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   ...   13   14   15   16   17   18   19   20   ...   23
Глава 9.

Технико-экономическое обоснование использования многоуровневой системы моделей при разработке и эксплуатации электронного оборудования технических изделий. Перспектива использования методов оценки эксплуатационно-технические характеристик и испытаний электронного оборудования на основе многоуровневой системы моделей

9.1. Исходные предпосылки ТЭО использования многоуровневой системы моделей
При рассмотрении ТЭО использования МСМ определим, какие новые элементы она вносит в создание перспективных комплексов ЭО ТИ. Необходимо охарактеризовать взаимосвязь уровня охвата МСМ ЭО с общей трудоемкостью создания МСМ разных уровней, проведением модельных исследований, анализом результатов и выдачей конкретных практических предложений.
Зависимость, отражающая трудоемкость создания МСМ, будем определять выражением
, (365)
где - трудоемкость создания МСМ, человек / месяц;
К - эмпирический коэффициент, характеризующий ЭО (например, блок, ТИ и др.);
- коэффициент, определяющий влияние новизны схемных решений, элементной базы и пр.;
- коэффициент сложности ЭО;
- коэффициент сложности задачи обеспечения ЭТХ ЭО;
- коэффициент универсальности использования (например, конкретное ТИ) ТИ;
- число иерархических уровней МСМ;
- число элементов МСМ;
- число связей между элементами, участками и МСМ различных уровней.
Коэффициенты , , , изменяются от 1,0, когда влияние соответствующего свойства несущественно, до 10,0 - при определяющем значении.
Продолжительность создания МСМ определяется выражением
, (366)
где - поправочный эмпирический коэффициент;
- число исполнителей МСМ.
Стоимость создания МСМ разрабатываемого ЭО ТИ определяется из выражения
(367)
где - коэффициент стоимости формирования массивов исходных данных, определяемый как доля от стоимости создания МСМ;
- поправочный коэффициент, который равен или больше единицы, характеризующий стоимость процесса отладки МСМ;
- средняя заработная плата разработчика МСМ в месяц за период работы;
- коэффициент, определяющий накладные расходы.
Преобразовывая (367), получим выражение для оценки стоимости создания МСМ
(368)
Для оценки времени модельных исследований с использованием МСМ используем выражение
, (369)
где - время моделирования и отработки на ЭВМ ЭТХ элементов и ЭО в целом;
- время модельных исследований по синтезу на ЭВМ свойства ОУ ЭО ТИ;
- время моделирования на ЭВМ режимов ускоренных испытаний ЭО ТИ.
Для оценки времени используем выражение
, (370)
где - коэффициент, определяющий долю времени, затраченного на отработку ЭТХ;
- число используемых для расчета ЭВМ;
- коэффициент использования ЭВМ, определяемый сменность в организации работы вычислительных машин и при работе в 3 смены = 1, а при меньшем времени использовании ЭВМ величина > 1;
- коэффициент, учитывающий число решаемых задач по моделированию ЭТХ составных частей и в целом ЭО;
- время выполнения одного расчета;
- число выполняемых расчетов, обычно равное 10 и более.
Величина в (370) определяются выражением
, (371)
где - коэффициент, характеризующий взаимосвязь решаемых задач, равный = 1 при слабой взаимосвязи, и > 1 в случае, когда взаимосвязь в работе отдельных частей ЭО влияет на ЭТХ;
- число задач, решаемых при определении ЭТХ ЭО и при наиболее полном исследовании, равное числу участков МСМ.
Величина в (370) определяются выражением
, (372)
где - время вычислений на ЭВМ с использованием программного продукта моделирования ЭТХ участка модели, содержащего обычно от 5 до 20 элементов и определяемое выборкой; при базовой выборке в 10000 моделируемых объектов и для базовой ЭВМ это время составляет порядка 20 секунд (0,0000077 мес.);
- коэффициент, учитывающий тип ЭВМ, на которой выполняются модельные исследования; при базовой ЭВМ - Pentium 4, = 1; в случае использования более совершенной и быстродействующей ЭВМ < 1; при менее быстродействующей ЭВМ > 1;
- число участков в МСМ;
- число связей между участками модели.
В зависимости (369) величина определяется выражением
, (373)
где - время подготовки исходных данных для описания факторного эксперимента;
- время подготовки и анализа факторного эксперимента;
- число факторных экспериментов;
- время моделирования и отработки на ЭВМ свойства ОУ элементов и ЭО в целом.
Величина определяется выражением
, (374)
где - число выполняемых расчетов при синтезе свойств ОУ.
Величины и определяются долями времени и находятся в соответствии с выражениями
(375)
где и - соответственно коэффициенты долей времен от значения , затрачиваемых для подготовки исходных данных и подготовки и анализа факторного эксперимента.
Используя выражения (375) в (373), имеем
. (376)
Аналогично выражению (376), величина в (369) определяется зависимостью
, (377)
где - время подготовки исходных данных для описания факторного эксперимента;
- время подготовки и анализа факторного эксперимента;
- число факторных экспериментов;
- коэффициент доли времени от значения , затрачиваемого для подготовки исходных данных;
- коэффициент доли времени от значения , затрачиваемого для подготовки и анализа факторного эксперимента.
- время моделирования режимов ускоренных испытаний элементов и ЭО в целом.
Время подготовки исходных данных для описания факторного эксперимента и время подготовки и анализа факторного эксперимента определяются долями времени и находятся в соответствии с выражениями;
(378)
Величина определяется выражением
, (379)
где - число выполняемых расчетов при моделировании режимов ускоренных испытаний.
Стоимость комплекса модельных исследования ЭО с использованием МСМ определяется выражением
, (380)
где - средняя заработная плата исполнителя работ в месяц по модельным исследованиям ЭО ТИ с использованием МСМ за период выполнения работ.
Общая продолжительность создания МСМ и проведения модельных исследований определится согласно выражению:
. (381)
Суммарная стоимость работ по созданию МСМ и проведению комплекса модельных исследований определится согласно выражениям (368) и (381):
. (382)
Используя выражения (365) - (378), оцениваем затраты на создание МСМ и на выполнение комплекса модельных исследований. Соотношение затрат на проведение модельных исследований и на создание МСМ, определяемое согласно выражению
, (383)
показывает степень подробности выполняемых с помощью моделирования работ. При объеме работ, соответствующих значениям = 1, достаточно полно проводятся работы по прогнозу ЭТХ по периодам ЖЦ, оцениваются ресурсы и конфигурация элементов ЭО для обеспечения ОУ в заданных временных интервалах и выборках изделий, оцениваются оптимальные режимы ускоренных испытаний. Меньшие размеры использования МСМ, соответствующие значениям до 0,1 и меньше, характерны для ЭО, имеющего достаточно близкие аналоги, по которым соответствующие модельные работы уже проводились. В этом случае число вариантов системы, рассматриваемых с помощью МСМ, существенно меньше. В то же время, после этапов создания ЭО, значимость этих моделей представляется весьма высокой вследствие содержащейся большой фактической и потенциальной информации для этапов сдачи объекта на вооружение и эксплуатацию.
В качестве примера на рис. 73 представлена функция изменения общей стоимости работ по созданию и использованию МСМ при разработке ЭО ТИ в зависимости от трудоемкости создания (сложности и размеров МСМ) и объема модельных работ на этапе разработки системы и ее отладки. Анализ показывает, что для ЭО, определяемого трудоемкостью создания МСМ до 80 [чел · мес.] и соответствующим ей числом элементов модели до 8000 - 10000 и до 12-16 иерархических уровней, общие затраты на создание и использование МСМ ЭО ТИ составляют до 500 млн. руб. в цене 1995 года. Оцененные затраты составляют не более 8-10% от стоимости создаваемой системы.
Учитывая сроки выполнения работ при созданию и отработке ЭО ТИ по этапам ЖЦ и объемы возможной информации, имеющейся в распоряжении разработчика и испытателя, в качестве примера оценено распределение затрат на создание и использование МСМ по этапам ЖЦ, по отношению к некоторому базовому варианту (табл. 50).
Для представленных этапов ЖЦ введены следующие обозначения: ТП - технические предложения, ПЭП - предэскизное проектирование, ЭП - эскизное проектирование, ТПр - техническое проектирование, ОО - опытный образец, ЛСИ - лабораторно-стендовые испытания, НИ - натурные испытания, ГИ - государственные испытания, Экспл. - эксплуатация.
Анализ распределения затрат на создание и использование МСМ по этапам ЖЦ

Таблица 50



Этап ЖЦ, с которого

Стоимость создания и использования МСМ (% от стоимости базового варианта) по этапам ЖЦ

Увеличение стоимости,

создается МСМ

ТП

ПЭП

ЭП

ТПр

ОО

ЛСИ

НИ

ГИ

Экспл.

%

ТП

5

10

40

20

10

10

2

2

1

100

ПЭП

0

10

45

30

5

10

2

2

1

105

ЭП

0

0

45

40

5

15

2

2

1

110

ТПр

0

0

0

40

20

40

20

5

5

130

ОО

0

0

0

0

20

40

30

10

40

140

ЛСИ

0

0

0

0

0

40

30

10

80

160

НИ

0

0

0

0

0

0

30

10

140

180

ГИ

0

0

0

0

0

0

0

10

180

190

Экспл.

0

0

0

0

0

0

0

0

200

200




Рис. 73. Функция изменения стоимости работ по созданию

и использованию МСМ при разработке ЭО ТИ
При смещении начала создания МСМ на более поздние стадии разработки и эксплуатации увеличивается стоимость создания и использования МСМ. Это определяется следующими обстоятельствами:
- происходит перераспределение комплекса работ, имеющего оцененные выше трудоемкость и продолжительность, что приводит, из-за известных ограничений во времени этапа ЖЦ, к увеличению числа исполнителей и сменности работы;
- технологически нельзя ускорить этап накопления исходной информации для создания МСМ и проведения комплекса расчетов и анализа, что влияет на стоимость распределения работ и не позволяет их выполнить за начальный период;
- рост трудоемкости и стоимости получения необходимого объема исходной информации от разработчиков элементов и ЭО в целом по прошествии времени и соответствующих этапов разработки;
- изменение статуса разработчика и пользователя МСМ, когда ими являются создатели ЭО или сотрудники эксплуатирующей организации.
В условиях общих тенденций развития ЭО, методов и средств его создания развитие и использование методологии МСМ определяется следующими этапами:
- расширение состава ФСМО, описывающих свойства элементной базы в условиях эксплуатации ЭО;
- накопление информации, описывающей свойства элементной базы, позволяющей расширить использование ФСМО;
- накопление баз данных и библиотек элементов и блоков МСМ ЭО и его элементов;
- развитие способов автоматизации процесса формирования надежностных схем и МСМ системы.
Развитие методов касается всех рассмотренных элементов и представляет возможность использовать ее как составную часть в общей системе создания и эксплуатации ТИ XXI века.
9.2. Направления развития и этапы использования многоуровневых систем изделий электронного оборудования технических изделий
Развитие перспективных ЭО ТИ наблюдается в следующих направлениях:
- существенное усложнение построения систем по сравнению с началом 90-х годов, позволяющих качественно повысить объем и быстродействие решаемых задач в условиях сохранения и уменьшения габаритов и массы;
- активное внедрение нового поколения элементной базы микропроцессорной техники, позволяющей на фоне повышения вычислительных возможностей существенно расширить возможности разработчика в части создания систем с заданными характеристиками (возможности синтеза), в том числе обеспечивая свойства отказоустойчивости и высокой надежности;
- использование технологий безбумажного проектирования, накопления сопутствующих на этапах ЖЦ системы информационных потоков, позволяющих выработать стратегию оптимального проектирования, эксплуатации и боевого применения;
- создание общей информационной системы разработки и эксплуатации ТИ, оперирующей значительными массивами информации; переход на эксплуатацию ТИ по техническому состоянию и отказ от регламентных работ и контроля ТИ в заданный период эксплуатации.
Перечисленные тенденции развития ТИ предполагают актуальность усиления методического аппарата, позволяющего оценить свойства создаваемой системы на ранних стадиях проектирования.
Основываясь на общих тенденциях развития нового поколения ЭО ТИ, совершенствование поддерживающих методов и средств, в том числе и создания и использования МСМ, происходит в следующих направлениях:
- высокая конкретизация модельного аппарата, охватывающего все составные части создаваемой системы;
- использование эффективных методов решения задач, в первую очередь, имитационного моделирования, реализованных с помощью специализированных программных средств на ЭВМ;
- отражение в моделях и результатах их использования физических процессов, формирующих отказовые ситуации в элементах системы;
- формирование пакета баз данных, содержащих прогноз изменения технического состояния системы по времени этапов ЖЦ и сопровождающих ее до снятия с вооружения и списания;
- возможность осуществлять синтез системы, исходя из требуемых технических характеристик;
- возможность оптимального совмещения свойств по времени эксплуатации различных частей и элементов системы с максимальным снижением значимости "слабого звена";
- возможность уменьшить затраты и сократить время создания системы.


Глава 10.

Оценка показателей безотказности по экспериментальным данным

10.1. Информация для оценки показателей безотказности
Подтверждение и проверка соответствия уровня безотказности изделий заданным требованиям во многих случаях является сложной и достаточно трудоемкой задачей. Испытания по определению уровня безотказности принципиально отличаются от испытаний по определению функциональных характеристик как по объему и продолжительности, так и по уровням действующих на изделие нагрузок.
В главе 6 были рассмотрены методы, применяемые для планирования и определения объемов специальных испытаний на безотказность, основной целью которых является проверка соответствия изделий заданным требованиям. По многим типам изделий проведение специальных испытаний на безотказность или невозможно, или требует больших материальных и временных затрат. Как правило, специальные испытания на безотказность не проводятся по многим типам уникальных, дорогостоящих или крупногабаритных изделий и объектов, таким, например, как линии электропередач, корабли, самолеты, различные типы электростанций и т.п. Оценка показателей безотказности таких объектов проводится по информации, получаемой по всем испытаниям этих изделий. В основном для таких оценок используются результаты испытаний по отработке и проверке функциональных характеристик изделий, проводимых как на стадии разработки и производства, так и на стадии эксплуатации.
Целью этих работ является проведение сопровождающего контроля за достигнутыми уровнями показателей безотказности в процессе испытаний и эксплуатации и определение необходимости принятия соответствующих решений по повышению безотказности изделий.
Под оценками показателей безотказности понимают точечную или интервальную оценки. При интервальной оценке определяются границы доверительного интервала, который с заданной вероятностью содержит истинное значение показателя.
Для проведения оценок показателей проводится сбор необходимой информации и статистическая обработка этой информации. С целью повышения достоверности получаемых оценок показателей надежности на конкретном промежутке времени кроме основной информации используется и дополнительная информация, которая учитывается соответствующим образом.
Исходная информация для оценки показателей надежности подразделяется на два вида:
- экспериментальная - сведения о наработках, видах и количестве испытаний, отказах, времени и причинах их возникновения, принятых мерах по устранению отказов и т. д.,
- информация о структуре изделия, взаимодействии составных частей , принятых способах резервирования, которую представляют в виде структурной схемы надежности.
Экспериментальную информацию подразделяют на два вида: основную и дополнительную. Основной называется информация, которая получена непосредственно по результатам испытаний, проведенных на рассматриваемом промежутке времени или этапе испытаний (работ). Дополнительной информацией называется информация, которая получена по результатам испытаний этого же объекта на предыдущих промежутках времени или при испытаниях в составе других изделий и которая привлекается для повышения точности оценок.
При проведении оценок показателей безотказности изделий в качестве основной экспериментальной информации используется информация о результатах функциональных испытаний изделий в процессе разработки, производства и эксплуатации, а также информация о результатах проверок технического состояния и функционирования изделий в эксплуатации. В качестве дополнительной информации используется информация о результатах автономных испытаний и проверок составных частей изделия.
Для сбора необходимой информации создается соответствующая система, которая определяет:
- формы для сбора информации,
- места сбора информации, перечень объектов, по которым собирается информация, и ответственных за заполнение форм,
- порядок прохождения заполненных форм с информацией (куда и кому направляются формы с информацией), сроки представления информации, порядок ее хранения.
Учитывая, что большинство изделий являются сложными объектами, то в системе сбора информации может быть задействовано несколько предприятий и организаций, включая разработчиков, изготовителей и потребителей изделий. Система сбора и прохождения информации оформляется документально.
В качестве носителей информации для оценки надежности применяются карточки учета неисправностей, журналы учета наработок и другие носители информации - исходя из особенностей каждого изделия. В карточках учета неисправностей приводится следующая информация по отдельным разделам.
Раздел 1. Приводятся сведения об изделии. Указываются: номер изделия, дата его изготовления, необходимые сведения по эксплуатации (наработка с начала эксплуатации, длительность и условия хранения и т.п.).
Раздел 2. Название и номер отказавшей составной части, дата ее изготовления.
Раздел 3. Внешнее проявление отказа, условия или вид работ, при которых проявился отказ.
Раздел 4. Установленная или предполагаемая причина отказа.
Раздел 5. Принятые меры по устранению отказа (регулировка, замена на исправный комплект, проведение ремонта) и предложения по предупреждению появления подобного отказа.
В журналах по учету наработок изделия в процессе испытаний или производства обычно приводится следующая информация, независимо от того, происходили отказы на изделии или нет. В журнале указывается: заводской номер изделия; дата проведения работ; содержание работ или цель испытаний; наработка составных частей изделия при проведении этих работ; номер карточки учета неисправностей (отказа), если эта неисправность возникла при данных работах.
Карточки учета неисправностей и другие документы по сбору информации заполняются как вручную, так и с применением электронных носителей информации. На современных изделиях с применением как отдельных автоматических систем контроля технического состояния, так и встроенных систем контроля необходимая информация для оценки показателей надежности все в большей степени фиксируется на электронных носителях и распространяется по соответствующим сетям между ее потребителями.
До выполнения работ по оценке показателей надежности собранная информация должна быть соответствующим образом обработана. Основные положения по порядку обработки экспериментальной информации до проведения расчетов оценок показателей надежности приведены в главе 2.
В процессе работ по оценке показателей надежности определяются оценки математического ожидания показателей, средние квадратические отклонения или дисперсии в качестве точечных оценок или доверительные границы при проведении интервальной оценки. Главным образом производятся оценки таких показателей как вероятность безотказной работы и средняя наработка на отказ. В дальнейшем в данной главе будут рассмотрены методы оценок этих показателей.
1   ...   13   14   15   16   17   18   19   20   ...   23


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