MINISTERUL EDUCAȚIEI ȘI ȘTIINȚEI AL FEDERATIEI RUSE

INSTITUȚIA DE ÎNVĂȚĂMÂNT DE STAT DE ÎNVĂȚĂMÂNT PROFESIONAL SUPERIOR

„ACADEMIA TEHNOLOGICĂ DE STAT KOVROV”

Departamentul A și U

INSTRUCȚIUNI METODOLOGICE

„Fiabilitatea sistemelor de control”

CALCUL ACTUALIZAT

INDICATORI CANTITATIVI DE FIABILITATE.

Kovrov, 2007

LUCRARE DE LABORATOR Nr 2

CALCUL RAFINAT AL INDICATORILOR CANTITATIV AI FIABILITĂȚII SISTEMELOR DE CONTROL.

Scopul lucrării: stăpânirea metodelor de calcul al indicatorilor cantitativi de fiabilitate, perfecționați pe baza rezultatelor proiectării detaliate, fabricației și testării prototipurilor.

1. INFORMAȚII GENERALE

Acest tip de calcul este efectuat pentru a clarifica evaluarea fiabilității efectuată în etapele de proiectare preliminară și tehnică.

Pe baza rezultatelor etapelor anterioare de proiectare și testare a prototipurilor, ar trebui să existe:

Au fost efectuate teste de prototipuri ale produsului pentru a determina condițiile și modurile de funcționare, ținând cont de metodele selectate de protecție împotriva factorilor externi de influență pentru a asigura fiabilitatea specificată;

Hărți de calcul ale modurilor de funcționare ale componentelor și elementelor, actualizate pe baza rezultatelor testelor, precum și ale modurilor termice de funcționare a acestora (supraîncălzire), ținând cont de măsurile luate pentru răcirea unităților de produs;

Sunt cunoscute dependențele funcționale ale ratelor de defectare a componentelor și elementelor de sarcina electrică, temperatură, influențe mecanice și alte condiții de funcționare.

2. SARCINA PENTRU MUNCĂ

Efectuați un calcul rafinat al indicatorilor cantitativi ai fiabilității produsului în condiții reale specifice de funcționare. Datele inițiale despre versiunea schemei de circuit electric a produsului și condițiile sale de funcționare, precum și lista indicatorilor de fiabilitate calculați, sunt specificate de profesor (opțiunile corespund opțiunilor pentru sarcina pentru munca de laborator nr. 1 ).

3. MODELE MATEMATICE PENTRU CALCULUL RATELOR DE EŞECURI

3.1. Model matematic pentru calcularea ratelor de defectare a rezistențelor, condensatoarelor, elementelor semiconductoare, transformatoarelor și produselor bobinei În condiții reale de funcționare:

dimensiunea fontului:13.0pt;înălțimea liniei:150%"> (1)

unde, λ0 este valoarea nominală a ratei de defectare a elementelor și elementelor CI incluse în produs, corespunzătoare coeficientului de sarcină electrică Kn = 1 și temperaturii ambiante T 0C = +20 0C.

Valorile lui λ0 sunt selectate din tabelele corespunzătoare:

Pentru rezistențe - tabelul 1;

Pentru condensatoare - tabelul 2;

Pentru dispozitive semiconductoare - tabelul 3;

Pentru transformatoare și produse de înfășurare (choke, inductori etc.) - Tabelul 4.

a i = f (K n ,Тhttps://pandia.ru/text/79/296/images/image003_85.gif" width="12" height="23 src=">.gif" width="12 height=23" height="23" >0С în zona elementului. Valorile coeficientului sunt selectate din tabelele corespunzătoare ( i =1,2,3,4)

a1 – factorul de corecție pentru determinarea λe a rezistențelor este selectat din Tabelul 5;

a2 – factorul de corecție pentru determinarea λe a condensatorilor este selectat din tabel. 6;

a3 – factorul de corecție pentru determinarea λe a dispozitivelor semiconductoare este selectat din Tabelul 7;

а4 – factorul de corecție pentru determinarea λe a transformatoarelor și a produselor de înfășurare (choke, inductori) este selectat din Tabelul 8;

Ki – factor de corecție care ia în considerare acțiunile factorilor externi de influență și este selectat din tabelele corespunzătoare ( i =1,2,3,4)

K1, K2 – coeficienți de corecție care iau în considerare efectele vibrațiilor și sarcinilor de șoc asupra elementelor și, respectiv, CI; valorile acestor coeficienți sunt selectate din tabel. 9;

K3 – factor de corecție ținând cont de umiditate și temperatura ambiantă, selectat din Tabelul 10;

K4 – factor de corecție ținând cont de modificarea lui λe în funcție de înălțimea deasupra nivelului mării, selectat din Tabelul 11.

3.2. Model matematic pentru calcularea ratelor de defectare a releului:

font-size:13.0pt;line-height:150%">unde, λ0’ este valoarea de bază a ratei de defecțiune a releului, care este calculată prin formula:

Formula (3) este utilizată pentru releele cu diametrul firului de înfășurare d ≥ 0,35 mm;

Formula (4) este utilizată pentru releele cu diametrul firului de înfășurare d< 0,35 мм.

N – numărul total de perechi de contacte;

n – numărul de perechi de contacte implicate;

λ0 este valoarea nominală a ratei de defecțiune a releului, selectată din Tabelul 12.

Ki – factor de corecție ținând cont de efectele factorilor externi. Valorile coeficientului Ki (i = 1, 2, 3, 4) este selectat corespunzător din tabelele 9, 10, 11.

CE FACI – coeficient care ia în considerare frecvența de comutare a releului atunci când funcționează în produs; valorile acestui coeficient sunt selectate din Tabelul 13.

3.3. Model matematic pentru calcularea ratei de defectare a circuitelor integrate:

dimensiunea fontului:13.0pt;înălțimea liniei:150%"> (5)

unde - valoarea de bază a ratei de defecțiune a circuitelor integrate se calculează folosind următoarea formulă:

https://pandia.ru/text/79/296/images/image009_38.gif" width="136" height="44 src="> (6)

unde EN-US" style="font-size:13.0pt;line-height:150%">n– numărul de pini externi implicați ai microcircuitului;

Ki – (i

3.4. Model matematic pentru calcularea ratei de eșec a elementelor de comutare (comutatoare, comutatoare, butoane):

dimensiunea fontului:13.0pt;înălțimea liniei:150%"> (7)

unde λ0 este valoarea nominală a ratei de eșec, selectată din Tabelul 14;

ce faci – coeficient în funcție de frecvența de comutare, valoarea acestui coeficient este selectată din Tabelul 15;

Ki – (i = 1, 2, 3, 4) sunt selectate respectiv din tabelele 9, 10, 11.

3.5. Model matematic pentru calcularea ratelor de eroare a conectorului:

dimensiunea fontului:13.0pt;înălțimea liniei:150%"> (8)

unde λ0 este valoarea nominală a ratei de eroare a conectorului, selectată din Tabelul 16;

Kcs - coeficient in functie de numarul de imbinari - dezmembrari, este selectat din tabelul 17;

Kkk este un coeficient care depinde de numărul de contacte implicate; valoarea acestui coeficient se calculează prin formula:

Kkk = (9)

unde n – numărul de contacte implicate;

Ki – (i = 1, 2, 3, 4) sunt selectate respectiv din tabelele 9, 10, 11.

3.6. Model matematic pentru calcularea ratei de defectare a cablurilor electrice, firelor, cablurilor:

dimensiunea fontului:13.0pt;înălțimea liniei:150%"> (10)

unde λ0 este valoarea nominală a ratei de defectare a cablurilor, firelor, cordurilor, selectată din Tabelul 18;

L – lungimea totală a cablului (sârmă, cablu); pentru produsele cu L Se admite ≤ 3 m L = 1 m;

Kf este un coeficient funcțional, a cărui valoare poate fi determinată prin formula:

Kf = (11)

unde Еа – energia de activare condiționată, kJ/mol;

R g = 8,3144 – constanta universală a gazelor, J/Grad mol;

K t – coeficient de temperatură, în funcție de temperatura ambiantă de funcționare din echipament; determinat de formula:

Kt = (12)

unde tp – temperatura maxima de functionare in echipament (produs), 0C;

t b – temperatura de bază egală cu 25 0C la sau 100 0C la (după tip de cablu).

De regulă, temperatura maximă a produsului, ținând cont de supraîncălzire, este în intervalul 70 0C - 80 0C.

Valoarea energiei convenționale de activare variază de la 40 la 120 kJ/mol (medie) și are un nivel de

Еа font-size:13.0pt;line-height:150%">Ținând cont de limitările specificate pentru calculele practice în formula (10) la EN-US" style="font-size:13.0pt;line-height:150 %" >tp = 70 0C, Kf = 200 at tp = 80 0 C și Kf = 600 at tp = 100 0 C

Ki – (i = 1, 2, 3, 4) sunt selectate respectiv din tabelele 9, 10, 11.

3.7. Model matematic pentru calcularea ratelor de eșec ale conexiunilor (lipire):

dimensiunea fontului:13.0pt;înălțimea liniei:150%"> (13)

unde λ0 este valoarea nominală a ratei de eșec la lipire;

λ0 = 0,015 10-6 1/oră

P -numărul de rații din produs;

Ki – (i = 1, 2, 3, 4) sunt selectate respectiv din tabelele 9, 10, 11.

3.8. Model matematic pentru calcularea ratei de defectare a siguranțelor:

font-size:13.0pt;line-height:150%">unde λ0 este valoarea nominală a ratei de defectare a siguranței;

λ0 = 0,5 10-6 1/oră

CT – coeficient termic, în funcție de temperatura mediului de lucru din jurul siguranței; valorile acestui coeficient sunt selectate din tabelul 19;

Ki – (i = 1, 2, 3, 4) sunt selectate respectiv din tabelele 9, 10, 11.

3.9. Model matematic pentru calcularea ratei de defectare a mașinilor electrice:

dimensiunea fontului:13.0pt;înălțimea liniei:150%"> (15)

unde λ0 este valoarea nominală a ratei de defecțiune a mașinilor electrice, selectată din Tabelul 20;

а4 – factor de corecție pentru determinarea λ a mașinilor electrice, selectat din Tabelul 8;

Δλ – rata suplimentară de defectare a mașinilor electrice în funcție de viteza de rotație, selectată din Tabelul 21;

Ki – (i = 1, 2, 3, 4) sunt selectate respectiv din tabelele 9, 10, 11.

4. PROCEDURA DE CALCUL

4.1. Circuitul electric de bază al produsului este analizat din punctul de vedere al compoziției sale elementare și cantitative, care este împărțit în K grupe de elemente la fel de fiabile, bucăți în fiecare grup.

Se presupune că produsul în cauză are o diagramă de conectare secvenţială pentru calculele de fiabilitate.

Rezultatele analizei sunt înscrise în tabelul 22, coloanele 1 – 4.

4.2. În conformitate cu nomenclatura bazei elementelor utilizate din tabelele 1, 2, 3, 4, 12, 14, 16, 18, 20, valorile nominale ale ratelor de defecțiuni ale elementelor și componentelor (CI) utilizate în produs sunt selectat.

Valorile nominale selectate ale ratelor de eșec CI sunt introduse în tabel. 22.

4.3. Pe baza coeficienților de sarcină disponibili KN (coloana 6) și a temperaturii de funcționare (coloana 7) a mediului din jurul elementului (ținând cont de supraîncălzire), valorile factorilor de corecție a sunt selectate pentru fiecare element și KI din tabelele 5 , 6, 7, 8 i = f (KH, TEN-US">C)

i = 1, 2, 3, 4.

4.4. Din tabelele 9, 10, 11, valorile coeficienților K sunt selectate pentru fiecare element și CI i in functie de conditiile de functionare specificate (conditii de severitate a functionarii).

Valori ale coeficientului K selectate eu (i = 1,2,3,4) sunt introduse în coloanele 9 – 12 din tabel. 22.

4.5..gif" width="21" height="25 src=">= const)

font-size:13.0pt;line-height:150%">Rezultatele calculului sunt introduse în coloana 16 din tabelul 22.

4.6. Ratele totale de eșec sunt determinate pentru fiecare grup de elemente și CI la fel de fiabile, iar rezultatele calculului ( nj · λ e i ) sunt introduse în coloana 14 din tabelul 22. (unde este numărul de elemente la fel de fiabile din grup, https://pandia.ru/text/79/296/images/image029_9.gif" width="21" height= "24 src="> = const - rata de eșec a fiecărui element în j-a grupa)

4.7. Pentru un releu, valorile ratei de defecțiuni operaționale sunt calculate folosind formula (2). În acest caz, valorile ratelor nominale de eșec sunt selectate din Tabelul 12. În funcție de diametrul firului de înfășurare, valorile de bază ale ratelor de eșec ale releului sunt calculate font-size:13.0pt;line-height :150%">Valori ale coeficientului K F sunt selectați din tabelul 13. Factorii de corecție K1, K2, K3, K4 sunt selectați din tabelele 9, 10, 11.

4.8. Pentru comutatoarele, comutatoarele și butoanele, valorile ratei de eșec operaționale sunt calculate folosind formula (7). Valorile ratelor nominale de eșec sunt selectate din Tabelul 14. Valorile coeficienților K f sunt selectați din tabelul 15. Factorii de corecție K1, K2, K3, K4 sunt selectați din tabelele 9, 10, 11.

4.9. Pentru circuitele integrate, valorile ratei de defecțiuni operaționale sunt determinate de formula (5). În acest caz, valoarea de bază a ratei de eșec este calculată folosind formula (6); - selectat din tabelul 3 (tranzistori de putere redusă).

4.10. Pentru conectori, valorile ratei de defecțiuni operaționale sunt determinate de formula (8). În acest caz, valorile ratei nominale de eșec sunt selectate din Tabelul 16,

Valorile coeficienților Kkc sunt selectate din tabelul 17. Valorile coeficienților Kkk sunt calculate folosind formula (9).

Valorile factorilor de corecție K1, K2, K3, K4 sunt selectate din tabelele 9, 10, 11.

4.11. Pentru lipire (conexiuni), valorile ratei de eșec operaționale sunt determinate de formula (13). În acest caz, valoarea ratei nominale de eșec este luată egală cu λ0 = 0,015 10-6 1/h.

Valorile factorilor de corecție K1, K2, K3, K4 sunt selectate din tabelele 9, 10, 11.

4.12. Pentru siguranțe (conexiuni sigure), valorile ratei de defecțiuni operaționale sunt determinate de formula (14). În acest caz, valoarea ratei nominale de eșec este luată egală cu λ0 = 0,5 10-6 1/h.

Valorile coeficientului CT sunt selectate din Tabelul 19 în funcție de valorile temperaturii mediului de lucru din jurul siguranței.

Valorile factorilor de corecție K1, K2, K3, K4 sunt selectate din tabelele 9, 10, 11.

4.13. Pentru mașinile electrice, valoarea ratei de defecțiuni operaționale este determinată de formula (15).

Ratele nominale de eșec sunt selectate din Tabelul 20.

Valorile factorului de corecție a4 sunt selectate din Tabelul 8 în funcție de temperatura ambiantă. Rata de eșec suplimentară Δλ, în funcție de viteza de rotație, este selectată din Tabelul 21.

Valorile factorilor de corecție K1, K2, K3, K4 sunt selectate din tabelele 9, 10, 11.

4.14. Rezultatele calculelor ratelor de eșec operaționale ale elementelor și CI, efectuate în conformitate cu algoritmii 3.7 – 3.12, sunt înscrise în coloana 13 din Tabelul 22.

4.15. Se determină ratele totale de eșec pentru fiecare grupnjelemente (3.7 – 3.12) și rezultatele calculului (nj· λ e i ) se înscriu în coloana 14 din tabelul 22.

4.16. Valorile ratei de eșec ale produsului în ansamblu sunt calculate prin însumarea tuturor valorilor din coloana 14 din tabelul 22:

5. RAPORTARE

Rezultatele calculului rafinat al indicatorilor de fiabilitate a produselor sunt prezentate sub forma unui numărător care conține:

5.1. Atribuire: Numărul opțiunii __. Condiții de funcționare: după tipul de obiect, de exemplu, „avion”

Interval de temperatură_________________________________________

sarcini de vibrație ________________________________________________

sarcini de șoc ________________________________________________

altitudine______________________________________________________________

umiditate_____________________________________________________

Lista indicatorilor de fiabilitate care urmează să fie calculați_______________

5.2. Schema electrică schematică a produsului și lista elementelor.

5.3. Tabelul 22, care conține date inițiale (rezultatele analizei schemei circuitului electric al produsului, valorile factorilor de sarcină Kn, temperatura ambiantă pentru fiecare element și CI), rezultatele intermediare ale calculelor, valorile de corecție și alți coeficienți, rezultatele finale ale calculelor ratelor de eșec de grup (coloana 14).

5.4. Nomenclatura indicatorilor de fiabilitate cantitativi determinați (indicatorii de fiabilitate necesari λс, Т, P(t)).

Lucrări de laborator Nr. 2 - Fiabilitatea elementelor restaurate

Opțiunea #5

Scopul lucrării: determina caracteristicile cantitative ale fiabilității elementelor restaurate.

Răspunsuri la întrebările de securitate

Intrebarea 1: Desenați un grafic al funcționării elementului restaurat

Intrebarea 2: Listați criteriile de fiabilitate pentru obiectele recuperabile neredundante.

T – timpul dintre defecțiuni (timpul mediu dintre defecțiuni); ω(t) – parametrul debitului de eșec; Tv – timpul mediu de recuperare a sistemului; µ(t) – intensitatea de recuperare.

Întrebarea #3: Scrieți o formulă pentru a determina timpul mediu dintre eșecuri pe baza datelor statistice.

• ti – timpul de funcționare între i – 1 și i-a defecțiuni, h;
• n(t) – numărul total de defecțiuni în timpul t.

Întrebarea #4: Care este parametrul debitului de defecțiune? Scrieți o formulă pentru a determina parametrul debitului de defecțiune din datele statistice.

Parametrul fluxului de eșec reprezintă densitatea de probabilitate a apariției unei defecțiuni a obiectului restaurat.

• n(Δti) – numărul de defecțiuni pentru toate obiectele în intervalul de timp Δti;
• N0 este numărul de obiecte de același tip care participă la experiment (obiectul eșuat este restaurat, N0 = const).

Întrebarea #5: Indicați semnele și proprietățile celui mai simplu flux de defecțiune.

• Staționaritate;
• Ordinaritatea;
• Fără consecințe.

Întrebarea #6: Care este proprietatea de staționaritate a fluxului de defecțiuni ale obiectelor restaurate?

Aceasta înseamnă că la orice interval de timp Δti probabilitatea ca n defecțiuni să apară depinde numai de n și de valoarea intervalului Δti, dar nu depinde de deplasarea de-a lungul axei timpului.

Întrebarea #7: Care sunt relațiile dintre timpul mediu de recuperare și intensitatea recuperării obiectelor restaurate?

Întrebarea #8: Ce obiect se numește recuperabil?

Un obiect a cărui performanță în caz de defecțiune este supusă refacerii în condițiile luate în considerare.

Întrebarea #9: Cum se determină timpul mediu de recuperare al unui obiect?

• n – numărul de restaurări egal cu numărul defecțiunilor;
• τi – timpul petrecut pentru recuperare (detecție, căutarea cauzei și eliminarea defecțiunii), în ore.

Întrebarea #10: Scrieți o formulă pentru a determina intensitatea restaurării unui obiect.

• nв(Δt) – numărul de restaurări ale obiectelor de același tip pe intervalul Δt;
• Nn.av. – numărul mediu de obiecte în stare nerestaurată pe intervalul Δt.

Întrebarea #11: Ce indicator este folosit pentru a calcula probabilitatea ca un obiect să fie inoperabil la un moment arbitrar în timp?

Rata de oprire forțată.

Întrebarea #12: Ce este factorul de disponibilitate? Notați formula pentru determinarea factorului de disponibilitate pentru un obiect restaurat.

Aceasta este probabilitatea ca un obiect să fie în stare de funcționare în orice moment, cu excepția perioadelor planificate în care obiectul nu este destinat să fie utilizat în scopul propus.

Întrebarea #13: Ce caracterizează coeficientul de pregătire operațională al unui obiect?

Probabilitatea ca un obiect să fie în stare de funcționare la un moment arbitrar în timp (cu excepția perioadelor planificate în care obiectul nu este destinat să fie utilizat în scopul propus) și, începând din acel moment, să funcționeze fără eșec pentru un anumit interval de timp.

Finalizarea unei sarcini de laborator

5. Rata de defectare a elementului de restaurat este λ = 0,000 9, iar rata de recuperare este µ = 0,4 1/h. Determinați indicatorii de fiabilitate a elementelor: timpul dintre defecțiuni, timpul mediu de recuperare și factorul de disponibilitate.

Calculați valorile funcției de disponibilitate a elementului de la 0 la 40 de ore în pași de 2 ore și prezentați rezultatele ca un grafic al funcției de disponibilitate în funcție de timp.

1) – timpul dintre defecțiuni (timpul mediu dintre defecțiuni);

Dacă un obiect recuperabil, în absența recuperării, are caracteristica λ = const, atunci, dând recuperabilitatea obiectului, trebuie să scriem ω( t) = const; λ = ω, iar între acești indicatori există următoarele dependențe:

MTBF

2) – timpul mediu de recuperare al unui obiect;

În cazul particular în care intensitatea de recuperare este constantă, adică (intensitatea de recuperare µ = 0,4 1/h), probabilitatea de recuperare pentru un timp dat t respectă legea exponenţială şi este determinată de expresie

iar relaţia dintre timpul mediu de recuperare şi intensitatea recuperării este determinată de relaţii

Ore – timpul mediu de recuperare al unui obiect;

3) (factor de disponibilitate);

4) – funcția de pregătire (probabilitatea ca obiectul să fie gata de lucru la un moment arbitrar în timp t);

	Valorile funcției Ready

MINISTERUL EDUCAȚIEI ȘI ȘTIINȚEI AL FEDERATIEI RUSE

INDUSTRIA RADIOTEHNICĂ DE STAT RYAZAN

UNIVERSITATE

FACULTATEA DE AUTOMATIZARI SI TEHNOLOGIA INFORMATIEI

ÎN MANAGEMENT

Departamentul Sisteme Automatizate de Control

Orientări pentru lucrul de laborator în disciplină

Fiabilitatea sistemelor informatice

Specialitatea 071900 --Sisteme si tehnologii informatice

Învățământ cu normă întreagă

Ryazan 2006

Introducere

Problema fiabilității sistemelor tehnice există de câteva decenii și a devenit deosebit de acută odată cu introducerea pe scară largă a sistemelor complexe. Crearea și utilizarea unui astfel de echipament fără măsuri speciale pentru a-i asigura fiabilitatea nu are sens. Pericolul constă nu numai în faptul că echipamentele complexe noi nu vor funcționa (vor apărea timp de nefuncționare), ci mai ales în faptul că defecțiunile în funcționarea acestuia, inclusiv funcționarea incorectă, pot duce la consecințe catastrofale. Având în vedere acest lucru, în timpul proiectării, fabricării și exploatării sistemelor, trebuie luate măsuri adecvate pentru a asigura o fiabilitate sporită a acestor sisteme.

Orientările conțin o descriere a patru lucrări de laborator.

În prima lucrare de laborator sunt studiate conceptele de bază și metodologia de calcul orientat al fiabilității unei unități electronice, pentru care sunt cunoscuți indicatorii de fiabilitate ai elementelor. Unitatea electronică este considerată un obiect care nu poate fi restaurat în timpul funcționării. Rezultatele calculării fiabilității componentelor electronice pot fi utilizate pentru a evalua fiabilitatea unui complex de mijloace tehnice ale unui sistem informațional.

A doua lucrare de laborator este dedicată studiului fiabilității sistemului care este restaurat. Acest subiect este asociat în mod tradițional cu analiza fiabilității sistemelor tehnice, care sunt restaurate în timpul funcționării atunci când apar defecțiuni. Cu toate acestea, nu doar un dispozitiv tehnic poate defecta, ci și informații care, de exemplu, sunt stocate într-o bază de date. Reducerea bazei de date exact la starea care exista înainte de eroare se realizează folosind proceduri speciale de recuperare.

Al treilea laborator examinează un sistem redundant (duplicat) recuperabil. Metoda de backup este utilizată pe scară largă în sistemele informaționale nu doar la nivelul mijloacelor tehnice, ci și la nivelul asigurării securității datelor. Una dintre responsabilitățile unui administrator de sistem informatic este salvarea datelor. A avea o copie de rezervă a bazei de date vă permite să restabiliți funcționalitatea sistemului dacă fișierele de date principale eșuează.

La schimbul de informații între diferite subsisteme, redundanța se poate realiza prin posibilitatea utilizării unor canale de comunicare suplimentare sau prin organizarea transmisiei multiple de informații etc.

A patra lucrare de laborator este dedicată studierii eficacității funcționării sistemului restaurat, adică. gradul de adaptabilitate a acestuia la îndeplinirea unor funcţii date. Evaluarea eficienței este importantă în cazurile în care un sistem complex, în cazul defectării unor subsisteme individuale, continuă să funcționeze cu o oarecare deteriorare a calității funcționării.

Orientările pentru munca de laborator sunt destinate studenților cu normă întreagă și cu fracțiune de normă la specialitatea 071900 „Sisteme și tehnologii informaționale”, care studiază disciplina „Fiabilitatea sistemelor informaționale”.

Orientări pentru efectuarea lucrărilor de laborator în cadrul cursului „fiabilitatea echipamentelor tehnice” pentru studenții domeniului

AGENȚIA DE COMUNICAȚII ȘI INFORMAȚII UZBEK

UNIVERSITATEA DE TEHNOLOGIA INFORMAȚIEI TASHKENT

FACULTATEA DE TEHNOLOGIA INFORMAȚIEI

Departamentul de sisteme informatice

INSTRUCȚIUNI METODOLOGICE

Să efectueze lucrări de laborator conform cursului

„FIABILITATEA ECHIPAMENTULUI TEHNIC”

Pentru indicații pentru studenți

5811300-„Service” (echipamente electronice și informatice)

Tașkent 2008

Orientări pentru efectuarea lucrărilor de laborator la cursul „Fiabilitatea echipamentelor tehnice”.

Rasulova S.S., Kakhkharov A.A. /TUIT. 54 p. Tașkent, 2008.

Această lucrare discută lucrările de laborator în cadrul cursului „Fiabilitatea echipamentelor tehnice” și metodologia de implementare a acestora. Scopul principal al lucrării este familiarizarea practică cu metodele de evaluare a fiabilității, cu tehnici de creare a algoritmilor pentru studierea performanței și studierea metodelor de generare a testelor pentru dispozitivele informatice digitale (CT). Dobândirea abilităților de utilizare a acestor algoritmi la rezolvarea problemelor relevante cu ajutorul computerelor.

Destinat studenților care studiază în direcția 5811300-„Service” (echipamente electronice și informatice) la cursul „Fiabilitatea echipamentelor tehnice”.

Departamentul de sisteme informatice.

Masa 10. Ill. 17 Bibliografie: 8 titluri.

Publicat prin decizie a consiliului științific și metodologic al Universității de Tehnologii Informaționale din Tașkent.

Recensori: Prof., Doctor în Științe Tehnice Sagatov M.M. (TSTU)

Doctor în Fizică și Matematică Azamatov Z.T. (Șeful Departamentului de Stat al Comitetului pentru Știință și Tehnologie)

© Universitatea Tashkent de Tehnologii Informaționale, 2008.

CERINȚE PENTRU LUCRĂRI DE LABORATOR

1. 
   Înainte de a primi o sarcină, studentul trebuie să repete secțiunile relevante ale cursului „Fiabilitatea echipamentelor tehnice”, să citească literatura indicată în lucrare, să studieze materiale legate de particularitățile rezolvării unei anumite probleme pe computer și să pregătească calcule și teoretice. materiale pentru fiecare articol „Sarcina și procedura de executare a lucrării”. Înainte de a începe munca, trebuie să prezentați profesorului materialele de lucru pentru a le verifica pentru a le discuta.
2. 
   O sarcină de calcul a fiabilității conține de obicei o diagramă structurală a obiectului de studiu, pentru care este necesar să se determine valoarea unui indicator de fiabilitate dat, legea de funcționare a sistemului în cazul defecțiunilor componentelor sale, precum și caracteristicile de fiabilitate ale elementelor obiectului.
3. 
   După ce a pregătit datele inițiale în conformitate cu caracteristicile diagramei structurale studiate, cu acuratețea necesară a studiului și cu capacitățile algoritmilor universali, studentul le prezintă într-o formă convenabilă pentru a intra într-un computer.
4. 
   După verificarea reprezentării corecte a datelor sursă, elevul configurează modelul adecvat pentru rezolvarea unei anumite probleme. În timpul lucrului în modul interactiv, efectuează corecții la datele sursă pentru a obține valorile specificate ale indicatorilor de fiabilitate ai obiectului studiat.
5. 
   O sarcină de testare conține de obicei un circuit digital care implementează o funcție arbitrară, pentru care este necesar să se găsească teste de eroare precum X/o sau X/1, folosind diverse metode de construire a testelor.
6. 
   După verificarea corectitudinii datelor sursă, elevul, folosind o metodă dată de generare a testelor, rezolvă o problemă specifică pe un computer.
7. 
   După finalizarea lucrării, obținerea rezultatelor și analizarea soluțiilor obținute, fiecare elev este obligat să prezinte profesorului un raport îngrijit.

INFORMAȚII GENERALE SARCINI DE TESTARE

Sarcini de testare. Caracteristicile organizării procesului de prelucrare a informațiilor, introducerea de noi tehnologii în etapa de producție și soluțiile de circuite originale fac posibilă distingerea dispozitivelor digitale moderne (CD-uri) într-o clasă specială de dispozitive care necesită dezvoltarea unor proceduri speciale pentru determinarea lor. performanţă. Acest lucru, însă, nu înseamnă o respingere a metodelor utilizate pe scară largă în prezent pentru detectarea și depanarea unităților de control.

O abordare bazată pe utilizarea optimă a rezultatelor obținute în ultimii ani în domeniul controlului și diagnosticului tehnic, ținând cont de caracteristicile arhitecturii și logicii de funcționare a centrului de control, pare adecvată.

Prin testarea unității de comandă înțelegem procesul de stabilire a funcționabilității sau operabilității unui dispozitiv folosind anumite influențe de intrare și analiza influențelor de ieșire corespunzătoare și analiza reacțiilor de ieșire corespunzătoare.

Testarea este una dintre principalele proceduri de diagnosticare, ale cărei sarcini sunt de a determina starea tehnică a obiectului monitorizat și, în caz de inoperabilitate a acestuia, de a detecta și localiza defecțiuni.

Setul de acțiuni de intrare și reacția de ieșire corespunzătoare se numește test, iar succesiunea ordonată de teste se numește program de testare. Procedura centrului de control constă în elaborarea unui program de testare, aplicarea ulterioară a influențelor de intrare la dispozitivul controlat, observarea semnalelor de ieșire și analiza rezultatelor obținute pentru a stabili adecvarea produsului.

Procedura de monitorizare asigură un control complet (incomplet) al centrului de control dacă detectează vreo (nu detectează cel puțin una) defecțiune a clasei de încălcări luate în considerare. Controlul complet este una dintre principalele cerințe pentru programul de testare a dispozitivului aflat în curs de dezvoltare. O alta este durata programului de testare. În funcție de care sunt informațiile pentru crearea unui program de testare a centrului de control, se disting două controale: funcționale și structurale.

În controlul funcțional, algoritmul de funcționare al centrului de control este utilizat ca informație inițială pentru construirea testelor. Necesitatea controlului funcțional este cauzată de lipsa de informații complete despre cauzele defecțiunilor, complexitatea crescută a dispozitivului controlat, cerințele reduse pentru control complet etc. Controlul funcțional este cel mai adesea folosit de utilizatorii centrelor de control.

Metodele de realizare a testelor pentru controlul structural sunt ghidate de diagrama (structura) schematică a centrului de control testat. Ele sunt utilizate în etapa de producție. Aceste metode au fost acum cel mai pe deplin dezvoltate și s-au dovedit în practică în monitorizarea și diagnosticarea dispozitivelor constând din tipuri de elemente de înlocuire. Metodele structurale asigură un control complet.

Lucrare de laborator nr 1

CERCETAREA FIABILITĂȚII SISTEMELOR CU STRUCTURĂ RAMIFICATĂ

Scopul lucrării– familiarizarea cu metodologia de studiu a fiabilității sistemelor cu structură ramificată folosind metode logice și probabiliste.

Formularea problemei: Stăpânește metodologia de studiere a fiabilității sistemelor informatice folosind un model software universal bazat pe utilizarea unei afișaje logico-probabilistice a comportamentului fiabil al sistemelor prevăzute în.

Durata de lucru – 2 ore.

Informații teoretice

Una dintre direcțiile promițătoare este dezvoltarea metodelor logico-probabilistice, a căror esență matematică constă în utilizarea funcțiilor de algebră logică (LOF) pentru înregistrarea analitică a condițiilor de funcționare a sistemului și în dezvoltarea metodelor de tranziție de la FAL. la funcţii probabilistice care exprimă în mod obiectiv fiabilitatea acestui sistem.

Calculul valorilor numerice pe baza expresiei analitice pentru probabilitatea de funcționare fără defecțiuni (FFO) se reduce la efectuarea de operații algebrice de înmulțire și adunare. Există mai multe metode de calculare a fiabilității folosind metode logico-probabilistice: tabulare, circuit-logice, algoritm de tăiere, ortogonalizare.

Un model software universal este o implementare software a unui algoritm de calcul care efectuează o secvență de acțiuni asupra datelor de intrare care caracterizează sistemul studiat. Rezultatul unor astfel de acțiuni este obținerea unei valori numerice a unui astfel de indicator de fiabilitate precum sistemul FBG R pentru un interval de timp dat T. Folosind algoritmul luat în considerare, este posibil să se studieze fiabilitatea sistemelor redundante nerecuperabile cu o structură ramificată.

Datele de intrare ale algoritmului sunt următoarele: numărul de elemente de sistem – n, valorile elementelor FBG pentru intervalul de timp studiat P i, precum și vectori binari X l cele mai scurte căi pentru funcționarea cu succes a sistemului (SPUF), principiul obținerii care va fi descris mai jos. Restricțiile care se aplică sistemelor studiate la aplicarea algoritmului de calcul sunt următoarele.

Sistemul poate fi doar în două stări: într-o stare de funcționalitate completă ( U= I) și în stare de eșec complet ( Y = 0). Se presupune că acțiunea sistemului depinde determinist de acțiunea elementelor sale, adică. este o funcție X 1 , X 2 ,..., X i ,..., X n , care, la rândul său, poate fi, de asemenea, doar în două stări incompatibile: funcționalitate completă ( X i = 1) și eșec complet ( X i = 0). Valori specifice ale variabilelor binare X i determina starea sistemului sau așa-numitul vector al stărilor sistemului X = (X 1 , X 2 ,..., X i ,..., X n), care este parametrul principal cu care operează algoritmul de calcul.

Pentru a preciza funcția de performanță necesară calculării indicatorului de fiabilitate, este necesară construirea unei funcții de algebră logică care conectează starea elementelor cu starea sistemului. Pentru a-l obține, ar trebui să folosiți conceptul de CPFU, care reprezintă o astfel de conjuncție a elementelor sale, niciuna dintre componentele cărora nu poate fi îndepărtată fără a perturba funcționarea sistemului. O astfel de conjuncție este scrisă ca următorul FAL: R l = Λ X i , Unde i aparține multor numere KR l, corespunzătoare acesteia l- cale.

Cu alte cuvinte, CPUF-ul sistemului descrie una dintre posibilele sale stări operaționale (PC), care este determinată de setul minim de elemente operaționale care sunt absolut necesare pentru a îndeplini funcțiile specificate pentru sistem. Astfel, pentru sistemul studiat este necesar să se determine toate d posibil KPUF și apoi funcția de operabilitate a sistemului este scrisă după cum urmează:

acestea. sub forma unei disjuncții a tuturor CPUF-urilor disponibile.

La determinarea indicatorului de fiabilitate menționat mai sus, este necesar să se calculeze o funcție de probabilitate a formei

P [U(X 1 ,…, X n) = 1] = R c

În acest caz, principalele dificultăți apar din cauza formei repetate de FAL, deoarece aceleași stări operaționale vor fi luate în considerare de câte ori cu câte CPUF sunt asociate.

Să luăm în considerare doi algoritmi de calcul bazați pe metoda logico-probabilistă și să îl selectăm pe cel mai eficient pentru o anumită versiune a sistemului.

Procedura de calcul folosind primul algoritm

Pentru o anumită versiune a sistemului, se determină setul tuturor CPUF-urilor, care sunt reprezentate sub formă de cuvinte binare. Numărul de biți dintr-un cuvânt este egal cu numărul de elemente din sistem. O valoare de bit egală cu 1 înseamnă că elementul este operabil; o valoare de bit egală cu 0 înseamnă că elementul eșuează.

Un algoritm bazat pe CPUF formează toate cuvintele binare posibile care definesc toate stările operaționale ale sistemului, le selectează pe cele care nu se repetă și calculează probabilitatea corespunzătoare pentru fiecare. De exemplu, să presupunem că există un circuit de punte prezentat în Fig. 1, format din 5 elemente, probabilitate de constatare eu - al-lea element în stare de funcționare este egal cu P i , probabilitatea ca un element să se afle într-o stare de defecțiune este egală cu I-P i = Q i .

Pentru un circuit de punte dat, cele mai scurte căi sunt: ​​11000, 00110, 10011 , 01101.

Orez. 1. Circuit de punte

Fiecare cale cea mai scurtă are stări operaționale asociate prezentate în Tabelul 1. Prima cifră din stânga corespunde elementului numărul unu.

Masa. 1

KPUF Nr. BRS	1	2	3	4
1	+11000	+00110	+10011	+01101
2	+11001	+00111	10111	01111
3	+11010	+1110	11011	11101
4	+11011	+01111	11111	11111
5	+11100	+10110
6	+11101	+10111
7	+11110	11110
8	+11111	1111

Astfel, au fost obținute 24 de coduri corespunzătoare stărilor de funcționare ale sistemului. Totuși, vedem că unele dintre ele se repetă în coloanele tabelului. Să excludem codurile duplicate din toate cele 24, iar apoi vor rămâne 16 coduri notate în tabel. 1 + semn. Aceste 16 coduri obținute corespund tuturor stărilor de funcționare posibile ale circuitului luat în considerare. În consecință, sistemul va fi operațional atunci când se află într-una dintre cele 16 stări incompatibile enumerate. Dacă calculăm probabilitățile ca sistemul să fie în fiecare dintre cele 16 stări și însumăm aceste probabilități, obținem probabilitatea ca sistemul să fie într-o stare operațională.

Dacă probabilitatea de a găsi i-al-lea element nerecuperabil in stare de functionare P i este o funcție de timp, atunci obținem FBG-ul sistemului pentru un timp dat. Acesta este unul dintre principalii indicatori ai fiabilității sistemului.

Deci, pentru a obține valoarea probabilității ca sistemul să se afle într-una dintre stările operaționale, este necesar să se înlocuiască una din cuvântul binar corespunzător cu probabilitate. P i , și zero pentru probabilitate I - P iși înmulțiți aceste probabilități. De exemplu, pentru codul 11000 acesta va fi produsul

Probabilitatea ca sistemul nostru să fie în stare de funcționare va fi apoi determinată ca

În ciuda simplității implementării acestui proces pe un computer, acesta are o serie de dezavantaje. Principalele sunt cerința unei cantități mari de memorie RAM pentru a stoca un set de cuvinte binare, precum și o creștere rapidă a numărului de căutări la compararea cuvintelor binare și o pierdere a preciziei de calcul cu o creștere a numărului de elemente de sistem. , deoarece valoarea 1 - P i este de obicei mic.

Procedura pentru calcule folosind al doilea algoritm

Spre deosebire de primul algoritm, în al doilea, fiabilitatea sistemelor cu structură ramificată este calculată folosind metoda tabelară. Metoda tabelară pentru calcularea fiabilității sistemului se bazează pe utilizarea teoremei pentru adăugarea probabilităților evenimentelor comune, care sunt conjuncțiile elementare ale condițiilor de operabilitate (sau inoperabilitate) a sistemelor descrise în DNF folosind QPUF.

Conform acestei teoreme și expresiei (1.1), FBG al sistemului se calculează prin formula:

Unde ρ l & ρ jînseamnă apariția în comun a evenimentelor legate de KPUF ρ lȘi ρ j, adică elementele aparținând setului minim sunt în stare de funcționare ρ j .

În ciuda greutății de scriere a formulelor, algoritmul pentru calcularea indicatorului de fiabilitate folosindu-l se dovedește a fi simplu și ușor de programat. Metoda de calcul tabelar este convenabilă din două motive:

• 
  variabilele logice sunt înmulțite automat cu ele însele în funcție de identitate

• 
  multe conjuncții identice, ale căror probabilități au semne diferite, sunt distruse reciproc.

Secvența pașilor din algoritm este următoarea:

1. Creați o masă specială în care trebuie să plasați n rânduri (în funcție de numărul de elemente din sistem), indicați FBG-ul elementelor din rândurile tabelului și notați toate combinațiile posibile de conjuncții în numele coloanelor ρ i luate pe rând, dar câte două, câte trei etc.

2. U arătați semnele probabilităților conjuncțiilor alternante conform formulei 1.2.

3. Completați tabelul cu cruciulițe și liniuțe, barând acele conjuncții identice care sunt incluse în el cu semne diferite.

4. Calculați probabilitățile de funcționare fără defecțiuni a sistemului prin înmulțirea acestor probabilități în fiecare coloană ρ i, care sunt marcate cu cruci.

Să luăm în considerare un exemplu de calcul FBG pentru un circuit - Fig. 1.

Să notăm:

Apariția unuia sau altui element în conjuncțiile corespunzătoare este marcată cu o cruce în tabel. Probabilitățile conjuncțiilor - ρ 1 -ρ 4 Și ρ 11 - ρ 14 sunt luate cu semnul (+), restul cu semnul
(-). Deci, FBG pentru schema luată în considerare este egal cu

Opțiuni de sarcină

masa 2

Opțiuni FBG(P2)	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
P1	0,96	0,95	0,96	0,94	0,93	0,98	0,95	0,85	0,9	0,97
P2	0,94	0,945	0,97	0,96	0,95	0,85	0,99	0,9	0,92	0,95
P3	0,95	0,95	0,98	0,99	0,94	0,96	0,98	0,92	0,95	0,98
P4	0,98	0,96	0,95	0,98	0,96	0,93	0,96	0,93	0,92	0,96
P5	0,96	0,95	0,96	0,95	0,98	0,98	0,97	0,9	0,91	0,95