Похвалин Валентин Никитович
Отделение №1 МИФИ. Кафедра электроники и автоматики. (Кафедра ЭИА)
Справочные данные для расчета надежности электронных устройств по курсу «Основы надежности систем»
Г. Челябинск 1991г.
Гос. Стандарт (гост132167-67) устанавливает тех требования и методы испытания надёжности средств автоматизации в гос. систему и средств автоматизации.
Общие технические требования:
Показатели надежности, вносимые в тех. условия и паспорта на изделия, выбирают в зависимости от закона распределения времени безотказной работы.
Наименование распределения времени безотказной работы |
Показатели надежности изделия |
|
Восстанавливаемых |
Не восстанавливаемых |
|
1. Экспоненциальный |
Вероятность безотказной работы за заданное время или интенсивность отказов в течение заданного времени, или наработка на отказ |
Вероятность безотказной работы за заданное время или среднее время безотказной работы |
2. Нормальный |
Вероятность безотказной работы за заданное время и наработка на отказ |
Вероятность безотказной работы за заданное время или среднее время безотказной работы |
3. Другие и неизвестные |
Вероятность безотказной работы за половину заданного времени |
Вероятность безотказной работы за заданное время или среднее время безотказной работы |
Неисправность – несоответствие изделия одному или нескольким требованиям, предъявляемым основным характеристикам, а так же к внешнему виду.
Неисправность, не приводящая к отказу - дефект
Отказ и классификация отказов по ряду признаков
Отказ является одним из проявлений неисправности
Сохранность – свойство аппаратуры находиться в исправном состоянии в процессе
Ремонтопригодность – приспособление аппаратуры к обнаружению, устранению и к предупреждению отказа
Избыточность – повышение стоимости, веса, габаритов, связанных с обеспечением надежности
Общее значение (количественные характеристики надежности).
Надежность как свойство аппаратуры проявляется в полной мере в процессе её эксплуатации.
Для эксплуатации сложных автоматических систем характерна цикличность.
Нормальный цикл эксплуатации систем многократного использования – подготовка к работе, исправная работа, простое, профилактические мероприятия.
Нормальный цикл эксплуатации удлиняется при возникновении случайных отказов. Зависимость между временными составляющими, характеризуют с помощью коэффициентов, устанавливающих связь между временем работы и временем простоя.
Из рассмотрения нормальных циклов эксплуатации видно, что оценить надежность аппаратуры одной количественной характеристикой невозможно, необходимо иметь ряд таких характеристик.
Рассмотрим количественные характеристики надежности (вероятность безотказной работы, вероятность отказа, частота отказов, интенсивность отказов, средняя частота отказов, потока отказов, средняя наработка до отказов, наработка на отказ). Вероятность безотказной (неисправной работы) – вероятность того, что в заданном интервале времени (пределах заданной наработки), при заданных режимах и условиях работы, вероятность безотказной работы.
Характеристики надежности:
Вероятность безотказной (исправной) работы
Вероятность отказа (вероятность невыполнения функций)
Частота отказов
1. Основные понятия, термины, определения
Способность технических устройств, сохранять свои первоначальные технические качества в процессе эксплуатации, называется надежностью.
Под надежностью понимается свойство технического устройства выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные характеристики в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки.
(1)
Зависимость между характеристиками надежности, может быть представлен в формуле (2)
2. Надежность как свойство ТУ. Понятия, состояния и события, определение понятия отказа.
Работоспособность – состояние, при котором эксплуатационные характеристики технического устройства, находятся в заданных пределах, ТУ способное выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах установленной нормативно-технической документацией.
Исправность – такое состояние технического устройства, при котором он соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией. Поэтому понятие исправности более широкое, чем понятие работоспособность. Если хотя бы один из заданных параметров ТУ, характеризующих его способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям, то это ТУ находится в неработоспособном состоянии. Такое состояние называется отказ и является противоположным по отношению к работоспособному состоянию.
Переход ТУ из одного состояния в другое, называется событием.
3. Классификация отказов ту
Возникающие в ТУ отказы разнообразны как по характеру развития и проявления, так и по причинным связям. Основными признаками классификации является следующее:
По характеру изменения параметра;
По взаимосвязи
По характеру нарушения работоспособности;
По причинам возникновения;
К первой группе относятся внезапные и постепенные отказы. Внезапным называется отказ, характеризующийся скачкообразным изменением одного или нескольких основных параметров. Постепенным называется отказ, характеризующийся постепенным изменением одного или нескольких основных параметров.
Ко второй группе относятся зависимые и независимые между собой отказы. Зависимым, называется отказ элемента, обусловленный повреждением или отказом других элементов сложного ТУ. Независимый отказ не обусловлен отказами других элементов.
В третьей группе различаются сбои и перемежающие отказы. Сбоем называется самоустраняющийся отказ, приводящий к кратковременному нарушению работоспособности. Перемежающимся отказом называется многократно возникающий сбой одного и того же характера.
К последней группе относятся конструктивные, производственные и эксплуатационные отказы. Конструктивным называется отказ, возникающий в результате нарушения установленных норм или правил, конструирования ТУ. Производственным называется отказ, возникающий в результате нарушения установленного процесса изготовления или ремонта ТУ. Эксплуатационным называется отказ, возникающий в результате правил или условий эксплуатации.
4. Факторы, влияющие на снижение надежности ту.
Физические причины возникновения отказов.
Делятся на внешние и внутренние:
Внешние физические факторы являются совокупностью свойств внешней окружающей среды, окружающей температуры, наличия в воздухе пыли.
Внутренние физические факторы представляют собой те явления и процессы, которые развиваясь в ТУ во время их функционирования, одновременно влияют на состояние ТУ.
Физико-химические и химические причины возникновения отказов.
К таким факторам относятся такие процессы внешней среды и процессы, проходящие в самих ТУ, в результате физического действия которых происходят химические реакции или изменение физических свойств ТУ. К таким явлениям можно отнести вредные химические примеси в атмосфере, действие лучистой энергии, электро-корозию, чрезмерное выделение тепла, например, в результате короткого замыкания.
К химическим причинам относятся химические реакции, приводящие к изменению молекулярного состава материалов. Например, окисление железа.
Биологические факторы, влияющие на ухудшение эксплуатационных свойств технических объектов.
Воздействия животных и растительных организмов, наносящих вред ТУ.
Эксплуатационные факторы возникновения отказов.
Среднее время безотказной работы
Часто в качестве характеристики надежности, используют среднее время безотказной работы (Т), тогда, некоторое количество из множества однотипных ТУ, находящихся в эксплуатации, отработать безотказно какое то время, причем каждый из ТУ своё время, остальные же откажут раньше, чем наступит время Т. От сюда, Т можно рассматривать как математическое ожидание отрезков времени безотказной работы этих однотипных ТУ. Среднее время безотказной работы (БР) является математическим ожиданием случайной величины времени БР невостанавлеваемых с ТУ.
Время нормального функционирования всякого ТУ ограниченно неизбежно изменению свойств материалов и деталей из которых они изготовлены. Именно по этому, долговечность определяется сроком службы и ресурсом. Срок службы определяется календарной продолжительностью эксплуатацию ТУ от её начала или возобновления после ремонта до предельного состояния.
Различаются: средний срок службы или математическое ожидание срока службы.
Средний срок службы до списания (Тср.сл.сп.) это средний срок службы от начала эксплуатации ТУ до его списания.
Гамма процентный срок службы – (Тср.гамма.) – срок службы, в течении которого объект не достигает предельного состояния заданной вероятностью гамма процентов. (1/Л Ln Гамма/100).
Кроме срока службы, долговечность ТУ характеризуется его ресурсом.
Ресурс – наработка ТУ от начала эксплуатации или же его возобновления после ремонта до наступления предельного состояния. В отличии от срока службы, ресурс оперирует не календарной продолжительностью, а общей наработкой ТУ. Эта наработка в общем случае является величиной случайной. По этому на ряду с понятием назначенного ресурса, долговечность оценивается средним ресурсом, гамма процентным ресурсом и другими видами ресурсов. Календарный срок службы и наработка ТУ показано на графике.
Средний ресурс (Рср.) это математическое ожидание ресурса.
Гамма процентный ресурс – наработка, в течении которой ТУ не достигает предельного состояния заданной вероятностью гамма процентов.
Гарантийный ресурс – понятие юридическое. Этот ресурс определяет, когда предприятие изготовитель, принимает претензии по качеству выпущенных изделий, а гарантийный ресурс совпадает с периодом разработки.
Параграф 3
«Надежность программного обеспечения»
Под надежностью ПО понимается свойство этого обеспечения выполнять заданные функции, сохраняя свои характеристики в установленных пределах при определенных условиях эксплуатации. Надежность ПО определяется его безотказностью и восстанавливаемостью.
Безотказность ПО – свойство сохранять работоспособность при использовании его для обработки информации в ИС. Безотказностью ПО оценивается вероятность его работы без отказов при определенных условиях внешней среды в течении заданного периода наблюдения.
В приведенном определении под отказом ПО понимается недопустимое отклонение характеристик функционирования от требований.
Определенные условия внешней среды – совокупность входных данных и состояние самой ИС.
Заданный период наблюдения соответствует времени необходимую для выполнения на ЭВМ решаемой задачи. Безотказность ПО может характеризоваться средним временем возникновения отказов при функционировании программы. При этом предполагается, что аппаратные средства ЭВМ, находятся в исправном состоянии. С этой точки зрения надежности, принципиальное отличие ПО от аппаратных средств, состоит в том, что программы не изнашиваются и их выход из за поломки невозможен, следовательно, характеристики функционирования ПО, зависят только от его качества, предопределяемого процессом разработки. Это означает, что безотказность ПО, определяется его корректностью и зависит от наличия ошибок внесенных в него на этапе создания. Кроме того, появление ошибок в ПО, связанны ещё и с тем, что в некоторые моменты времени, на обработку могут поступать ранее не встречавшиеся совокупности данных, которые программа не в состоянии корректно обработать. По этому входные данные в определенной мере, влияют на функционирование ПО. В ряде случаев, говорят о устойчивости функционирования ПО. Под этим термином понимается способность ПО ограничивать последствие собственных ошибок и не благоприятных воздействий внешней среды или противостоять им. Устойчивость ПО, обычно обеспечивается с помощью введения различных форм избыточности, позволяющие иметь дублирующие модули программ, альтернативные программы, для решения одних и тех же задач, осуществлять контроль за процессом исполнения программ.