Основы теоретической надежности. Методы расчета показателей надежности сжат
 Скачать 0.91 Mb.
|
3.6 Расчет эксплуатационной надежности СЖАТВоздействие различных внешних факторов на устройства и системы ЖАТ в процессе эксплуатации оказывает в целом влияние на надежность и безопасность изделия. Особенно критичны к внешним факторам изделия, в состав которых входят микроэлектронные и микропроцессорные устройства. В общем случае, значение эксплуатационной интенсивности отказов ЭРИ рассчитывают по математическим моделям, имеющим вид:  , где -исходная интенсивность отказов типа ЭРИ, приведенная к условиям;-электрическая нагрузка равна номинальной; -температура окружающей среды t=   ;При расчете суммарной интенсивности отказов аппаратуры применяют дополнительно два коэффициента:  - учитывает наличие амортизации аппаратуры и  - учитывает качество обслуживания. Для СЖАТ берется  и  .Рассмотрим расчет эксплуатационной интенсивности отказов для интегральных микросхем. Пусть задана функция:  Для того, чтобы построить схему на микросхемах, выберем их необходимый тип и марку. В таблице 1 приведен список, используемый микросхем в работе. Таблица 1
Условное графическое обозначение КМ155ЛИ1:  Рис.1. КМ155ЛИ1 1,2,4,5,9,10,12,13 - входы; 3,6,8,11 - выходы. Характеристики микросхемы КМ155ЛИ1: - Напряжение питания .......... 4,75 - 5,25 В - Входное напряжение низкого уровня .......... < 0,4 В - Входное напряжение высокого уровня .......... > 2,4 В - Входной ток низкого уровня .......... < 16 мА - Выходной ток высокого уровня .......... < -0,8 мА - Емкость нагрузки .......... < 15 пФ - Длительность фронта и среза входного импульса < 150 нс - Температура окружающей среды: - КМ155 ......... - 45 + 85 °С Условное графическое обозначение КМ155ЛЛ1:  Рис.2. КМ155ЛЛ1 1,2,4,5,9,10,12,13 - входы; 3,6,8,11 - выходы. Характеристики микросхемы КМ155ЛЛ1: - Напряжение питания .......... 4,75 - 5,25 В - Входное напряжение низкого уровня .......... < 0,4 В - Входное напряжение высокого уровня .......... > 2,4 В - Входной ток низкого уровня .......... < 16 мА - Выходной ток высокого уровня .......... < -0,8 мА - Емкость нагрузки .......... < 15 пФ - Длительность фронта и среза входного импульса < 150 нс - Температура окружающей среды: - КМ155 ......... - 45 + 85 °С Условное графическое обозначение КМ155ЛН1:  Рис. 3. КМ155ЛН1 1,3,5,9,11,13 - входы; 2,4,6,8,10,12 - выходы. Характеристики микросхемы КМ155ЛН1: - Напряжение питания .......... 4,75 - 5,25 В - Входное напряжение низкого уровня .......... < 0,4 В - Входное напряжение высокого уровня .......... > 2,4 В - Входной ток низкого уровня .......... < 16 мА - Выходной ток высокого уровня .......... < -0,8 мА - Емкость нагрузки .......... < 15 пФ - Длительность фронта и среза входного импульса < 150 нс - Температура окружающей среды: - КМ155 ......... - 45 + 85 °С  Рис. 4 Математическая модель для интегральных полупроводниковых микросхем имеет вид:  Где, А) Значение коэффициента  , учитывающего сложность ИС и температуру окружающей среды, рассчитывается по формуле: , где А и В- постоянные коэффициенты.В рассматриваемом примере  ,  , t=24 C.Тогда:  Б) Значение коэффициента  ,учитывающего снижение максимальных значений напряжения питания принято выбрать 1.В) Коэффициент  при использовании ИС в стационарной аппаратуре в лабораторных условиях принято выбрать 2.Г) Коэффициент приемки  для приемки 5 равен 1.Е) Значение коэффициента  , учитывающего степень освоенности технологического процесса принято 1.Ж) Значение по заданию варианта равно 0,0003* .Подставив все значения, получим:  Математическая модель расчета эксплуатационной интенсивности имеет вид:  В таблице 2 определяется составляющая модели. Таблица 2
Из этого следует, что  1/ч.При условии того, что любой отказ микросхемы приводит к отказу всего устройства, то:    1/ч.Вывод: В ходе выполнения работы рассчитали, что при данных условиях интенсивность отказов всего устройства будет равна  .ЗаключениеВ данной курсовой работе были изучены 6 методов расчета показателей надежности СЖАТ. Теоретические методы расчета показателей надежности аппаратуры дают приближенную оценку ожидаемого уровня. Наиболее полная и достоверная оценка надежности может быть получена только по результатам экспериментального определения фактических значений показателей надежности в реальных условиях работы аппаратуры. Сущность статистической оценки показателей надежности невосстанавливаемых и восстанавливаемых систем состоит в том, что на основании полученных из опыта ограниченных по объему исходных статистических данных по разработанным методам производится определение её фактического возможного значения с заданной точностью и достоверностью. Неисправность логического элемента приводит на выход элемента к отказам двух видов: ложное появление сигнала 1 вместо 0; ложное появление сигнала 0 вместо 1. Как правило, при расчетах надежности комбинационных схем принимается допущение об одиночных константных неисправностях, то есть считается, что вероятность одновременного появления двух и более неисправностей настолько мала, что ею можно пренебрегать при расчетах. В данном случае, чтобы определить вероятность исправной работы схемы необходимо проанализировать каждый элемент схемы. Данный метод является громоздким при расчетах больших комбинационных схем. Многие параметры, характеризующие качество работы и надежность технических элементов и системы, являются функциями целого комплекса случайных факторов, результаты, воздействия которых постоянно меняются со временем эксплуатации. Такие параметры в теории надежности описываются вероятностными процессами. Для его описания применяют марковский процесс. Это процесс, у которого для каждого момента времени вероятность любого состояния объекта в будущем зависит только от состояния объекта в настоящий момент времени и не зависит от того, каким образом объект пришел в это состояние. В исследованиях надежности теория марковских процессов получила весьма широкое применение, так как процесс функционирования объектов, как правило, сопровождается простейшими потоками отказов и восстановлений. Структурный метод основан на представлении объекта в виде логической схемы, описывающей зависимость состояний и переходов объекта. Данный метод можно применять только при условиях, что рассматривается период нормальной эксплуатации, время между отказами подчиняется экспоненциальному закону, поток отказов простейший и исследуемый процесс Марковский. Топологическими называются методы, которые позволяют определить показатели надежности либо по графу состояний, либо по структурной схеме системы без составления и решения уравнений. Как и любые другие методы расчета надежности, они имеют свои ограничения: интенсивности отказов и восстановления элементов сложной системы являются величинами постоянными, другими словами, время наработки на отказ и время восстановления распределены по экспоненциальному закону и топологические методы нельзя использовать для многосвязных графов. Расчет эксплуатационной надежности СЖАТ позволяет учитывать внешние воздействия на устройства и системы, которые возникают в процессе эксплуатации. Для оценки эксплуатационных интенсивностей отказов электрорадиоизделий и радиоэлектронной аппаратуры используются существующие справочники расчета надежности. Источниками информации для справочников являются количественные данные по интенсивностям отказов изделий электронной техники, определяемые по результатам производственных испытаний на заводах изготовителях, а также испытаний и эксплуатационных изделий потребителя. В общем случае, значения эксплуатационной интенсивности отказов рассчитываются по математическим моделям. Они распространяются на период постоянства интенсивности отказов во время эксплуатации аппаратуры. При расчете суммарной интенсивности отказов аппаратуры применяют дополнительные коэффициенты: коэффициент учитывающий наличие амортизации аппаратуры и коэффициент качества обслуживания аппаратуры. Особенно критичны к воздействиям внешних факторов изделия, в состав которых входят микроэлектронные и микропроцессорные устройства. Методы обеспечения безопасности весьма разнообразны, но могут быть сведены к двум основным принципам. Первый принцип связан с введением избыточности в создаваемые элементы, узлы, устройства и системы. Избыточность может быть параметрической (введение в состав узла запаса прочности), схемной (введение в состав устройства так называемых безопасных логических элементов, компараторов, ключей и т.д.), структурной или аппаратной (дублирование, троирование и т.д. в устройстве или в системе аппаратных средств, функциональных узлов и элементов), программной (решение задачи двумя независимыми программными продуктами), функциональной (создание возможности решения одной и той же задачи путем реализации полной или упрощенной функции, но с меньшей точностью), информационной (кодирование информации внутри системы с последующим декодированием и проверкой ее безошибочности перед использованием), временной (увеличение времени восприятия или выдачи воздействия), комбинированной (при использовании нескольких из перечисленных методов). Таким образом, требования безопасности накладывают дополнительные условия на комплектующие изделия и материалы, на конструкцию, на схемные решения и структуру системы, на представление информации в ней и т.д. В соответствии со вторым принципом обеспечение безопасности достигается применением средств, локализующих развитие неблагоприятных процессов. Для этих целей используются контролирующие и диагностирующие устройства, которые оценивают значения выходных параметров системы и значения специальных диагностических признаков, а в необходимых случаях и окружающей среды (вибрации, температура, электромагнитная обстановка и др.). Сравнение измеренных сигналов с их заданными значениями, обработка информации и принятие решения о необходимых действиях для предотвращения аварийной ситуации должны осуществляться устройствами, которые сами обладают высокой достоверностью, т.е., в данном случае, отвечающих требованиям безопасности. Естественно, возможно и одновременное использование обоих методов реализации требований безопасности при построении одной системы. Список литературыКонспект лекций по ОТН Сапожников В.В., Сапожников Вл.В., Шаманов В.И. Надёжность систем железнодорожной автоматики и связи; Под ред.Сапожникова Вл.В. – М.: УМК МПС, 2002. Методические указания “Статистические оценки показателей надежности” / Т.А. Белишкина, А.Г. Вяткин; Методические указания “Расчет надежности комбинационных схем” / Т.А. Белишкина, В.Б. Культин; Методические указания “Расчет показателей надежности восстанавливаемых систем методом марковских процессов” / Т.А. Белишкина, А.Г. Вяткин; Методические указания “Структурный метод расчета надежности” / Т.А. Белишкина, В.Б. Культин; Методические указания “Топологический метод расчета надежности резервированных систем” / Т.А. Белишкина, А.Г. Вяткин; Методические указания “Расчет эксплуатационной надежности СЖАТ” / Т.А. Белишкина, В.Б. Культин; |
