Диссертация (Метод имитационного моделирования для проектной оценки показателей безотказности структурно-сложной радиоэлектронной аппаратуры)
Описание файла
Файл "Диссертация" внутри архива находится в папке "Метод имитационного моделирования для проектной оценки показателей безотказности структурно-сложной радиоэлектронной аппаратуры". PDF-файл из архива "Метод имитационного моделирования для проектной оценки показателей безотказности структурно-сложной радиоэлектронной аппаратуры", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "технические науки" из Аспирантура и докторантура, которые можно найти в файловом архиве НИУ ВШЭ. Не смотря на прямую связь этого архива с НИУ ВШЭ, его также можно найти и в других разделах. , а ещё этот архив представляет собой кандидатскую диссертацию, поэтому ещё представлен в разделе всех диссертаций на соискание учёной степени кандидата технических наук.
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст из PDF
На правах рукописиТИХМЕНЕВ АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧМЕТОД ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯПРОЕКТНОЙ ОЦЕНКИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ БЕЗОТКАЗНОСТИСТРУКТУРНО-СЛОЖНОЙ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙАППАРАТУРЫ05.13.12 «Системы автоматизации проектирования (промышленность)»АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукВолгоград, 2013 г.Работа выполнена на кафедре «Радиоэлектроники и телекоммуникаций»Московского института электроники и математики федеральногогосударственного автономного образовательного учреждения высшегопрофессионального образования Национального исследовательскогоуниверситета «Высшая школа экономики»Научный руководителькандидат технических наук, доцент ЖадновВалерий Владимирович.Официальные оппоненты:Кравец Алла Григорьевна,доктортехнических наук, Волгоградскийгосударственный технический университет,кафедра «Системы автоматизированногопроектирования и поисковогоконструирования», профессор;Сальникова Наталия Анатольевна, кандидаттехнических наук, доцент, Российскаяакадемиинародногохозяйстваигосударственной службы Волгоградскийфилиал, кафедра «Информационных системи математического моделирования», доцент.Ведущая организацияфедеральное государственное бюджетноеобразовательноеучреждениевысшегопрофессиональногообразования"Национальныйисследовательскийуниверситет "МЭИ".Защита состоится «21» ноября 2013 г.
в 15 часов на заседаниидиссертационного совета Д 212.028.04, созданного на базе Волгоградскогогосударственного технического университета по адресу: 400005, г.Волгоград, пр. Ленина, 28, ауд. 209.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградскогогосударственного технического университета.Автореферат разослан «__» октября 2013 г.Ученый секретарьдиссертационного советаВодопьянов Валентин Иванович2Общая характеристика работыАктуальность работы. Развитие радиоэлектронной промышленностии средств САПР приводит к быстрому росту функциональностивыпускаемых изделий и усложнению структуры радиоэлектроннойаппаратуры (РЭА) при одновременном повышении требований к ихнадежности, что требует развития методов анализа структурнойбезотказности, и, в первую очередь, автоматизированных средств,пригодных к использованию в САПР предприятий.
На качество процессапроектирования отрицательно влияет недостаточное математическоеобеспечение исследований надежности. Используемые модели и ПОимеют ряд недостатков, главным из которых является то, что онипозволяют получить точную оценку показателей безотказности только вотдельных случаях. Для большинства применений, особенно для бортовойаппаратуры,требуетсядлительныйанализ,неподдающийсяавтоматизации, результатом которого часто является только «нижняя»оценка показателей безотказности. Такая оценка пригодна дляподтверждения требований ТЗ, но не дает возможности провестисравнительный анализ различных вариантов реализаций структуры РЭА поуровню безотказности. Это затрудняет принятие проектных решений иможет привести к неоправданному применению дополнительных мер поповышению надежности, что влечет дополнительные затраты времени исредств на проектирования и негативно сказывается на себестоимости,массогабаритных характеристиках и, в конечном итоге, наконкурентоспособности РЭА.Тематика проектной оценки показателей надежности освещенаво многих исследованиях, посвященных как вопросам проектированиярадиоэлектронной аппаратуры, так и методам теории надежности.
Косновным работам в этой области следует отнести труды И.А. Ушакова,Б.А. Козлова, Г.В. Дружинина, А.М. Половко, М.Р. Шура-Бура, А.Я.Резиновского, О.В. Абрамова, В.А. Каштанова, А.И. Медведева, В.ВЛипаева, Ю.Н. Кофанова и др. В их работах разработаны общие вопросыоценки надежности восстанавливаемых и невосстанавливаемых систем,включая оценку надежности резервированных изделий.
Для расчетов, какправило, используются аналитические методы, а расчетные формулывыводятся для ограниченного набора типовых структур и их комбинаций.Для случаев, не сводящихся к типовому набору структур, предлагается рядметодов по оценке нижних значений показателей надежности. При этомимитационное моделирование признается перспективным методом,применение которого ограничено недостаточным программным иматематическим обеспечением (Ушаков, И.А.). Способы примененияимитационного моделирования для решения задачи оценки показателейнадежности рассматривались в работах Г.Н. Черкесова, Л.К.
Горского, С.В.Гурова, И.Н. Коваленко, Н.Ю. Кузнецов и др. Однако в этих работах не3приводятся модели, применимые к устройствам со сложными критериямиотказов и изменяющимися режимами работы.Это приводит к трудностям в оценке структурной надежности наэтапах проектирования, что влияет на качество проектных решений иувеличивает вероятность ошибок при проектировании.
Поэтомуактуальной задачей является разработка метода исследования надежностиРЭА, позволяющего адекватно учесть алгоритмы реконфигурации ирезервирования в оценке показателей безотказности.Объект исследования: Типовая процедура расчетной оценкинадежности РЭА.Предмет исследования: Методы, модели и алгоритмы, применимыедля анализа проектного уровня надежности структурно-сложной РЭА.Цели и задачи работы: повышение качества проектных работ засчет разработки и внедрения нового автоматизированного метода анализанадежности структурно-сложной аппаратуры,учитывающего ееалгоритмы функционирования и реконфигурации.Для достижения данной цели были поставлены и решены следующиезадачи:Анализсовременныхпроцедуробеспечениянадежности,применяемых при проектировании РЭА.Анализ методов и методик оценки проектной надежностиструктурно-сложной РЭА.Разработка математического обеспечения:o модели реконфигурируемого РЭА, применимой к широкомуспектру структур и алгоритмов реконфигурацииo алгоритмов решения модели и оценки на основе ее показателейбезотказности.Разработка лингвистического обеспечения в виде языкамоделирования со встроенными средствами описания структуры,алгоритмов реконфигураций и критериев отказов РЭА.Разработка и реализация структуры программного обеспечения соследующим функционалом:o Преобразование формальной модели РЭА в программную;o Верификация программной модели на соответствие алгоритмамфункционирования и реконфигурации исследуемого РЭА;o Проведение имитационных экспериментов и обработка ихрезультатов (оценка проектных показателей надежности РЭА).Разработка методического обеспечения процедуры расчетной оценкипроектного уровня надежности РЭА:o инженерной методики создания и верификации моделейструктурно-сложной РЭА;o инженерной методики анализа проектных решений схемырасчета надежности (СРН) и алгоритма реконфигурации РЭА.4При решении задач диссертационного исследования были полученыследующие новые научные результаты:1.
разработана унифицированная модель элемента СРН РЭА, в отличиеот известных не привязанная к конкретной реализации структуры ипозволяющая учитывать смену законов распределения наработки приформировании временной диаграммы состояний (ВДС);2. создана модель структурно-сложной РЭА, которая отличается тем,что описывает алгоритмы реконфигурации, критерии отказов и нетребует описания всех возможных комбинаций состоянийкомпонентов;3.
предложен метод расчетной оценки показателей безотказности РЭА,который существенно повышает точность оценки за счетформирования ВДС с учетом реконфигураций;4. разработана новая инженерная методика анализа проектных решенийструктуры и алгоритма реконфигурации РЭА с точки зренияобеспечения требуемого уровня безотказности, которая позволяетсократить сроки проведения сравнительного анализа альтернативныхвариантов.Теоретическая значимость заключается в разработанных моделях иметоде оценки показателей безотказности, которые могут в дальнейшемиспользоваться в ПО САПР для совершенствования процесса анализапроектныхрешенийисокращениясроковпроектированиярадиоэлектронной аппаратуры, а также при верификации аналитическихмоделей и анализе влияния различных допущений в них на точностьрасчетной оценки.Практическуюзначимостьимеютрезультатыработы,предназначенные для использования в процессе проектированияструктурно-сложной РЭА, а именно:1.
предложенныйспособформализацииописанияСРНреконфигурируемой РЭА, в виде специализированного языка, чтопозволяет в сжатые сроки разрабатывать модели сложных РЭА;2. разработанное программное обеспечение, реализующее создание иверификациюмоделейреконфигурируемыхРЭАиавтоматизированную оценку показателей безотказности;3.
разработанное методическое обеспечение, которое значительноснижает трудозатраты на анализ проектных решений по обеспечениюуровня безотказности.Основные результаты, выносимые на защиту:1. унифицированная модель элемента СРН РЭА, предназначенная дляформирования реализации его временной диаграммы состояний наоснове распределений наработок;52. модель РЭА позволяющая сформировать реализацию временнойдиаграммысостоянийнаосновесостава,алгоритмовфункционирования и реконфигураций;3.
автоматизированныйметодрасчетнойоценкипоказателейбезотказности РЭА на основе имитационного моделирования;4. инженерная методика анализа проектных решений по обеспечениюбезотказности структурно сложной и/или реконфигурируемой РЭА.Достоверность работы основывается на использовании известныхпринциповимитационногомоделирования,положенийтеориинадежности,теорииреализацииязыковпрограммированияиподтверждаетсярезультатамичисленныхэкспериментов,демонстрирующихсходимостьрезультатовмоделированияприодинаковых исходных данных к аналитическим моделям и ожидаемыеотклонения при учете дополнительных факторов.Апробация работы осуществлялась в ходе докладов и обсужденийна Международном симпозиуме «Надежность и качество» (Пенза, 20102013), Международной конференции и Российской научной школе«Системные проблемы надёжности, качества, информационных иэлектронных технологий» – ИННОВАТИКА (Сочи, 2010-2011),Международной студенческой школе-семинаре «Новые информационныетехнологии»(Судак,2010-2013),Всероссийскойконференции«Современные проблемы радиоэлектроники» (Красноярск, 2011-2013), IIВсероссийской научно-технической конференции «Радиовысотометрия»(г.
Каменск-уральский, 2010), Научно-технической конференциистудентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ (Москва, 20102013), II Всероссийской научно-технической конференции «Системыуправления беспилотными космическими и атмосферными летательнымиаппаратами» (Москва, 2012), Международной научно-практическойконференции «Инновационные информационные технологии» (Прага,2012), научном семинаре «Надежность и качество функционированиясистем» (Москва, 2012), X Всероссийской научно-техническойконференции «Научные чтения по авиации, посвящённые памятипрофессора Н.Е. Жуковского» (Москва, 2013), что подтверждаетактуальность проведенного исследования и достоверность его результатов.По теме диссертационной работы опубликовано 29 научных трудов,в том числе 17 статей, из них 3 в изданиях, рекомендованных ВАК, 12тезисов докладов и получено 1 свидетельство о государственнойрегистрации программы для ЭВМ №2013613802.Практическая значимость работы и эффективность разработанныхсредств САПР подтверждается внедрением в практику проектирования наОАО «Научно-исследовательский институт точных приборов» (г.
Москва),ОАО «Тамбовский завод Электроприбор» (г. Тамбов), ФГУП «СНПО«Элерон» (г. Москва), ООО «Вега-Газ» (г.Москва).6СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫДиссертационная работа содержит введение, четыре главы свыводами, заключение, список литературы и приложения, включающие всебя акты внедрения и программную документацию.Вовведенииданообоснованиеактуальноститемыдиссертационногоисследованияиопределенапрактическаянаправленность результатов и логическая связь глав диссертационнойработы.В первой главе проведен анализ мероприятий по обеспечениюнадежности современной РЭА. Показано, что все они делятся на 3 группы:методы, направленные на повышение надежности составных частей (СЧ)РЭА (за счет изменения приемки, режимов работы и внешнихвоздействующихфакторов),повышениенадежностизасчетвосстановления в ходе эксплуатации (дополнение РЭА комплектом ЗИП) иструктурное повышение надежности (резервирование, реконфигурации).Эти методы могут применяться комплексно, но в случаях, когдатехническое обслуживание затруднено или невозможно (например, длябортовой аппаратуры космических аппаратов), как правило, невозможноограничится только повышением надежности СЧ.