Казаринов Ю.М. Радиотехнические системы. Под ред. Ю.М.Казаринова (2008) (1151786), страница 104
Текст из файла (страница 104)
Что такое скрытность действия РЭС и как она обеспечивается? !5. Каковы методы повышения эффективности средств радиопротиводействия? !6. Какие способы защиты объектов от ВТО могут быть использованы? !7. Какие методы защиты РЛС оторганизованныхрадиопомех находят применение? ГЛА ВА 73 НАДЕЖНОСТЬ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ 13.1. Понятия надежности и отказа Качество работы РТС существенным образом зависит от ее способности сохранять свои свойства в процессе функционирования, поскольку сколь угодно совершенные с точки зрения технических идей системы могут оказаться совершенно неработоспособными по причине выхода из строя какого-то узла. Эту способность обычно называют надежностью и оценивают некоторой системой специальных характеристик.
Проблемы оценки и повышения надежности в той или иной мере возникают при создании любой РТС, поэтому умение ориентироваться в этой достаточно сложной области необходимо каждому специалисту. Приведенные ниже начальные сведения по теории надежности должны помочь при необходимости грамотно подойти к решению подобных задач.
В общем случае под надежностью понимают способность РТС выполнять заданные функции в течение определенного периода времени в заранее обусловленных условиях эксплуатации с параметрами, установленными требованиями технического задания. Упомянутый период обычно увязан со временем решения какой- либо конкретной задачи. По современным воззрениям для сложных систем надежность определяется тремя составляющими: аппаратурной, программной и информационной, Аппаратур ная надежность, или просто надежность, характеризуется вероятностью появления дефектов в компонентах РТС, и р о г р а м м н а я надежность — вероятностью наличия ошибок в программном обеспечении, не выявленных в процессе отладки, и н форм а ци он н а я надежность — вероятностью выдачи ошибочной выходной информации при безупречной работе аппаратной части и программного обеспечения.
Причины, вызывающие потерю работоспособности системы, называют отказами. В соответствии с составляющими надежности можно определить аппаратурные, программные и информационные отказы. Первые вызываются всякого рода физическими нарушениями в РТС, вторые — переходом рабочей программы в оши- 523 бочную область, а третьи — внешними причинами, например ухудшением помеховой обстановки. Различают внезапные и постепенные отказы. Их особенности наиболее наглядно проявляются для аппаратурных отказов. В этом случае под внеза пи ы м отказом понимают мгновенный выход из строя технического устройства, вызванный обрывом или коротким замыканием проводников, механическим повреждением элементов и т.
п. Под п осте п е ни ы м отказом также понимается выход из строя технического устройства, происходящий, однако, достаточно медленно в результате длительною ухудшения какой-либо характеристики. Причиной постепенного отказа может быть, например, постепенное ухудшение изоляции конденсатора. Любой отказ является случайным событием, поэтому при решении задач оценки и повышения надежности используются положения теории вероятностей и математической статистики. Соответствующие методы решения изучаются общей теорией надежности. Исторически эта теория, прежде всею, была разработана для решения задач аппаратурной надежности.
Изложим ее элементарные положения применительно именно к этой составляющей. 13.2. Характеристики надежности Надежность РТС с очевидностью зависит от состава и числа входящих в нее элементов, способа соединения этих элементов в систему и характеристик каждого из элементов. Деление на системы и элементы достаточно условно и зависит от конкретной постановки задачи. Так, сигнальный процессор в узле обработки информации может рассматриваться и как система, состоящая из отдельных элементов (цифровых микросхем, проводников, конденсаторов и т.
п.), и как элемент более сложной системы: радиотехнической системы. Основной надежностной характеристикой элемента (системы) принято считать вероятность безотказной работы р(г), под которой понимается вероятность того, что элемент в штатных условиях будет исправен до момента времени ь Часто эту характеристику называют надежностью элемента, или интегральным законом надежности. Событием, противоположным безотказной работе, является отказ.
Вероятность того, что оно произойдет к моменту времени д называют вероятностью отказа д(~). Отказ и безотказная работа элемента составляют полную группу событий, т.е. в любой момент времени р(г) + а(г) = !. Время, прошедшее от момента начала работы элемента до момента его отказа, есть непрерывная случайная величина Т. Ее функ- 524 ция распределения вероятностей г(Г) есть вероятность того, что Т < б из чего следует равенство г(г) вероятности отказа элемента за время б т.е. г(г) = а(г) и р(г) = 1 — У(У). Введенные ранее функции для конкретных элементов определяются на основе достаточно трудоемких статистических испытаний. На практике обычно проще определяются не сами функции, а их производные, в частности Г'(г).
Последнюю производную называют плотностью вероятностей времени безотказной работы И'(г) и широко используют для вычисления других надежностных характеристик. Для нее с очевидностью справедливо соотношение И'(г) = й'(!) = -р'(г) Важной надежностной характеристикой элемента является среднее время безотказной работы Ть, представляющее собой математическое ожидание случайной величины Т Т, = ~ 1 И (г)ог = ) р(г)ог.
о о (13.1) Величину Т, называют также наработкой на отказ. В процессе статистических испытаний чаще всего определяют характеристику, именуемую интенсивностью отказов )(г). Она определяется как среднее число отказов в единицу времени, приходящееся на один работающий элемент. По существу, это условная плотность вероятности (ПВ) отказа элемента в момент времени г при условии, что до момента гон был исправен. В соответствии с известными положениями теории вероятностей )(г) = —. И'(г) р(г) (13.2) 13.3. Экопоненциальный закон надежности Выражение (13.2) позволяет составить дифференциальное уравнение, решение которого дает р(г) в явном виде.
Действительно, Р~(г) = — = = — (!и р(г)~, И'(г) -р'(г) р(г) р(г) 525 Экспериментально Цг) определяется путем деления числа элементов, отказавших за фиксированный промежуток времени, на число элементов, находящихся к началу этого промежутка в исправном состоянии. В качестве временного промежутка обычно берется один час, при другой его величине производится соответствующий пересчет, т.е, интенсивность отказов — величина, имеющая размерность ч '.
откуда вероятность безотказной работы элемента р(е) = ехр~ — ) Х(т)дт . о (! 3.3) Формула (13.3) справедлива при любых законах надежности. В частном случае, характерном для режима нормальной эксплуатации РТС, интенсивность отказов от времени не зависит, тогда Х(г) = Х = сопа1 и закон надежности общего вида переходит в экспоненциальный закон надежности: р(г) = е-". (13.4) Для этого закона основные надежностные характеристики вычисляются очень просто. Так, в этом случае вероятность отказа, ПВ времени безотказной работы и наработка на отказ элемента соответственно: 41) = Е(1) = 1 — е а; ИГ(г) = )е '"; Т; = 1~). (13.5) Для элементов современных РТС предположение о постоянстве интенсивности отказов, как правило, выполняется, поэтому экспоненциальный закон надежности широко используется для решения практических задач. 13.4. Надежность безызбыточных систем л ре(1) = П р,(г), в котором р,(г) — вероятность безотказной работы 1-го элемента; / = 1, ..., п.
В соответствии с выражением (13.3) вероятность безотказной 1 р л рщ= р~-11( ~а~, р(л= .р~-1ч уа ~, л о о лами Х, и Л обозначены интенсивности отказов 1-го элемента и всей системы 5 соответственно, что определит Безызбыточной системой в теории надежности принято считать систему, выходящую из строя при отказе любого элемента, входящего в ее состав.
Пусть такая система 5 состоит из и элементов, причем надежность каждого из них известна. Определим надежность всей системы. Очевидно, что безызбыточная система функционирует штатно тогда и только тогда, когда исправны все ее компоненты, поэтому, вероятность ее безотказной работы рз(г) есть произведение ! рз(г) = ехр~ — ~л(т)с$т = о и 1 Г'в П р (г) = ехр~~-~Х(т)дт~ = ехр ~ — ! 2' 7 (т)с(т; ~гя ы! о он~ (13.6) л(г) = ,'г ).,(г). ага Выражения (13.6) позволяют рассчитать все надежностные характеристики безызбыточной системы общего вида. В случае постоянства интенсивностей отказов всех составляющих систему элементов расчет особенно прост, а соответствующие формулы подобны формулам вида (13.5): и (Г) Е-и.
Л ~~~ ~ч' !г'"(Г) — ЛЕ-ы) ья ! 1 1 тт = — = — „ ,и 7ы (13.7) 13.5. Надежность избыточных систем Под избыточной системой будем понимать систему, сохраняющую работоспособность при отказе одного или нескольких входящих в нее компонентов. Иногда избыточность в системе присутствует изначально, однако чаще она вводится искусственно с целью улучшения аппаратурной надежности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
