта вероятность является условной, поскольку безотказная работа объекта на отрезке времени [t1, t2] возможна только при условии, что на отрезке времени [0, t1] объект был работоспособен.
Вероятность - вероятность безотказной работы объекта на отрезке времени [0, t2] - является вероятностью совместного появления двух зависимых событий: безотказной работы объекта на отрезке времени [0, t1] и безотказной работы объекта на отрезке времени [t1, t2].
На основании формулы полной вероятности [2.1] запишем
, откуда
. (2.10)
Определим теперь вероятность отказа объекта - Q (t1, t2) на отрезке времени [t1, t2] при условии, что на отрезке времени [0, t1] объект был работоспособен.
Согласно (2.4), (2.10) .
Допустим теперь, что где .
Тогда .
Поделим и умножим полученное выражение на .
.
Величина, равная , называется интенсивностью
отказов - .
Интенсивность отказов - это условная плотность вероятности возникновения отказа объекта на бесконечно малом интервале времени [t, Δt], определяемая при условии, что до рассматриваемого момента времени t отказ не наступил.
Из определения следует, что
. (2.11)
Интегрируя правую и левую часть выражения (2.11), а затем, избавляясь от логарифма в правой части, получим:
или . (2.12)
Выражение (2.12) показывает связь λ (t) и P(t): вероятность безотказной работы убывает экспоненциально в соответствие с интенсивностью отказов. По аналитически заданной функции λ (t) можно определить не только P(t), но и Т1:
. (2.13)
Статистическая оценка интенсивности отказов имеет вид:
, (2.14)
где - число отказов однотипных объектов на интервале , для которого определяется ;
- число работоспособных объектов в середине интервала .
,
где Ni - число работоспособных объектов в начале интервала ;
Ni+1- число работоспособных объектов в конце интервала .
Если интервал уменьшается до нулевого значения , то
, (2.15)
где Nо - количество объектов, поставленных на испытания;
∆ti - интервал, продолжающий время t;
n( ) - количество отказов на интервале .
Если для статистической оценки интенсивности отказов - λ (t) время эксперимента разбить на достаточно большое количество одинаковых интервалов Δt и провести наблюдения в течение длительного периода времени t , то результатом обработки опытных данных будет график, изображенный на рис. 2.2.
Как показывают многочисленные экспериментальные данные по анализу надежности технических объектов, в том числе и ЭВМ, линеаризованная обобщенная зависимость λ(t) представляет собой сложную кривую с тремя характерными интервалами (I, II, III). На интервале II (t2 – t1) λ(t) = const. Это - период нормальной эксплуатации объектов. Для электронных компонентов он может составлять десятки лет [2.1, 2.2, 2.3].
Интервал I (0, t1) часто называют периодом приработки объектов. Он может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от уровня организации производства на заводе-изготовителе, где элементы с внутренними дефектами своевременно изымаются из партии выпускаемой продукции. Величина интенсивности отказов на этом интервале во многом зависит от качества сборки схем сложных устройств, соблюдения требований монтажа и т.п. Включение под нагрузку собранных схем приводит к быстрому "выжиганию" дефектных элементов и по истечении некоторого времени t1 в схеме остаются только исправные элементы, и их эксплуатация связана с λ (t) = const.
Рис. 2.2. Линеаризированная усредненная кривая жизни элемента:
I – интервал приработки; II – интервал нормальной эксплуатации; III – интервал старения
На интервале III (t > t2) по причинам, обусловленным естественными процессами старения, изнашивания и т.д., интенсивность отказов резко возрастает, увеличивается число деградационных отказов.
Для того чтобы обеспечить λ(t) = const, необходимо заменить неремонтируемые элементы на исправные новые или работоспособные, отработавшие время t << t2. Работа устройства на интервале времени, для которого λ(t) = const, может быть описана экспоненциальным законом распределения вероятности безотказной работы.Эта модель подробно проанализирована в подразделе 3.3. Здесь же отметим, что при λ(t) = const значительно упрощается расчет надежности, поэтому интенсивность отказов λ(t) наиболее часто используется как исходный показатель надежности элементной базы [2.1, 2.2, 2.3]. В заключение этого параграфа приведем сводную таблицу связи показателей безотказности невосстанавливаемых объектов ( табл. 2.1)
Таблица. 2.1
Связь между показателями безотказности
Базовые параметры | P(t) | Q(t) | f(t) | λ(t) | T1 |
P(t) | |||||
Q(t) | 1-Q (t) | ||||
f(t) | |||||
λ(t) |