WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 |
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ И МАТЕМАТИКИ (технический университет) «Утверждаю» Декан факультета Информатики и телекоммуникаций /Пожидаев Е.Д./ «»2006 г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к лабораторному практикуму по дисциплине «Теоретические основы обеспечения надежности ЭС» Направление подго- товки: Проектирование и технология ЭС Номер специальности: 551100 Факультет - Информатики и телекоммуникаций Кафедра - Радиоэлектронные и телекоммуникационные устройства и системы Москва – 2006 г.

1 СОДЕРЖАНИЕ Введение 3 1. Лабораторная работа № 1 «Расчет показателей надежности элек- 4 тронного модуля, комплектующегося из ИЭТ отечественного или зарубежного производства» 2. Лабораторная работа № 2 «Расчет надежности ПЭВМ с помощью 18 ПК АСОНИКА-К» 3. Лабораторная работа № 3 «Расчет надежности резервированных 28 ЭС с помощью ПК АСОНИКА-К» 4. Лабораторная работа № 4 «Автоматизированное обеспечение на- 37 дежности ЭС при проектировании».

Библиографический список 46 Приложение 1 47 Приложение 2 48 Приложение 3 ХХ Приложение 4 ХХ Приложение 5 ХХ 2 Введение Настоящие методические указания к лабораторному практикуму по дисциплине «Теоретические основы обеспечения надежности ЭС» предназначены для магистрантов, обучающихся по направлению подготовки «Проектирование и технология электронных средств» (специальность 551100) и содержат всю необходимую информацию для выполнения лабораторного практикума и оформлению отчетов по лабораторным работам.

Методическими указаниями к лабораторному практикуму предусмотрено использование программного комплекса АСОНИКА-К (визуальной среды обеспечения надежности при проектировании) для расчетов показателей надежности аппаратуры, приборов и устройств различных классов. При этом магистранты практически осваивают методы управления надежностью электронных средств на ранних этапах проектирования, методики построения математических моделей надежности, идентификации их параметров и проведения расчетов.

Использование программного комплекса АСОНИКА-К, в плане решения задачи управления качеством в части обеспечения надежности, позволяет реализовать технологию надежностно-ориентированного проектирования на базе системного подхода к задаче исследования надежности и закрепить полученные теоретические знания на практике, в ходе выполнения лабораторного практикума.

1. Лабораторная работа № «Расчет показателей надежности электронного модуля, комплектующегося из ИЭТ отечественного или зарубежного производства» 1.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Целью работы является изучение математических моделей интенсивностей отказов ИЭТ, приведенных в российских и зарубежных справочниках по надежности, а также приобретение практических навыков расчета надежности электронных модулей, содержащих ИЭТ российских и зарубежных производителей.

1.2. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ 1.2.1. Математические модели интенсивностей отказов ИЭТ Для проведения расчета надежности ИЭТ следует руководствоваться данными, приведенными в справочниках по надежности [3, 6-8]. Эти справочники имеют ряд отличий, как в структуре представления информации, так и в математических моделях интенсивностей отказов ИЭТ.

Справочник «Надежность ЭРИ» [3] является официальным изданием Министерства Обороны РФ. Справочник содержит сведения о показателях надежности ИЭТ, применяемых при разработке (модернизации), производстве и эксплуатации аппаратуры, приборов, устройств и оборудования военного назначения. Разделы справочника поделены по классам ИЭТ, которые включают в себя:

• номенклатуру ИЭТ, объединенных по общности их назначения, основным параметрам и конструктивно-технологическому исполнению;

• условное обозначение ИЭТ;

• обозначение документа на поставку ИЭТ (ТУ, ОТУ);

• математические модели (ММ) для расчета (прогнозирования) значений эксплуатационной интенсивности отказов групп (типов) изделий, в том числе и при хранении в различных условиях;

• численные значения коэффициентов моделей.

Информация о показателях надежности ИЭТ и коэффициентах моделей включает в себя:

• значения интенсивности отказов групп (типов) ИЭТ при нормальной (максимально допустимой) температуре окружающей среды и номинальной электрической нагрузке или в типовых (усредненных) режимах эксплуатации;

• значения интенсивности отказов групп изделий при хранении в условиях отапливаемого хранилища в упаковке предприятия-изготовителя ИЭТ;

• количество отказов, по которым определены значения интенсивности отказов изделий;

• распределение отказов групп изделий по видам (по результатам проведения различных категорий испытаний);

• значения коэффициентов, входящих в модели прогнозирования эксплуатационной надежности ИЭТ, и аналитические выражения, показывающие зависимость этих коэффициентов от учитываемых факторов;

• нормируемые в технических условиях (экспериментально полученные) значения гамма-процентной наработки до отказа (интенсивности отказов), гамма-процентного срока сохраняемости изделий • коэффициенты замен (среднестатистическую долю отказавших ИЭТ среди заменяемых в процессе поиска неисправности и ремонта аппаратуры) в условиях эксплуатации.

Значения эксплуатационной интенсивности отказов (ИО) большинства классов ИЭТ рассчитываются по математическим моделям, имеющим вид [3]:

n n ' (1.1) э б' KР Кi или э бсг KР Кi, где:

i1 i ' ' б (бсг ) – базовая ИО типа (группы) ЭРИ, приведенная к условиям: номинальная электрическая нагрузка при температуре окружающей среды Tокр. = 25 °С; б (бсг ) – базовая ИО типа (группы) ЭРИ для усредненных режимов применения в аппаратуре группы 1.1 (электрическая нагрузка равная 0,4 от номинальной; Tокр. = 30 °С); КР – коэффициент режима, учитывающий изме' ' нение б (бсг ) в зависимости от электрической нагрузки и (или) Tокр; Кi – коэффициенты, учитывающие изменения эксплуатационной ИО в зависимости от различных факторов; n – число, учитываемых факторов.



При расчете ИО всего изделия, суммарный поток отказов которых складывается из независимых потоков отказов ИЭТ, математическая модель ИО имеет вид:

nj m (1.2) э бj Кij, где:

i1 iбj – базовая ИО j-го потока отказов, 1/ч; m – количество независимых потоков отказов составных частей ИЭТ; Kij – коэффициент, учитывающий влияние i-го фактора в j-ом потоке отказов; nj – количество факторов, учитываемых в j-ом потоке отказов.

Из всего многообразия коэффициентов стоит отметить два общих, которые входят во все ММ всех классов ИЭТ:

- Коэффициент приемки (Кпр) отражает два уровня качества изготовления изделий: по справочнику [3], общее военное применение (ОВП) - приемка «5» и повышенной надежности (ОС) - приемка «9» (в эту же группу входят изделия повышенной надежности, выпускаемые малыми партиями (ОСМ) - приемка «7»). Для изделий с приемкой «5» значение Кпр принято равным 1.

Для остальных справочников соответствие уровней качества (приемки) приведено в таблице П4.2 Приложения 4.

- Коэффициент эксплуатации (Кэ) учитывает степень жесткости условий эксплуатации и показывает, во сколько раз интенсивность отказов ЭРИ в аппа ратуре конкретного класса (группы эксплуатации по ГОСТ Р В 20.39.301-98) выше при всех прочих равных условиях, чем в наземной стационарной аппаратуре (группа 1.1).

Для аппаратуры группы 1.1 значение коэффициента эксплуатации принято равным 1. Для остальных справочников соответствие групп аппаратуры приведено в таблице П4.1 Приложения 4.

При расчете же надежности аппаратуры, которая в эксплуатации основную часть времени находиться в режиме хранения в обесточенном состоянии с периодическим контролем работоспособности, рекомендуется использовать значение ИО эх групп ИЭТ, рассчитываемые по модели:

n (1.3) эх х.с.г. Кi, где:

iх.с.г. - ИО ИЭТ по результатам испытаний изделий на сохраняемость в упаковках заводов-изготовителей при температуре 5…40 С и относительной влажности воздуха до 80% (при температуре +25С); Кi – основные коэффициенты, учитывающие изменения ИО х.с.г. в зависимости от различных факторов; n – число учитываемых факторов.

В отличие от расчетной формулы для эксплуатационной ИО, для расчета ИО в режиме хранения вводиться поправочный коэффициент Кусл, учитывающий изменение ИО х.с.г. в зависимости от условий эксплуатации в режиме хранения.

Рекомендуемые значения Кусл:

- в неотапливаемом помещение – 1,2;

- под навесом – 1,4;

- в отапливаемом помещении – 1.

Расчетные соотношения для ИО в режиме хранения в остальных справочниках не приводятся, в качестве ее оценки рекомендуется использовать величину, равную э/100.

Зарубежные аналоги отечественного справочника имеют и другие кардинальные отличия. В частности справочник, издаваемый МО США [6] име ет другую структуру. В нем нет типономиналов ИЭТ, а приведены лишь классы ИЭТ, группы, подгруппы и т.д.

В математических моделях тоже есть существенная разница. Например, в классе «Интегральные микросхемы» применен другой подход к оценке надежности, основанный на учете конструктивных особенностях микросхем. В частности, по сравнению с [3] там введен ряд коэффициентов, отражающий конструктивные особенности ИС. Например, для группы «МИКРОСХЕМЫ ПАМЯТИ» в [6] приведена следующая формула для расчета ИО:

р (С1 РТ С2 РЕ CYC ) PQ PL, где: (1.4) CYC - интенсивность отказов, связанная с количеством циклов чтениязаписи (для микросхем памяти), 1/ч; С1 - коэффициент, зависящий от количества базовых ячеек; PТ - температурный коэффициент; С2 - коэффициент, зависящий от количества выводов микросхемы; PL - коэффициент, зависящий от времени, в течение которого выпускается микросхема; РЕ - коэффициент эксплуатации (в справочнике [6] приняты отличные от справочника [3] обозначения групп аппаратуры, они имеют буквенное представление, см. таблицу П3.1 Приложения 3); PQ - коэффициент, отражающий уровень качества изготовления (аналог Кпр из [1], см. таблицу П3.2 Приложения 3).

Также в [2] приведена уточненная методика расчета надежности ИС с учетом вклада разных механизмов отказов в общую интенсивность отказов микросхемы.

Китайский справочник [8] имеет точно такую же структуру и подход, как и [6]. Все математические модели ИО в нем идентичны [6], различаются лишь численные значения коэффициентов. Например, расчетное соотношение для эксплуатационной ИО класса «Резисторы», группы «Композиционные резисторы» имеет вид:

р b PQ PR PE, где: (1.5) b - базовая ИО, 1/ч; PR - коэффициент, зависящий от номинала резистора;

PQ - коэффициент отражающий уровень качества изготовления (аналог Кпр из [3]). В [8] приведено 7 видов качества производства: A1, A2, A3, B1, B2,C1 (так, уровень качества B2 соответствует приемке 5 из [3]); РЕ - коэффициент эксплуатации (в справочнике [4] приняты те же обозначения групп аппаратуры что и в [2], см. таблицу П3.1 Приложения 3).

В связи с тем, что абсолютное большинство разрабатываемой и выпускаемой аппаратуры в России комплектуется из импортных элементов (или на их аналогов), в настоящее время, наряду с [3], выпускается справочник [7], который содержит всего лишь 9 классов ИЭТ из числа тех, которые наиболее широко используются на российских предприятиях. Все математические модели ИО и численные значения коэффициентов в [7] и [6] идентичны, за исключением Кэ ( РЕ ). Например, для класса «Конденсаторы» в справочнике [7] приведено следующее соотношение:





э b Pt Pc Pv Psr Pe Pq, где: (1.6) b - базовая ИО; Pt - температурный коэффициент; Pc - коэффициент, зависящий от емкости конденсатора; Pv - коэффициент, зависящий от напряжения на конденсаторе; Psr - коэффициент влияния последовательного сопротивления; Рe - коэффициент эксплуатации (в справочнике [7] приняты те же обозначения групп аппаратуры, что и в [3]); Pq - коэффициент, отражающий уровень качества изготовления (аналог Кпр из [3]) и имеет те же значения что и в [6].

1.2.2. Методика расчета надежности электронного модуля В ходе выполнения лабораторной работы магистрант должен ознакомиться со всеми справочниками [3, 6-8] и с помощью ПК АСОНИКА-К рассчитать основные показатели безотказности и сохраняемости электронного модуля.

В задании на лабораторную работу (см. Приложение 2) приведены схемы электрические принципиальные (СЭП) электронных модулей и перечни элементов к ним. Пример варианта задания приведен ниже (см. рис. 1.1, табл.

1.1):

RRRVTCРис. 1.1. Схема электрическая принципиальная каскада входного фильтра Таблица 1.1. Перечень элементов № Поз. Тип Номинал Зарубежный обозначение аналог 1 2 3 4 R1 Р1-16 R=100 Ом RC05 102 JR Р=3 Вт Рн=5 Вт Допуск 10% Uмакс=5 В R2 C6-2 R=200 Ом CR0805-JX 10K Р=4 Вт Рн=6 Вт Допуск 5% Uмакс=6 В 1 2 3 4 R3 Р2-75 R=300 Ом RNY05PKР=3 Вт Рн=6 Вт Допуск 15% Uмакс=3 В C1 К10-42 С=10 мкФ TAJC226MUр=3 В Uном=5 В VT1 2Т203А Рр=4 Вт DUРмакс=6 Вт Нагрузка 0,Необходимые для расчета надежности электронного модуля рабочие режимы работы ИЭТ определяются исходя из следующих соображений:

- рабочие электрические режимы (токи, напряжения и т.д.) – 0,5…0,7 от максимально-допустимых;

- рабочие температуры – на 5…10 °С выше температуры окружающей среды.

Под идентификацией ИЭТ понимается классификация ИЭТ по справочникам [6-8], т.е. нахождение ММ исходя из конструктивных, технологических, электрических и др. параметров ИЭТ. Например, для идентификации микросхем необходимо знать технологическую группу (микросхемы памяти, микросхемы ПАВ и т.др.), количество выводов, объем бит, температуру перехода, рабочее напряжение, рассеиваемую мощность и т.д. Все необходимые данные для идентификации можно найти в [10-13].

После идентификации необходимо рассчитать показатели надежности электронного модуля и построить графики зависимости эксплуатационной ИО от температуры окружающей среды для каждого из справочников [6-8] с помощью ПК АСОНИКА-К.

Краткая инструкция по проведению расчета показателей надежности электронного модуля с помощью ПК АСОНИКА-К приведена ниже.

Выберите в окне «Схема РН» изделие, в которое надо добавить ЭРИ.

Нажмите правой кнопкой мыши на выделенном изделии.

В появившемся меню выберите пункт «ЭРИ» (см. рис. 1.2).

Рис. 1. 2. Окно правки изделия.

В появившемся окне «Выбор класса ЭРИ» (см. рис. 1.3) выберите из списка нужный класс.

Нажмите кнопку «Далее».

В появившемся окне «Ввод ЭРИ» (см. рис. 1.4) выберите из списка нужный тип ЭРИ.

Нажмите кнопку «Далее».

В появившемся окне «Ввод ЭРИ» введите сокращенный тип и номер ТУ (см. рис. 1.5).

Нажмите кнопку «Далее».

В появившемся окне «Позиционное обозначение» (см. рис. 1.6.) введите условное обозначение ЭРИ и его порядковый номер.

Нажмите кнопку «Далее».

Рис. 1.3. Окно выбора класса ЭРИ Рис. 1.4. Окно выбора типа ЭРИ В появившемся окне «Ввод параметров ЭРИ» (см. рис. 1.7) введите значения, необходимые для расчета эксплуатационной интенсивности отказов ЭРИ.

Рис. 1.5. Окно ввода ЭРИ Рис. 1.6. Ввод позиционного обозначения Рис. 1.7. Ввод параметров ЭРИ Нажмите кнопку «Далее».

В появившемся окне «Выбор условия хранения» (см. рис. 1.8) выберите нужное значение типа хранения ИЭТ.

Нажмите кнопку «Далее».

Рис. 1.8. Выбор условия хранения В появившемся окне «Выбор группы аппаратуры» (см. рис. 1.9) выберите нужную группу аппаратуры.

Рис. 1.9. Выбор группы аппаратуры Нажмите кнопку «Далее».

На этом добавление ЭРИ завершено. Добавленное ЭРИ появляется в окне «Схема РН», а вся введенная информация об ЭРИ отображается в окне «Результаты расчета».

1.3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Выполнение лабораторной работы проводится в пять этапов:

1) Получить у преподавателя задание. Варианты заданий приведены в Приложении 2.

2) Провести идентификацию ИЭТ в соответствии с классификацией справочника [6], используя [10-13].

3) Провести идентификацию ИЭТ в соответствии с классификацией справочника [7], используя [10-13].

4) Провести идентификацию ИЭТ в соответствии с классификацией справочника [8], используя [10-13].

5) Рассчитать показатели надежности электронного модуля и построить графики зависимости эксплуатационной интенсивности отказов от температуры окружающей среды (по ММ из справочников [3, 6-8]).

6) Оформить Отчет.

Отчет должен содержать следующие пункты:

— Цель работы;

— Краткие теоретические сведения;

—СЭП электронного модуля;

— Таблицу с результатами расчета надежности электронного модуля;

— Графики зависимости эксплуатационной интенсивности отказов электронного модуля от температуры окружающей среды;

Pages:     || 2 | 3 | 4 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.