Лабораторная работа №2 - Надежность восстанавливаемых элементов

Вариант №5

Цель работы: определить количественные характеристики надежности восстанавливаемых элементов.

Ответы на контрольные вопросы

Вопрос №1: Изобразите график функционирования восстанавливаемого элемента

Вопрос №2: Перечислите критерии надежности нерезервированных восстанавливаемых объектов.

T – наработка на отказ (среднее время между отказами); ω(t) – параметр потока отказов; Tв – среднее время восстановления системы; µ(t) – интенсивность восстановления.

Вопрос №3: Запишите формулу для определения средней наработки на отказ по статистическим данным.

• ti – наработка между i – 1 и i-м отказами, ч;
• n(t) – суммарное число отказов за время t.

Вопрос №4: Что такое параметр потока отказов? Запишите формулу для определения параметра потока отказов по статистическим данным.

Параметр потока отказов представляет собой плотность вероятности возникновения отказа восстанавливаемого объекта.

• n(Δti) – количество отказов по всем объектам за интервал времени Δti;
• N0 – количество однотипных объектов, участвующих в эксперименте (отказавший объект восстанавливается, N0 = соnst).

Вопрос №5: Укажите признаки и свойства простейшего потока отказов.

• Стационарность;
• Ординарность;
• Отсутствие последствия.

Вопрос №6: В чем проявляется свойство стационарности потока отказов восстанавливаемых объектов?

Означает, что на любом промежутке времени Δti вероятность возникновения n отказов зависит только от n и величины промежутка Δti, но не зависит от сдвига по оси времени.

Вопрос №7: Какими соотношениями связаны среднее время восстановления и интенсивность восстановления восстанавливаемых объектов?

Вопрос №8: Какой объект называется восстанавливаемым?

Объект, работоспособность которого в случае возникновения отказа подлежит восстановлению в рассматриваемых условиях.

Вопрос №9: Как определяется среднее время восстановления объекта?

• n – число восстановлений, равное числу отказов;
• τi – время, затраченное на восстановление (обнаружение, поиск причины и устранение отказа), в часах.

Вопрос №10: Запишите формулу для определения интенсивности восстановления объекта.

• nв(Δt) – количество восстановлений однотипных объектов за интервал Δt;
• Nн.ср. – среднее количество объектов, находящихся в невосстановленном состоянии на интервале Δt.

Вопрос №11: С помощью какого показателя вычисляется вероятность того, что объект неработоспособен в произвольный момент времен?

Коэффициент вынужденного простоя.

Вопрос №12: Что такое коэффициент готовности? Запишите формулу определения коэффициента готовности для одного восстанавливаемого объекта.

Это вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не предусматривается.

Вопрос №13: Что характеризует коэффициент оперативной готовности объекта?

Вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени (кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не предусматривается) и, начиная с этого момента, будет работать безотказно в течение заданного интервала времени.

Выполнение задания лабораторной работы

5. Интенсивность отказа восстанавливаемого элемента равна λ = 0,000 9, а интенсивность восстановления µ = 0,4 1/ч. Определить показатели надежности элемента: наработку на отказ, среднее время восстановления и коэффициент готовности.

Рассчитайте значения функции готовности элемента от 0 до 40 ч с шагом 2 ч и представьте результаты в виде графика зависимости функции готовности от времени.

1) – наработка на отказ (среднее время между отказами);

Если восстанавливаемый объект при отсутствии восстановления имеет характеристику λ = const, то, придавая объекту восстанавливаемость, мы обязаны записать ω(t ) = const; λ = ω, и между этими показателями существуют следующие зависимости:

Наработка на отказ

2) – среднее время восстановления объекта;

В частном случае, когда интенсивность восстановления постоянна, т. е. (интенсивность восстановления µ = 0,4 1/ч.), вероятность восстановления за заданное время t подчиняется экспоненциальному закону и определяется по выражению

а взаимосвязь среднего времени восстановления и интенсивности восстановления определяется соотношениями

Часа– среднее время восстановления объекта;

3) (коэффициент готовности);

4) – функция готовности (вероятность того, что объект готов к работе в произвольный момент времени t );

	Значения функции готовности

Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «надежность технических средств» для студентов направления

УЗБЕКСКОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ И ИНФОРМАТИЗАЦИИ

ТАШКЕНТСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

ФАКУЛЬТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Кафедра «Компьютерные системы»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К выполнению лабораторных работ по курсу

«НАДЕЖНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ»

Для студентов направления

5811300-«Сервис» (электронной и компьютерной техники)

Ташкент 2008

Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Надежность технических средств».

Расулова С.С., Каххаров А.А. /ТУИТ. 54 с. Ташкент, 2008.

В данной работе рассматриваются лабораторные работы по курсу «Надежность технических средств» и методика их выполнения. Основной целью работы является практическое ознакомление с методами оценки надежности, с приемами создания алгоритмов исследования работоспособности и изучение методов генерирования тестов для цифровых устройств компьютерной техники (КТ). Приобретения навыков использования данных алгоритмов при решении соответствующих задач с применением компьютеров.

Предназначены для студентов обучающихся по направлению 5811300-«Сервис» (электронной и компьютерной техники) по курсу «Надежность технических средств».

Кафедра «Компьютерные системы».

Табл. 10. Ил. 17 Библиогр.: 8 назв.

Печатается по решению научно-методического совета Ташкентского университета информационных технологий.

Рецензенты: проф., д.т.н. Сагатов М.М. (ТГТУ)

Д.ф-м.н Азаматов З.Т. (Зав. отделом ГКНТ)

©Ташкентский университет информационных технологий, 2008.

ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1. 
   Перед получением задания студент должен повторить соответствующие разделы курса «Надежность технических средств», прочесть указанную в работе литературу, изучить материалы, связанные с особенностями решения заданной задачи на компьютере, подготовитьпо каждому пункту «Задание и порядок выполнения работы» расчетные и теоретические материалы. Перед началом работы необходимо предъявить преподавателю рабочие материалы для их проверки к обсуждению.
2. 
   Задание по расчету надежности обычно содержит структурную схему объекта исследования, для которого необходимо определить значение заданного показателя надежности, закон функционирования системы при отказах её компонент, а также надежностные характеристики элементов объекта.
3. 
   Подготовив исходные данные в соответствии с особенностями исследуемой структурной схемы, требуемой точностью исследования, возможностями универсальных алгоритмов, студент представляет их в форме, удобной для ввода в компьютер.
4. 
   Проверив правильность представления исходных данных, студент настраивает соответствующую модель для решения конкретной задачи. В ходе работы в диалоговом режиме вносит коррекции в исходные данные с целью получения заданных значений показателей надежности исследуемого объекта.
5. 
   Задание по тестированию обычно держит цифровую схему реализующую произвольную функцию, для которой необходимо найти тесты неисправностей типа х /о или х /1, используя различные способы построения тестов.
6. 
   Проверив правильность представления исходных данных, студент, используя заданный метод генерирования тестов, решает конкретную задачу на компьютере.
7. 
   После выполнения работы, получения результатов, анализа полученных решений каждый студент обязан представить преподавателю аккуратно оформленный отчет.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ЗАДАЧИ ТЕСТИРОВАНИЯ

Задачи тестирования. Особенности организации процесса обработки информации, введение новых технологий на стадии производства и оригинальные схемотехнические решения позволяют выделить современные цифровые устройства (ЦУ) в особый класс устройств, требующих разработки специальных процедур определения их работоспособности. Это однако, не означает отказ от широко применяемых в настоящее время методов обнаружения и поиска неисправностей ЦУ.

Целесообразным представляется подход, основанный на оптимальном использовании результатов, полученных за последние годы в области контроля и технической диагностики, с учетом особенностей архитектуры и логики функционирования ЦУ.

Под тестированием ЦУ будем понимать процесс установления исправности или работоспособности устройства с помощью определенных входных воздействий и анализа соответствующих выходных воздействий и анализа соответствующих выходных реакций.

Тестирование является одной из основных процедур диагностики, задачами которой являются определение технического состояния объекта контроля и в случае его неработоспобности – обнаружение и локализация неисправностей.

Совокупность входного воздействия и соответствующей ему выходной реакции называется тестом, а упорядоченная последовательность тестов – тестовой программой. Процедура контроля ЦУ состоит из разработки тестовой программы, последующей подачи входных воздействий на контролируемый прибор, наблюдения выходных сигналов и анализа полученных результатов с целью установления годности изделия.

Процедура контроля обеспечивает полный (неполный) контроль ЦУ, если она обнаруживает любую (не обнаруживает хотя бы одну) неисправность рассматриваемого класса нарушений. Полнота контроля является одним из основных требований, предъявляемых к разрабатываемой тестовой программе устройства. Другим – длина тестовой программы. В зависимости от того, что является информацией для создания тестовой программы ЦУ, различают два контроля: функциональный и структурный.

При функциональном контроле в качестве исходной информации для построения тестов используется алгоритм функционирования ЦУ. Необходимость функционального контроля вызывается отсутствием полной информации о причинах отказов, повышенной сложностью контролируемого устройства, пониженными требованиями к полноте контроле и т.п. Функциональный контроль чаще всего применяется пользователями ЦУ.

Методы построения тестов для структурного контроля ориентируются на принципиальную схему (структуру) проверяемого ЦУ. Они используются на стадии производства. Эти методы в настоящее время разработаны наиболее полно и на практике зарекомендовали себя при контроле и диагностике устройств, состоящих из типов элементов замены. Структурные методы обеспечивают полноту контроля.

Лабораторная работа № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ С РАЗВЕТВЛЕННОЙ СТРУКТУРОЙ

Цель работы – ознакомление с методикой исследования надежности систем с разветвленной структурой с помощью логико-вероятностных методов.

Постановка задачи : Освоить методику исследования надежности компьютерных систем с помощью универсальной программной модели, основанной на применении логико-вероятностного отображения надежностного поведения систем, изложенного в .

Продолжительность работы – 2 часа.

Тeopетичecкие сведения

Одним из перспективных направлений является разработка логико-вероятностных методов, математическая сущность которых заключается в использовании функций алгебры логики (ФАЛ) для аналитической записи условий работоспособности системы и в разработке способов перехода от ФАЛ к вероятностным функциям, объективно выражающим безотказность этой системы.

Расчет числовых значений на основе аналитического выражения для вероятности безотказной работы (ВБР) сводится к выполнению алгебраических операций перемножения и сложения. Существует несколько методов расчета надежности с помощью логико-вероятностных методов: табличный, схемно-логический, алгоритм разрезания, ортогонализации.

Универсальная программная модель представляет собой программную реализацию вычислительного алгоритма, осуществляющего последовательность действий над входными данными, характеризующими исследуемую систему. Результатом таких действий является получение численного значения такого показателя надежности, как ВБР системы р за заданный интервал времени Т . С помощью рассматриваемого алгоритма можно исследовать надежность невосстанавливаемых избыточных систем с разветвленной структурой.

Входными данными алгоритма являются следующие: число элементов системы – n , значения ВБР элементов за исследуемый интервал времени P i , а также двоичные векторы X l кратчайших путей успешного функционирования системы (КПУФ), принцип получения которых будет описан ниже. Ограничения, которые предъявляются к исследуемым системам при применении вычислительного алгоритма следующие.

Система может находится только в двух состояниях: в состоянии полной работоспособности (У = I) и в состоянии полного отказа (У = 0). При этом предполагается, что действие системы детерминированно зависит от действия её элементов, т.е. является функцией Х 1 , Х 2 ,..., Х i ,..., Х n , которые, в свою очередь, могут находится также только в двух несовместных состояниях: полной работоспособности (Х i = 1) и полного отказа (Х i = 0). Конкретные значения двоичных переменных Х i определяют состояние системы или так называемый вектор состояний системы Х = (Х 1 , Х 2 ,..., Х i ,..., Х n ), являющийся основным параметром, с которым оперирует вычислительный алгоритм.

Для того, чтобы задать функцию работоспособности, необходимую для вычисления показателя надежности, следует построить функцию алгебры логики, связывающую состояние элементов с состоянием системы. Для её получения следует использовать понятие КПУФ, которое представляет собой такую конъюнкцию её элементов, ни одну из компонент которой нельзя изъять, не нарушив функционирования системы. Такая конъюнкция записывается в виде следующей ФАЛ: Р l = ΛХ i , где i принадлежит множеству номеров КР l , соответствующих данному l -му пути.

Другими словами, КПУФ системы описывает одно из её возможных работоспособных состояний (PC), которое определяется минимальным набором работоспособных элементов, абсолютно необходимых для выполнения заданных для системы функций. Таким образом, для исследуемой системы необходимо определить все d возможных КПУФ и тогда функция работоспособности системы записывается следующим образом:

т.е. в виде дизъюнкции всех имеющихся КПУФ.

При определении отмеченного выше показателя надежности необходимо вычислитьвероятностную функцию вида

P [У (Х 1 ,…, Х n ) = 1] = R c

при этомосновные затруднения возникают из-за повторной формы ФАЛ, т.к. одни и те же работоспособные состояниябудут учитываться столько раз со сколькими КПУФ они связаны.

Рассмотрим два вычислительных алгоритма, основанных на логико-вероятностном методе и выбираем наиболее эффективный для заданного варианта системы.

Порядок действий при вычислении по первому алгоритму

Для заданного варианта системы определяется совокупность всех КПУФ, которые представляются в виде двоичных слов. Число разрядов в слове равно числу элементов в системе. Значение разряда, равное 1 означает работоспособность элемента, равное 0 – соответствует отказу элемента.

Алгоритм на основании КПУФ образует все возможные двоичные слова, определяющие все работоспособные состояния системы, выбирает бесповторные и для каждого вычисляет соответствующую вероятность. Например, допустим, имеется мостиковая схема, приведенная на рис. 1, состоящая из 5 элементов, вероятность нахождения i – го элемента в работоспособном состоянии равна P i , вероятность нахождения элемента в отказовом состоянии равна I - P i = Q i .

Для данной мостиковой схемы кратчайшими путями являются следующие: 11000, 00110, 10011, 01101.

Рис. 1. Мостиковая схема

С каждым кратчайшим путем связаны работоспособные состояния, приведенные в таблице 1. Первый слева разряд соответствует элементу с номером один.

Таблица. 1

КПУФ №БРС	1	2	3	4
1	+11000	+00110	+10011	+01101
2	+11001	+00111	10111	01111
3	+11010	+1110	11011	11101
4	+11011	+01111	11111	11111
5	+11100	+10110
6	+11101	+10111
7	+11110	11110
8	+11111	1111

Таким образом, получены 24 кода, соответствующие работоспособным состояниям системы. Однако, мы видим, что некоторые из них повторяются в столбцах таблицы. Исключим из всех 24 кодовповторные, и тогда останется 16 кодов, отмеченных в табл. 1 знаком +. Эти полученные 16 кодов соответствуют всем возможным работоспособным состояниям рассматриваемой схемы. Следовательно, система будет работоспособна, тогда, когда будет находится в одном из 16 перечисленных несовместных состояний. Если вычислить вероятности нахождения системы в каждом из 16 состояний и просуммировать эти вероятности, то получим вероятность того, что система находится в работоспособном состоянии.

Если вероятность нахождения i -го невосстанавливаемого элемента в работоспособном состоянии P i представляет собой функцию времени, то получим ВБР системы за заданное время. Это и есть один из основных показателей надёжности системы.

Итак, для того, чтобы получить значение вероятности нахождения системы в одном из работоспособных состояний, необходимо в соответствующем двоичном слове заменить единицу на вероятность P i , а ноль на вероятность I - Р i и перемножить данные вероятности. Например, для кода 11000 это будет произведение

Вероятность нахождения нашей системы в работоспособном состоянии определится тогда как

Несмотря на простоту реализации указанного процесса на вычислительной машине, он имеет ряд недостатков. Главные из них – это требование большого объема оперативной памяти для хранения совокупности двоичных слов, а также быстрый рост числа переборов при сравнении двоичных слов и потеря точности вычислений при увеличении числа элементов системы, так как величина 1 - P i бывает обычно малой.

Порядок действий при вычислении по второмуалгоритму

В отличие от первого алгоритма, во втором расчет надежности систем с разветвленной структурой ведется с использованием табличного метода. Табличный метод расчета надежности системы основывается на использовании теоремы сложения вероятностей совместных событий, в качестве которых выступают элементарные конъюнкции условий работоспособности (или неработоспособности) систем, описанных в ДНФ с помощью КПУФ.

Согласно этой теореме и выражения (1.1) ВБР системы вычисляется по формуле:

где ρ l & ρ j означает совместное наступление событий, связанных с КПУФ ρ l и ρ j , т.е. в работоспособном состоянии находятся элементы, принадлежащие минимальному набору ρ j .

Несмотря на громоздкость записи формул, алгоритм вычисления показателя надежности по ней оказывается простым и легко программируется. Табличный метод вычисления удобен по двум причинам:

• 
  автоматически осуществляется умножение логических переменных самих на себя согласно тождеству

• 
  взаимно уничтожаются многие одинаковые конъюнкции, вероятности которых имеют различные знаки.

Последовательность шагов в алгоритме следующая:

1. Составить специальную таблицу, в которой нужно разместить n строк (по числу элементов в системе), в строках таблицы указать ВБР элементов, а в названии столбцов записать все возможные сочетания конъюнкций ρ i взятых по одной, но две, по три и т.д.

2. У казать знаки вероятностей конъюнкций, чередующихся в соответствии с формулой 1.2.

3. Заполнить таблицу крестиками и черточками, вычеркивая те одинаковые конъюнкции, которые вошли в неё с разными знаками.

4. Вычислить вероятности безотказной работы системы, перемножая в каждом столбце те вероятности ρ i , которые отмечены крестиками.

Рассмотрим пример вычисления ВБР для схемы – рис. 1.

Обозначим:

Вхождение того или другого элемента в состав соответствующих конъюнкций отмечается крестом в таблице. Вероятности конъюнкций – ρ 1 -ρ 4 и ρ 11 - ρ 14 берутся со знаком (+) , остальные со знаком
(-). Итак, ВБР для рассматриваемой схемы равна

Варианты заданий

Таблица 2

Варианты ВБР(Р2)	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Р1	0,96	0,95	0,96	0,94	0,93	0,98	0,95	0,85	0,9	0,97
Р2	0,94	0,945	0,97	0,96	0,95	0,85	0,99	0,9	0,92	0,95
Р3	0,95	0,95	0,98	0,99	0,94	0,96	0,98	0,92	0,95	0,98
Р4	0,98	0,96	0,95	0,98	0,96	0,93	0,96	0,93	0,92	0,96
Р5	0,96	0,95	0,96	0,95	0,98	0,98	0,97	0,9	0,91	0,95

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«КОВРОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ»

Кафедра А и У

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

«Надежность систем управления»

УТОЧНЕННЫЙ РАСЧЕТ

КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ .

Ковров, 2007 г.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

УТОЧНЕННЫЙ РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ.

Цель работы: овладение методами расчета количественных показателей надежности, уточненных по результатам рабочего проектирования, изготовления и испытаний опытных образцов.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Данный вид расчета проводится с целью уточнения оценки надежности, проведенной на стадиях эскизного и технического проектирования.

По результатам предшествующих этапов проектирования и испытаний опытных образцов должны быть:

Проведены испытания опытных образцов изделия с целью определения условий и режимов эксплуатации с учетом выбранных способов защиты от внешних воздействующих факторов для обеспечения заданной надежности;

Уточненные по результатам испытаний расчетные карты рабочих режимов комплектующих изделий и элементов, а также тепловые режимы их работы (перегрев) с учетом принятых мер охлаждения блоков изделия;

Известны функциональные зависимости интенсивностей отказов комплектующих изделий и элементов от электрической нагрузки, температуры, механических воздействий и других условий эксплуатации.

2. ЗАДАНИЕ НА ПРОВЕДЕНИЕ РАБОТЫ

Провести уточненный расчет количественных показателей надежности изделия в заданных конкретных реальных условиях эксплуатации. Исходные данные по варианту принципиальной электрической схемы изделия и условиям ее эксплуатации, а также перечень рассчитываемых показателей надежности задает преподаватель (варианты соответствуют вариантам задания по лабораторной работе №1).

3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДЛЯ РАСЧЕТА ИНТЕНСИВНОСТЕЙ ОТКАЗОВ

3.1. Математическая модель для расчета интенсивностей отказов резисторов, конденсаторов, полупроводниковых элементов, трансформаторов и моточных изделий В реальных условиях эксплуатации:

font-size:13.0pt;line-height:150%"> (1)

где, λ0 – номинальное значение интенсивности отказов входящих в изделие элементов элементов и КИ, соответствующее коэффициенту электрической нагрузки Кн = 1 и температуре окружающей среды Т 0С = +20 0С.

Значения λ0 выбираются из соответствующих таблиц:

Для резисторов – таблица 1;

Для конденсаторов – таблица 2;

Для полупроводниковых приборов – таблица 3;

Для трансформаторов и моточных изделий (дроссели, катушки индуктивности и др.) – таблица 4.

а i = f (K н ,Тhttps://pandia.ru/text/79/296/images/image003_85.gif" width="12" height="23 src=">.gif" width="12 height=23" height="23">0С в зоне элемента. Значения коэффициентов выбираются из соответствующих таблиц (i =1,2,3,4)

а1 – поправочный коэффициент для определения λэ резисторов выбирается из таблицы 5;

а2 – поправочный коэффициент для определения λэ конденсаторов выбирается из таб. 6;

а3 – поправочный коэффициент для определения λэ полупроводниковых приборов выбирается из таблицы 7;

а4 – поправочный коэффициент для определения λэ трансформаторов и моточных изделий (дросселей, катушек индуктивности) выбирается из таблицы 8;

Ki – поправочный коэффициент, учитывающий действия внешних воздействующих факторов и выбирается из соответствующих таблиц (i =1,2,3,4)

К1 , К2 – поправочные коэффициенты, учитывающие воздействия соответственно вибраций и ударных нагрузок на элементы и КИ, значения данных коэффициентов выбираются из таблицы. 9;

К3 – поправочный коэффициент, учитывающий влажность и температуру окружающей среды, выбирается из таблицы 10;

К4 – поправочный коэффициент, учитывающий изменение λэ в зависимости от высоты над уровнем моря, выбираются из таблицы 11.

3.2. Математическая модель для расчета интенсивности отказов реле:

font-size:13.0pt;line-height:150%">где, λ0’ – базовое значение интенсивности отказов реле, которое вычисляется по формуле:

Формула (3) используется для реле с диаметром провода обмотки d ≥ 0,35 мм;

Формула (4) используется для реле с диаметром провода обмотки d < 0,35 мм.

N – общее число контактных пар;

n – число задействованных контактных пар;

λ0 – номинальное значение интенсивности отказов реле, выбираемое из таблицы 12.

Ki – поправочный коэффициент, учитывающий действия внешних факторов. Значения коэффициентов Ki (i = 1, 2, 3, 4) выбирается соответственно из таблиц 9, 10, 11.

KF – коэффициент, учитывающий частоту коммутации реле при работе в изделии, значения данного коэффициента выбираются из таблицы 13.

3.3. Математическая модель для расчета интенсивности отказов интегральных микросхем:

font-size:13.0pt;line-height:150%"> (5)

где - базовое значение интенсивности отказов интегральных микросхем вычисляется по следующей формуле:

https://pandia.ru/text/79/296/images/image009_38.gif" width="136" height="44 src="> (6)

где EN-US" style="font-size:13.0pt;line-height:150%">n – количество внешних задействованных выводов микросхемы;

Ki – (i

3.4. Математическая модель для расчета интенсивности отказов коммутационных элементов (тумблеры, переключатели, кнопки):

font-size:13.0pt;line-height:150%"> (7)

где λ0 - номинальное значение интенсивности отказов, выбирается из таблицы 14;

К f – коэффициент, зависящий от частоты включения, значения данного коэффициента выбирается из таблицы 15;

Ki – (i = 1, 2, 3, 4) выбираются соответственно из таблиц 9, 10, 11.

3.5. Математическая модель для расчетов интенсивности отказов разъемов:

font-size:13.0pt;line-height:150%"> (8)

где λ0 - номинальное значение интенсивности отказов разъемов, выбирается из таблицы 16;

Ккс – коэффициент, зависящий от количества сочленений – расчленений, выбирается из таблицы 17;

Ккк – коэффициент, зависящий от количества задействованных контактов, значения данного коэффициента вычисляется по формуле:

Ккк = (9)

где n – количество задействованных контактов;

Ki – (i = 1, 2, 3, 4) выбираются соответственно из таблиц 9, 10, 11.

3.6. Математическая модель для расчетов интенсивности отказов электрических кабелей, проводов, шнуров:

font-size:13.0pt;line-height:150%"> (10)

где λ0 - номинальное значение интенсивности отказов кабелей, проводов, шнуров, выбирается из таблицы 18;

L – суммарная длина кабеля (провода, шнура); для изделий с L ≤ 3 м допускается принимать L = 1 м;

Кф – функциональный коэффициент, значение которого может быть определено по формуле:

Кф = (11)

где Еа – условная энергия активации , кДж / моль;

R г = 8,3144 – универсальная газовая постоянная, Дж / Град · моль;

К t – температурный коэффициент, зависящий от рабочей температуры окружающей среды в аппаратуре; определяется по формуле:

Kt = (12)

где tp – рабочая максимальная температура в аппаратуре (изделии), 0С;

t б – базовая температура, равная 25 0С при или 100 0С при (по типу кабеля).

Как правило, максимальная температура изделия с учетом перегрева находится в диапазоне 70 0С – 80 0С.

Величина условной энергии активации изменяется в пределах от 40 до 120 кДж / моль (среднем) и в достаточно широком температурном диапазоне имеет уровень

Еа font-size:13.0pt;line-height:150%">С учетом указанных ограничений для практических расчетов в формуле (10) при EN-US" style="font-size:13.0pt;line-height:150%">tp = 70 0C , Кф = 200 при tp = 80 0C и Кф = 600 при tp = 100 0C

Ki – (i = 1, 2, 3, 4) выбираются соответственно из таблиц 9, 10, 11.

3.7. Математическая модель для расчета интенсивностей отказов соединений (паек):

font-size:13.0pt;line-height:150%"> (13)

где λ0 – номинальное значение интенсивности отказов паек;

λ0 = 0,015 · 10-6 1/час

п – количество паек в изделии;

Ki – (i = 1, 2, 3, 4) выбираются соответственно из таблиц 9, 10, 11.

3.8. Математическая модель для расчета интенсивности отказов предохранителей:

font-size:13.0pt;line-height:150%">где λ0 – номинальное значение интенсивности отказов предохранителей;

λ0 = 0,5 · 10-6 1/час

КТ – тепловой коэффициент, зависящий от температуры рабочей окружающей предохранитель среды; значения данного коэффициента выбираются из таблицы 19;

Ki – (i = 1, 2, 3, 4) выбираются соответственно из таблиц 9, 10, 11.

3.9. Математическая модель для расчета интенсивности отказов электрических машин:

font-size:13.0pt;line-height:150%"> (15)

где λ0 – номинальное значение интенсивности отказов электрических машин, выбирается из таблицы 20;

а4 – поправочный коэффициент для определения λ электрических машин, выбирается из таблицы 8;

Δλ – дополнительная интенсивность отказов электрических машин в зависимости от скорости вращения, выбираются из таблицы 21;

Ki – (i = 1, 2, 3, 4) выбираются соответственно из таблиц 9, 10, 11.

4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАСЧЕТА

4.1. Анализируется принципиальная электрическая схема изделия с точки зрения элементно – количественного состава, который разбивается на К групп равнонадежных элементов по штук в каждой группе.

При этом предполагается, что рассматриваемое изделие имеет последовательную схему соединений расчета надежности.

Результаты анализа заносятся в таблицу 22, графы 1 – 4.

4.2. В соответствии с номенклатурой используемой элементной базой из таблиц 1, 2, 3, 4, 12, 14, 16, 18, 20 выбираются номинальные значения интенсивностей отказов элементов и комплектующих изделий (КИ), используемых в изделии.

Выбранные номинальные значения интенсивностей отказов КИ заносятся в таб. 22.

4.3. По имеющимся коэффициентам нагрузки КН (графа 6) и величине рабочей температуры (графа 7) окружающей элемент среды (с учетом перегрева) для каждого элемента и КИ из таблиц 5, 6, 7, 8 выбираются значения поправочных коэффициентов а i = f (KH , ТEN-US">C )

i = 1, 2, 3, 4.

4.4. Из таблиц 9, 10, 11 для каждого элемента и КИ выбираются значения коэффициентов К i в зависимости от заданных условий эксплуатации (условий жесткости эксплуатации).

Выбранные значения коэффициентов К i (i = 1,2,3,4)заносятся в графы 9 – 12 таб. 22.

4.5..gif" width="21" height="25 src=">= const )

font-size:13.0pt;line-height:150%">Результаты вычислений заносят в графу 16 таблицы 22.

4.6. Определяются суммарные интенсивности отказов для каждой группы равнонадежных элементов и КИ, результаты вычислений (nj · λ э i ) заносятся в графу 14 таблицы 22.(где - количество равнонадежных элементов в группе, https://pandia.ru/text/79/296/images/image029_9.gif" width="21" height="24 src=">= const - интенсивность отказа каждого элемента в j -ой группе)

4.7. Для реле значения эксплуатационной интенсивности отказов вычисляется по формуле (2). При этом значения номинальных интенсивностей отказов выбираются из таблицы 12. В зависимости от диаметра провода обмотки вычисляются базовые значения интенсивности отказов реле font-size:13.0pt;line-height:150%">Значения коэффициентов К F выбираются из таблицы 13. Поправочные коэффициенты К1, К2, К3, К4 выбираются из таблиц 9, 10, 11.

4.8. Для тумблеров, переключателей, кнопок значения эксплуатационной интенсивности отказов вычисляются по формуле (7). Значения номинальных интенсивностей отказов выбираются из таблицы 14. Значения коэффициентов К f выбираются из таблицы 15. Поправочные коэффициенты К1, К2, К3, К4 выбираются из таблиц 9, 10, 11.

4.9. Для интегральных микросхем значения эксплуатационной интенсивности отказов определяются по формуле (5). При этом базовое значение интенсивности отказов вычисляется по формуле (6); - выбираются из таблицы 3 (маломощных транзисторов).

4.10. Для разъемов значения эксплуатационной интенсивности отказов определяется по формуле (8). При этом значения номинальной интенсивности отказов выбирают из таблицы 16,

Значения коэффициентов Ккс выбираются из таблицы 17. Значения коэффициентов Ккк вычисляются по формуле (9).

Значения поправочных коэффициентов К1, К2, К3, К4 выбираются из таблиц 9, 10, 11.

4.11. Для паек (соединений) значения эксплуатационной интенсивности отказов определяются по формуле (13). При этом величина номинальной интенсивности отказов берется равной λ0 = 0,015 · 10-6 1/ ч.

Значения поправочных коэффициентов К1, К2, К3, К4 выбираются из таблиц 9, 10, 11.

4.12. Для предохранителей (вставок плавких) значения эксплуатационной интенсивности отказов определяются по формуле (14). При этом значение номинальной интенсивности отказов берется равным λ0 = 0,5 · 10-6 1/ ч.

Значения коэффициента КТ выбирается из таблицы 19 в зависимости от значений температуры рабочей окружающей предохранитель среды.

Значения поправочных коэффициентов К1, К2, К3, К4 выбираются из таблиц 9, 10, 11.

4.13. Для электрических машин величина эксплуатационной интенсивности отказов определяются по формуле (15).

Значения номинальной интенсивности отказов выбираются из таблицы 20.

Значения поправочного коэффициента а4 выбираются из таблицы 8 в зависимости от температуры окружающей среды. Дополнительная интенсивность отказов Δλ, как функция скорости вращения, выбирается из таблицы 21.

Значения поправочных коэффициентов К1, К2, К3, К4 выбираются из таблиц 9, 10, 11.

4.14. Результаты вычислений значений эксплуатационной интенсивности отказов элементов и КИ, выполненные в соответствии с алгоритмами 3.7 – 3.12 заносятся в графу 13 таблицы 22.

4.15. Определяются суммарные интенсивности отказов для каждой группы nj элементов (3.7 – 3.12) и результаты вычислений (nj · λ э i ) заносятся в графу 14 таблицы 22.

4.16. Вычисляются значения интенсивности отказов изделия в целом посредством суммирования всех значений графы 14 таблицы 22:

5. ОТЧЕТНОСТЬ

Результаты уточненного расчета показателей надежности изделия оформляются в виде отсчета, содержащего:

5.1. Задание: № варианта __. Условия эксплуатации: по типу объекта, например, «самолет»

температурный диапазон_________________________________________

вибрационные нагрузки __________________________________________

ударные нагрузки _______________________________________________

высотность_____________________________________________________

влажность_____________________________________________________

Перечень показателей надежности подлежащих расчету_______________

5.2. Принципиальную электрическую схему изделия и перечень элементов.

5.3. Таблицу 22, содержащую исходные данные (результаты анализа принципиальной электрической схемы изделия, значения коэффициентов нагрузки Кн, температуры окружающей среды дл каждого элемента и КИ), промежуточные результаты вычислений, значения поправочных и других коэффициентов, итоговые результаты вычислений групповых интенсивностей отказов (графа 14).

5.4. Номенклатуру определяемых количественных показателей надежности (требуемые показатели надежности λс, Т, P (t )).

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕНЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ АВТОМАТИКИ И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

В УПРАВЛЕНИИ

Кафедра автоматизированных систем управления

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине

Надежность информационных систем

Специальность 071900 --Информационные системы и технологии

Очная форма обучения

Рязань 2006

Введение

Проблема надежности технических систем существует уже несколько десятилетий, и она особенно обострилась с широким внедрением сложных систем. Создание и использование такой техники без специальных мер по обеспечению ее надежности не имеет смысла. Опасность заключается не только в том, что новая сложная техника не будет работать (будут возникать простои), но главным образом в том, что отказы в ее работе, в том числе и неправильная работа, может привести к катастрофическим последствиям. С учетом этого при проектировании, изготовлении и эксплуатации систем должны предприниматься соответствующие меры, обеспечивающие повышение надежности этих систем.

Методические указания содержат описание четырех лабораторных работ.

В первой лабораторной работе изучаются основные понятия и методика ориентированного расчета надежности электронного блока, для которого известны показатели надежности элементов. Электронный блок рассматривается как невосстанавливаемый в процессе работы объект. Результаты расчета надежности электронных блоков могут использоваться для оценки надежности комплекса технических средств информационной системы.

Вторая лабораторная работа посвящена изучению надежности восстанавливаемой системы. Эта тема традиционно ассоциируется с анализом надежности технических систем, которые в процессе работы при возникновении отказов восстанавливаются. Однако отказать может не только техническое средство, но и информация, которая, например, хранится в базе данных. Приведение базы данных точно в то состояние, которое существовало перед отказом, выполняется с помощью специальных процедур восстановления.

В третьей лабораторной работе исследуется резервированная (дублированная) восстанавливаемая система. Метод резервирования широко используется в информационных системах не только на уровне технических средств, но и на уровне обеспечения сохранности данных. Одной из обязанностей администратора информационной системы является резервирование данных. Наличие резервной копии базы данных позволяет восстановить работоспособность системы при выходе из строя основных файлов данных.

При обмене информацией между разными подсистемами резервирование может быть реализовано за счет возможности использования дополнительных каналов связи или за счет организации многократной передачи информации и т.п.

Четвертая лабораторная работа посвящена изучению эффективности функционирования восстанавливаемой системы, т.е. степени её приспособленности к выполнению заданных функций. Оценка эффективности важна в тех случаях, когда сложная система при отказе отдельных подсистем продолжает функционировать с некоторым ухудшением качества функционирования.

Методические указания к лабораторным работам предназначены для студентов дневной и заочной форм обучения по специальности 071900 «Информационные системы и технологии», изучающих дисциплину «Надежность информационных систем».