Методика оценки безотказности
Лекция 4
Тема: Методика оценки безотказности нерезервированных систем
План
1. Определение цели расчета надёжности ИС и их подсистем на этапе проектирования.
2. Методика и алгоритм оценки параметров безотказности для нерезервированных систем с последовательным соединением элементов.
3. Расчетные формулы оценки характеристик безотказности нерезервированных объектов.
4. Значение интенсивностей отказов для компонент ИС.
Ключевые слова
Надёжность, методика, алгоритм, оценка параметров, характеристики надёжности, безотказность, последовательное соединение, нерезервированная система, интенсивность отказов, компоненты ИС, внезапный отказ.
Рекомендуемые материалы
Целью расчета надежности КС и их подсистем на этапе проектирования является [1, 2, 3, 6]:
· сравнение вариантов при выборе технического решения;
· получение приближенных оценок показателей надежности разрабатываемой ИС или подсистем (ЭВМ или блоков ЭВМ).
Расчеты для оценки уровней надежности объектов выполняются приближенным методами, т.к. исходные данные о надежности весьма приближенные. В то же время сравнительные расчеты надежности целесообразно выполнить по точным методам, так как приближенные оценки не могут улавливать разницу в надежности тех или других технических решений.
Методика оценки безотказности устройств ИС включает в себя следующие моменты:
· определение типа элемента и его характеристик;
· выбор метода расчета с последующим подбором определенных номограмм, таблиц, графиков или поправочных коэффициентов (вибрации, ударные нагрузки, температура, высота и т.д.);
· определение электрических нагрузок и влияния внешней среды на каждой элемент;
· определение по таблице или графику интенсивности отказа каждого элемента;
· суммирование всех интенсивностей отказов для определения интенсивности отказов изделия.
Расчет и оценка надежности устройств ИС и машин проводится в следующем порядке.
1. Формируется понятие отказа для рассматриваемого устройства и его отдельных составных частей.
Прежде чем поступить к расчету надежности, необходимо четко сформулировать, что следует понимать под отказом устройства, а затем уже выбирать число элементов, которое должно быть учтено при расчете вероятности исправной работы или при расчете других количественных характеристик надежности (учитывать только те элементы, выход из строя которых приводит к отказу системы).
2. На основании анализа структуры устройства определяется основные и вспомогательные блоки устройства.
3. Составляется схема расчета надежности.
Схему расчета необходимо составить таким образом, чтобы элементами расчета были конструктивно оформленные блоки. В устройствах в которых отсутствует элементная избыточность (т.е. нерезервированные системы), структурная схема расчета имеет вид последовательного соединения (рис. 1).
Рис. 1. Структурная схема расчета надежности
Пусть ИС состоит из n – элементов. Все элементы системы имеют свое функциональное назначение, следовательно здесь отказ любого элемента влечет за собой отказ системы. Схема расчета надежности будет представлять собой основное соединение.
4. Выбирается метод расчета надежности и производится оценка безотказности устройства по внезапным отказам.
В соответствии с видом расчета выбираются расчетные формулы и для определения интенсивности отказов изделия по таблицам определяются величины интенсивности отказов элементов.
Расчет надежности конструктивных единиц нерезервированных систем производится суммированием интенсивностей отказов.
,
а среднее время безотказной работы
.
Если система содержит Ni – элементов i-типа, а n1 означает количество разновидностей элементов системы, то
,
где n1 – число типов элементов, Ni – число элементов i-типа.
Для определения интенсивности отказов типового элемента замены (ТЭЗ-ов) суммируются интенсивности отказов входящих в него ИС, паек, разъемов.
Для определения надежности стойки суммируются интенсивности отказов входящих в нее панелей и других компонентов.
Интенсивность отказов компьютера определяется суммированием интенсивностей отказов входящих в её состав подсистем, стоек и других составляющих конструкций.
Если оценивается надежность не только аппаратуры, но всей ИС с учетом надежности программного обеспечения (ПО), необходимо к интенсивности отказов аппаратуры прибавлять также и интенсивность отказов ПО.
Вероятность безотказной работы группы элементов при условии, что отказы элементов независимы, равна произведению вероятностей безотказной работы её элементов.
,
где Рi(t) – вероятность безотказной работы i-го элемента; n – число элементов, имеющих основное соединение.
Для экспоненциального закона надежности ВБР определяется по формуле
.
Определение интенсивности отказов элементов осуществляется путем обработки статистических данных по результатам испытаний и эксплуатации.
Приведем некоторые данные об интенсивностях отказов компонентов ИС (табл. 1). Приведенные цифры необходимо умножить на 10-6, чтобы получить значения интенсивностей отказов на час.
Таблица 1
| Компонент | Интенсивность отказов λ×10-6 1/ч | Компонент | Интенсивность отказов λ×10-6 1/ч |
| ИС | 0,1 | разъем | 2,0-3,5 |
| диод | 0,2-0,5 | сердечник | 0,00001 |
| транзистор | 0,05-0,3 | выключатель | 0,2-0,5 |
| конденсатор | 0,002-0,04 | память емкости 4 Кслов | 100 |
| резистор | 0,01-0,1 | память емкостью 48 Кслов | 300 |
| трансформатор | 0,1-0,2 | контроллер пишущий машинки | 10 |
| пайка | 0,0001 | устройство ввода с перфиленты | 250 |
| пишущая машинка | 1000 | контроллер устройства ввода | 10 |
| память на дисках | 250 | печатающее устройство | 420 |
| память на МЛ | 350 | контроллер печатающего устройства | 15 |
| контроллер памяти на дисках | 15 |
5. Рассчитываются количественные характеристики надежности.
Данные расчеты заносятся в итоговые таблицы или приводятся в виде графиков. Расчеты оформляются в виде технического отчета.
Отчет должен содержать:
а) структурную схему надежности системы с кратким объяснительным текстом;
б) формулировку понятия отказа системы;
в) расчетные формулы для количественных характеристик надежности;
г) расчет количественных характеристик надежности;
д) оценку точности расчета;
е) выводы и рекомендации.
Контрольные вопросы и задания
1. В чем суть методики оценки безотказности нерезервированных систем?
2. Определите параметр надежности, который при экспоненциальном распределении остается постоянной величиной.
Вам также может быть полезна лекция "56. Пожарная характеристика производственных процессов отрасли".
3. Составьте структурную схему надежности компьютера, состоящего из пяти устройств.
4. Перечислите основные моменты методики оценки надежности ИС.
5. Как определить интенсивность отказов ТЭЗ устройств ИС?
6. Что происходит в устройстве, структурная схема надежности которого имеет основное соединение, если один из элементов отказал?
7. Какова интенсивность отказов современного процессора?
Литература: 1,2,3,6, 8.
