Розділ 3. Фактори що впливають на надійність апаратури.

Розподіл Вейбулла

Ймовірність безвідмовної роботи для розподілу Вейбулла:

і – параметри моделі

Для різних складових ( і ) різні.

= 0,2…0,4 – для електронних пристроїв

= 1,2…1,4 – для механічних пристроїв

РОЗДІЛ 3. Фактори що впливають на надійність апаратури.

1. Характер зміни основних параметрів об’єктів до моменту виникнення відмови.

Види відмов:
- миттєва

-поступова

2. Взаємозв’язок відмов

Вид відмови:

- Незалежна відмова елемента

- Залежна відмова елемента

3. Погодження відмов

Види відмов:

- Конструктивна

- Виробнича

- Експлуатаційна

4. Стійкість не працездатного етапу

Види відмов:

- Стійка

- Самовідновлювана

- Перехресна відмова

Збій – самоусувну відмову або одноразову відмову, яку незначними втручаннями усуває оператор

Відновлювані та не відновлювані об’єкти

В теорії надійності всі об’єкти поділяються на два великі класи: відновлювані та не відновлювані об’єкти.

Відновлювані об’єкти – це об’єкти, які в період експлуатації в разі виникнення відмов можуть бути відремонтовані шляхом заміни несправних компонентів.

Не відновлювані об’єкти – це об’єкти для яких ремонт з конструктивних причин або умов експлуатації стає неможливим.

РОЗДІЛ 5. Одиничні та комплексні показники надійності.

Показник надійності, що характеризує одну із тих властивостей, які в сукупності складають надійність об’єкта називають одиничними.

Комплексний показник надійності характеризує декілька властивостей із них які в сукупності складають надійність об’єкта.

При розгляді показників надійності слід розрізняти:

1. Найменування показника

2. Формулювання показника

3. Саме чисельне значення показника

Одиничні показники надійності

Показник безвідмовної надійності

1. ймовірність безвідмовної роботи

2. середній наробіток до відмови

3. наробіток на відмову

4. інтенсивність відмов

5. параметр потоку відмов

Параметр потоку відмов – це відношення математичного сподівання кількості відмов відновлюваного об’єкта за досить малий його наробіток до значення його наробітку.

5.1.2 показник ремонтоздатності:

1. ймовірність відновлення в заданий час – це ймовірність того, що час відновлення не перевищує заданий час.

2. середній час відновлення – це математичне очікування часу відновлення працездатності.

5.1.3 показник довговічності:

Від початку експлуатації до кінця.

1. Середній ресурс – це математичне сподівання ресурсу

2. Гамма – відсотковий ресурс – це сумарний наробіток протягом якого об’єкт не досягне граничного стану.

3. Призначений ресурс – сумарний наробіток об’єкта після досягнення якої експлуатація повинна бути припинена незалежно від його стану.

Показник збережуваності

1. ймовірність виникнення відмови протягом заданого часу збереження (транспортування).

2. середнім часом збереження (транспортування) до відмови.

3. середнім часом збереження (транспортування) після відмови

4. інтенсивністю відмов

5. параметр потоку відмов при збереженні та транспортуванні.

 

Комплексні показники надійності.

1) Коефіцієнт готовності.

2) Коефіцієнт оперативної готовності.

3) Коефіцієнт технічного використання.

Коефіцієнт оперативної готовності – ймовірність того, що об’єкт знаходиться у режимі очікування виявиться працездатним у довільний момент часу, і починаючи з цього моменту буде працювати безвідмовно на протязі заданого інтервалу часу.

Коефіцієнт технічного використання – відношення коефіцієнт математичного сподівання сумарного часу перебування об’єкту у працездатному стані за деякий період експлуатації до математичного сподівання перебування об’єкта в працездатному стані.

Вибір показників надійності

Наприклад: ф-ції надійності у варіанті 1 і варіанті 2 дорівнюють:

;

.

Тоді ймовірність безвідмовної роботи на протязі 500 год: год

;

;

.

Середній наробіток на відмову буде більший ніж у першому.

Математично це можна обґрунтувати шляхом введення функції c(t).

c(t)- прибуток.

Для не відновлюваних систем c(t) рівна прибутку від експлуатації системи, що відмовила в момент часу t.

, де .

.

- втрати, пов’язані із відмовою системи.

- вартість системи.

- додаткові витрати від відмови системи.

- коефіцієнт, який характеризує прибуток за одиницю часу роботи системи.

- ф-ція, що характеризує ріст прибутку.

Найбільший середній прибуток розраховують

;

– величини, не залежать від надійності системи і визначаються її вартістю і корисністю.

Відповідно слід рахувати основним показником надійності. Враховуючи, що , отримаємо

Приклад 1

Для ЕОМ, що встановлена на борту автоматичної космічної станції, природно рахувати прибуток прямо пропорційним відпрацьованого часу.

В такому випадку ;

.

Із формули отримують

;

- середній час наробітку на відмову

Основним показником надійності є середній час безвідмовної роботи.

Оптимальна надійність.

З підвищенням надійності ПК витрати на його експлуатацію зростають, зростає його вартість. …

Характер залежності його експлуатації від , і від надійності P, можна показати на такому графіку:

P- оптимальна надійність

 

Сумарні витрати на виготовлення і експлуатацію ПК мають max характер і min, коли

Тестування модулів

Модуль – це елемент (компонент) програми стандартизований за формою запису та зовнішніми зв’язками.

Тестування програмного забезпечення здійснюють на основі відповідних методів тестування.

Статичне – тестування полягає втому що одним з критеріїв обрання шляхів у структурі програми при тестуванні є за діяння всіма операторами хочаб один раз обраних шляхів.

Динамічне - тестування вимагає обрання таких щляхів, які перекривають усі гілки програми або розгалуження у всіх напрямках.

Критерій охоплення рядків вимагає щоб кожен рядок коду програми був виконаний хоча б один раз.

Критерій охоплення розгалужень застосовують для грунтовнішогодіагностування модулів – тобто перевірки всіх складових кожної логічної умови.

Програму тестують за допомогою функційного, структурного символьного і регресивного тестування

За фунуційного тестування кожну функцію програми тестують введенням її вхідних данних і аналізук вихідних.

При структурному тестування найкраще здійснювати математичне моделювання.

Символьне тестування застосовують для діагностування модулів програмного забезпечення.

Регресивне тестування полягає в повторному використанні тестів.

Проектування тестів

Проктування тестів полягає у виборі множини шляхів, що цілком перекривають граф програми, і візначення вхідних данних на основі яких ці шляхи реалізують.

В математичному вигляді граф подають як упаковану матрицю суміжності.

А={a-ij}, і – вершинами

Ступінь - α входу (Vj)

α входу (Vi)

Кожен рядо матриці заповнюють довільно номерами вершин, що суміжні з і-тою вершиною.

 

Для тестування обирається критерій гілок.

Для побудови мінімального покриття графу, граф ділять на DD-шляхи з використанням сумісної матриці вхідного графа.

D –позначають вершини, де d вих (Vi)>1 та вхідну і вихідну вершину.

Дві області моделювання.

Різні рівні проектування для кожної області.

Рівні	області
	Поведінкова	Структурна	Фізична
Системний	Систематичні специфікацвї	Блоки	Кристал
МРП	Специфікацій мов регістрових передач	Регістри	Мікрокомірки
Логічний	Булеві функції	Логічні вентелі	Стандартні комірки
Схемний	Диференціальні рівняння	Транзистори	Маски

При побудові моделей цифрових пристроїв розрізняють три підходи:

1) Функціональний

2) Структурний

3) Мови опису алгоритму

Функціональні моделі

Модель комбінаційних схем.

В якості моделі комбінаційних схем використовуються систему мулевих функцій.

Zm=fm (x1,…Xm), де x =(X1,…Xn)

Z= (Z1,…Zm). Вхідні змінні, які приймають двійкові значення B2={0,1}

Дана система описує комбінаційний пристрій, який має n-входів, m-виходів.

 

x1

x2

x3

…..

Xn

Кожна булева функція pi (X1,…Xn)

Моделі послідовних схем

В якості цієї моделі використовується абстрактний цифровий автомат, який являє собою сукупність об’єктів

A = (Y,X,Z, , ),

де X,Y,Z – кінцеві множини вхідних і вихідних сигналів. , YXX прямує до У – функція переходів, які визначають наступні етапи автомата.

 

Ϭ:Yxx→Z – функція виходу

Розрізняють два типи автоматів:

- Нейлі і мура

Автомат нейлі:

I(t+1)=ϭ(y(t), x(t));

Z(t+1)=λ(y(t), x(t));

Y(t+1)= ϭ(y(t), x(t));

Z(t+1)=)=λ(y(t)).

Альтернативні графи

Множину вершин розбивають на три підмножини:

1) Внутрішні вузли;

2) Листя

3) Корінь.

Логічне значення 0 або 1, що приймає булева функція відповідають системі діаграми. Внутрішні зв’язки відповідають змінним мулевої функції. Шлях на графі від кореневої вершини до листя визначають в залежності від значень змішаної функції.

Бінарна діаграма мулевих функцій. Наприклад булева функція f=ȧbȧ+ac.

Nn треба обчислити значення мулевої функція з допомогою змінних а=0, в=0, с=1

F=0, при а=0, в=1, f=ċ

 

Cтруктурна модель

Структурні моделі просто використовують правильну логічну систему. Правильна – логічна система у якої входи 2х елементів ще з’єднані разом і кожна функція виходу пристрою може бути представлена, як функція виходу яка реалізована на виході. Основну систему складають логічні елементи 2х типів:

1) Елементи, функціонування яких описують мулевими функціями.

2) Елементи пам’яті, функціонування яких описують моделлю:

Для дослідження властивості структурної моделі схеми використовують методи теорії графа.

Схема з розгалуженнями представлені дводольним графом.

- відповідає вершині із зв’язками. Рівень логічних елементів в комбінаційній схемі вузли, як міра відстані цього елемента від зовнішніх входів. При цьому зовнішнім входом присвоюється рівень рівний 0

 

Дані рівень L(i)=1+maxL(kj)

Монтажна логіка

При монтажній логіці виходи логічних елементів з’єднуються і в місці зєднання реалізується логічна функція «і» чи «або». Такий елемент наув. «монтажний і; чи монтажний або». Для того щоб такі ситуації могли оброблятися в процесі логічного моделювання логічний елемент «і», чи «або».

Моделювання монтажної логіки фіктивними елементами

При конкретному моделюванні після обчислювального значення виходу фіктивног елемента його потрібно присвоїти обом входам А і R.

Типові моделі несправності

Рівень опису визначає моделі несправності і методи обчислення тестів.

Несправності можуть бути одиничними і кратними

Найбільш розповсюдженими моделями несправності є:

- Замикання

- Контактні

- Транзисторні

- Часові затримки

Контактні несправності

Такі несправності моделюють постійний шум або 1 на входах або виходах схеми і подають відповідно константна несправність «0» 0/0, константна несправність»1»0/1

Замикання

Число простих замикань в системі має м-лінійний, які рівні . Модель короткого замикання виникає при введення додаткової схеми:

 

a d

b f b g

c c

d

d e h

e h f

f

 

 

входи	виходи
A	b	c	d	e	f	g	h
								виправлені
								невиправлені

 

Транзисторні несправності

Пробій транзистора, найбільш розповсюдженими являються стійкий обрив транзистора, коротке замикання транзистора, між витоками стоком, затвором стоком, витоком і затвором.

Часові затримки

Крім тестування цієї несправності знаходження правильного функціонування схеми на високих тактів робочих частотах

Використовують два типи затримок:

- Затримка (несправний логічний елемент)

- Затримка шляху (загальна затримка розповсюдження сигналу від зовнішнього входу)

Тестування затримок проводиться подаванням на схему пар вхідних сигналів на певній швидкості і спостереження для кожного виходу швидкого його переключення.

Короткочасні відбуваються, коли сигнали змінюють своє значення в наслідок циклів

Збої являються однією з причин відмов

Тестовий контроль

Тестовий контроль – це контроль, під час якого на об’єкт контролю подають тестові впливи.

Для цифрових пристроїв і систем тестові впливи – це сукупність наборів логічних сигналів (лог. 0 і лог.1), що послідовно подають у вхідні контрольні точки в заданих інтервалах часу і призначені для контролю правильності функціонування елементів і компонентів цих пристроїв.

Рисунок 9. Вентильна реалізація схеми І:

 

R R

y=x₁x₂x₃ y’=x₂x₃

x₁ x₁ SS

x₂ x₂

x₃ x₃

а) б)

Якщо y=0, то цієї несправності немає, а якщо у=1, то несправність є. Щоб виявити несправність не перебираючи на входах всі вісім наборів змінних досить подати набір, при якому (х₁х₂х₃)=(011).

 

Перевірковий тест для заданої несправності Li – вхідний вплив, при якому вихідна реакція об’єкта на нього різна, за наявності/відсутності Li

Рис 10. Фрагмент пристрою, в якому немає безпосереднього доступу до вентеля.

B_i+1 B_n

x₁

 

y₁

x₁

До виходу B_i немає безпосереднього доступу значення сигналів I_i на ньому можна спостерігати лише крізь елементи B_i, B_i+1 … B_n.

 

Відповідні сигнали значення яких визначають із рівняння:

, тоді

Діагностичне забезпечення

Серед засобів і систем діагностування (контролю) розрізняють такі види:

- Автоматичний засіб технічного діагностування (оператор не потрібен)

- Автоматизований засіб технічного діагностування (оператор потрібен)

- Вмонтований засіб технічного діагностування

- Зовнішній засіб технічного діагностування (конструктивно використовується окремо, як пристрій (тестери))

- Бортовий засіб технічного діагностування

- Наземний засіб технічного діагностування

- Спеціальний засіб технічного діагностування

- Універсальний засіб технічного діагностування (використовується для рідних типів об’єктів)

- Уніфікована апаратура технічної діагностики

Під системою технічної діагностики розуміють сукупність засобів об’єкта та виконавців, що є необхідними для проведення діагностування за правилами встановленими технічним документаціями.

Системи діагностування є таких типів:

- Автоматична система технічної діагностики

- Автоматизована система технічної діагностики

Діагностична інформація

Діагностична інформація – це такий вид інформації, який дає можливість розпізнавати технічний стан об’єкта діагностування.

Діагностична інформація пов’язана з діагностичним забезпеченням, як комплексом погоджених правил, методів, алгоритмів і засобів необхідних для здійснення діагностування на всіх етапах життєвого циклу об’єкта діагностування.

Під алгоритмом діагностування розуміють сукупність записів, що визначають послідовність дій в процесі діагностування.

 

Розподіл Вейбулла

Ймовірність безвідмовної роботи для розподілу Вейбулла:

і – параметри моделі

Для різних складових ( і ) різні.

= 0,2…0,4 – для електронних пристроїв

= 1,2…1,4 – для механічних пристроїв

РОЗДІЛ 3. Фактори що впливають на надійність апаратури.

1. Характер зміни основних параметрів об’єктів до моменту виникнення відмови.

Види відмов:
- миттєва

-поступова

2. Взаємозв’язок відмов

Вид відмови:

- Незалежна відмова елемента

- Залежна відмова елемента

3. Погодження відмов

Види відмов:

- Конструктивна

- Виробнича

- Експлуатаційна

4. Стійкість не працездатного етапу

Види відмов:

- Стійка

- Самовідновлювана

- Перехресна відмова

Збій – самоусувну відмову або одноразову відмову, яку незначними втручаннями усуває оператор