Выпуск #4/2001
С.Лунев, В.Майоров.
Расчет надежности в процессе проектирования радиоэлектронных систем
Расчет надежности в процессе проектирования радиоэлектронных систем
Просмотры: 2951
Задачи обеспечения требуемых показателей надежности неизбежно возникают как при проектировании радиоэлектронных систем, так и при последующей их эксплуатации. Избавиться от большого объема рутинной работы и заметно повысить точность и оперативность расчетов показателей надежности позволяет пакет программ “Автоматизированное рабочее место для оценки надежности систем” (АРМ надежности), разработанных в НИИ “Квант”. Программы интегрированы в общую оболочку и позволяют проводить оперативную оценку показателей надежности системы на всех стадиях ее разработки и эксплуатации. Благодаря простоте и удобству графического интерфейса АРМ рассчитывать показатели надежности могут даже не специалисты в этой области.
Эффективное функционирование сложных радиоэлектронных систем (РЭС) невозможно без специальных мер по повышению их надежности и формирования соответствующих подходов к их эксплуатации. Современная технология проектирования средств радиоэлектронной техники рассматривает разработку концепций, методов и средств обеспечения надежности как составную часть процесса создания изделия. Такой подход, повышая надежность, готовность и обслуживаемость (RAS – от английского Reliability, Availability and Serviceability) систем, подразумевает пристальное внимание к потенциально слабым в отношении надежности и обслуживаемости элементам системы, тщательный анализ известных, а также разработку новых эффективных методов и средств их устранения.
Для повышения эффективности работы специалистов по надежности разработан пакет программ “Автоматизированное рабочее место для оценки надежности систем” (АРМ надежности). Он позволяет рассчитывать и прогнозировать надежность технических средств (ТС) РЭС на различных этапах разработки, обрабатывать статистические данные об их надежности, моделировать работу системы в части надежности, а также анализировать и осваивать новые методики расчета надежности ТС. Работы по оценке надежности РЭС регламентированы стандартами, справочниками и другой технической литературой [1–8]. Нормативные документы, лежащие в основе АРМ, приведены во врезке. При прогнозировании и оценке параметров надежности РЭС удобно выделить: расчет параметров надежности; моделирование параметров; мониторинг РЭС; расчет параметров ЗИП; составление нормативных документов.
Расчет параметров надежности отдельных радиоэлементов производится по единому справочнику по надежности [1] (для отечественных элементов) или по американскому военному стандарту MIL-HDBK-217F [2] (для импортных элементов).
Перед началом расчета необходимо ознакомиться с процессом производства, применяемой технологией и видами испытаний на производстве, а также с условиями применения элементов. Желательно заранее подготовиться к вопросам, возникающим в процессе расчета, для чего прогнать программы расчета на нескольких контрольных примерах.
Надежность блоков, устройств и изделий в целом рассчитывается исходя из показателей надежности элементов – полученных ранее, находящихся в электронной базе данных или приведенных в технической документации и в справочной литературе. Если в сложных устройствах использованы сменные ремонтируемые узлы и блоки (платы, карты, ТЭЗ и др.), необходимо знать время ремонта самих изделий и сменных ремонтируемых комплектующих, а также период пополнения невосстанавливаемых запасных частей.
Надежность сложных систем рассчитывается не только по формулам – можно применить и прямое моделирование потока отказов и восстановления. При этом задают законы распределения потоков, математические ожидания и среднеквадратичные отклонения. Параметры законов распределения рассчитываются в программе автоматически и отображаются на экран вместе с формулами законов.
При моделировании число реализаций процесса и количество отказов в каждой реализации задает пользователь. Очевидно, что чем больше реализаций и отказов в каждой реализации, тем точнее полученный результат, но тем продолжительнее решение задачи. Метод моделирования может служить для проверки аналитического расчета, его также используют при сложных схемах и законах распределения, не описываемых простыми формулами.
Мониторинг устройств, блоков и изделий необходим для оперативного определения состояния контролируемой РЭС. Он включает в себя работу на местах – заполнение машинных журналов, карточек учета отказов (рис.1) и другой документации непосредственными исполнителями – и дальнейшую обработку этой информации системой "АРМ надежности".
Сначала на основе собранных данных производится предварительная обработка информации, отделяются явно ошибочные записи, уточняются виды отказов, сбоев и других событий, объединяются однотипные отказы (вызванные одной и той же причиной). Показатели согласовываются с обслуживающим персоналом. Затем рассчитываются значения наработки на отказ и времени восстановления с учетом плановой профилактики. Соответствующие программы вызывают с помощью вложенных “меню” (рис.2). Дальнейшая обработка может происходить в соответствии с алгоритмом, показанным на рис.3.
Расчет ЗИП производится по требованиям, в которых оговорены вид ЗИП (одиночный, групповой и др.), вероятность обеспечения ЗИП, период пополнения ЗИП (для невосстанавливаемых элементов) или время восстановления. В программу расчета заложена оптимизация объема ЗИП. Для оперативного расчета ЗИП (без оптимизации) предусмотрено две программы – для восстанавливаемых и невосстанавливаемых элементов, с ручным вводом параметров.
В состав АРМ надежности входят также программы для ввода информации в базу данных по надежности, шаблоны для составления программ обеспечения надежности (ПОН) на различных этапах разработки РЭС (рис.4), шаблоны для составления РР1 и РР2.
Система оценки параметров надежности РЭС использовалась авторами при проектировании различных вычислительных устройств и подтвердила свою эффективность. Сейчас система развивается в части мониторинга изделий, в первую очередь в области программной обработки первичной информации о состоянии РЭС на основе специальных сетевых программных средств. ПО АРМ представляет собой открытую систему, легко адаптирующуюся к современным требованиям по надежности РЭС.
ЛИТЕРАТУРА
1. Надежность электрорадиоизделий: Единый справочник МО и МЭП СССР. – ВНИИ “Электронстандарт”.
2. Military Handbook MIL-HDBK-217F. Reliability Prediction of Electronic Equipmnent, 1991, с изм.1 от 1992 г. и изм.2 от 1995 г.
3. Половко А.М. Основы теории надежности. – М.: Наука, 1964.
4. Справочник по надежности (Reliability Handbook). В 3-х т. – М.: Мир, 1969–1970.
5. Яншин А. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности ЭВМ. – М.: Радио и связь, 1983.
6. Шор Я.Б. Статистические методы анализа и контроля качества и надежности. – М.: Советское Радио, 1967.
7. Коуден. Д. Статистические методы контроля качества. – М.: Гос.изд. физ-мат. литературы, 1961.
8. Справочник. Надежность технических систем/Под ред. И.А. Ушакова. – М.: Радио и Связь, 1985.
Нормативные документы, регламентирующие надежность РЭС
Общие положения
Комплект ГОСТ Р ИСО 9001-9003 – 96. Системы качества.
ОСТ 4Г0.005.256-84. Система организации работ по обеспечению надежности радиоэлектронных средств. Контроль технической документации.
ОСТ В4Г0.000.258-85. Оценка правильности применения электрорадиоизделий и средств измерений. Типовые формы карт рабочих режимов и правила заполнения.
РУК РП-81. Часть 1. Руководство по оценке правильности применения электрорадиоизделий и средств измерений в аппаратуре общего назначения. Общие положения. Карты оценки правильности применения электрорадиоизделий.
РУК РП-81. Часть 2. Руководство по оценке правильности применения электрорадиоизделий и средств измерений в аппаратуре общего назначения. Методики оценки правильности применения электрорадиоизделий.
Технические параметры надежности
ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия.
ГОСТ 27.003-90. Надежность в технике. Состав и общие правила задания требований по надежности.
Комплекс государственных стандартов “Мороз-5”.
Комплекс государственных стандартов “Климат-7”.
Требования к ЗИП, порядок и методики расчета ЗИП
ОСТ 107.460085.500-86. Радиоэлектронная аппаратура. Инструменты и принадлежности, входящие в комплекты ЗИП. Руководство по выбору.
РД В50-503-84. Аппаратура радиоэлектронная. Методики оценки и расчеты запасов в комплектах ЗИП.
ГОСТ В15.705-86. СРППОТ. Запасные части, инструменты и принадлежности. Основные положения.
Для повышения эффективности работы специалистов по надежности разработан пакет программ “Автоматизированное рабочее место для оценки надежности систем” (АРМ надежности). Он позволяет рассчитывать и прогнозировать надежность технических средств (ТС) РЭС на различных этапах разработки, обрабатывать статистические данные об их надежности, моделировать работу системы в части надежности, а также анализировать и осваивать новые методики расчета надежности ТС. Работы по оценке надежности РЭС регламентированы стандартами, справочниками и другой технической литературой [1–8]. Нормативные документы, лежащие в основе АРМ, приведены во врезке. При прогнозировании и оценке параметров надежности РЭС удобно выделить: расчет параметров надежности; моделирование параметров; мониторинг РЭС; расчет параметров ЗИП; составление нормативных документов.
Расчет параметров надежности отдельных радиоэлементов производится по единому справочнику по надежности [1] (для отечественных элементов) или по американскому военному стандарту MIL-HDBK-217F [2] (для импортных элементов).
Перед началом расчета необходимо ознакомиться с процессом производства, применяемой технологией и видами испытаний на производстве, а также с условиями применения элементов. Желательно заранее подготовиться к вопросам, возникающим в процессе расчета, для чего прогнать программы расчета на нескольких контрольных примерах.
Надежность блоков, устройств и изделий в целом рассчитывается исходя из показателей надежности элементов – полученных ранее, находящихся в электронной базе данных или приведенных в технической документации и в справочной литературе. Если в сложных устройствах использованы сменные ремонтируемые узлы и блоки (платы, карты, ТЭЗ и др.), необходимо знать время ремонта самих изделий и сменных ремонтируемых комплектующих, а также период пополнения невосстанавливаемых запасных частей.
Надежность сложных систем рассчитывается не только по формулам – можно применить и прямое моделирование потока отказов и восстановления. При этом задают законы распределения потоков, математические ожидания и среднеквадратичные отклонения. Параметры законов распределения рассчитываются в программе автоматически и отображаются на экран вместе с формулами законов.
При моделировании число реализаций процесса и количество отказов в каждой реализации задает пользователь. Очевидно, что чем больше реализаций и отказов в каждой реализации, тем точнее полученный результат, но тем продолжительнее решение задачи. Метод моделирования может служить для проверки аналитического расчета, его также используют при сложных схемах и законах распределения, не описываемых простыми формулами.
Мониторинг устройств, блоков и изделий необходим для оперативного определения состояния контролируемой РЭС. Он включает в себя работу на местах – заполнение машинных журналов, карточек учета отказов (рис.1) и другой документации непосредственными исполнителями – и дальнейшую обработку этой информации системой "АРМ надежности".
Сначала на основе собранных данных производится предварительная обработка информации, отделяются явно ошибочные записи, уточняются виды отказов, сбоев и других событий, объединяются однотипные отказы (вызванные одной и той же причиной). Показатели согласовываются с обслуживающим персоналом. Затем рассчитываются значения наработки на отказ и времени восстановления с учетом плановой профилактики. Соответствующие программы вызывают с помощью вложенных “меню” (рис.2). Дальнейшая обработка может происходить в соответствии с алгоритмом, показанным на рис.3.
Расчет ЗИП производится по требованиям, в которых оговорены вид ЗИП (одиночный, групповой и др.), вероятность обеспечения ЗИП, период пополнения ЗИП (для невосстанавливаемых элементов) или время восстановления. В программу расчета заложена оптимизация объема ЗИП. Для оперативного расчета ЗИП (без оптимизации) предусмотрено две программы – для восстанавливаемых и невосстанавливаемых элементов, с ручным вводом параметров.
В состав АРМ надежности входят также программы для ввода информации в базу данных по надежности, шаблоны для составления программ обеспечения надежности (ПОН) на различных этапах разработки РЭС (рис.4), шаблоны для составления РР1 и РР2.
Система оценки параметров надежности РЭС использовалась авторами при проектировании различных вычислительных устройств и подтвердила свою эффективность. Сейчас система развивается в части мониторинга изделий, в первую очередь в области программной обработки первичной информации о состоянии РЭС на основе специальных сетевых программных средств. ПО АРМ представляет собой открытую систему, легко адаптирующуюся к современным требованиям по надежности РЭС.
ЛИТЕРАТУРА
1. Надежность электрорадиоизделий: Единый справочник МО и МЭП СССР. – ВНИИ “Электронстандарт”.
2. Military Handbook MIL-HDBK-217F. Reliability Prediction of Electronic Equipmnent, 1991, с изм.1 от 1992 г. и изм.2 от 1995 г.
3. Половко А.М. Основы теории надежности. – М.: Наука, 1964.
4. Справочник по надежности (Reliability Handbook). В 3-х т. – М.: Мир, 1969–1970.
5. Яншин А. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности ЭВМ. – М.: Радио и связь, 1983.
6. Шор Я.Б. Статистические методы анализа и контроля качества и надежности. – М.: Советское Радио, 1967.
7. Коуден. Д. Статистические методы контроля качества. – М.: Гос.изд. физ-мат. литературы, 1961.
8. Справочник. Надежность технических систем/Под ред. И.А. Ушакова. – М.: Радио и Связь, 1985.
Нормативные документы, регламентирующие надежность РЭС
Общие положения
Комплект ГОСТ Р ИСО 9001-9003 – 96. Системы качества.
ОСТ 4Г0.005.256-84. Система организации работ по обеспечению надежности радиоэлектронных средств. Контроль технической документации.
ОСТ В4Г0.000.258-85. Оценка правильности применения электрорадиоизделий и средств измерений. Типовые формы карт рабочих режимов и правила заполнения.
РУК РП-81. Часть 1. Руководство по оценке правильности применения электрорадиоизделий и средств измерений в аппаратуре общего назначения. Общие положения. Карты оценки правильности применения электрорадиоизделий.
РУК РП-81. Часть 2. Руководство по оценке правильности применения электрорадиоизделий и средств измерений в аппаратуре общего назначения. Методики оценки правильности применения электрорадиоизделий.
Технические параметры надежности
ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия.
ГОСТ 27.003-90. Надежность в технике. Состав и общие правила задания требований по надежности.
Комплекс государственных стандартов “Мороз-5”.
Комплекс государственных стандартов “Климат-7”.
Требования к ЗИП, порядок и методики расчета ЗИП
ОСТ 107.460085.500-86. Радиоэлектронная аппаратура. Инструменты и принадлежности, входящие в комплекты ЗИП. Руководство по выбору.
РД В50-503-84. Аппаратура радиоэлектронная. Методики оценки и расчеты запасов в комплектах ЗИП.
ГОСТ В15.705-86. СРППОТ. Запасные части, инструменты и принадлежности. Основные положения.
Отзывы читателей
