Животкевич И.Н., Смирнов А.П. Надежность технических изделий - файл n1.doc

Животкевич И.Н., Смирнов А.П. Надежность технических изделий
скачать (1198.9 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc3994kb.15.05.2011 21:14скачать

n1.doc

1   ...   11   12   13   14   15   16   17   18   ...   23

Состав процессора ЦВМ и требования по надежности по периодам ЖЦ

Таблица 35


N участка модели

Наименование

Период эксплуатации

Допустимое суммарное число отказов

10 000 изделий

Расчетное суммарное число отказов

10 000 изделий

1

Процессор

1

2

3

4

0

20

40

122

38

75

122

122

2

Блок микропрограммного управления. Управляемая память и конвейерный регистр

1

2

3

4

0

4

5

22

14

19

22

22

3

Буферный регистр, регистр сдвига и регистр номера страницы

1

2

3

4

0

1

3

16

2

5

16

16

4

Арифметико - логическое устройство и схема ускоренного переноса

1

2

3

4

0

1

2

8

2

4

8

8


5

Схема управления

1

2

3

4

0

7

12

50

16

33

50

50


6

Шинный формирователь данных и шинный формирователь адреса

1

2

3

4

0

2

3

13

6

10

13

13

7

Конвейерный регистр

1

2

3

4

0

1

2

8

2

5

8

8

8

Регистр сдвига

1

2

3

4

0

0

3

9

2

3

9

9

9

Схема управления

(1 часть)

1

2

3

4

0

2

5

21

10

13

21

21

10

Схема управления

(2 часть)

1

2

3

4

0

2

5

23

6

14

23

23


- корректировку, при необходимости, модели с последующим повторением расчетов,
- анализ результатов и предложений для формирования облика эксплуатации.
Данная процедура может быть формализована программой на ЭВМ. При этом используется как комплексы построения МСМ, так и формирования свойств ОУ в зависимости от требований к ЭТХ по периодам ЖЦ, определяемых заказчиком.
Процедура использования МСМ и примеры получения результатов по оценке ЭТХ ЭО ТИ по периодам ЖЦ рассмотрены ранее. Для ОУС моделирование ЭТХ имеет свои особенности. Ввиду этого процедура модельных расчетов может быть представлена следующей последовательностью:
- на основании построенной МСМ ОУС моделируются потоки отказов ИЭТ по времени эксплуатации,
- оценивается расходование резерва системой, позволяющего сохранять свойство ОУ, и определяется момент времени, когда резерв исчерпан,
- оценивается промежуток времени эксплуатации, в который системой используется функциональный резерв, и определяется момент времени, когда он исчерпан и система теряет свойство ОУ,
- сравнивается время потери системой свойства ОУ с требованиями к ЭТХ и определяется достаточность, избыточность или недостаточность мероприятий по обеспечению ЭТХ системы.
Оценка свойств ОУС выполняется исходя из следующих допущений:
- отказы составных частей совокупности моделируемых объектов по всей выборке сводятся к отказам составных частей одного ТИ - опорной ОУС, предполагая, что существует вероятность этого события,
- параметры расходования резервов приписываются к опорной ОУС.
С точки зрения надежности системы по выборке данные допущения представляются неоправданными, усложняющими объект. Но в отношении ОУС эта мера необходима вследствие недопустимости для таких систем понятия отказа.
При потере системой свойства ОУ необходимо вернуться к традиционным оценкам ее свойств в вероятностной постановке задачи. Для этого фиксируется по выборке моделирования картина работы системы после последней реконфигурации с учетом протекания деградационных процессов по времени во всех элементах.
Для оценки расхода стационарного и функционального резервов ОУС целесообразно использовать следующие функции по времени:
а) функция изменения во времени стационарного резерва для j элемента ОУС
(350)
где - количество исправных элементов j-го типа, находящихся в стационарном резерве на i-й момент времени,
- общее исходное количество элементов j-го типа, находящихся в стационарном резерве;


Рис. 55. Процедура построения ОУС


Рис. 56. Условная схема устройства управления

процессом реконфигурации
б) функция изменения во времени функционального резерва для j элемента ОУС
(351)
где: - количество исправных элементов j-го типа в системе, которые могут быть использованы при организации реконфигурации системы на i-й момент времени,
- общее исходное количество элементов функционального резерва j-го типа.


Рис. 57. Структурная схема многоуровневой модели ОУ процессора
Сохранение свойства ОУ описывается выражением
(352)
где n - число различных элементов ОУС.
Система теряет свойство ОУ при выполнении следующего условия:
(353)
где - текущее время эксплуатации системы,
- время потери системой свойства ОУ.
Рассмотрим в качестве требований к ОУС время сохранения свойства ОУ. Предполагая, что точность прогноза свойств системы при использовании МСМ , условие завершения процедуры построения ОУС определится выражением
, (354)
где - время сохранения системой свойства ОУ в соответствии с требованиями ТУ.
Недостаточность ресурсов системы по поддержанию свойства ОУ определяется выражением
(355)
В этом случае размер статического резерва системы по критичному j элементу (или элементам) недостаточен и должен быть увеличен. После соответствующей корректировки надежностной схемы и МСМ проводится повторное моделирование технического состояния системы. В итерационном цикле построения ОУС возможен случай, когда с учетом погрешности моделирования для всех j элементов выполняется условие
(356)
В этом случае целесообразно скорректировать стационарный и функциональный резервы системы. В общем случае представляется необходимым оценить области технических свойств системы, которым удовлетворяют выражения (354) - (356). Это позволит более полно обосновать решение по завершению построения ОУС.
Анализ результатов моделирования должен дать ответ на вопрос - как обеспечить условие (354) при минимальных начальных значениях статического и функционального резервов системы. В результате имеем функцию изменения времени сохранения свойств ОУ в зависимости от размеров стационарного и функционального резервов
(357)
Условие (354) ограничивает область допустимых значений снизу.
Проводя вычисления для значений уровней резервов, в соответствии с матрицей планирования эксперимента по оценке и области сохранения свойства ОУ системой, представленных в табл. 37, получим область технических свойств системы, поддерживающих свойство ОУ.
8.2. Cинтез электронного оборудования технических изделий по техническому заданию на объект

8.2.1. Элементы синтеза электронного оборудования технических изделий
В качестве элементов, используемых при синтезе ЭТХ перспективного ЭО ТИ, используются:
- ТЗ как внешний документ составленный заказчиком системы,
- этапы ЖЦ, формируемые заказчиком совместно с разработчиком,
- описание свойств ОУ составных частей системы, выполняемое разработчиком,
- описание свойств надежности составных частей системы, выполняемое разработчиком.
Предполагается, что все элементы синтеза ЭО ТИ базируются на ТЗ. Естественно, что ТЗ представляется шире, чем требования по обеспечению ЭТХ.
В соответствии с действующей нормативной документацией в ТЗ определяются следующие требования к создаваемому изделию:
- по назначению,
- по применению,
- по радиоэлектронной защите,
- по живучести и стойкости к ВВФ,
- по надежности,
- по эксплуатации, ремонту, хранению и удобству обслуживания,
- по транспортабельности,
- по безопасности и экологической защите,
- по стандартизации и унификации,
- по технологичности,
- конструктивные требования,
- технико-экономические требования,
- по контролю и метрологическому обеспечению,
- к сырью, материалам и комплектующим ТИм,
- к консервации, упаковке и маркировке.
Матрица планирования вычислительного эксперимента по оценке и области сохранения свойства ОУ системой

Таблица 37




Max

Среднее

min












max







среднее







min








В зависимости от вида ТИ в целом ряде перечисленных требований может быть использована информация, получаемая по результатам моделирования с использованием МСМ. Особенно значимыми в формировании облика создаваемого ЭО ТИ и наиболее поддающимися расчетным оценкам представляются требования, характеризующие ТТ и ЭТХ. Воспроизводя условия эксплуатации и применения, создавая наиболее неблагоприятные сочетания условий, прогнозируя поведение системы и изменение его технического состояния, очерчиваются во времени контуры пограничных с допустимыми зонами свойств.
Перечень этапов ЖЦ представляет собой последовательность действий над ТИ по времени ее создания, транспортирования к месту эксплуатации, передвижения с эксплуатирующей частью до периода списания и утилизации. Некоторая такая последовательность представлена в табл. 38. Исходя из регламентированной цепочки отдельных подэтапов и операций, определяется сценарий последовательности ЖЦ оборудования и характерные для каждого этапа продолжительность и уровни ВВФ, действующих на систему в целом и на отдельные составные части и блоки.
Основываясь на функциональной схеме системы, составляется НС и формируется МСМ. Из общих требований к ЭТХ оценивается необходимость, временная и аппаратурная области обеспечения ОУ в соответствии с процедурой, представленной на рис. 55. Это, в свою очередь, корректирует выбираемую элементную базу и функциональную схему ЭО. Оценивается возможный выпуск изделий и, соответственно, необходимая выборка, реализуемая при имитационном моделировании, при которой подтверждаются прогнозируемые свойства. Предполагается, что
(358)
где - размер выборки при моделировании на ЭВМ ЭТХ системы;
К - коэффициент запаса, определяемый исходя из возможного объемы выпуска изделий и ориентировочно равный от 1,2 при числе изделий в эксплуатации 10 000 до 1,1 при числе более 50 000. Целесообразно при моделировании не использовать выборку менее 10000 образцов.
В соответствии с [8] надежность определяется понятиями, которые напрямую оцениваются с помощью МСМ:
- безотказность,
- сохраняемость,
- долговечность,
- ремонтопригодность.
Предполагается, что после исчерпания свойств ОУ и при переходе системы (подсистемы) в состояние возможного отказа, для обеспечения требований по надежности системы оцениваются потоки отказов по периодам ЖЦ и соотносятся получаемые уровни надежности с требуемыми. Эти процедуры проводятся в соответствии с методами, изложенными в 5.
Перспективное ЭО ТИ представляется высоконадежным с элементами ОУ. В этом случае используемые традиционные способы обеспечения ЭТХ представляются малоэффективными исходя из следующих обстоятельств:
- учитывая быстрое развитие цифровых вычислительных и иных систем, затруднено использование аналогов при начальных оценках ЭТХ, когда следующее поколение систем существенно отличается от предыдущего,
- число изделий, которое может быть выделено на отработку ЭО, определяется, фактически, одним или несколькими экземплярами,
- повышенные требования по ОУ и надежности ЭО затрудняют проводить экспериментальную оценку по полученным отказам, что снижает достоверность результатов и откладывает решение об уровне ЭТХ на этап эксплуатации.
Ввиду этого должна быть расширена зона ответственности этапа проектирования, в том числе в вопросах синтеза системы по заданным ЭТХ. Экспериментальные методы, используемые в лабораторно - стендовых испытаниях опытных и серийных образцов, должны быть существенно поддержаны моделированием с использованием МСМ и смещаются в область полунатурного моделирования свойств системы по этапам ЖЦ. Таким образом, начало синтеза ЭО определяется математическим моделированием на ЭВМ с использованием МСМ, с соответствующим накоплением информации о свойствах объекта. На втором этапе организовываются полунатурные ЛСИ по отработке ЭТХ оборудования.
При этом определяющим является ускоренная выработка системой ресурса и внесение в нее, в процессе ЛСИ, прогнозируемых через математическое моделирование потоков отказов отдельных элементов. В целом для создаваемого, например, авиационного комплекса такие исследования и объемы информации являются уникальными. Информация, получаемая по результатам работы, сопровождает ЭО по этапам ЖЦ.
В качестве начального варианта системы используется созданный разработчиком вариант, содержащий:
- функциональнонеобходимые блоки и подсистемы, выполняемые предписываемые ТЗ свойства,
- разработанный регламент этапов эксплуатации системы,
- элементную базу, выбранную по требованиям реализации рабочих функций и ТТХ на объект.
Эти данные позволяют составить первичный информационный облик объекта и разработать математическую МСМ и процедуру моделирования. В то же время предполагается, что при доведении свойств системы до уровня требований по ЭТХ отмеченные компоненты могут быть серьезно изменены в направлениях:
- введения функционального резервирования и элементов поддержания ОУ как для отдельных частей, так и для объекта в целом,
- корректировки регламента эксплуатации с возможным введением ограничений по: продолжительности отдельных операций, уровням ВВФ, а также использования специальных комфортных условий эксплуатации (введение гермо- и термо - контейнеров, или требований к отсекам ЛА);
- состав элементной базы модифицируется исходя из уже внесенных изменений, а также из-за необходимости использования более высоко интегрированных элементов, позволяющих увеличить глубину контроля и осуществлять реконфигурацию системы по времени эксплуатации.
Процедура синтеза ЭО ТИ в соответствии с заданными ЭТХ предполагает использование элементов рассматриваемой выше методологии в определенной последовательности, представленной в табл. 39. Добавление в рассмотренные выше процедуры математического моделирования ЭТХ и организации ЛСИ ЭО ТИ элементов итерационного цикла синтеза требуемых свойств и процедуры полунатурного моделирования ЭТХ высоконадежных и ОУ систем позволяет получить некую замкнутую картину процедуры обеспечения ЭТХ перспективных систем.
Характерная последовательность этапов и подэтапов ЖЦ ЭО ТИ
Таблица 38


N п.п.

Наименование этапа

Наименование подэтапа

Чем регламентируются условия эксплуатации

1

2

3

4







1.1. Элементная база




1.

Производство

1.2. Составные части и узлы

Документация техпроцесса







1.3. Изделие в сборе







Сдаточные

2.1. Элементная база

Технические требования и

2.

испытания

2.2. Составные части и узлы

методики проведения







2.3. Изделие в сборе

испытаний







3.1. Консервация

Технические требования по проведению консервации







3.2. Погрузка

Технологический процесс погрузочно - разгрузочных работ







3.3. Перевозка

Технические требования по транспортированию объекта

3.

Транспортирование к месту

3.4. Разгрузка

Технологический процесс погрузочно - разгрузочных работ




эксплуатации

3.5. Складирование

Технические требования по хранению объекта







3.6. Контроль технического состояния

Технические требования по выполнению операций контроля технического состояния







3.7. Консервация

Технические требования по проведению консервации







4.1. Расконсервация

Технические требования по проведению расконсервации







4.2. Перевозка к месту расположения комплекса

Технические требования по транспортированию объекта

4.

Монтаж на месте

эксплуатации

4.3. Контроль технического состояния

Технические требования по выполнению операций контроля технического состояния







4.4. Функциональное включение в состав комплекса

Технические требования по использованию объекта в составе комплекса







5.1. Стоянка

Климатические условия







5.2. Периодический контроль технического состояния

Технические требования по выполнению операций контроля технического состояния

5.

Эксплуатация

5.3. Предэксплуата- ционный контроль и полеты в составе носителя

Технические требования по выполнению операций контроля технического состояния и задание на полет носителя







5.4. Периодическое техническое обслуживание оборудования

Технические требования по выполнению операций технического обслуживания

6.

Перебазирование материальной части эксплуатирующей в\ч

Повторение подэтапов:

3.1 - 3.7, 4.1 0 4.4 или 5.3 или сочетание пунктов






8.2.2. Структура синтеза электронного оборудования технических изделий
На рис. 58 представлена последовательность синтеза ЭО ТИ. Наряду с очевидными процедурами метод содержит два направления:
- математическое моделирование ЭТХ ЭО ТИ с использованием МСМ,
- расчетно-экспериментальный подход на базе ускоренных лабораторно-стендовых испытаний.
Процедура имитационного моделирования ЭТХ ЭО ТИ с использованием МСМ представлена в главе 5. В задаче синтеза бортовых систем предполагается, что первоначальная МСМ системы создана в соответствии с начальным вариантом, при реализации необходимого набора функциональных задач. Этот начальный вариант предполагает определенный комплект элементной базы и схемное решение. Определение исходного варианта
Использование элементов метода многоуровневого имитационного моделирования при синтезе ЭО ТИ в соответствии с заданными ЭТХ

Таблица 39


N п.п

Этап синтеза ЭО ТИ

Используемый раздел методологии

1

Начальный набор свойств элементной базы и составных частей системы

5.5. Исходные данные, обеспечивающие использование МСМ

2

Формирование МСМ

5.3. Надежность электронных элементов.

5.4. Расчетная оценка надежности электронного блока, РЭА, ЭО ТИ .

8.2. Синтез ЭО ТИ по техническому заданию на объект

3

Формирование режимов комплексных ускоренных испытаний ЭО ТИ при полунатурном моделировании ЭТХ высоконадежных ОУС

7.2. Организация ускоренных испытаний ЭО ТИ на основе МСМ

7.3. Формирование условий проведения ускоренных испытаний по результатам моделирования надежности КИ ЭО ТИ


- предлагаемые варианты схемных решений выполнения поставленных перед системой задач.
Перечисленные задачи решаются вне синтеза системы по условиям ЭТХ с использованием, в том числе, методов, изложенных в главе 5. Для организации синтеза системы в соответствии с ТТХ на объект требуется решение следующих задач:
- начальная оценка оптимальной надежности элементной базы,
- оценка используемого резерва с точки зрения обеспечения ТТХ на систему.
При определении исходного варианта исследуемой системы имеется начальный базовый набор свойств элементной базы и составных частей, (рис. 58). Синтез исследуемой системы с использованием МСМ начинается с формирования плана факторного эксперимента на ЭВМ. В качестве варьируемых факторов рассматриваются:
- показатель избыточности системы,
- уровень надежности устройств управления ОУ системы,
- уровень использования функциональной избыточности.


Рис. 58. Последовательность синтеза ЭО ТИ
При проведении анализа результатов моделирования рассматриваются:
- временная область сохранения свойства ОУ,
- аппаратурная область обеспечения свойства ОУ.
Параметр, характеризующий стационарную избыточность при обеспечении свойства ОУ, определяется выражением
(359)
где - число элементов стационарной и функциональной избыточности, которые позволяют обеспечить свойство ОУ системы в заданном временном интервале работы;
- число функционально необходимых элементов для обеспечения выполнения рабочих функций системой, выбираемое из начального варианта объекта.
При организации факторного эксперимента значение "+1" параметра соответствует наиболее полному объему избыточности для всех участков системы. Значение "-1" - для минимальной зоны обеспечения ЭТХ по участкам системы, выбираемой исходя из конкретной задачи.
Параметр, характеризующий функциональную избыточность рассматриваемой ОУС, определяется коэффициентом функциональной избыточности и вычисляется согласно выражению
(360)
где - число элементов надежностной схемы, поддерживающих свойство ОУ за счет реконфигурации связанных между собой элементов и определяющих функциональную избыточность;
- число элементов надежностной схемы.
При проведении факторного эксперимента значение "+1" параметра соответствует наибольшему числу элементов, участвующих в реконфигурации при возникновении отказов для всех участков системы. Значение "-1" - когда функциональная избыточность отсутствует.
Надежность устройств управления ОУ системы определяется двумя уровнями:
- надежность элементов управления значительно выше надежности ФНЭ (параметр +1);
- надежность элементов управления на уровне надежности ФНЭ (параметр - 1).
Использование функциональной избыточности характеризуется двумя уровнями:
- функциональная избыточность применяется для 50% ФНЭ (параметр +1),
- функциональная избыточность не используется (параметр - 1).
Параметр, характеризующий временную область свойств ОУ, используемый при анализе результатов моделирования, определяется выражением
(361)
где - время сохранения свойства ОУ для системы, определяемое ТТХ;
- общее время эксплуатации системы.
Параметр, используемый при анализе результатов моделирования и характеризующий аппаратурную область ОУ системы, определяется выражением
(362)
где - число участков рассматриваемой системы, в которых для начального варианта прогнозируются отказы в период обеспечения свойств ОУ;
- общее число участков МСМ.
Пример типового плана факторного эксперимента по моделированию ЭТХ ОУС ЭО представлен в табл. 40. Получаемые в результате моделирования при проведении факторного эксперимента массивы результатов характеризуют поведение системы как в условиях ОУ, так и вне этого свойства. Область, в которой свойство ОУ сохраняется, и является предметом изучения при синтезе ЭО. Интерес представляют схема системы, обладающая пограничными характеристиками, при которых обеспечивается ОУ.
Расчетно-экспериментальный метод полунатурного моделирования и синтеза высоконадежного и ОУ ЭО базируется на МСМ высоконадежной ОУ системы и на комплексе лабораторно-стендовых испытаний ТИ, позволяющего воспроизвести в лабораторных условиях действие во времени характерных наборов ВВФ по периодам эксплуатации. Учитывая значительные наработки на отказ высоконадежного оборудования, используются методы ускоренных испытаний, рассмотренные в главе 7. Схема комплекса полунатурного моделирования высоконадежного и ОУ ЭО ТИ представлена на рис. 59. Представленная последовательность действий, основываясь на результатах моделирования потоков отказов системы, предполагает привязку конкретных отказов элементов аппаратуры к времени и режимам эксплуатации i-го этапа и внесение отказов в элементы объекта испытаний.
1   ...   11   12   13   14   15   16   17   18   ...   23


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации