Методы обеспечения надежности

1.

Лекция 8
Тема: Методы обеспечения
надежности
Учебные вопросы:
1 Повышение надежности ЭРИ на основе
микроминиатюризации;
2 Экономические вопросы надежности;
3 Методы резервирования;
4 Планирование и расчет запасных частей.
1

2.

Методы обеспечения надежности
Схемно-конструктивные
(при разработке)
Использование надежностноориентированной САПР.
Обеспечение малой
чувствительности изделий к
изменению условий
производства и воздействию
внешних факторов.
Обеспечение
производственных и
эксплуатационных запасов
изделий.
Производственнотехнологические
(при изготовлении)
Эксплуатационные
(при использовании по
назначению)
Введение статконтроля и
статистического
регулирования
технологического процесса.
Привязка дефектов и отказов,
обнаруженных на всех
стадиях производства
изделий, к партии.
Повышение требований к
гигиене производства.
Обеспечение облегченных
режимов работы. Защита от
недопустимых
технологических
воздействий, от воздействия
внешних факторов и
электроперегрузок4
Организация предремонтного
анализа отказывающих
изделий и углубленного
физико-технического анализа

3.

Вопрос 1 Повышение надежности ЭРИ на основе
микроминиатюризации
Рассмотрим возможности повышения безотказности РЭА, построенной на
интегральных микросхемах. Предположим для простоты, что РЭА состоит из Nэ
обычных дискретных элементов, имеющих одинаковую эксплуатационную
интенсивность отказов λэ и Nc соединений с интенсивностью отказов λс. Тогда
отказ любого элемента приводит к отказу аппаратуры, эксплуатационная
интенсивность отказов РЭА равна:
При переводе РЭА сложностью Nэ элементов на интегральные микросхемы со
степенью интеграции nи количество комплектующих элементов уменьшается до
значения, равного количеству интегральных микросхем Nимс =Nэ/nи. Поэтому
интенсивность отказов РЭА, построенной на ИМС, определится равенством:
где λимс - интенсивность отказов интегральной микросхемы;
КсИМС - среднее число внешних соединений (выводов) ИМС.
3

4.

Предельная и реальная зависимости
интенсивности отказов аппаратуры
на интегральных микросхемах от
степени их интеграции при
постоянном числе элементов в РЭА
Предельная и реальная зависимости
числа элементов в РЭА от степени их
интеграции при постоянной
интенсивности отказов аппаратуры

5.

Для расширения перспективы повышения надежности ЭРИ, в том числе ИМС
и РЭА, необходимо решить две основные проблемы:
1. Разработать такие физические принципы построения ЭРИ, методы
проектирования и технологию их изготовления, которые
позволят увеличивать tсл изделий и получать характеристики
надежности с плотностью вероятностей отказов f(t), сосредоточенной
около расчетного срока службы tсл.
2. Разработать эффективные
методы неразрушающего
контроля, позволяющие
распознавать и
отбраковывать элементы с
пониженной надежностью.

6.

Вопрос 2 Экономические вопросы надежности
Себестоимость Sn ЭРИ и РЭА с повышением надежности, например,
вероятности Pa(t) безотказной работы РЭА, возрастает в связи
с дополнительными затратами при проектировании и производстве, но
зато эксплуатационные расходы Sэ уменьшаются. Поэтому суммарная
стоимость S=Sn+Sэ как функция вероятности безотказной работы,
имеет явно выраженный минимум
6

7.

Для элементов массового применения зависимость между стоимостью
элементов Sэ и их интенсивностью отказов характеризуется
быстрым возрастанием стоимости с уменьшением λ.

8.

Вопрос 3 Методы резервирования
Наиболее распространенным методом обеспечения надежности
является резервирование - применение некоторых дополнительных
(избыточных по сравнению с минимально-необходимыми для
обеспечения работоспособности объекта) средств.
Этими дополнительными средствами могут быть:
а) резервные элементы, включаемые в структуру объекта;
б) резервные возможности в выполнении элементом своих функций
(например, использование коммутационного устройства,
рассчитанного на коммутацию токов 100 А, для цепей с током 50 А);
в) резерв времени, выделяемый для выполнения заданных
функций (например, использование вычислительных средств,
позволяющих решать поставленную задачу за время, меньшее, чем
допустимое по условиям его работы в составе системы управления);
г) резерв информации, применяемый для восстановления
полезной информации в случае ее искажения или потери при
преобразовании и передаче.
8

9.

Структурное резервирование
Структурное резервирование - резервирование с применением резервных
элементов структуры объекта.
Виды структурного резервирования:
общее резервирование (резервируется весь объект в целом)

10.

раздельное
резервирование
(резервируются
отдельные элементы)
постоянное резервирование (резервные элементы участвуют в
функционировании объекта наравне с основными)

11.

динамическое резервирование (резервирование с перестроением структуры
объекта при возникновении отказа его элемента, где основной тракт
передачи данных обозначен сплошной линией, возможные трактыштриховой линией)

12.

резервирование замещением (резервирование, при котором функции основного
элемента передаются резервному только тогда, когда откажет основной элемент,
где элемент 1 - основной, элементы 2 и 3 -резервные; при отказе элемента 1
резервный элемент 2 становится основным)

13.

скользящее резервирование (резервирование, при котором группа основных
элементов резервируется одним или несколькими резервными элементами, каждый
из которых может заменить любой отказавший основной элемент.
Элемент, находящийся в резерве, может быть в различных состояниях по степени
нагруженности:
если резервный элемент находится в том же режиме, что и основной элемент, то
резервирование называется нагруженным резервированием;
если резервный элемент находится в менее нагруженном режиме, чем основной,
резервирование называется облегченным резервированием;
если резервный элемент не несет нагрузки, резервирование называется
ненагруженным резервированием.

14.

Схема резервирования, используемая для расчетов надежности, может не
совпадать с конструктивной схемой.
При дублировании используются два элемента схемы. Число работающих машин
(элементов) может быть равным трем. Результат считается верным, если он
совпадает с результатами не менее чем двух машин. Такое "резервирование"
называется мажоритарным резервированием или резервированием по принципу
"голосования". В данном случае оно будет называться мажоритарным
резервированием по принципу "два из трех".

15.

Функциональное резервирование.
Функциональное резервирование - резервирование, при котором используется
способность элементов выполнять дополнительные функции, а также возможность
выполнять заданную функцию дополнительными средствами.
Временное
резервирование.
Временное резервирование - резервирование , при котором используется
резервное время для выполнения заданной функции.
Информационное резервирование.
Информационное резервирование - резервирование, при котором в качестве резерва
используется избыточная резервная информация. К этому виду резервирования
относится введение избыточных информационных символов при передаче, обработке
и отображении информации.

16.

Вопрос 4 Планирование и расчет запасных частей
Запас сменных изделий, материалов, инструментов и принадлежностей
для обслуживания аппаратуры (объекта) принято называть термином ЗИП.
Количество запасных частей зависит от:
• интенсивности отказов;
• от времени пополнения ЗИП;
• требуемой его достаточности;
• организации снабжения и степени восстановления.
Вероятность безотказной работы аппаратуры (число отказов изделий n в
аппаратуре за время t будет не больше m) в этом случае определяется
выражением
где т - число резервных изделий;
λ-интенсивность отказов аппаратуры;
t - заданное время эксплуатации.

17.

Методика расчета запасных частей
исходными данными являются:
а) интенсивность отказов заменяемых изделий λ;
б) число заменяемых изделий в аппаратуре N;
в) время пополнения ЗИП tп;
г) вероятность достаточности ЗИП Рд.
1. Определим произведение суммарной интенсивности отказов на tП
2. Определим вероятность того, что за время tП произойдет 0,1,2,3.., n отказов
(пуассоновский поток отказов):

18.

3. Определим вероятность того, что за время tП произойдет число отказов не
больше т, т.е. Pn<m(tП)
4. Определим вероятность того, что число отказов за время tП будет больше
числа т, т.е. Рn>т(tП). Эта вероятность равна
5. Расположим полученные значения вероятностей Pn>m(tП) в порядке их
убывания, используя для наглядности числовые значения Pn>m(tП) для
Пусть, например, РД = 0,99 (РНД = 0,01) Положим, что в ЗИП находиться
пять запасных изделий. Вероятность того, что за время tП будет больше
пяти отказов, равна 0,1847.

19.

19