Аппараты искусственной вентиляции легких по классификации медицинских аппаратов ГОСТ Р50444 – 92 относятся к изделиям класса А, вероятность безотказной работы которых задается равной 0,99 в течение заданной наработки.
Целью данного расчета является анализ данных по надежности микроконтроллера, входящего в состав блока управления аппаратом искусственной вентиляции легких «Спирон – 201», а так же подбор надежных элементов для управления аппаратом.
Значения интенсивностей отказов, режимы работы и поправочные коэффициенты по справочникам [2,3,4] элементов схемы КФБН.941200.731 Э3 приведены в таблице 2.1.1.
Так как было применено дублирование соединителей и дорожек монтажных их вероятность безотказной работы рассчитывается по формулам:
P с ( t ) = 1 – (1 – e - λ с t )2 (2.1.1)
P Д ( t ) =1 – (1 – e - λ Д t )2 (2.1.2)
Вероятность безотказной работы остальных элементов микроконтроллера определяется уточненным средне – групповым методом по формуле:
, (2.1.3)
где li- интенсивность отказов элемента.
Вероятность безотказной работы всего микроконтроллера будет рассчитываться по формуле (2.1.4).
Pобщ(t) = Pc(t)· Pд(t)·P(t) (2.1.4)
1. Рассчитаем вероятность безотказной работы в течение заданной наработки.
| Коэф-т нагрузки Кн | Температура рабочая Т,о С | |||||||
| Микросхемы: КР580ВВ55А КР580ВИ53 К555ЛА3 К580ГО324 К555ИД7 К580ВМ80А КР580ВВ51А КР580ВИ53 КР580ВМ52 К580ВК28 К170АР2 К170УР2 К555АР3 К555ИД7 К555ЛЕ1 КР537РУ8А К555ИР22 КР580В555А КР580ВА87 К1816ВЕ35 К580ВР43 | D1 D2 D3 D4 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12, D13 D14 D15 D16 D17 D18 D26 D21 D24 D25 D28 | 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 | 0,1 | 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 | 40 | 1 | 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 | 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,2 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 |
| Кварц: 18 мГц 6 кГц | B1 B2 | 1 1 | 0,07 0,07 | 0,5 0,5 | 40 | 1,5 | 0,105 0,105 | 0,105 0,105 |
| Резисторы: Млт – 0,25 | R1-R17 | 17 | 0,04 | 0,5 | 40 | 2,5 | 0,1 | 1,7 |
| Диоды: КД 522 Б | V1 – V2 | 2 | 0,2 | 0,8 | 40 | 1,19 | 0,238 | 0,476 |
| Конденсаторы: К50–35 К10–7В | С2, С3, С8, С28 С21 С1, С4, С5, С9-С27, С29, С30 | 5 24 | 0,135 0,035 | 0,56 0,56 | 40 | 2 | 0,27 0,07 | 0,35 6,48 |
| Соединители: | Х1-Х10 | 10 | 0,05 | 0,4 | 10 | 0,5 | 5 | |
| Выводы: Пайка | 507 | 0,004 | 1 | 1 | 0,045 | 2,028 | ||
| Провода: Дорожки монтажные | 439 | 0,015 | 1 | 1 | 0,015 | 6,585 |
Pc(2000) = 1 – (1-е-0,000005·2000)2 = 0,9999
Рд(2000) = 0,9998
Р(2000) = е-Λ·2000 = 0,977, где Λ = ∑λi = 16,4· 10-6
Робщ(2000) = 0,9999·0,9998·0,967 = 0,967
2. Рассчитаем вероятность безотказной работы за время средней интенсивности эксплуатации.
Pc(8) = 1 – (1-е-0,000005·8)2 = 0,99999999
Рд(8) = 0,99999999
Р(8) = е-Λ·8 = 0,999, где Λ = ∑λi = 16,4· 10-6
Робщ(8) = 0,99999999·0,99999999·0,999 = 0,9989
Доза отказа ИЭТ существенно зависит от интенсивности излучения ИИ, а ресурс изделий в радиационных полях в 2 –5 раз ниже показателей приводимых в ТУ на ИЭТ. [2]. При этом интенсивность отказов увеличивается в 2 – 5 раз, т.е.
Λ= 0,000049;
λс = 0,000015;
λд = 0,00002.
Получим
Рс и(8) = 0,9999999;
Рд и(8) = 0,9999999;
Ри(8) = 0,999;
Робщ(8) = 0,99899.
Рс и(2000) = 0,999;
Рд и(2000) = 0,998;
Ри(2000) = 0,906;
Робщ(2000) = 0,904.
Следовательно, в условиях действия ИИ от дефибриллятора и рентгеновского аппарата, вероятность безотказной работы по ГОСТу Р50444–92 не достаточна.
Для повышения надежности микроконтроллера необходимо:
1. Для эффективного уменьшения воздействий электромагнитных излучений рекомендуется экранирование микроконтроллера.
2. Заменить некоторые элементы на зарубежные аналоги:
КР580ВИ53 – времязадающее устройство на I8253;
К580ВК28 – комбинированное устройство на I8228;
К580ВМ80А – микропроцессор на I8080;
КР580ВВ51А – устройство управления вводом – выводом на I8251;
К1816ВЕ35 – микро – ЭВМ на I8025;
К555АП3 – формирователь разрядных токов на I4240;
КР580ВВ55А – I8255A;
К555ИД7 – SN74LS138N;
КР580ВН59 – I8259;
К555ЛЕ1 – SN74LS02N;
КР537РУ8А – HM6516;
КР580ВА87 – I8257;
К555ИР22 – SN74LS373N;
К580ВР43 – I8243.
Расчет интенсивности отказов зарубежных микропроцессоров производится по справочнику [6].
λ = (С1· πт + С2· πЕ)·πQ·πL·10-6 1/час,
где С1 – коэффициент, учитывающий количество элементов в кристалле микросхемы,
С2 – коэффициент, учитывающий количество ножек микросхемы, коэффициент, учитывающий
πт – коэффициент, учитывающий рабочую температуру микросхемы,
πЕ – коэффициент, учитывающий условия эксплуатации элемента (в данном случае на земле),
πQ – коэффициент, учитывающий качество изготовления,
πL – коэффициент, учитывающий время выращивания кристалла.
λ = (0,08·0,03+0,015·0,4)·0,9·1·10-6 = 0,0076·10-6
Заменив, отечественные микросхемы на их зарубежные аналоги, рассчитаем вероятность безотказной работы микроконтроллера.
Рз (8) = е-Λ·8 = 0,9998,
Рзобщ(8) = 0,99999999·0,99999999·0,9998 = 0,9998
Рз(2000) = е-Λ·2000 = 0,989, где Λз = 14,36
Робщ(2000) = 0,9999·0,9998·0,989 = 0,989
Такая вероятность безотказной работы соответствует ГОСТу Р50444–92 для изделий класса А.
Дата: 2019-05-29, просмотров: 198.
