1 6. Конструирование с учетом надежности Основные понятия и определения Надёжность – это способность объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять объектом требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. ЭВМ может быть исправна и неисправна. ЭВМ исправна – если соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации. ЭВМ неисправна, если не соответствует хотя бы одному. ЭВМ может быть в работоспособном или неработоспособном состоянии. Состояние ЭВМ работоспособное, если значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно- технической и (или) конструкторской документации. Состояние ЭВМ неработоспособное, если хотя бы один из таких параметров не соответствует указанным требованиям.

2 Отказы и сбои При работе ЭВМ может происходить отказ или сбой. Отказ – это событие, состоящее в полной или частичной утрате работоспособности и приводящее к неправильному выполнению функций, в частном случае тестов и задач. Сбой – это событие, состоящее во временной утрате работоспособности и характеризующее возникновение ошибки при функционировании. Для восстановления работоспособности ЭВМ при отказе требуется проведение ремонта или регулировки. При сбое – повторный запуск теста или решение задачи.

3 Восстанавливаемые и невосстанавливаемые ЭВМ Невосстанавливаемые – функционируют до первого отказа. При этом случайной величиной является наработка до первого отказа. Восстанавливаемые – при отказе выполняется ремонт или регулировка. При этом случайными являются время работы между отказами и время восстановления работоспособности.

4 Отказы внезапные и постепенные Внезапные отказы – характеризуются резким, скачкообразным изменением параметра. Причина – скрытые конструкторские и технологические дефекты. Постепенные отказы – возникают из-за изменения параметров элементов до тех пор, пока значение хотя бы одного из них не выйдет за установленные пределы. Постепенные отказы обусловлены старением, износом и воздействием окружающей среды. Признаки отказа: непосредственное или косвенное воздействие на органы чувств наблюдателей явлений, характерных для неработоспособного состояния (изменение показателей системы индикации и т.п.).

5 Свойства ЭВМ, связанные с надежностью С точки зрения надёжности ЭВМ обладают следующими свойствами: 1. Безотказность – свойство ЭВМ непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени. 2. Долговечность – свойство ЭВМ сохранять при выполнении технического обслуживания и ремонтов работоспособность до наступления предельного состояния. 3. Ремонтопригодность – это приспособленность ЭВМ к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов и устранения их путём проведения ТО и ремонта. 4. Сохраняемость – это свойство ЭВМ непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течение и после хранения и/или после транспортирования. Количественно указанные свойства, составляющие надежность ЭВМ, характеризуются единичными (ТЭЗ и ЭВМ) или комплексными показателями надежности (ЭВМ и системы).

Показатели надежности невосстанавливаемых ЭВМ Эти ЭВМ характеризуются следующими показателями : 1. Интенсивностью отказов. 2. Средней наработкой до первого отказа. 3. Вероятностью безотказной работы. Интенсивность отказов (t) [1/час] – условная плотность вероятности возникновения отказа к моменту времени (t) при условии, что до этого момента отказ не возникал:

7 Зависимость интенсивности отказов от времени 1 – внезапные отказы; 2 – постепенные отказы

8 Показатели надежности невосстанавливаемых ЭВМ (2) (1)

Показатели надежности восстанавливаемых ЭВМ Эти ЭВМ характеризуются следующими показателями : 1. Параметром потока отказов. 2. Наработкой на отказ. 3. Наработкой на сбой. 4. Вероятностью безотказной работы. 5. Средним временем восстановления. 6. Коэффициентом технического использования. 7. Коэффициентом готовности. Параметр потока отказов (t) – плотность вероятности возникновения отказов в данный момент времени, статистически определяемый как где m i (t), m i (t+ t) – число отказов каждого из образцов ЭВМ в моменты времени t и t+ t соответственно.

10 Показатели надежности восстанавливаемых ЭВМ (2) (1)

11 Показатели надежности восстанавливаемых ЭВМ (3)

12 Коэффициент готовности К г – это вероятность того, что ЭВМ окажется в работоспособном состоянии в любой момент времени, кроме периодов, в которые ее использовать не планируют. Статистически где T раб – продолжительность работы, состоящая из чередующихся интервалов времени работы и восстановления. Показатели надежности восстанавливаемых ЭВМ (4)

Оценка показателей надёжности ЭВМ как сложного объекта Сложным называют объект, состоящий из нескольких одновременно и совместно функционирующих отдельных объектов таких, что отказ одного из них приводит к отказу сложного объекта. Отказы отдельных объектов считают независимыми, т.е. отказ одного из них не приводит к отказу других. ЭВМ состоит из ряда устройств или элементов, для которых указанные допущения, как правило, выполняются. Наработка на отказ

14 Оценка показателей надёжности ЭВМ как сложного объекта (2)

15 Оценка показателей надёжности ЭВМ как сложного объекта (3)

16 Оценка показателей надёжности ЭВМ как сложного объекта (4)

Оценка надежности конструктивных модулей Исходные данные: схема электрическая принципиальная с указанием типов деталей, входящих в нее; режимы работы всех деталей (электрические, механические, климатические); интенсивности внезапных отказов для всех компонентов ненадежности; среднее время безотказной работы и дисперсия для элементов, подверженных постепенным отказам. Для КМ различных уровней оценивают следующие показатели надежности: – для субблоков; и t ср – для блоков невосстанавливаемых ЭВМ;, T 0 и T в – для блоков и рам восстанавливаемых ЭВМ; P(t) и K г – для восстанавливаемых ЭВМ (P(t) – для невосстанавливаемых ).

18 Оценка надежности конструктивных модулей(2) По результатам анализа влияния на работоспособность КМ входящих в него элементов/деталей составляют структурную схему надежности. Элемент включают в нее, если его отказ приводит к отказу КМ. Например, суммарную интенсивность отказов субблока рассчитывают по формуле:

19 Оценка надежности конструктивных модулей (3)

20 Оценка надежности конструктивных модулей (4) На начальных этапах проектирования влияние внешних воздействий на интенсивность отказов для ЭВМ различного назначения можно учитывать с помощью интегрального поправочного коэффициента K = / 0. Значения поправочного коэффициента K для аппаратуры различного назначения Современные образцы ракет Ранние образцы ракет Самолет Аппаратура для высокогорной местности Поезд Автомобиль Корабль Наземная аппаратура Лабораторные условия

Способы повышения надежности Использование электрорадио компонентов и конструктивных элементов с высокими показателями надежности. Применение способов монтажа, обеспечивающих более низкую интенсивность отказов электросоединений. Разработка конструкций, обеспечивающих более эффективную защиту от дестабилизирующих факторов. Использование облегченных тепловых и электрических режимов работы комплектующих элементов. Резервирование

22 Структурное резервирование При этом способе надежность повышают за счет использования избыточных элементов, частей схемы или КМ в целом. Различают общее и поэлементное резервирование. Общее резервирование. Вероятность наступления отказа всей системы определяется одно- временным отказом основной и всех резервных цепей.

23 Общее резервирование

24 Поэлементное резервирование Тогда