Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Надежность электронных средств: Методические указания к лабораторному практикуму по дисциплине

Голосов: 0

Настоящие методические указания к лабораторному практикуму по дисциплине "Надежность электронных средств" предназначены для студентов, обучающихся по направлению подготовки "Проектирование и технология электронных средств" (специальность 654300) и содержат всю необходимую информацию для выполнения лабораторного практикума и оформлению отчетов по лабораторным работам.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
            ПК имеет справочную систему, которая обладает удобной навигацией,
для наглядного представления материала широко используются иллюстра-
ции, а для любого компонента интерфейса пользователя и интерфейса адми-
нистратора - всплывающие подсказки. Справочная система содержит мате-
риалы по теории надежности и качества ЭС, описание коэффициентов, ис-
пользующихся для расчета и математических моделей, примеры расчета и
т.д.

        При работе ПК в локальной или глобальной сети справочная информа-
ция передается пользователю при вызове справки в реальном масштабе вре-
мени.



                   2.2.2. Основные расчетные соотношения
        Под работоспособным состоянием понимают такое состояние ПЭВМ,
при котором значения всех параметров, характеризующих способность вы-
полнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-
технической и (или) конструкторской (проектной) документации. В соответ-
ствие с вышесказанным, отказ - это событие, заключающееся в нарушении
работоспособного состояния ПЭВМ.

        Надежность ПЭВМ характеризуется четырьмя группами показателей:
показатели безотказности, показатели сохраняемости, показатели ремонто-
пригодности и показатели долговечности.

        Основными количественными показателями надежности ПЭВМ явля-
ются вероятность безотказной работы, интенсивность отказов (ИО) в режиме
хранения и эксплуатации и средняя наработка до отказа.

        Однако математическая модель (ММ) расчета ИО компонентов компь-
ютерной техники отличается от ММ расчета ИО электрорадиоизделий (ЭРИ).

        Согласно [3] ММ расчета ИО ЭРИ имеет следующий вид:



                                                                       21


                              n                                n
                                                                                   (2.1)
                 Э  б   K i или Э  б .с.г .   K i , где:
                             i 1                             i 1



б (б .с.г. ) - базовая ИО типа (группы) ЭРИ для усредненных режимов приме-

нения в аппаратуре группы 1.1 (электрическая нагрузка, равная 0,4 от номи-

нальной; температура окружающей среды tОКР  30 С ); K i - коэффициенты,
                                               




учитывающие изменения эксплуатационной ИО в зависимости от различных
факторов; n - число учитываемых факторов.

        Формула для расчета ИО компонентов компьютерной техники имеет
вид:

                                    Э  б  K Э , где:                           (2.2)

б - базовая ИО типа компонента компьютерной техники; K Э - коэффициент

эксплуатации, учитывающий жесткость внешних воздействующих факторов.

        В свою очередь, базовая ИО рассчитывается по следующему соотно-
шению:

                            р  Т сн  вкл  Т вкл  хр  Т хр                  (2.3)
                    б                                              , где:
                                     Tсн  Tвкл  Т хр

Tсн
      - суточная наработка в режиме работы; Tвкл - время нахождения во вклю-
                      Т хр                                                    р
ченном состоянии;             - время нахождения в режиме хранения;                - ИО в ре-
                                         
жиме работы; вкл - ИО в режиме ожидания; хр - ИО в режиме хранения.

        К показателям ремонтопригодности относятся: вероятность восстанов-
ления, гамма-процентное время восстановления, интенсивность восстановле-
ния, средняя трудоемкость восстановления и наиболее важный показатель -
среднее время восстановления. Под средним временем восстановления по-
нимают математическое ожидание времени восстановления работоспособно-
го состояния объекта после отказа [1].




                                                                                           22


     Расчетное соотношение для определения среднего времени восстанов-
ления изделия, СРН которого представляет собой последовательное соедине-
ние СЧ [2]:
                                  n
                                        Tвэi
                                 T
                          Tв    i 1
                                   n
                                          oi
                                               , где:             (2.4)
                                      1
                                 T
                                 i 1 oi



Tвэi - время восстановления i-го элемента СРН; Tоi - наработка на отказ i-го

элемента СРН; n- количество элементов СРН.

     Среднее время восстановления также можно определить экспертным
методом:

                    Tвэi - TВ  Tа  Т ОД  Т П , где:            (2.5)

Tа - среднее время активного ремонта; Т ОД - среднее время вынужденного

простоя при проведение ремонтных работ, связанное с административными
задержками; Т П - среднее время простоя, связанное с временем затраченным
на снабжение.

     Одним из наиболее важных комплексных показателей надежности яв-
ляется коэффициент готовности. По [1] коэффициент готовности – вероят-
ность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произволь-
ный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых при-
менение объекта по назначению не предусматривается.
    Расчетное соотношение для определения коэффициента готовности [2]
ПЭВМ:

                                   To                             (2.6)
                          Kг            , где:
                                 To  TВ

To - средняя наработка на отказ ПЭВМ; TВ - среднее время восстановления

ПЭВМ.
    Средняя наработка на отказ определяется из соотношения [1]:


                                                                          23


                              To 
                                     1
                                          , где:                 (2.7)
                                     Э

Э - эксплуатационная интенсивность отказов ПЭВМ.

     Имея полученные данные по расчету интенсивностей отказов в режиме
хранения и эксплуатации, и зная временные графики работы ПЭВМ, можно
рассчитать сеансную интенсивность отказов ПЭВМ:

                    Э -   P  t P  ХР  t ХР , где:        (2.8)
                                     t P  t XP
                          CP



P - эксплуатационная интенсивность отказов; ХР - интенсивность отказов в

режиме хранения; t P - время работы; t ХР - время хранения.
     В ходе выполнения лабораторной работы проводится автоматизирован-
ный расчет надежности ПЭВМ на ПК АСОНИКА-К и оценка всех основных
показателей надежности (вероятности безотказной работы, интенсивностей
отказов в режимах хранения и эксплуатации, наработки на отказ); а также
ряда дополнительных показателей (коэффициента готовности, среднего вре-
мени восстановления).


                    2.3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ


     Выполнение лабораторной работы проводится в семь этапов:
1.    Формирование состава ПЭВМ. Составить конфигурацию ПЭВМ и за-
нести следующие исходные данные для расчета в Таблицу 2.1: наименование
(типономинал) со спецификацией (не менее 15 позиций), технологические
группы типономиналов и временные интервалы работы.
2.    Изучить руководство по применению ПК АСОНИКА-К.
3.    Изучить состав справочника по компьютерной технике ФГУП «НИИ
ТП», занесенный в базу данных ПК АСОНИКА-К. На основе справочника
скорректировать состав своего ПЭВМ.



                                                                         24


Таблица 2.1 Исходные данные для расчета


 № Типономинал Технологическая         Временные графики работы (сутки)
                        группа         Режим      Режим       Выключен-
                                       работы,    ожида-      ное состоя-
                                          [ч.]    ния, [ч.]    ние, [ч.]
 1        2                  3             4         5            6




4.    Рассчитать с помощью ПК АСОНИКА-К показатели надежности
ПЭВМ, а именно: интенсивности отказов в режиме хранения и эксплуатации,
вероятность безотказной работы составных частей, а также среднюю нара-
ботку на отказ всей ПЭВМ.
5.    Используя аналитические формулы (см. п. 1.2.2), по полученным дан-
ным рассчитать коэффициент готовности (КГ), среднее время восстановле-
ния, сеансную интенсивность отказов.
6.    Построить аналитическую модель зависимости интенсивности отказов
ПЭВМ от времени работы (Вариант 1), ожидания (Вариант 2), нахождения в
выключенном состоянии (Вариант 3).
7.    Оформить отчет по лабораторной работе.
      Титульный лист отчета приведен в Приложении 1. Отчет должен со-
держать следующие разделы:
— цель работы;
— краткие сведения о методе расчета надежности;
— таблицу с исходными данными для расчета ПЭВМ;
— таблицу с результатами машинного и ручного расчета (см. Таблицу 2.2);
     — графики зависимости интенсивности отказов ПЭВМ от времени (ра-
боты, ожидания, хранения);
     — выводы по работе.


                                                                           25


Таблица 2.2. Результаты расчета надежности ПЭВМ

№     Название       Интенсивность отказов        Вероятность   Среднее время    Коэффициент   Сеансная интен-
     компонента   Эксплуатационная    Ожида-      безотказной   восстановления    готовности   сивность отказов
                                     ния (хра-      работы
                                      нения)
1    СЧ1


2    СЧ2


…
…
…
…
16   ПЭВМ




                                                                                                             26


                       2.4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ


1.    Что такое надежность?
2.    Из чего состоит ПК АСОНИКА-К?
3.    Что такое ремонтопригодность?
4.    Что такое безотказность ПЭВМ и какими показателями она характери-
зуется?
5.    Какими показателями характеризуется сохраняемость ПЭВМ?
6.    Что такое коэффициент готовности и от чего он зависит?
7.    Что такое среднее время восстановления и от чего оно зависит?
8.    Что такое вероятность безотказной работы, и как перейти от неѐ к ин-
тенсивности отказов?
9.    Как охарактеризовать зависимость интенсивности отказов от времени
(работы, ожидания, хранения)?
10.   Чем отличается математические модели интенсивности отказов компо-
нентов компьютерной техники от математических моделей интенсивности
отказов ИЭТ?




                                                                        27


                      3. Лабораторная работа № 3
«Расчет надежности резервированных ЭС с помощью ПК АСОНИКА-К»


                          3.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ


    Целью работы является получение общих представлений о порядке вы-
полнения расчетов надежности в «Системе расчета надежности сложных ЭС»
ПК АСОНИКА-К, а также приобретение навыков самостоятельного расчета
надежности сложных типов ЭС.


             3.2. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ


     Целями расчета показателей надежности ЭС на этапе проектирования
являются в следующими:

– оценка принципиальной возможности обеспечения заданных требований по
надежности и выбор варианта схемно-конструктивного построения ЭС, в
наибольшей степени удовлетворяющей заданным требованиям;

– выявление составных частей ЭС, обладающих наименьшей надежностью и
разработка мероприятий по повышению их надежности.

Выбор того или иного метода расчета показателей надежности ЭС определя-
ются следующими факторами:

– наличием структурной, функциональной или временной избыточности (не
резервированные и резервированные изделия);

– возможностью восстановления (невосстанавливаемые и восстанавливаемые
изделия).

     Для расчета показателей надежности ЭС любого уровня разукрупнения
необходимы следующие исходные данные:

– структурно-функциональная схема;

                                                                     28


– перечень входящих электрорадиоизделий (ЭРИ) при расчете надежности
электронного модуля или перечень составных частей (электронных модулей
I, II, III уровней (ЭМ1, ЭМ2, ЭМ3), радиоэлектронных устройств (РЭУ), ра-
диоэлектронных комплексов (РЭК)) при расчете надежности ЭС соответст-
вующих уровней разукрупнения;

– описание функционирования и условий эксплуатации;

– критерии отказа;

– карты рабочих режимов ИЭТ;

- интенсивности отказов ИЭТ (при расчете надежности ЭМ1) или характери-
стики надежности составных частей при расчете показателей надежности ЭС
других уровней разукрупнения.


                          3.2.1. Резервирование
     Резервирование – один из эффективных методов повышения надѐжно-
сти ЭС посредством введения дополнительного числа элементов и связей по
сравнению с минимально необходимым для выполнения заданных функций в
заданных условиях работы. Элементы минимизированной структуры ЭС,
обеспечивающей его работоспособность, называются основными элементами
(ОЭ); резервными элементами (РЭ) называются элементы, предназначенные
для обеспечения работоспособности ЭС в случае отказа ОЭ. Резервирование
классифицируют по ряду признаков, главными из которых являются уровень
резервирования, кратность резервирования, состояние РЭ до момента вклю-
чения их в работу, возможность совместной работы ОЭ и РЭ с общей нагруз-
кой, способ соединения ОЭ и РЭ и др.
     По уровню резервирование подразделяют на общее, при котором ре-
зерв предусматривается на случай отказа ЭС в целом, и раздельное, при ко-
тором резервируются отдельные части ЭС (блоки, узлы, элементы); возмож-
но также сочетание общего и раздельного резервирования — т.н. смешанное
резервирование. Под кратностью резервирования понимают отношение чис-

                                                                       29


ла РЭ к числу ОЭ ЭС. Однократное резервирование называется дублировани-
ем. В зависимости от состояния РЭ до момента включения их в работу раз-
личают резерв нагруженный, при котором РЭ нагружены так же, как ОЭ, об-
легчѐнный, когда РЭ нагружены меньше, чем ОЭ, и ненагруженный, при ко-
тором РЭ практически находятся в режиме хранения. Возможность совмест-
ной работы РЭ и ОЭ с общей нагрузкой определяется способностью элемен-
тов, одновременно подключенных к нагрузке, не вызывать отказа резервиро-
ванной группы. Резервирование зависит также от способа соединения ОЭ и
РЭ в составе резервированной группы. При постоянном способе соединения
все элементы (ОЭ и РЭ) подключены к общей нагрузке в течение всего вре-
мени работы ЭС. При полупостоянном соединении соединѐнными с общей
нагрузкой остаются только исправные элементы, а отказавший элемент от-
ключается от неѐ. При полузамещении, в начале работы соединяют с общей
нагрузкой лишь исправные ОЭ, а при отказе одного из них подключается РЭ,
но отказавший ОЭ не отключается. При замещении, в начале работы к общей
нагрузке подключены также только исправные ОЭ; если же один из них от-
казал, то к нагрузке подключается РЭ, а отказавший ОЭ отключается. От-
ключение отказавших ОЭ и подключение РЭ осуществляется вручную или
автоматически; в последнем случае необходимо соответствующее устройст-
во, надѐжность которого должна учитываться при проектировании ЭС.
     На практике возможности применения резервирования ограничиваются
допустимыми значениями массы, объѐма, стоимости или др. характеристик
резервируемого устройства. Поэтому приходится решать задачу оптимально-
го резервирования, имеющую два аспекта: обеспечение максимального зна-
чения показателей надѐжности при заданном значении ограничивающего
фактора и обеспечение заданных значений показателей надѐжности при ми-
нимальном значении ограничивающего фактора.
     Описанные выше виды резервирования относятся к так называемому
структурному резервированию, которое является наиболее распространѐн-



                                                                      30



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика