Методы расчета показателей надежности СЖАТ. Особенности надежности и безопасности сжат

• Название: Особенности надежности и безопасности сжат
• Дата: 02.03.2022
• Размер: 434.34 Kb.
• Имя файла: Методы расчета показателей надежности СЖАТ.docx
• Тип: Документы; #380531
• страница: 7 из 7

РАСЧЕТ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ СЖАТ.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Кэ (коэффицент эксплуатации) =1

Кпр (коэффицент приёмки) =5

Кпопр = от 0,1 до 0,7 – необходимо обосновать выбор значение коэффициента (стр. 6 Методики)

t =25 ⁰С

ƛ_баз(базовая интенсивность микросхем) =5*10^-6 1/час.

Рисунок 8. Логическая схема.

Рисунок 9. Электронная принципиальная схема.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ МИКРОСХЕМ

Интегральная микросхема серии ТТЛ. 

Микросхемы: КМ155ЛИ1 представляют собой 4 двухвходовых логических элемента И (λ=4,67*10^-8 1/ч), КМ155ЛЛ1 - 4 двухвходовых логических элемента ИЛИ (λ=4,4*10^-8 1/ч), КМ155ЛН1 - 6 логических элементов НЕ (λ=4,39*10^-8 1/ч). 

Корпус типа 201.14-1, масса не более 1 г (полимерный).  

Предельно допустимые режимы эксплуатации микросхем КМ155ЛИ1, КМ155ЛЛ1 и 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;

• Температура окружающей среды: -45 + 85 °С.

Расчет коэффициента К_сл характеризующего сложность ИС и температуру окружающей среды:

К_сл=Аe^В(t+225)=1,62

где А=12,23*10^-4, В=20,79*10^-3, t=25 ^оС

Коэффициент К_корп учитывающий тип корпуса равен 3,0

Коэффициент К_у учитывающий снижение максимальных значений напряжения питания равен 1,0

Коэффициент К_э при использовании в стационарной аппаратуре равен 1,0

Коэффициент К_пр отражает уровень качества изготовления изделий, в данном случае приемка 5, а коэффициент равен 1,0

Коэффициент К_ис учитывающий степень освоенности технологического процесса, равен 1,0

λ_э1= λ_с1 К_сл К_корп К_у К_э К_пр К_ис=4,39*10^-8 *1,62*3*1*1*1=21,33*10^-8 1/ч

λ_э2= λ_с2 К_сл К_корп К_у К_э К_пр К_ис=4,4*10^-8 *1,62*3*1*1*1=21,34*10^-8 1/ч

λ_э3= λ_с3 К_сл К_корп К_у К_э К_пр К_ис=4,67*10^-8 *1,62*3*1*1*1=22,69*10^-8 1/ч

λ_э4= λ_с4 К_сл К_корп К_у К_э К_пр К_ис=4,4*10^-8 *1,62*3*1*1*1=21,34*10^-8 1/ч

РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ СОЕДИНЕНИЙ

λ_э11= К_э∑N_i λ_бi=1*1*14*0,04*10^-8=0,56*10^-8 1/ч

λ_э12= К_э∑N_i λ_бi=1*1*16*0,04*10^-8=0,34*10^-8 1/ч

λ_э13= К_э∑N_i λ_бi=1*1*15*0,04*10^-8=0,3*10^-8 1/ч

λ_э14= К_э∑N_i λ_бi=1*1*17*0,04*10^-8=0,38*10^-8 1/ч

λ_э=∑ λ_i+∑ λ_j= λ_э1+ λ_э2+ λ_э3+ λ_э4+ λ_э11+ λ_э12+ λ_э13+ λ_э14=89,18*10^-8 1/ч В процессе эксплуатации на устройства и системы ЖАТ оказывают воздействия различные внешние факторы, поэтому при расчете надежность СЖАТ необходимо учитывать и влияние природных факторов. Для этого при расчете надежности используют поправочные коэффициенты: общие коэффициенты для всех типов изделий и коэффициенты для конкретных моделей ЭРИ. Также при расчетах учитываются и способы соединения микросхем. По расчетам эксплуатационная интенсивность отказов рассматриваемой схемы составляет: λ_э = 89,18*10^-8 1/ч

3. ВЫВОДЫ ОБ ОСОБЕННОСТЯХ ПРИМЕНЕНИЯ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ ПРИ РАСЧЕТАХ 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, а простейший поток в свою очередь, характеризуется свойствами ординарности, стационарности и отсутствием последействия. Важнейшей характеристикой марковского процесса является вероятность перехода объекта в то или иное состояние за заданный промежуток времени. Информация о вероятностях перехода объекта в различные состояния позволяет определить вероятности каждого из возможных состояний процесса. Метод преобразования структурной схемы для систем с последовательно параллельной структурой. В таких системах элементы соединяются только последовательно или параллельно. Упрощая схему и объединяя элементы в более крупные блоки по элементарным формулам надежности можно найти показатели безотказности и безопасности системы. Одним из основных способов повышения надежности техники является структурное резервирование, которое реализуется путем введения в систему дополнительных элементов. Определить показатели надежности либо по графу состояний, либо по структурной схеме системы без составления и решения уравнений можно топологическим методом. Но он имеет следующие ограничения:

• интенсивность отказов и восстановления элементов сложной системы являются величинами постоянными;

• топологический метод нельзя использовать для многосвязных графов.

Воздействие различных внешних факторов на устройства и системы ЖАТ в процессе эксплуатации оказывает в целом влияние на надежность и безопасность эксплуатируемых изделий. Для оценки эксплуатационных интенсивностей отказов электрорадиоизделий и ридиоэлектронной 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. В микроэлектронной аппаратуре СЖАТ основной вклад в суммарную интенсивность отказов вносят интегральные микросхемы.

3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ О ПРИМЕНЕНИИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ ЖАТ

Появление в последние годы на сети российских железных дорогах нового поколения средств автоматики и телемеханики (ЖАТ), основанного на микроэлектронной элементной базе и вычислительной технике, цифровых сетях передачи информации, поставило и новые требования к определению их характеристик по надежности и показателей безопасности. Более надежная элементная база, структурное и элементное резервирование, введение параметрической и информационной избыточности, применение средств диагностики и другие меры приводят к тому, что вероятность отказов в новых устройствах ЖАТ меньше, чем в традиционных релейных устройствах. Повышая надежность элементов, вводя избыточность в аппаратуру, применяя взаимозаменяемость и восстановление, мы обеспечиваем безотказность системы, т.е. ее способность функционировать без отказов в течение определенного времени, и отказоустойчивость аппаратуры, т.е. ее способность правильно выполнять все или некоторые основные свои функции даже при наличии отказов ее элементов (до определенного их количества). Однако именно для сложных систем характерна возможность и сложных многократных комбинаций событий, вероятность каждого из которых мала, а в сумме таких событий, казалось бы, невероятных, набирается немало. Работа таких систем зависит подчас от деятельности нескольких операторов, включая обслуживающий персонал, от их квалификации и мастерства.

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 литературы

1. Учебное пособие “Надежность систем железнодорожной автоматики, телемеханики и связи” / под редакцией Вл.В. Сапожникова;

2. Методические указания “Статистические оценки показателей надежности” / Т.А. Белишкина, А.Г. Вяткин;

3. Методические указания “Расчет надежности комбинационных схем” / Т.А. Белишкина, В.Б. Культин;

4. Методические указания “Расчет показателей надежности восстанавливаемых систем методом марковских процессов” / Т.А. Белишкина, А.Г. Вяткин;

5. Методические указания “Структурный метод расчета надежности” / Т.А. Белишкина, В.Б. Культин;

6. Методические указания “Топологический метод расчета надежности резервированных систем” / Т.А. Белишкина, А.Г. Вяткин;

7. Методические указания “Расчет эксплуатационной надежности СЖАТ” / Т.А. Белишкина, В.Б. Культин;

8. 
   «Килоом.ру – электричество это наше все», 2000г.-[Электронный ресурс]: https://kiloom.ru
   
9. 
   «Электроника и связь», 2003г.-[Электронный ресурс]: http:// https://eandc.ru