УЗБЕКСЬКЕ АГЕНТСТВО ЗВ'ЯЗКУ ТА ІНФОРМАТИЗАЦІЇ
ТАШКЕНТСЬКИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ
ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ
Кафедра «Комп'ютерні системи»
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
До виконання лабораторних робіт з курсу
«НАДІЙНІСТЬ ТЕХНІЧНИХ ЗАСОБІВ»
Для студентів напряму
5811300-«Сервіс» (електронної та комп'ютерної техніки)
Ташкент 2008
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу "Надійність технічних засобів".
Расулова С.С., Каххаров А.А. /ТУІТ. 54 с. Ташкент, 2008.
У цій роботі розглядаються лабораторні роботи з курсу «Надійність технічних засобів» та методика їх виконання. Основною метою є практичне ознайомлення з методами оцінки надійності, з прийомами створення алгоритмів дослідження працездатності та вивчення методів генерування тестів для цифрових пристроїв комп'ютерної техніки (КТ). Придбання навичок використання даних алгоритмів під час вирішення відповідних завдань із застосуванням комп'ютерів.
Призначені для студентів, які навчаються за напрямом 5811300-«Сервіс» (електронної та комп'ютерної техніки) за курсом «Надійність технічних засобів».
Кафедра "Комп'ютерні системи".
Табл. 10. Іл. 17 Бібліогр.: 8 назв.
Друкується за рішенням науково-методичної ради Ташкентського університету інформаційні технології.
Рецензенти: проф., д.т.н. Сагатов М.М. (ТДТУ)
Д.ф-м.н Азаматов З.Т. (Зав. відділом ДКНТ)
©Ташкентський університет інформаційних технологій, 2008.
ВИМОГИ ДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБОТ
Перед отриманням завдання студент повинен повторити відповідні розділи курсу «Надійність технічних засобів», прочитати вказану в роботі літературу, вивчити матеріали, пов'язані з особливостями вирішення заданого завдання на комп'ютері, підготувати по кожному пункту «Завдання та порядок виконання роботи» розрахункові та теоретичні матеріали. Перед початком роботи необхідно пред'явити викладачеві робочі матеріали для перевірки до обговорення.
Завдання з розрахунку надійності зазвичай містить структурну схему об'єкта дослідження, котрій необхідно визначити значення заданого показника надійності, закон функціонування системи при відмови її компонент, і навіть надійнісні характеристики елементів об'єкта.
Підготувавши вихідні дані відповідно до особливостей досліджуваної структурної схеми, необхідною точністю дослідження, можливостями універсальних алгоритмів, студент представляє їх у формі, зручній для введення в комп'ютер.
Перевіривши правильність представлення вихідних даних, студент налаштовує відповідну модель для вирішення конкретного завдання. Під час роботи у діалоговому режимі вносить корекції у вихідні дані з метою отримання заданих значень показників надійності об'єкта, що досліджується.
Завдання з тестування зазвичай тримає цифрову схему, що реалізує довільну функцію, для якої необхідно знайти тести несправностей типу х/о або х/1, використовуючи різні способипобудови тестів.
Перевіривши правильність представлення вихідних даних, студент використовуючи заданий метод генерування тестів, вирішує конкретне завдання на комп'ютері.
Після виконання роботи, отримання результатів, аналізу отриманих рішень, кожен студент зобов'язаний подати викладачеві акуратно оформлений звіт.
ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ЗАДАЧІ ТЕСТУВАННЯ
Завдання тестування.Особливості організації процесу обробки інформації, запровадження нових технологій на стадії виробництва та оригінальні схемотехнічні рішення дозволяють виділити сучасні цифрові пристрої(ЦУ) в особливий клас пристроїв, що вимагають розробки спеціальних процедурвизначення їхньої працездатності. Це однак, не означає відмови від широко застосовуваних нині методів виявлення та пошуку несправностей ЦП.
Доцільним є підхід, заснований на оптимальному використаннірезультатів, отриманих за останні роки в галузі контролю та технічної діагностики, з урахуванням особливостей архітектури та логіки функціонування ЦУ
Під тестуванням ЦУ розумітимемо процес встановлення справності або працездатності пристрою за допомогою певних вхідних впливів та аналізу відповідних вихідних впливів та аналізу відповідних вихідних реакцій.
Тестування є однією з основних процедур діагностики, завданнями якої є визначення технічного стану об'єкта контролю та у разі його непрацездатності – виявлення та локалізація несправностей.
Сукупність вхідного впливу і відповідної вихідної реакції називається тестом, а впорядкована послідовність тестів – тестової програмою. Процедура контролю ЦУ складається з розробки тестової програми, подальшої подачі вхідних впливів на контрольований прилад, спостереження вихідних сигналів та аналізу отриманих результатів з метою встановлення придатності виробу.
Процедура контролю забезпечує повний (неповний) контроль ЦУ, якщо вона виявляє будь-яку (не виявляє хоча б одну) несправність класу порушень, що розглядається. Повнота контролю є одним з основних вимог, що пред'являються до тестової програми пристрою, що розробляється. Іншим – довжина тестової програми. Залежно від того, що є інформацією для створення тестової програми ЦП, розрізняють два контролю: функціональний та структурний.
При функціональному контролі як вихідну інформацію для побудови тестів використовується алгоритм функціонування ЦУ. Необхідність функціонального контролю викликається відсутністю повної інформації про причини відмов, підвищеною складністю контрольованого пристрою, зниженими вимогами до повноти контролю тощо. Функціональний контроль найчастіше застосовується користувачами ЦП.
Методи побудови тестів для структурного контролю орієнтуються на принципову схему(структуру) ЦУ, що перевіряється. Вони застосовуються на стадії виробництва. Ці методи в даний час розроблені найповніше і на практиці зарекомендували себе при контролі та діагностиці пристроїв, що складаються з типів елементів заміни. Структурні способи забезпечують повноту контролю.
Лабораторна робота №1
ДОСЛІДЖЕННЯ НАДІЙНОСТІ СИСТЕМ З РОЗВІЛЕНОЮ СТРУКТУРОЮ
Мета роботи– ознайомлення з методикою дослідження надійності систем із розгалуженою структурою за допомогою логіко-імовірнісних методів.
Постановка задачі: Освоїти методику дослідження надійності комп'ютерних системза допомогою універсальної програмної моделі, заснованої на застосуванні логіко-імовірнісного відображення надійності поведінки систем, викладеного в .
Тривалість роботи – 2 години.
Теоретичні відомості
Одним з перспективних напрямів є розробка логіко-імовірнісних методів, математична сутність яких полягає у використанні функцій алгебри логіки (ФАЛ) для аналітичного запису умов працездатності системи та в розробці способів переходу від ФАЛ до ймовірнісних функцій, які об'єктивно виражають безвідмовність цієї системи.
Розрахунок числових значень на основі аналітичного виразу для ймовірності безвідмовної роботи(ВБР) зводиться до виконання алгебраїчних операцій перемноження та додавання. Існує кілька методів розрахунку надійності за допомогою логіко-імовірнісних методів: табличний, схемно-логічний, алгоритм розрізання, ортогоналізації.
Універсальна програмна модель є програмною реалізацією обчислювального алгоритму, що здійснює послідовність дій над вхідними даними, що характеризують досліджувану систему. Результатом таких дій є отримання чисельного значення такого показника надійності, як ВБР системи рза заданий інтервал часу Т. За допомогою аналізованого алгоритму можна досліджувати надійність надлишкових систем, що не відновлюються, з розгалуженою структурою.
Вхідними даними алгоритму є: число елементів системи – nзначення ВБР елементів за досліджуваний інтервал часу P i, а також двійкові вектори X lнайкоротших шляхів успішного функціонування системи (КПУФ), принцип отримання яких буде описано нижче. Обмеження, які пред'являються до досліджуваних систем при застосуванні обчислювального алгоритму є наступними.
Система може перебувати лише у двох станах: у стані повної працездатності ( У= I) та у стані повної відмови ( У = 0). У цьому передбачається, що дію системи детерміновано залежить від впливу її елементів, тобто. є функцією Х 1 , Х 2 ,..., Х i ,..., Х n , які, у свою чергу, можуть перебувати також тільки у двох несумісних станах: повної працездатності ( Х i = 1) та повної відмови ( Х i = 0). Конкретні значення двійкових змінних Х iвизначають стан системи чи так званий вектор станів системи Х = (Х 1 , Х 2 ,..., Х i ,..., Х n), що є основним параметром, з яким оперує обчислювальний алгоритм.
Для того, щоб задати функцію працездатності, необхідну для обчислення показника надійності, слід побудувати функцію логіки алгебри, що пов'язує стан елементів зі станом системи. Для її отримання слід використовувати поняття КПУФ, яке є такою кон'юнкцією її елементів, жодну з компонент якої не можна вилучити, не порушивши функціонування системи. Така кон'юнкція записується у вигляді наступної ФАЛ: Р l = Λ Х i , де iналежить безлічі номерів КР l, відповідних даному l-му шляху.
Інакше кажучи, КПУФ системи визначає одне з її можливих працездатних станів (PC), яке визначається мінімальним набором працездатних елементів, абсолютно необхідні виконання заданих для системи функцій. Таким чином, для досліджуваної системи необхідно визначити все dможливих КПУФ і тоді функція працездатності системи записується так:
тобто. як диз'юнкції всіх наявних КПУФ.
При визначенні зазначеного вище показника надійності необхідно обчислити функцію ймовірності виду
P [У(Х 1 ,…, Х n) = 1] = R c
при цьому основні труднощі виникають через повторну форму ФАЛ, т.к. одні й ті ж працездатні стани враховуватимуться стільки разів, скільки КПУФ вони пов'язані.
Розглянемо два обчислювальні алгоритми, заснованих на логіко-імовірнісному методі і вибираємо найбільш ефективний для заданого варіанту системи.
Порядок дій при обчисленні за першим алгоритмом
Для заданого варіанта системи визначається сукупність всіх КПУФ, які представляються як двійкових слів. Число розрядів у слові дорівнює числу елементів у системі. Значення розряду, що дорівнює 1 означає працездатність елемента, що дорівнює 0 – відповідає відмові елемента.
Алгоритм на підставі КПУФ утворює всі можливі двійкові слова, що визначають всі працездатні стани системи, вибирає безповторні та для кожного обчислює відповідну ймовірність. Наприклад, припустимо, є місткова схема, наведена на рис. 1, що складається з 5 елементів, ймовірність знаходження i –го елемента у працездатному стані дорівнює P i , ймовірність знаходження елемента у стані відмови дорівнює I - P i = Q i .
Для даної місткової схеми найкоротшими шляхами є такі: 11000, 00110, 10011 , 01101.
Рис. 1. Місткова схема
З кожним найкоротшим шляхом пов'язані працездатні стани, наведені в таблиці 1. Перший розряд ліворуч відповідає елементу з номером один.
Таблиця. 1
| КВУФ №БРС | 1 | 2 | 3 | 4 |
| 1 | +11000 | +00110 | +10011 | +01101 |
| 2 | +11001 | +00111 | 10111 | 01111 |
| 3 | +11010 | +1110 | 11011 | 11101 |
| 4 | +11011 | +01111 | 11111 | 11111 |
| 5 | +11100 | +10110 | ||
| 6 | +11101 | +10111 | ||
| 7 | +11110 | 11110 | ||
| 8 | +11111 | 1111 |
Таким чином, отримано 24 коди, що відповідають працездатним станам системи. Проте, бачимо, деякі з них повторюються в стовпцях таблиці. Виключимо з усіх 24 кодів повторні, і тоді залишиться 16 кодів, зазначених у табл. 1 знаком +. Ці отримані 16 кодів відповідають усім можливим працездатним станам схеми, що розглядається. Отже, система буде працездатна тоді, коли буде перебуває в одному з 16 перерахованих несумісних станів. Якщо обчислити ймовірності знаходження системи у кожному з 16 станів та підсумувати ці ймовірності, то отримаємо ймовірність того, що система перебуває у працездатному стані.
Якщо ймовірність знаходження i-го елемента, що не відновлюється, у працездатному стані P iє функцією часу, то отримаємо ВБР системи за заданий час. Це і є одним із основних показників надійності системи.
Отже, щоб отримати значення ймовірності знаходження системи в одному з працездатних станів, необхідно у відповідному двійковому слові замінити одиницю на ймовірність P i , а нуль на ймовірність I - Р iта перемножити дані ймовірності. Наприклад, для коду 11000 це буде твір
Імовірність знаходження нашої системи у працездатному стані визначиться тоді як
Незважаючи на простоту реалізації зазначеного процесу на обчислювальній машинівін має ряд недоліків. Головні з них – це вимога великого обсягу оперативної пам'ятідля зберігання сукупності двійкових слів, а також швидке зростання числа переборів при порівнянні двійкових слів і втрата точності обчислень зі збільшенням кількості елементів системи, так як величина 1 - P iбуває зазвичай малою.
Порядок дій при обчисленні за другим алгоритмом
На відміну від першого алгоритму, у другому розрахунок надійності систем із розгалуженою структурою ведеться з використанням табличного методу. Табличний метод розрахунку надійності системи грунтується на використанні теореми складання ймовірностей спільних подій, як виступають елементарні кон'юнкції умов працездатності (або непрацездатності) систем, описаних у ДНФ за допомогою КПУФ.
Відповідно до цієї теореми та виразу (1.1) ВБР системи обчислюється за формулою:
де ρ l & ρ jозначає спільний наступ подій, пов'язаних із КПУФ ρ lі ρ j, тобто. у працездатному стані знаходяться елементи, що належать до мінімального набору ρ j .
Незважаючи на громіздкість запису формул, алгоритм обчислення показника надійності за нею виявляється простим та легко програмується. Табличний метод обчислення зручний з двох причин:
автоматично здійснюється множення логічних змінних на себе відповідно до тотожності
взаємно знищуються багато однакових кон'юнкцій, ймовірності яких мають різні знаки.
Послідовність кроків в алгоритмі:
1. Скласти спеціальну таблицю, у якій потрібно розмістити nрядків (за кількістю елементів у системі), у рядках таблиці вказати ВБР елементів, а в назві стовпців записати всі можливі поєднання кон'юнкцій ρ iвзятих по одній, але дві, по три тощо.
2. Унаказувати знаки ймовірностей кон'юнкцій, що чергуються відповідно до формули 1.2.
3. Заповнити таблицю хрестиками та рисочками, викреслюючи однакові кон'юнкції, які увійшли до неї з різними знаками.
4. Обчислити ймовірності безвідмовної роботи системи, перемножуючи у кожному стовпці ті ймовірності ρ i, які відзначені хрестиками
Розглянемо приклад обчислення ВБР для схеми – рис. 1.
Позначимо:
Входження тієї чи іншої елемента до складу відповідних кон'юнкцій відзначається хрестом у таблиці. Можливості кон'юнкцій – ρ
1
-ρ
4
і ρ
11
- ρ
14
беруться зі знаком (+) , решта зі знаком
(-). Отже, ВБР для схеми дорівнює
Варіанти завдань
Таблиця 2
| Варіанти ВБР(Р2) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Р1 | 0,96 | 0,95 | 0,96 | 0,94 | 0,93 | 0,98 | 0,95 | 0,85 | 0,9 | 0,97 |
| Р2 | 0,94 | 0,945 | 0,97 | 0,96 | 0,95 | 0,85 | 0,99 | 0,9 | 0,92 | 0,95 |
| Р3 | 0,95 | 0,95 | 0,98 | 0,99 | 0,94 | 0,96 | 0,98 | 0,92 | 0,95 | 0,98 |
| Р4 | 0,98 | 0,96 | 0,95 | 0,98 | 0,96 | 0,93 | 0,96 | 0,93 | 0,92 | 0,96 |
| Р5 | 0,96 | 0,95 | 0,96 | 0,95 | 0,98 | 0,98 | 0,97 | 0,9 | 0,91 | 0,95 |
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ
ДЕРЖАВНИЙ ОСВІТНИЙ ЗАКЛАД ВИЩОЇ ПРОФЕСІЙНОЇ ОСВІТИ
«КІРІВСЬКА ДЕРЖАВНА ТЕХНОЛОГІЧНА АКАДЕМІЯ»
Кафедра А та У
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
"Надійність систем управління"
УТОЧНЕНИЙ РОЗРАХУНОК
КІЛЬКІСНИХ ПОКАЗНИКІВ НАДІЙНОСТІ.
Килимів, 2007 р.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2
УТОЧНИЙ РОЗРАХУНОК КІЛЬКІСНИХ ПОКАЗНИКІВ НАДІЙНОСТІ СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ.
Мета роботи: опанування методів розрахунку кількісних показників надійності, уточнених за результатами робочого проектування, виготовлення та випробувань дослідних зразків.
1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ
Цей вид розрахунку проводиться з метою уточнення оцінки надійності, проведеної на стадіях ескізного та технічного проектування.
За результатами попередніх етапів проектування та випробувань дослідних зразків мають бути:
Проведено випробування дослідних зразків виробу з метою визначення умов та режимів експлуатації з урахуванням обраних способів захисту від зовнішніх факторів, що впливають, для забезпечення заданої надійності;
Уточнені за результатами випробувань розрахункові карти робочих режимів комплектуючих виробів та елементів, а також теплові режими їх роботи (перегрів) з урахуванням вжитих заходів для охолодження блоків виробу;
Відомі функціональні залежності інтенсивностей відмов комплектуючих виробів та елементів від електричного навантаження, температури, механічних впливів та інших умов експлуатації.
2. ЗАВДАННЯ НА ПРОВЕДЕННЯ РОБОТИ
Провести уточнений розрахунок кількісних показників надійності виробу у заданих конкретних реальних умовах експлуатації. Вихідні дані щодо варіанту принципової електричної схемивироби та умовам її експлуатації, а також перелік показників надійності, що розраховуються, задає викладач (варіанти відповідають варіантам завдання з лабораторної роботи №1).
3. МАТЕМАТИЧНІ МОДЕЛІ ДЛЯ РОЗРАХУНКУ ІНТЕНСИВНОСТЕЙ ВІДМОВ
3.1. Математична модель для розрахунку інтенсивностей відмов резисторів, конденсаторів, напівпровідникових елементів, трансформаторів та моточних виробів.
font-size:13.0pt;line-height:150%"> (1)
де, λ0 – номінальне значення інтенсивності відмов елементів елементів КІ, що входять у виріб, відповідне коефіцієнту електричного навантаження Кн = 1 і температурі навколишнього середовища Т 0С = +20 0С.
Значення λ0 вибираються із відповідних таблиць:
Для резисторів – таблиця 1;
Для конденсаторів – таблиця 2;
Для напівпровідникових приладів – таблиця 3;
Для трансформаторів та моточних виробів (дроселі, котушки індуктивності та ін) – таблиця 4.
а i = f (K н ,Тhttps://pandia.ru/text/79/296/images/image003_85.gif" width="12" height="23 src=">.gif" width="12 height=23" height="23" >0С у зоні елемента. Значення коефіцієнтів вибираються з відповідних таблиць ( i = 1,2,3,4)
а1 – поправочний коефіцієнт визначення λэ резисторів вибирається з таблиці 5;
а2 – поправочний коефіцієнт визначення λэ конденсаторів вибирається з таб. 6;
а3 – поправочний коефіцієнт визначення λэ напівпровідникових приладів вибирається з таблиці 7;
а4 – поправочний коефіцієнт визначення λэ трансформаторів і моточних виробів (дросселів, котушок індуктивності) вибирається з таблиці 8;
Ki - поправочний коефіцієнт, що враховує дії зовнішніх факторів, що впливають і вибирається з відповідних таблиць ( i = 1,2,3,4)
К1 , К2 – поправочні коефіцієнти, що враховують впливи відповідно вібрацій та ударних навантажень на елементи та КІ, значення даних коефіцієнтів вибираються з таблиці. 9;
К3 – поправочний коефіцієнт, що враховує вологість та температуру навколишнього середовища, вибирається з таблиці 10;
К4 – поправочний коефіцієнт, що враховує зміну λе залежно від висоти над рівнем моря, вибираються з таблиці 11.
3.2. Математична модель для розрахунку інтенсивності відмов реле:
де, λ0' – базове значення інтенсивності відмов реле, яке обчислюється за формулою:
| |
Формула (3) використовується для реле з діаметром дроту обмотки
d ≥ 0,35 мм;Формула (4) використовується для реле з діаметром дроту обмотки d< 0,35 мм.
N – загальна кількість контактних пар;
n - Число задіяних контактних пар;
λ0 – номінальне значення інтенсивності відмов реле, яке вибирається з таблиці 12.
Ki - Поправочний коефіцієнт, що враховує дії зовнішніх факторів. Значення коефіцієнтів Ki (i = 1, 2, 3, 4) вибирається відповідно з таблиць 9, 10, 11.
KF - Коефіцієнт, що враховує частоту комутації реле при роботі у виробі, значення даного коефіцієнта вибираються з таблиці 13.
3.3. Математична модель для розрахунку інтенсивності відмов інтегральних мікросхем:
font-size:13.0pt;line-height:150%"> (5)
де - базове значення інтенсивності відмов інтегральних мікросхем обчислюється за такою формулою:
https://pandia.ru/text/79/296/images/image009_38.gif" width="136" height="44 src="> (6)
де EN-US" style="font-size:13.0pt;line-height:150%">n– кількість зовнішніх задіяних висновків мікросхеми;
Ki – (i
3.4. Математична модель для розрахунку інтенсивності відмов комутаційних елементів (тумблери, перемикачі, кнопки):
font-size:13.0pt;line-height:150%"> (7)
де λ0 - номінальне значення інтенсивності відмов, вибирається з таблиці 14;
До f - Коефіцієнт, що залежить від частоти включення, значення даного коефіцієнта вибирається з таблиці 15;
Ki – (i = 1, 2, 3, 4) вибираються відповідно до таблиць 9, 10, 11.
3.5. Математична модель для розрахунків інтенсивності відмов роз'ємів:
font-size:13.0pt;line-height:150%"> (8)
де λ0 - номінальне значення інтенсивності відмов рознімань, вибирається з таблиці 16;
Ккс - коефіцієнт, що залежить від кількості зчленувань - розчленувань, вибирається з таблиці 17;
Ккк - коефіцієнт, що залежить від кількості задіяних контактів, значення даного коефіцієнта обчислюється за формулою:
Ккк = (9)
де n – кількість задіяних контактів;
Ki – (i = 1, 2, 3, 4) вибираються відповідно до таблиць 9, 10, 11.
3.6. Математична модель для розрахунків інтенсивності відмов електричних кабелів, дротів, шнурів:
font-size:13.0pt;line-height:150%"> (10)
де λ0 - номінальне значення інтенсивності відмов кабелів, дротів, шнурів, вибирається з таблиці 18;
L - Сумарна довжина кабелю (проводу, шнура); для виробів з L ≤ 3 м допускається приймати L = 1 м;
Кф - функціональний коефіцієнт, значення якого може бути визначено за формулою:
Кф = (11)
де Еа – умовна енергія активації, кДж/моль;
R г = 8,3144 - універсальна газова стала, Дж / Град · моль;
До t - температурний коефіцієнт, що залежить від робочої температури навколишнього середовища в апаратурі; визначається за формулою:
Kt = 
(12)
де tp - Робоча максимальна температура в апаратурі (виробі), 0С;
t б - базова температура, що дорівнює 25 0С при або 100 0С при (на кшталт кабелю).
Як правило, максимальна температура виробу з урахуванням перегріву в діапазоні 70 0С – 80 0С.
Величина умовної енергії активації змінюється в межах від 40 до 120 кДж/моль (середньому) та у досить широкому температурному діапазоні має рівень
Еа з урахуванням зазначених обмежень для практичних розрахунків у формулі (10) при EN-US style="font-size:13.0pt;line-height:150%" >tp = 70 0C , Кф = 200 при tp = 80 0 C і Кф = 600 при tp = 100 0 C
Ki – (i = 1, 2, 3, 4) вибираються відповідно до таблиць 9, 10, 11.
3.7. Математична модель для розрахунку інтенсивностей відмов з'єднань (пайок):
font-size:13.0pt;line-height:150%"> (13)
де λ0 – номінальне значення інтенсивності відмов пайок;
λ0 = 0,015 · 10-6 1/год
п –кількість пайок у виробі;
Ki – (i = 1, 2, 3, 4) вибираються відповідно до таблиць 9, 10, 11.
3.8. Математична модель для розрахунку інтенсивності відмов запобіжників:
де λ0 – номінальне значення інтенсивності відмов запобіжників;
λ0 = 0,5 · 10-6 1/год
КТ – тепловий коефіцієнт, що залежить від температури робочого навколишнього запобіжника середовища; значення даного коефіцієнта вибираються з таблиці 19;
Ki – (i = 1, 2, 3, 4) вибираються відповідно до таблиць 9, 10, 11.
3.9. Математична модель для розрахунку інтенсивності відмов електричних машин:
font-size:13.0pt;line-height:150%"> (15)
де λ0 – номінальне значення інтенсивності відмов електричних машин, що вибирається з таблиці 20;
а4 – поправочний коефіцієнт визначення λ електричних машин, вибирається з таблиці 8;
Δλ – додаткова інтенсивність відмов електричних машин, залежно від швидкості обертання, вибираються з таблиці 21;
Ki – (i = 1, 2, 3, 4) вибираються відповідно до таблиць 9, 10, 11.
4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ РОЗРАХУнку
4.1. Аналізується важлива електрична схема вироби з погляду елементно – кількісного складу, який розбивається на До груп рівнонадійних елементів по штук у кожній групі.
При цьому передбачається, що виріб, що розглядається, має послідовну схему сполук розрахунку надійності.
Результати аналізу заносяться до таблиці 22, графи 1 – 4.
4.2. Відповідно до номенклатури використовуваної елементної бази з таблиць 1, 2, 3, 4, 12, 14, 16, 18, 20 вибираються номінальні значення інтенсивностей відмов елементів та комплектуючих виробів (КІ), що використовуються у виробі.
Вибрані номінальні значення інтенсивностей відмов КІ заносяться до таб. 22.
4.3. За наявними коефіцієнтами навантаження КН (графа 6) та величиною робочої температури (графа 7) навколишній елемент середовища (з урахуванням перегріву) для кожного елемента та КІ з таблиць 5, 6, 7, 8 вибираються значення поправочних коефіцієнтів а i = f (KH, ТEN-US">C)
i = 1, 2, 3, 4.4.4. З таблиць 9, 10, 11 для кожного елемента і КІ вибираються значення коефіцієнтів i залежно від заданих умов експлуатації (умов жорсткості експлуатації).
Вибрані значення коефіцієнтів До i (i = 1,2,3,4) заносяться до граф 9 – 12 таб. 22.
4.5..gif" width="21" height="25 src=">= const )
Результати обчислень заносять до графи 16 таблиці 22.
4.6. Визначаються сумарні інтенсивності відмов для кожної групи рівнонадійних елементів та КІ, результати обчислень ( nj · λ е i ) заносяться до графи 14 таблиці 22.(де - кількість рівнонадійних елементів у групі, https://pandia.ru/text/79/296/images/image029_9.gif" width="21" height="24 src="> = const - інтенсивність відмови кожного елемента j-ої групи)
4.7. Для реле значення експлуатаційної інтенсивності відмов обчислюється за такою формулою (2). При цьому значення номінальних інтенсивностей відмов вибираються з таблиці 12. Залежно від діаметра дроту обмотки обчислюються базові значення інтенсивності відмов реле. F вибираються з таблиці 13. Поправочні коефіцієнти К1, К2, К3, К4 вибираються із таблиць 9, 10, 11.
4.8. Для тумблерів, перемикачів, клавіш значення експлуатаційної інтенсивності відмов обчислюються за формулою (7). Значення номінальних інтенсивностей відмов вибираються з таблиці 14. f вибираються із таблиці 15. Поправочні коефіцієнти К1, К2, К3, К4 вибираються з таблиць 9, 10, 11.
4.9. Для інтегральних мікросхем значення експлуатаційної інтенсивності відмов визначаються за такою формулою (5). У цьому базове значення інтенсивності відмов обчислюється за такою формулою (6); - Вибираються з таблиці 3 (малопотужних транзисторів).
4.10. Для рознімань значення експлуатаційної інтенсивності відмов визначається за формулою (8). При цьому значення номінальної інтенсивності відмов вибирають із таблиці 16,
Значення коефіцієнтів КкК вибираються з таблиці 17. Значення коефіцієнтів Ккк обчислюються за формулою (9).
Значення поправочних коефіцієнтів К1, К2, К3, К4 вибираються із таблиць 9, 10, 11.
4.11. Для пайок (з'єднань) значення експлуатаційної інтенсивності відмов визначаються за формулою (13). У цьому величина номінальної інтенсивності відмов береться рівної λ0 = 0,015 · 10-6 1/ год.
Значення поправочних коефіцієнтів К1, К2, К3, К4 вибираються із таблиць 9, 10, 11.
4.12. Для запобіжників (вставок плавких) значення експлуатаційної інтенсивності відмов визначаються за такою формулою (14). У цьому значення номінальної інтенсивності відмов береться рівним λ0 = 0,5 · 10-6 1/ год.
Значення коефіцієнта КТ вибирається з таблиці 19 залежно від значень температури робочого навколишнього запобіжника середовища.
Значення поправочних коефіцієнтів К1, К2, К3, К4 вибираються із таблиць 9, 10, 11.
4.13. Для електричних машин величина експлуатаційної інтенсивності відмов визначається за формулою (15).
Значення номінальної інтенсивності відмов вибираються із таблиці 20.
Значення поправочного коефіцієнта а4 вибираються з таблиці 8, залежно від температури навколишнього середовища. Додаткова інтенсивність відмов Δλ як функція швидкості обертання вибирається з таблиці 21.
Значення поправочних коефіцієнтів К1, К2, К3, К4 вибираються із таблиць 9, 10, 11.
4.14. Результати обчислень значень експлуатаційної інтенсивності відмов елементів та КІ, виконані відповідно до алгоритмів 3.7 – 3.12, заносяться до графи 13 таблиці 22.
4.15. Визначаються сумарні інтенсивності відмов кожної групиnjелементів (3.7 – 3.12) та результати обчислень (nj· λ е i ) заносяться до графи 14 таблиці 22.
4.16. Обчислюються значення інтенсивності відмов виробу в цілому за допомогою підсумовування всіх значень графи 14 таблиці 22:
5. ЗВІТНІСТЬ
Результати уточненого розрахунку показників надійності виробу оформляються у вигляді відліку, що містить:
5.1. Завдання: № варіанта __. Умови експлуатації: за типом об'єкта, наприклад, «літак»
температурний діапазон_________________________________________
вібраційні навантаження __________________________________________
ударні навантаження _______________________________________________
висотність_____________________________________________________
вологість_____________________________________________________
Перелік показників надійності, що підлягають розрахунку _______________
5.2. Принципову електричну схему виробу та перелік елементів.
5.3. Таблицю 22, що містить вихідні дані (результати аналізу принципової електричної схеми виробу, значення коефіцієнтів навантаження Кн, температури навколишнього середовища для кожного елемента і КІ), проміжні результати обчислень, значення поправочних та інших коефіцієнтів, підсумкові результати обчислень групових інтенсивностей відмов (графа 14).
5.4. Номенклатуру визначених кількісних показників надійності (потрібні показники надійності с, Т, P(t)).
Лабораторна робота №2 - Надійність елементів, що відновлюються
Варіант №5
Мета роботи:визначити кількісні характеристики надійності елементів, що відновлюються.
Відповіді на контрольні питання
Питання №1:Зобразіть графік функціонування відновлюваного елемента
Питання №2:Перерахуйте критерії надійності нерезервованих об'єктів, що відновлюються.
T - напрацювання на відмову (середній час між відмовами); ω(t) – параметр потоку відмов; Tв – середній час відновлення системи; µ(t) – інтенсивність відновлення.
Питання №3:Запишіть формулу для визначення середнього доробку на відмову за статистичними даними.
- ti – напрацювання між i – 1 та i-м відмовами, год;
- n(t) – сумарна кількість відмов протягом t.
Питання №4:Що таке параметр потоку відмов? Запишіть формулу визначення параметра потоку відмов за статистичними даними.
Параметр потоку відмов є щільність ймовірності виникнення відмови відновлюваного об'єкта.
- n(Δti) – кількість відмов у всіх об'єктах за інтервал часу Δti;
- N0 - кількість однотипних об'єктів, що беруть участь в експерименті (об'єкт, що відмовився, відновлюється, N0 = соnst).
Питання №5:Вкажіть ознаки та властивості найпростішого потоку відмов.
- Стаціонарність;
- Ординарність;
- Відсутність наслідків.
Питання №6:У чому виявляється властивість стаціонарності потоку відмов об'єктів, що відновлюються?
Означає, що на будь-якому проміжку часу Δti ймовірність виникнення n відмов залежить тільки від n та величини проміжку Δti, але не залежить від зсуву по осі часу.
Питання №7:Якими співвідношеннями пов'язані середній час відновлення та інтенсивність відновлення об'єктів, що відновлюються?
Питання №8:Який об'єкт називається відновлюваним?
Об'єкт, працездатність якого у разі відмови підлягає відновленню в аналізованих умовах.
Питання №9:Як визначається середній час відновлення об'єкту?
- n – число відновлень, що дорівнює кількості відмов;
- τi - час, витрачений на відновлення (виявлення, пошук причини та усунення відмови), у годинах.
Питання №10:Запишіть формулу визначення інтенсивності відновлення об'єкта.
- nв(Δt) – кількість відновлень однотипних об'єктів за інтервал Δt;
- Nн.пор. – середня кількість об'єктів, що перебувають у невідновленому стані на інтервалі Δt.
Питання №11:За допомогою якого показника обчислюється ймовірність того, що об'єкт непрацездатний у довільний час?
Коефіцієнт вимушеного простою.
Питання №12:Що таке коефіцієнт готовності? Запишіть формулу визначення коефіцієнта готовності для одного об'єкта, що відновлюється.
Це ймовірність того, що об'єкт опиниться у працездатному стані у довільний момент часу, крім запланованих періодів, протягом яких застосування об'єкта за призначенням не передбачається.
Питання №13:Що характеризує коефіцієнт оперативної готовності об'єкта?
Імовірність того, що об'єкт опиниться у працездатному стані в довільний момент часу (крім запланованих періодів, протягом яких застосування об'єкта за призначенням не передбачається) і, починаючи з цього моменту, працюватиме безвідмовно протягом заданого інтервалу часу.
Виконання завдання лабораторної роботи
5. Інтенсивність відмови відновлюваного елемента дорівнює λ = 0,000 9, а інтенсивність відновлення µ = 0,4 1/год. Визначити показники надійності елемента: напрацювання на відмову, середній час відновлення та коефіцієнт готовності.
Розрахуйте значення функції готовності елемента від 0 до 40 год з кроком 2 год і подайте результати як графіка залежності функції готовності від часу.
1) - напрацювання на відмову (середній час між відмовами);
Якщо об'єкту, що відновлюється, при відсутності відновлення має характеристику λ = const, то, надаючи об'єкту відновлюваність, ми зобов'язані записати ω( t) = const; λ = ω, і між цими показниками існують такі залежності:
Напрацювання на відмову
2) - середній час відновлення об'єкта;
В окремому випадку, коли інтенсивність відновлення постійна, тобто (інтенсивність відновлення µ = 0,4 1/год.), ймовірність відновлення за заданий час tпідпорядковується експоненційному закону та визначається за виразом
а взаємозв'язок середнього часу відновлення та інтенсивності відновлення визначається співвідношеннями
Години - середній час відновлення об'єкта;
3) (коефіцієнт готовності);
4) - функція готовності (імовірність того, що об'єкт готовий до роботи у довільний момент часу t);
|
Значення функції готовності |
|
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ
РЯЗАНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ РАДІОТЕХНІЧНИЙ
УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ АВТОМАТИКИ ТА ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ
В УПРАВЛІННІ
Кафедра автоматизованих систем керування
Методичні вказівки до лабораторним роботамза дисципліною
Надійність інформаційних систем
Спеціальність 071900 - Інформаційні системи та технології
Денна форма навчання
Рязань 2006
Вступ
Проблема надійності технічних системІснує вже кілька десятиліть, і вона особливо загострилася з широким використанням складних систем. Створення та використання такої техніки без спеціальних заходів щодо забезпечення її надійності не має сенсу. Небезпека полягає не тільки в тому, що нова складна техніка не працюватиме (будуть виникати простої), але головним чином у тому, що відмови в її роботі, у тому числі і неправильна робота, може призвести до катастрофічних наслідків. З огляду на це при проектуванні, виготовленні та експлуатації систем повинні вживатися відповідні заходи, що забезпечують підвищення надійності цих систем.
Методичні вказівки містять опис чотирьох лабораторних робіт.
У першій лабораторній роботі вивчаються основні поняття та методика орієнтованого розрахунку надійності електронного блоку, для якого відомі показники надійності елементів. Електронний блок сприймається як невідновлюваний у процесі роботи об'єкт. Результати розрахунку надійності електронних блоків можуть використовуватись для оцінки надійності комплексу технічних засобів інформаційної системи.
Друга лабораторна робота присвячена вивченню надійності системи, що відновлюється. Ця тема зазвичай асоціюється з аналізом надійності технічних систем, які у процесі роботи у разі відмов відновлюються. Проте відмовити може як технічний засіб, а й інформація, яка, наприклад, зберігається у базі даних. Приведення бази даних точно в стан, що існувало перед відмовою, виконується за допомогою спеціальних процедур відновлення.
У третій лабораторній роботі досліджується резервована (дубльована) система, що відновлюється. p align="justify"> Метод резервування широко використовується в інформаційних системах не тільки на рівні технічних засобів, але і на рівні забезпечення безпеки даних. Одним із обов'язків адміністратора інформаційної системи є резервування даних. Наявність резервної копії бази даних дозволяє відновити працездатність системи при виході з експлуатації основних файлів даних.
При обміні інформацією між різними підсистемами резервування може бути реалізовано за рахунок можливості використання додаткових каналів зв'язку або за рахунок багаторазової передачі інформації і т.п.
Четверта лабораторна робота присвячена вивченню ефективності функціонування системи, що відновлюється, тобто. ступеня її пристосованості до виконання заданих функцій. Оцінка ефективності важлива у випадках, коли складна система при відмові окремих підсистем продовжує функціонувати з деяким погіршенням якості функціонування.
Методичні вказівки до лабораторних робіт призначені для студентів денної та заочної форм навчання за спеціальністю 071900 «Інформаційні системи та технології», які вивчають дисципліну «Надійність інформаційних систем».
Гальмує
