Обзор основных методик оценки надежности

Реальные условия проектирования и производства, в которых имеются и реальные ограничения, требуют развития методологии исследования сложных систем и процессов на основе модельного прогнозирующего управления. Эффективность предлагаемого метода увеличивается от применения в решении задача, в которых системы управления работают на границе рабочей области.

Главные преимущества предлагаемого метода: Прогнозирующее управление обеспечивает систематическую процедуру работы с ограничениями (и входными, и ограничениями состояния) в задачах управления.

Это один из немногих методов, которые позволяют работать с ограничениями состояния.

Метод обладает важными положительными свойствами, в частности, глобальной асимптотической устойчивостью при удовлетворении некоторых условий (например, подходящие весовые коэффициенты заключительного состояния).

Возможность оценки состояния (включая возмущение) в реальном масштабе времени и предсказание будущих состояний (включая возмущение);

Оптимизация в реальном масштабе времени будущей траектории, подчиненной ограничениям методом квадратичного программирования.

U вида

h

ЛИТЕРАТУРА

1. Системный анализ параметров и показателей качества многоуровневых конструкций радиоэлектронных средств / А.К. Гришко, Н.К. Юрков, Д.В. Артамонов и др. // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. - 2014. - № 2 (26). - С. 77-84.

2. Динамическая оптимизация управления структурными элементами сложных систем / А.К. Гришко, Н.К. Юрков, Т.В. Жашкова // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. - 2015. - № 4 (26). - С. 134-141.

3. Гришко А.К. Динамический анализ и синтез оптимальной системы управления радиоэлектронными средствами // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. - 2015. - № 4 (26). - С. 141-147.

4. Гришко А.К. Анализ и оптимизация траектории поведения системы на основе прогнозирующего управления // Труды международного симпозиума Надежность и качество. - 2008. - Т. 1. - С. 291-292.

5. Гришко А.К. Алгоритм поддержки принятия решений в многокритериальных задачах оптимального выбора // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. - 2016. - № 1 (17). - С. 265-271.

6. Гришко А.К. Алгоритм управления в сложных технических системах с учетом ограничений // Труды международного симпозиума Надежность и качество. - 2014. - Т. 2. - С. 379-381.

7. Гришко А.К. Оптимизация размещения элементов РЭС на основе многоуровневой геоинформационной модели // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки. - 2015. -№ 3 (47). - С. 85-90.

8. Анизотропная модель системы измерения и анализа температурных полей радиоэлектронных модулей /

A.К. Гришко, Н.В. Горячев, И.И. Кочегаров // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. - 2016. - № 1 (15). - С. 82-88.

9. Анализ процессов в линейных динамических системах методом пространства состояний / А.К. Гришко,

B.Я. Баннов // Труды международного симпозиума Надежность и качество. - 2008. - Т. 1. - С. 292-294.

10. Математическое моделирование системы обеспечения тепловых режимов конструктивно-функциональных модулей радиоэлектронных комплексов / А.К. Гришко, Н.В. Горячев, Н.К. Юрков // Проектирование и технология электронных средств. - 2015. - № 3. - С. 27-31.

11. Гришко А.К. Прогнозирующее управление в многоуровневых слабоструктурированных системах на основе когнитивного подхода // Современные информационные технологии. - 2015. - № 22 (22). - С. 45-48.

12. Grishko A., Goryachev N., Yurkov N. Adaptive Control of Functional Elements of Complex Radio Electronic Systems. International Journal of Applied Engineering Research. Volume 10, Number 23 (2015), pp. 43842-43845.

13. Grishko A. Management of Structural Components Complex Electronic Systems on the Basis of

Adaptive Model / A. Grishko, N. Goryachev, I. Kochegarov, S. Brostilov, N. Yurkov // MODERN PROBLEMS OF RADIO ENGINEERING, TELECOMMUNICATIONS, AND COMPUTER SCIENCE Proceedings of the XIIIth International Conference TCSET'2016 February 23 - 26, 2016 Lviv-Slavsko, Ukraine. DOI:10.1109/TCSET.2016.7452017.

Рисунок 1 - Алгоритм управления с расширяющимися условиями

Прогнозирующее управление неявно определяет стационарную стратегию управления /1(0), как в формуле (1), т.е. статическое отображение К\ X—

УДК 621.396.6, 621.8.019.8

Кочкин1 Н.Ф., Завелинский2 И.О., Лушпа2 И.Л.

1АО «Концерн радиостроения «Вега», Москва, Россия

2Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», Москва, Россия

ОБЗОР ОСНОВНЫХ МЕТОДИК ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ

В данной работе рассматриваются основные подходы к оценке надежности, применяемые на предприятиях радиоэлектронной промышленности. К ним относятся испытания на надежность, имитационное моделирование, расчет надежности на основе интен-сивностей отказов.

Ключевые слова:

надежность, безотказность, радиоэлектронная аппаратура, электрорадиоизделия.

Введение

Современная радиоэлектронная промышленность широко развивается в области создания новых технологий, новой элементной базы, усложнения при-

меняемых на производстве схем. Такой скачок позволяет разрабатывать более сложные устройства, отвечающие многим перспективным тенденциям и решениям конструкторов и проектировщиков. Такие вновь создаваемые устройства должны отвечать

большому количеству требований, среди которых можно выделить надежность[1-4]. По причине сложности исполнения устройств и большого количества выполняемых задач, к аппаратуре предъявляются высокие надежностные требования.

Основная часть

На практике в предприятиях используют несколько различных методик, среди которых можно выделить:

Испытания на надежность.

Имитационное моделирование.

Оценка надежности на основе расчета интенсив-ностей отказов.

Испытания на надежность - один из способов получения оценки надежности, цель которого заключается в установлении надежности устройства в заданных условиях испытания. Объектом таких испытаний является партия изделий, из которой берется выборка. Основными подходами таких испытаний являются:

Испытания на надежность с заданным объемом выборки;

Испытания на надежность методами однократной выборки и двукратной выборки. (ГОСТ 27.301-

95[5]);

Испытания последовательным методом.

По цели проведения, испытания подразделяются на: определительные и контрольные. Проведение определительных испытаний необходимо для нахождения показателей надежности. Таких как:

- Среднее время наработки до отказа;

- Вероятность безотказной работы;

- Средняя наработка на отказ и др.

Контрольные испытания необходимы для того,

чтобы определить, соответствует партия изделий заданной надежности или нет.

Помимо этого существуют и специальные испытания на надежность:

- испытания на срок службы;

- ускоренные испытания на срок службы;

- испытания на разрушение под влиянием внешних факторов.

Мерой погрешности является доверительный интервал, заданный доверительными пределами, получить который можно зная математическую модель распределения вероятности отказов. Как правило, математическая модель изначальна неизвестна. Поэтому результаты испытаний сравнивают с известными видами распределений.

Считается, что результаты, полученные по испытаниям более чем точные, чем «эксплуатационные». Но при этом оценка надежности по результатам испытаний обладает рядом значительных недостатков:

Испытания достаточно финансово-затратные, а так же требует большого количества времени.

За время проведения испытаний тратится часть ресурса изделий.

Не всегда результаты являются достоверными.

Поэтому чаще на практике применяются аналитические методы оценки надежности. Например, имитационное моделирование.

Имитационное моделирование является разновидностью математического моделирования. Суть его заключается в том, что проводится анализ работы реального устройства, путем эксперимента, имитирующего функционирование этого устройства. Такая имитация является численным методом расчета характеристик устройства. В основе имитационного моделирования есть своя специфика: такое моделирование применяется в тех случаях, когда сложно описать работу устройства при помощи математической модели, то есть невозможно спрогнозировать результат его работы.

Для описания формальной модели применяют аппроксимацию функциональных зависимостей, а в случае, если это невозможно, то алгоритм функционирования устройства. Как правило, этапы работы устройства описываются в вероятностных терминах.

Так же особенностью имитационного моделирования является то, что в нем учитывается элемент обслуживания устройства.

Исследование надежности по имитационному моделированию осуществляется в следующей последовательности:

Построение формальной модели.

Разработка программ имитации траекторий модели.

Проведение имитационных экспериментов.

Проблема такой методики заключается в её сложности и затрате ресурсов. Поэтому её применяют только тогда, когда трудно или невозможно получить аналитическое решение. Поэтому самым применяемым на производстве методом оценки надежности является расчет интенсивностей отказов.

В основе такого расчета лежит экспоненциальный (показательный) закон надежности, который является наиболее удобным для аналитического описания[6]. Формула этого закона имеет вид:

p(t) = е

-Л-t

где: p(t) - вероятность безотказной работы; А -интенсивность отказов; t - время эксплуатации.

Смысл этого закона в том, что на элемент действует поток отказов с интенсивностью А. Элемент отказывает в тот момент, когда происходит первое событие этого потока.

Как правило, для каждого класса элементов, входящих в состав устройства есть своя математическая модель интенсивности отказов, полученных на основе эксплуатационных статистических данных. Основные методики для расчета интенсивности отказов электрорадиоизделий сведены справочники по надежности, так же иногда производители элементной базы дают свои собственные модели на серию изделий.

К основным справочникам относятся:

1. Надежность ЭРИ [7]

2. Надежность ЭРИ ИП [8]

3. MIL-HDBK-217F [9]

4. Chinese standard GJB/z 299B [10]

Методика, представленная в [7], имеет вид:

n

А = Л? ПK

7 = 1

где: - базовая интенсивность отказов типа,

рассчитанная по результатам испытаний на безотказность, долговечность, ресурс; K - коэффициенты, учитывающие изменения эксплуатационной интенсивности отказов в зависимости от различных факторов; n - число учитываемых факторов.

Коэффициенты, входящие в математические модели интенсивности отказов, условно можно разделить на две группы:

- первая группа коэффициентов является общей для моделей большинства классов, групп и типов изделий и характеризует режимы и условия их эксплуатации, уровень качества производства;

- вторая группа коэффициентов включается в модели конкретных классов (групп) и характеризует зависимость интенсивности их отказов в заданных условиях эксплуатации от конструкционных, функциональных и технологических особенностей.

Формула (1) справедлива и для справочника [8].

Методика, представленная в [9], имеет вид:

Аэ = - П ^

где: Х^ - базовая интенсивность отказов типа, рассчитанная по результатам испытаний на безотказность, долговечность, ресурс; гъ- коэффициенты, учитывающие изменения эксплуатационной интенсивности отказов в зависимости от различных факторов; п - число учитываемых факторов.

Коэффициенты этой модели можно разделить на:

- коэффициенты влияния требований устройства на конкретное изделие;

- коэффициенты влияния свойств конкретного изделия.

7=1

Формула

справедлива

для справочника

[10]

Так же необходимо отметить, что устройства часто состоят из электронной и механической составляющей, которую так же необходимо учитывать.

На сегодняшний день для расчета интенсивно-стей отказов механических компонентов используют:

- РМ 25 4 4 6[11]

- NSWC[12]

В [11] приводится методика оценки интенсивности отказов для механических элементов, таких как соединения, оси, валы, подшипники, прокладки, мембраны, пружины, муфты, часовые устройства и др. В общем виде интенсивность отказов рассчитывается по формуле

•п ^

=1

где: Хр,Ь

(группы), рассчитанная по результатам испытаний на безотказность, долговечность, ресурс; С -коэффициенты, учитывающие изменения эксплуатационной интенсивности отказов в зависимости от различных факторов; п - число учитываемых факторов.

В отличие от моделей [11,12], коэффициент С^ зависит от режимов применения, физико-химических свойств материала и др. Эти коэффициенты можно разделить на три основные группы:

- Параметры ТУ

- Параметры режима применения

- Эмпирические коэффициенты

Для получения эксплуатационной интенсивности отказов всего устройства справедлива формула:

- базовая интенсивность отказов типа

Л =

I

=1

где: Ао - интенсивность отказов соединения, детали или комплексного изделия в номинальном режиме и нормальных условиях (температура окружающей среды 20±10°С; относительная влажность воздуха 30...70%; атмосферное давление 0,825...1,06*105 Па; отсутствие вибрации и ударов); а± - коэффициенты, учитывающий конструктивные особенности детали, условия производства и эксплуатации детали.

Значение а± рассчитывается по формуле:

Л

Э

ЛЭл

I

a,

п ^

Недостатками данной методики расчета является то, что коэффициенты К не зависят от особенностей режимов применения и технологического исполнения элемента [3].

В стандарте [12] приведена методика, дающая оценку показателей безотказности и ремонтопригодности механического оборудования.

Математическая модель интенсивности отказов имеет следующий вид:

где: Лэ - эксплуатационная интенсивность всего устройства; Лэл - интенсивность отказов электронной составляющей; Лм - интенсивность отказов механической составляющей.

Проблемой такой методики является необходимость большого числа исходных данных для расчета, но при этом данную методику можно использовать на любом этапе проектирования.

Заключение

Таким образом, можно сказать, что на сегодняшний день существует большое количество методик расчета надежности. Каждая из них применима для разных случаев. Но практика показывает, что основным является методика оценки надежности путем расчета интенсивностей отказов.

Статья написана в рамках научного проекта (№ 15-05-0029), выполненного при поддержке Программы «Научный фонд НИУ ВШЭ» в 2015/16 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Жаднов В.В. Прогнозирование надежности электронных средств с механическими элементами: научное издание. / В.В. Жаднов. - Екатеринбург: Изд-во ООО «Форт Диалог-Исеть», 2014. - 172 с.

2. Лушпа И.Л. Оценка коэффициентов вариации ресурса резисторов. / И.Л. Лушпа. // Труды Международного симпозиума «Надежность и качество»: в 2т. Т.1. Пенза: ПГУ, 2015. с. 304-306

3. Лушпа И.Л. Исследование надежности механических компонентов антенно-фидерного устройства системы управления беспилотным летальным аппаратом. / И.Л. Лушпа, М.А. Монахов. // Труды Международного симпозиума «Надежность и качество»: в 2т. Т.2. Пенза: ПГУ, 2014. с. 264-266

4. Лушпа И.Л. Разработка модуля расчета интенсивности отказов фильтрующих элементов для АСОНИКА-К-СЧ. / И.Л. Лушпа, М.А. Монахов, В.М. Фокин. // Надежность и качество-2013: труды Международного симпозиума: в 2-х т. Т.1. Пенза: Издательство ПГУ, 2013. с. 113-115.

5. ГОСТ 27.301-95 - Надежность в технике. Методы контроля показателей надежности и планы контрольных испытаний на надежность.

6. Вентцель Е.С. Исследование операций. / Е.С. Вентцель. // М.: Советское радио, 1972. 407 с.

7. Прытков С.Ф. Надежность ЭРИ: Справочник / С.Ф. Прытков, В.М. Горбачева, А.А. Борисов и др. // Науч. рук. С.Ф. Прытков. - М.: ФГУП «22 ЦНИИИ МО РФ», 2006

8. Прытков С.Ф. Надежность ЭРИ ИП: Справочник / С.Ф. Прытков, В.М. Горбачева, А.А. Борисов и др. // Науч. рук. С.Ф. Прытков. - М.: ФГУП «22 ЦНИИИ МО РФ», 2006

9. MIL-HDBK-217. Reliability prediction of electronic equipment.

GBLz 2 9 9B. Chinese Standard.

10. РМ 25 446-87. Изделия приборостроения. Методика расчета показателей безотказности. Рекомендуемый материал.

11. Юрков Н.К. К проблеме моделирования риска отказа электронной аппаратуры длительного функционирования / Н.К. Юрков, И.И. Кочегаров, Д.Л. Петрянин // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2015. № 4 (32). С. 220-231.

12. NSWC-11. Handbook of reliability prediction procedures for mechanical equipment. - USA: CARDEROCDIV, 2011. - 522 p.

и

i=1

УДК 37.048.45

Макарова1 И. АПодзорова2 Л.И.

1Центр психологической помощи в Москве «Экология души», Москва, Россия

2ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН РФ, Москва, Россия

ЗАПОМНИТЕ ЕЁ ТАКОЙ

Шворнева Людмила Ивановна — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник. Специалист в области физики твердого тела и рентгеноструктурного анализа материалов. В марте ей исполнилось 78 лет.

Ключевые слова:

ведущий научный сотрудник, специалист