Семинарское занятие №3 Основные характеристики надежности аппаратных средств вычислительной техники

Надежность является комплексным свойством, которое включает в себя такие свойства как:

работоспособность, сохраняемость, ремонтопригодность, долговечность.

Основное свойство, описываемое количественными характеристиками – работоспособность.

Утрата работоспособности – отказ.

Количественные характеристики надежности (работоспособности) различаются для восстанавливаемых и невосстанавливаемых изделий.

Невосстанавливаемые – те, что не ремонтируются после отказа. Примеры: интегральные схемы, разъёмы и т.д.

Основные характеристики надежности для них:

• вероятность безотказной работы за время t: P(t);

• вероятность отказа за время t: Q(t)= 1 – P(t);

• интенсивность отказов l(t)– указывает среднее число отказов, возникающее за единицу времени эксплуатации изделия;

• среднее время наработки изделия до отказа T.

Реальные значения указанных характеристик получают по результатам испытаний на надежность.

В расчетах времени до отказа tсчитается случайной величиной, поэтому используется аппарат теории вероятностей.

Свойства (аксиомы):

1. P(0)=1(рассматривается эксплуатация работоспособных изделий);

2. lim_{t ® ∞} P(t)=0(работоспособность не может быть сохранена неограниченное время);

3. (для невосстанавливаемых) dP(t)/dt≤0(после отказа изделие не восстанавливается).

Зависимость от времени:

типичная кривая изменения l(t)в течение срока эксплуатации (жизни) изделия

I– этап приработкиdl(t)/dt<0

II– этап нормальной эксплуатацииl(t)-const

III– этап старенияdl(t)/dt>0

Взаимосвязь между характеристиками надежности:

P(t) = exp (- )для этапаIIP(t)=exp( -lt)

T=для этапаIIP(t)=exp(-t/T), гдеT=1/l

Выбор показателя надежности:

1. Если невосстанавливаемое изделие работает однократно в течение небольшого заданного отрезка времени t_зад. <<T, то в качестве показателя подходитP(t)илиQ(t)

2. Если отказ невосстанавливаемого изделия не влечет опасных последствий и изделие работает до отказа, то надежность характеризуют средним временем наработки до отказа T.

Методика расчета надежности невосстанавливаемых изделий

Условия (предпосылки) расчета:

1. расчет производится для этапа нормальной эксплуатации изделия, поэтому считают l(t)-const;

2. создают надежностную схему изделия, причем считают, что отказ элемента (группы элементов), включенных в надежностную схему, приводит к отказу всего изделия;

3. каждый элемент, включаемый в надежностную схему, характеризуется интенсивностью отказов l_iи вероятностью безотказной работыP_i(t); считают, что отказы отдельных элементов независимы между собой (хотя бы в первом приближении), поэтому вероятность безотказной работы изделияP_изд.(t)(по теории вероятностей):

P_изд.(t)=P₁(t) * P₂(t) * …* P_n(t)=,

а интенсивность отказов изделия l_изд

l_изд=l₁ + l₂ + …+ l_n =

(складываются показатели степени в выражении P=exp(-lt) ), и тогда для среднего времени наработки на отказT_изд = 1/l_изд

Надежностная схема:

Пример расчёта надежности невосстанавливаемого изделия – блока аппаратуры, выполненного на интегральных схемах

1. Выбирается состав элементов (групп элементов), отказы которых наибольшим образом влияют на надежность блока и отказ которых приводит к отказу блока. Составляется надежностная схема.

Предположим, что в неё решено включить:

• интегральные схемы, входящие в состав блока (14 штук);

• разъемные соединения (2 штуки);

• паяные соединения, выполняемые для соединения выводов корпусов ИС с печатной платой (24 вывода на один корпус) и присоединения разъёмов (120 выводов разъёма, соединяемые с платой).

Надежностная схема.

2. По справочным данным устанавливаются интенсивности отказов элементов каждой группы. Положим, что по справочным установлено:

1/ч – интенсивность отказов одной ИС

1/ч – интенсивность отказов разъёма (на одну контактную пару в нем)

1/ч – интенсивность отказов одного паяного соединения (групповые методы пайки)

3. Определяются характеристики надежности. Суммарная интенсивность отказов блока :

=1/ч

Если эта аппаратура общего применения, то результирующей характеристикой надёжности будет время наработки на отказ тыс. часов.

Если такой блок используется в самолёте в течение ч полёта, то