MINISTERIUM FÜR BILDUNG UND WISSENSCHAFT DER RUSSISCHEN FÖDERATION

RYAZAN STATE RADIO ENGINEERING

UNIVERSITÄT

FAKULTÄT FÜR AUTOMATISIERUNGS- UND INFORMATIONSTECHNOLOGIE

IM MANAGEMENT

Abteilung für automatisierte Steuerungssysteme

Methodische Anweisungen für die Laborarbeit in der Disziplin

Zuverlässigkeit von Informationssystemen

Spezialität 071900 - Informationssysteme und Technologien

Vollzeitausbildung

Rjasan 2006

Einführung

Das Problem der Zuverlässigkeit technischer Systeme besteht seit mehreren Jahrzehnten und ist mit der weit verbreiteten Einführung komplexer Systeme besonders akut geworden. Die Erstellung und Verwendung solcher Geräte ist ohne besondere Maßnahmen zur Gewährleistung ihrer Zuverlässigkeit nicht sinnvoll. Die Gefahr besteht nicht nur darin, dass neue komplexe Geräte nicht funktionieren (es kommt zu Ausfallzeiten), sondern vor allem darin, dass Fehler in der Arbeit, einschließlich unsachgemäßer Bedienung, katastrophale Folgen haben können. Vor diesem Hintergrund sollten bei der Konstruktion, Herstellung und dem Betrieb von Systemen geeignete Maßnahmen ergriffen werden, um die Zuverlässigkeit dieser Systeme zu verbessern.

Die methodischen Anweisungen enthalten eine Beschreibung von vier Laborarbeiten.

In der ersten Laborarbeit werden die grundlegenden Konzepte und Methoden zur orientierten Berechnung der Zuverlässigkeit einer elektronischen Einheit untersucht, für die die Zuverlässigkeitsindikatoren von Elementen bekannt sind. Die elektronische Einheit wird während des Betriebs als nicht wiederherstellbares Objekt betrachtet. Die Ergebnisse der Berechnung der Zuverlässigkeit elektronischer Einheiten können verwendet werden, um die Zuverlässigkeit eines Komplexes technischer Mittel eines Informationssystems zu bewerten.

Die zweite Laborarbeit befasst sich mit der Untersuchung der Zuverlässigkeit des wiederhergestellten Systems. Dieses Thema wird traditionell mit der Analyse der Zuverlässigkeit technischer Systeme in Verbindung gebracht, die im Betrieb wiederhergestellt werden, wenn Fehler auftreten. Es ist jedoch nicht nur ein technisches Gerät, das ausfallen kann, sondern auch Informationen, die beispielsweise in einer Datenbank gespeichert sind. Bringen Sie die Datenbank mithilfe spezieller Wiederherstellungsverfahren genau in den Zustand, in dem sie vor dem Fehler vorhanden war.

Das dritte Labor untersucht ein redundantes (dupliziertes) wiederherstellbares System. Die Sicherungsmethode wird in Informationssystemen nicht nur auf der Ebene der technischen Mittel, sondern auch auf der Ebene der Gewährleistung der Datensicherheit häufig eingesetzt. Eine der Aufgaben eines Administrators eines Informationssystems ist die Datensicherung. Das Vorhandensein einer Sicherungskopie der Datenbank ermöglicht es Ihnen, das System bei einem Ausfall der Hauptdatendateien wiederherzustellen.

Beim Informationsaustausch zwischen verschiedenen Subsystemen kann Redundanz implementiert werden, da zusätzliche Kommunikationskanäle verwendet werden können oder die Mehrfachübertragung von Informationen usw. organisiert wird.

Die vierte Laborarbeit ist der Untersuchung der Funktionsfähigkeit des wiederhergestellten Systems gewidmet, d.h. den Grad seiner Anpassungsfähigkeit an die Ausführung der zugewiesenen Funktionen. Die Bewertung der Effizienz ist wichtig in Fällen, in denen ein komplexes System im Falle eines Ausfalls einzelner Teilsysteme weiterhin funktioniert und sich die Funktionsqualität etwas verschlechtert.

Methodische Anweisungen für die Laborarbeit richten sich an Vollzeit- und Teilzeitstudenten der Fachrichtung 071900 "Informationssysteme und -technologien", die die Disziplin "Zuverlässigkeit von Informationssystemen" studieren.

MINISTERIUM FÜR BILDUNG UND WISSENSCHAFT DER RUSSISCHEN FÖDERATION

STAATLICHE BILDUNGSINSTITUTION FÜR HOCHSCHULBILDUNG

"KOVROV STATE TECHNOLOGICAL ACADEMY"

Abteilung A und Y.

ANLEITUNG

"Zuverlässigkeit von Steuerungssystemen"

VERFEINERTE BERECHNUNG

QUANTITATIVE INDIKATOREN DER ZUVERLÄSSIGKEIT.

Kovrov, 2007

LABORARBEIT Nr. 2

VERFEINERTE BERECHNUNG QUANTITATIVER INDIKATOREN FÜR DIE ZUVERLÄSSIGKEIT VON STEUERSYSTEMEN.

Zweck der Arbeit: Beherrschung der Methoden zur Berechnung quantitativer Zuverlässigkeitsindikatoren, verfeinert anhand der Ergebnisse der detaillierten Konstruktion, Herstellung und Prüfung von Prototypen.

1. ALLGEMEINE INFORMATION

Diese Art der Berechnung wird durchgeführt, um die Zuverlässigkeitsbewertung zu verdeutlichen, die in den Phasen der vorläufigen und technischen Planung durchgeführt wird.

Nach den Ergebnissen der vorherigen Phasen des Entwurfs und Testens von Prototypen sollte Folgendes vorhanden sein:

Es wurden Prototypentests des Produkts durchgeführt, um die Bedingungen und Betriebsarten zu bestimmen, wobei die ausgewählten Methoden zum Schutz vor externen Einflussfaktoren berücksichtigt wurden, um die spezifizierte Zuverlässigkeit sicherzustellen.

Berechnungskarten der Betriebsarten von Bauteilen und Elementen sowie der thermischen Betriebsarten (Überhitzung), angepasst an die Prüfergebnisse, unter Berücksichtigung der Maßnahmen zur Kühlung der Produktblöcke;

Bekannte funktionale Abhängigkeiten der Ausfallraten von Bauteilen und Bauteilen von elektrischer Last, Temperatur, mechanischer Beanspruchung und anderen Betriebsbedingungen.

2. AUFGABE

Führen Sie eine aktualisierte Berechnung quantitativer Indikatoren für die Produktzuverlässigkeit unter den gegebenen realen Betriebsbedingungen durch. Die ersten Daten zur Variante des schematischen Schaltplans des Produkts und den Betriebsbedingungen sowie die Liste der berechneten Zuverlässigkeitsindikatoren werden vom Lehrer festgelegt (die Varianten entsprechen den Varianten der Zuordnung für die Laborarbeit Nr. 1).

3. MATHEMATISCHE MODELLE ZUR BERECHNUNG VON AUSFALLRATEN

3.1. Mathematisches Modell zur Berechnung der Ausfallraten von Widerständen, Kondensatoren, Halbleiterelementen, Transformatoren und Spulen unter realen Betriebsbedingungen:

schriftgröße: 13.0pt; Zeilenhöhe: 150% "\u003e (1)

wobei λ0 der Nennwert der Ausfallrate der im Produkt enthaltenen Elemente der Elemente und KI ist, entsprechend dem Koeffizienten der elektrischen Last Кн \u003d 1 und der Umgebungstemperatur Т 0С \u003d +20 0С.

Die λ0-Werte werden aus den entsprechenden Tabellen ausgewählt:

Für Widerstände - Tabelle 1;

Für Kondensatoren - Tabelle 2;

Für Halbleiterbauelemente - Tabelle 3;

Für Transformatoren und gewickelte Produkte (Drosseln, Induktivitäten usw.) - Tabelle 4.

a i \u003d f (K n , Тhttps: //pandia.ru/text/79/296/images/image003_85.gif "width \u003d" 12 "height \u003d" 23 src \u003d "\u003e. Gif" width \u003d "12 height \u003d 23" height \u003d "23" \u003e 0С im Bereich des Elements. Koeffizientenwerte werden aus den entsprechenden Tabellen ausgewählt (i \u003d 1,2,3,4)

a1 - der Korrekturfaktor zur Bestimmung von λe der Widerstände ist aus Tabelle 5 ausgewählt;

a2 - Korrekturfaktor zur Bestimmung von λe von Kondensatoren wird auf der Registerkarte ausgewählt. 6;

a3 - der Korrekturfaktor zum Bestimmen von λe von Halbleiterbauelementen ist aus Tabelle 7 ausgewählt;

a4 - der Korrekturfaktor zur Bestimmung von λe von Transformatoren und gewickelten Produkten (Drosseln, Induktivitäten) ist aus Tabelle 8 ausgewählt;

Ki - ein Korrekturfaktor, der die Wirkung externer Einflussfaktoren berücksichtigt und aus den entsprechenden Tabellen ausgewählt wird (i \u003d 1,2,3,4)

K1, K2 - Korrekturfaktoren Unter Berücksichtigung der Auswirkungen von Vibrationen und Stoßbelastungen auf die Elemente bzw. KI werden die Werte dieser Faktoren aus der Tabelle ausgewählt. neun;

K3 - ein Korrekturfaktor, der Feuchtigkeit und Umgebungstemperatur berücksichtigt, ausgewählt aus Tabelle 10;

K4 - Ein Korrekturfaktor, der die Änderung von λe in Abhängigkeit von der Höhe über dem Meeresspiegel berücksichtigt, ist aus Tabelle 11 ausgewählt.

3.2. Mathematisches Modell zur Berechnung der Relaisausfallrate:

schriftgröße: 13.0pt; Zeilenhöhe: 150% "\u003e wobei λ0 '' der Basiswert der Relaisausfallrate ist, der nach folgender Formel berechnet wird:

Die Formel (3) wird für ein Relais mit einem Wickeldrahtdurchmesser verwendetd ≥ 0,35 mm;

Die Formel (4) wird für ein Relais mit einem Wickeldrahtdurchmesser verwendetd< 0,35 мм.

N. - die Gesamtzahl der Kontaktpaare;

n - Anzahl der beteiligten Kontaktpaare;

λ0 ist der Nennwert der Ausfallrate des Relais, ausgewählt aus Tabelle 12.

Ki - ein Korrekturfaktor, der die Wirkung externer Faktoren berücksichtigt. KoeffizientenwerteKi (ich \u003d 1, 2, 3, 4) wird aus den Tabellen 9, 10 bzw. 11 ausgewählt.

KF - Koeffizient unter Berücksichtigung der Schaltfrequenz des Relais beim Betrieb im Produkt sind die Werte dieses Koeffizienten aus Tabelle 13 ausgewählt.

3.3. Mathematisches Modell zur Berechnung der Ausfallrate von integrierten Schaltkreisen:

schriftgröße: 13.0pt; Zeilenhöhe: 150% "\u003e (5)

dabei wird der Basiswert der Ausfallrate integrierter Schaltkreise nach folgender Formel berechnet:

https://pandia.ru/text/79/296/images/image009_38.gif "width \u003d" 136 "height \u003d" 44 src \u003d "\u003e (6)

wobei EN-US "style \u003d" Schriftgröße: 13.0pt; Zeilenhöhe: 150% "\u003e n - die Anzahl der extern beteiligten Stifte der Mikroschaltung;

Ki - (ich

3.4. Mathematisches Modell zur Berechnung der Ausfallrate von Schaltelementen (Kippschalter, Schalter, Tasten):

schriftgröße: 13.0pt; Zeilenhöhe: 150% "\u003e (7)

wobei λ0 der Nennwert der Ausfallrate ist, ausgewählt aus Tabelle 14;

K f - Koeffizient in Abhängigkeit von der Schaltfrequenz, der Wert dieses Koeffizienten wird aus Tabelle 15 ausgewählt;

Ki - (ich \u003d 1, 2, 3, 4) werden aus den Tabellen 9, 10 bzw. 11 ausgewählt.

3.5. Mathematisches Modell zur Berechnung der Ausfallrate von Steckverbindern:

schriftgröße: 13.0pt; Zeilenhöhe: 150% "\u003e (8)

wobei λ0 die nominelle Ausfallrate der Steckverbinder ist, ausgewählt aus Tabelle 16;

Der Kcs-Koeffizient wird in Abhängigkeit von der Anzahl der Gelenke - Zerstückelungen aus Tabelle 17 ausgewählt.

Ккк - Koeffizient in Abhängigkeit von der Anzahl der beteiligten Kontakte, der Wert dieses Koeffizienten wird nach folgender Formel berechnet:

Ккк \u003d (9)

wo n - die Anzahl der beteiligten Kontakte;

Ki - (ich \u003d 1, 2, 3, 4) werden aus den Tabellen 9, 10 bzw. 11 ausgewählt.

3.6. Mathematisches Modell zur Berechnung der Ausfallrate von elektrischen Kabeln, Drähten, Kabeln:

schriftgröße: 13.0pt; Zeilenhöhe: 150% "\u003e (10)

wobei λ0 der Nennwert der Ausfallrate von Kabeln, Drähten, Kabeln ist, ausgewählt aus Tabelle 18;

L. - die Gesamtlänge des Kabels (Draht, Kabel); für Produkte mitL. ≤ 3 m dürfen nehmenL \u003d 1 m;

Кф - Funktionskoeffizient, dessen Wert durch die Formel bestimmt werden kann:

Kf \u003d (11)

wobei Еа - bedingte Aktivierungsenergie, kJ / mol;

R g \u003d 8,3144 - universelle Gaskonstante, J / Grad · mol;

K t - Temperaturkoeffizient in Abhängigkeit von der Betriebsumgebungstemperatur im Gerät; bestimmt durch die Formel:

Kt \u003d (12)

wo tp - maximale Arbeitstemperatur im Gerät (Produkt) 0 ° C;

t b - Basistemperatur gleich 25 ° C bei oder 100 ° C bei (nach Kabeltyp).

In der Regel liegt die maximale Produkttemperatur unter Berücksichtigung der Überhitzung im Bereich von 70 ° C - 80 ° C.

Der Wert der bedingten Aktivierungsenergie variiert von 40 bis 120 kJ / mol (Durchschnitt) und hat in einem ziemlich weiten Temperaturbereich ein Niveau

Fonta Schriftgröße: 13.0pt; Zeilenhöhe: 150% "\u003e Unter Berücksichtigung der in Formel (10) angegebenen praktischen Einschränkungen für praktische Berechnungen mit EN-US" style \u003d "Schriftgröße: 13.0pt; Zeilenhöhe: 150%" \u003e tp = 70 0C, Kf \u003d 200 attp \u003d 80 0 C und Kf \u003d 600 attp \u003d 100 0 C.

Ki - (ich \u003d 1, 2, 3, 4) werden aus den Tabellen 9, 10 bzw. 11 ausgewählt.

3.7. Mathematisches Modell zur Berechnung der Ausfallraten von Verbindungen (Rationen):

schriftgröße: 13.0pt; Zeilenhöhe: 150% "\u003e (13)

wobei λ0 der Nennwert der Ausfallrate der Rationen ist;

λ0 \u003d 0,015 10-6 1 / Stunde

p -die Anzahl der Rationen im Produkt;

Ki - (ich \u003d 1, 2, 3, 4) werden aus den Tabellen 9, 10 bzw. 11 ausgewählt.

3.8. Mathematisches Modell zur Berechnung der Ausfallrate von Sicherungen:

schriftgröße: 13.0pt; Zeilenhöhe: 150% "\u003e wobei λ0 der Nennwert der Sicherungsausfallrate ist;

λ0 \u003d 0,5 10-6 1 / Stunde

КТ - Wärmekoeffizient in Abhängigkeit von der Temperatur der Arbeitsumgebung, die die Sicherung umgibt; die Werte dieses Koeffizienten sind aus Tabelle 19 ausgewählt;

Ki - (ich \u003d 1, 2, 3, 4) werden aus den Tabellen 9, 10 bzw. 11 ausgewählt.

3.9. Mathematisches Modell zur Berechnung der Ausfallrate elektrischer Maschinen:

schriftgröße: 13.0pt; Zeilenhöhe: 150% "\u003e (15)

wobei λ0 der Nennwert der Ausfallrate elektrischer Maschinen ist, ausgewählt aus Tabelle 20;

a4 ist ein Korrekturfaktor zum Bestimmen von λ elektrischer Maschinen, ausgewählt aus Tabelle 8;

Δλ - zusätzliche Ausfallrate elektrischer Maschinen in Abhängigkeit von der Drehzahl sind aus Tabelle 21 ausgewählt;

Ki - (ich \u003d 1, 2, 3, 4) werden aus den Tabellen 9, 10 bzw. 11 ausgewählt.

4. BERECHNUNGSVERFAHREN

4.1. Das elektrische Schaltbild des Produkts wird unter dem Gesichtspunkt der elementaren und quantitativen Zusammensetzung analysiert, die in K Gruppen gleich zuverlässiger Elemente, Teile in jeder Gruppe, unterteilt ist.

Es wird davon ausgegangen, dass das betrachtete Produkt über ein sequentielles Anschlussdiagramm zur Berechnung der Zuverlässigkeit verfügt.

Die Ergebnisse der Analyse sind in Tabelle 22, Spalten 1 - 4 eingetragen.

4.2. Entsprechend der Nomenklatur der verwendeten Elementbasis aus den Tabellen 1, 2, 3, 4, 12, 14, 16, 18, 20 werden Nennwerte der Ausfallraten der im Produkt verwendeten Elemente und Komponenten (CI) ausgewählt.

Die ausgewählten Nennwerte der Ausfallraten des CI werden in die Registerkarte eingetragen. 22.

4.3. Entsprechend den verfügbaren Lastfaktoren KN (Spalte 6) und dem Wert der Betriebstemperatur (Spalte 7), die das Element der Umgebung (unter Berücksichtigung der Überhitzung) für jedes Element und KI aus den Tabellen 5, 6, 7, 8 umgibt, ergeben sich die Werte der Korrekturfaktoren ai \u003d f (KH, TEN-US "\u003e C)

i \u003d 1, 2, 3, 4.

4.4. Aus den Tabellen 9, 10, 11 für jedes Element und KI ergeben sich die Werte der Koeffizienten K.ich abhängig von den angegebenen Betriebsbedingungen (Schweregradbedingungen).

Ausgewählte Werte der Koeffizienten K.ich (ich \u003d 1,2,3,4) werden in die Spalten 9 - 12 eingetragen. 22.

4.5..gif "width \u003d" 21 "height \u003d" 25 src \u003d "\u003e \u003dconst)

schriftgröße: 13.0pt; Zeilenhöhe: 150% "\u003e Die Berechnungsergebnisse werden in Spalte 16 von Tabelle 22 eingegeben.

4.6. Die Gesamtausfallraten für jede Gruppe von gleichermaßen zuverlässigen Elementen und CI werden bestimmt, die Berechnungsergebnisse (nj λ e i ) werden in Spalte 14 von Tabelle 22 eingegeben. (Dabei ist die Anzahl der gleichermaßen zuverlässigen Elemente in der Gruppe https://pandia.ru/text/79/296/images/image029_9.gif "width \u003d" 21 "height \u003d" 24 src \u003d "\u003e \u003dconst ist die Ausfallrate jedes Elements inj-te Gruppe)

4.7. Für ein Relais wird die Betriebsausfallrate unter Verwendung der Formel (2) berechnet. In diesem Fall werden die Werte der nominalen Ausfallraten aus Tabelle 12 ausgewählt. Abhängig vom Durchmesser des Wicklungsdrahtes werden die Grundwerte der Ausfallraten des Relais berechnet. Schriftgröße: 13,0pt; Zeilenhöhe: 150% "\u003eF. sind aus Tabelle 13 ausgewählt. Die Korrekturfaktoren K1, K2, K3, K4 sind aus den Tabellen 9, 10, 11 ausgewählt.

4.8. Für Kippschalter, Schalter, Tasten werden die Werte der Betriebsausfallrate nach der Formel (7) berechnet. Die Werte der nominalen Ausfallraten sind aus Tabelle 14 ausgewählt. Die Werte der Koeffizienten K.f sind aus Tabelle 15 ausgewählt. Die Korrekturfaktoren K1, K2, K3, K4 sind aus den Tabellen 9, 10, 11 ausgewählt.

4.9. Für integrierte Schaltkreise werden die Werte der Betriebsausfallrate durch die Formel (5) bestimmt. In diesem Fall wird der Basiswert der Ausfallrate nach der Formel (6) berechnet; - sind aus Tabelle 3 (Niedrigleistungstransistoren) ausgewählt.

4.10. Für Steckverbinder wird die Betriebsausfallrate durch Gleichung (8) bestimmt. In diesem Fall werden die Werte der nominalen Ausfallrate aus Tabelle 16 ausgewählt.

Die Werte der Koeffizienten Kc sind aus Tabelle 17 ausgewählt. Die Werte der Koeffizienten Kc werden nach der Formel (9) berechnet.

Die Werte der Korrekturfaktoren K1, K2, K3, K4 sind aus den Tabellen 9, 10, 11 ausgewählt.

4.11. Für Rationen (Verbindungen) werden die Werte der Betriebsausfallrate durch die Formel (13) bestimmt. In diesem Fall wird der Wert der nominalen Ausfallrate gleich λ0 \u003d 0,015 · 10 & supmin; & sup6; 1 / h angenommen.

Die Werte der Korrekturfaktoren K1, K2, K3, K4 sind aus den Tabellen 9, 10, 11 ausgewählt.

4.12. Für Sicherungen (Schmelzverbindungen) werden die Werte der Betriebsausfallrate durch die Formel (14) bestimmt. In diesem Fall wird der Wert der nominalen Ausfallrate gleich λ0 \u003d 0,5 · 10 & supmin; & sup6; 1 / h angenommen.

Die Werte des Koeffizienten KT werden in Abhängigkeit von den Temperaturwerten des die Sicherung umgebenden Betriebsmediums aus Tabelle 19 ausgewählt.

Die Werte der Korrekturfaktoren K1, K2, K3, K4 sind aus den Tabellen 9, 10, 11 ausgewählt.

4.13. Für elektrische Maschinen wird der Wert der Betriebsausfallrate durch die Formel (15) bestimmt.

Die nominalen Ausfallraten sind aus Tabelle 20 ausgewählt.

Die Werte des Korrekturfaktors a4 werden abhängig von der Umgebungstemperatur aus Tabelle 8 ausgewählt. Die zusätzliche Ausfallrate Δλ als Funktion der Drehzahl ist aus Tabelle 21 ausgewählt.

Die Werte der Korrekturfaktoren K1, K2, K3, K4 sind aus den Tabellen 9, 10, 11 ausgewählt.

4.14. Die Ergebnisse der Berechnung der Werte der Betriebsausfallrate von Elementen und CI, die gemäß den Algorithmen 3.7 - 3.12 durchgeführt wurden, sind in Spalte 13 von Tabelle 22 eingetragen.

4.15. Die Gesamtausfallraten für jede Gruppe werden bestimmtnJ Elemente (3.7 - 3.12) und die Ergebnisse der Berechnungen (nJ Λ e i ) sind in Spalte 14 der Tabelle 22 eingetragen.

4.16. Die Werte der Ausfallrate des gesamten Produkts werden berechnet, indem alle Werte der Spalte 14 der Tabelle 22 aufsummiert werden:

5. BERICHTERSTATTUNG

Die Ergebnisse der verfeinerten Berechnung der Zuverlässigkeitsindikatoren des Produkts werden in Form einer Zählung erstellt, die Folgendes enthält:

5.1. Zuordnung: Option Nr. __. Betriebsbedingungen: nach Objekttyp, z. B. "Ebene"

temperaturbereich_________________________________________

vibrationslasten __________________________________________

stoßbelastungen _______________________________________________

höhe _____________________________________________________

feuchtigkeit_____________________________________________________

Liste der zu berechnenden Zuverlässigkeitsindikatoren _______________

5.2. Schematische Darstellung des Produkts und eine Liste der Elemente.

5.3. Tabelle 22 enthält die Anfangsdaten (die Ergebnisse der Analyse des elektrischen Schaltplans des Produkts, die Werte der Lastfaktoren Kn, die Umgebungstemperatur für jedes Element und den CI), die Zwischenberechnungsergebnisse, die Werte der Korrektur und andere Faktoren, die Endergebnisse der Berechnungen der Gruppenausfallraten (Spalte 14).

5.4. Die Nomenklatur der ermittelten quantitativen Zuverlässigkeitsindikatoren (erforderliche Zuverlässigkeitsindikatoren λс, Т,P (t)).

Methodische Anweisungen für die Durchführung von Laborarbeiten im Kurs "Zuverlässigkeit der technischen Mittel" für Studierende der Leitung

UZBEK KOMMUNIKATIONS- UND INFORMATISIERUNGSAGENTUR

TASHKENT UNIVERSITY OF INFORMATION TECHNOLOGIES

FAKULTÄT FÜR INFORMATIONSTECHNOLOGIE

Abteilung "Computersysteme"

ANLEITUNG

Laborarbeiten gemäß Kurs durchführen

"ZUVERLÄSSIGKEIT DER TECHNISCHEN AUSRÜSTUNG"

Für Richtungsschüler

5811300- "Service" (Elektronik- und Computertechnologie)

Taschkent 2008

Methodische Anweisungen für Laborarbeiten im Kurs "Zuverlässigkeit technischer Mittel".

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

Diese Arbeit untersucht Laborarbeiten zum Kurs "Zuverlässigkeit technischer Mittel" und die Methodik für deren Umsetzung. Der Hauptzweck der Arbeit ist die praktische Kenntnis der Methoden der Zuverlässigkeitsbewertung, der Methoden zur Erstellung von Algorithmen zur Untersuchung der Funktionsfähigkeit und der Untersuchung von Methoden zur Erstellung von Tests für digitale Geräte der Computertechnologie (CT). Erlernen der Fähigkeiten zur Verwendung dieser Algorithmen bei der Lösung entsprechender Probleme mithilfe von Computern.

Entworfen für Studenten, die in der Richtung 5811300- "Service" (Elektronik- und Computertechnologie) im Kurs "Zuverlässigkeit technischer Mittel" eingeschrieben sind.

Abteilung für "Computersysteme".

Tab. 10. Abb. 17 Bibliographie: 8 Titel.

Veröffentlicht durch die Entscheidung des Wissenschaftlichen und Methodischen Rates der Taschkent Universität für Informationstechnologien.

Gutachter: Prof., Doktor der technischen Wissenschaften Sagatov M.M. (TSTU)

Doktor der Physik und Mathematik Azamatov Z.T. (Abteilungsleiter des Staatlichen Komitees für Wissenschaft und Technologie)

© Taschkent Universität für Informationstechnologien, 2008.

ANFORDERUNGEN AN DIE DURCHFÜHRUNG VON LABORARBEITEN

1. 
   Vor Erhalt der Aufgabe muss der Student die relevanten Abschnitte des Kurses "Zuverlässigkeit der technischen Mittel" wiederholen, die in der Arbeit angegebene Literatur lesen, die Materialien zu den Besonderheiten der Lösung eines bestimmten Problems am Computer studieren, berechnete und theoretische Materialien für jeden Punkt "Aufgabe und Verfahren zur Durchführung der Arbeit" vorbereiten. Vor Arbeitsbeginn müssen die Arbeitsmaterialien dem Lehrer vorgelegt werden, damit sie zur Diskussion gestellt werden können.
2. 
   Die Aufgabe zur Berechnung der Zuverlässigkeit enthält in der Regel ein Strukturdiagramm des Untersuchungsobjekts, für das der Wert eines bestimmten Zuverlässigkeitsindikators, das Funktionsgesetz des Systems bei Ausfall seiner Komponenten sowie die Zuverlässigkeitsmerkmale der Elemente des Objekts ermittelt werden müssen.
3. 
   Nachdem der Student die anfänglichen Daten in Übereinstimmung mit den Besonderheiten des untersuchten Strukturschemas, der erforderlichen Forschungsgenauigkeit und den Fähigkeiten universeller Algorithmen vorbereitet hat, präsentiert er sie in einer Form, die für die Eingabe in einen Computer geeignet ist.
4. 
   Nachdem der Schüler die Richtigkeit der Darstellung der Anfangsdaten überprüft hat, erstellt er das geeignete Modell zur Lösung eines bestimmten Problems. Während der Arbeit im Dialogmodus werden Korrekturen an den Anfangsdaten vorgenommen, um die angegebenen Werte der Zuverlässigkeitsindikatoren des untersuchten Objekts zu erhalten.
5. 
   Die Testaufgabe enthält normalerweise eine digitale Schaltung, die eine beliebige Funktion implementiert, für die es notwendig ist, Fehlertests wie z x/ o oder x/ 1 mit verschiedenen Arten von Bautests.
6. 
   Nachdem der Schüler die Richtigkeit der Darstellung der Anfangsdaten überprüft hat, löst er mit einer bestimmten Methode zur Erstellung von Tests ein bestimmtes Problem auf einem Computer.
7. 
   Nach Abschluss der Arbeit, Erhalt der Ergebnisse und Analyse der erhaltenen Lösungen ist jeder Schüler verpflichtet, dem Lehrer einen ordentlich ausgeführten Bericht vorzulegen.

ALLGEMEINE INFORMATIONEN AUFGABEN

Aufgaben testen. Die Besonderheiten der Organisation des Informationsverarbeitungsprozesses, die Einführung neuer Technologien in der Produktionsphase und originelle Schaltungslösungen ermöglichen es, moderne digitale Geräte (DC) in eine spezielle Klasse von Geräten zu unterteilen, die die Entwicklung spezieller Verfahren zur Bestimmung ihrer Leistung erfordern. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die derzeit weit verbreiteten Methoden zur Erkennung und Fehlerbehebung von Kontrollzentren abgelehnt werden.

Ein Ansatz, der auf der optimalen Nutzung der in den letzten Jahren im Bereich der Steuerung und technischen Diagnostik erzielten Ergebnisse basiert und die Besonderheiten der Architektur und die Logik des Betriebs des Kontrollzentrums berücksichtigt, erscheint vernünftig.

Mit dem Testen des Kontrollzentrums ist der Prozess gemeint, bei dem der Zustand oder die Funktionsfähigkeit eines Geräts mithilfe bestimmter Eingabeaktionen ermittelt und die entsprechenden Ausgabeaktionen analysiert und die entsprechenden Ausgabereaktionen analysiert werden.

Das Testen ist eines der Hauptdiagnoseverfahren, dessen Aufgabe es ist, den technischen Zustand des gesteuerten Objekts zu bestimmen und im Falle seiner Inoperabilität Fehler zu erkennen und zu lokalisieren.

Die Gesamtheit der Eingabeaktion und der entsprechenden Ausgabeantwort wird als Test bezeichnet, und eine geordnete Folge von Tests wird als Testprogramm bezeichnet. Das Steuerungssteuerverfahren besteht aus der Entwicklung eines Testprogramms, der anschließenden Bereitstellung von Eingabeaktionen für das gesteuerte Gerät, der Beobachtung der Ausgangssignale und der Analyse der erhaltenen Ergebnisse, um die Eignung des Produkts festzustellen.

Das Kontrollverfahren bietet eine vollständige (unvollständige) Kontrolle des Kontrollzentrums, wenn eine (nicht mindestens eine) Fehlfunktion der betrachteten Klasse von Verstößen festgestellt wird. Die Vollständigkeit der Steuerung ist eine der Hauptanforderungen für das entwickelte Testprogramm des Geräts. Das andere ist die Länge des Testprogramms. Abhängig von den Informationen zum Erstellen eines Testprogramms der Zentrale werden zwei Steuerungen unterschieden: funktionale und strukturelle.

Im Rahmen der Funktionskontrolle wird der Algorithmus für den Betrieb der Zentrale als Ausgangsinformation für die Erstellung von Tests verwendet. Die Notwendigkeit einer Funktionskontrolle wird durch das Fehlen vollständiger Informationen über die Fehlerursachen, die erhöhte Komplexität des gesteuerten Geräts, die verringerten Anforderungen an die Vollständigkeit der Steuerung usw. verursacht. Die Funktionssteuerung wird am häufigsten von MC-Benutzern verwendet.

Die Methoden zur Erstellung von Tests zur Strukturkontrolle orientieren sich am schematischen Diagramm (Struktur) des getesteten Kontrollzentrums. Sie werden während der Produktionsphase verwendet. Diese Methoden sind derzeit am weitesten entwickelt und haben sich in der Praxis bei der Steuerung und Diagnose von Geräten bewährt, die aus Arten von Ersatzelementen bestehen. Strukturelle Methoden bieten vollständige Kontrolle.

Laborarbeit Nr. 1

STUDIE ÜBER DIE ZUVERLÄSSIGKEIT VON SYSTEMEN MIT EINER ZWEIGSTRUKTUR

Zielsetzung - Kenntnis der Methodik zur Untersuchung der Zuverlässigkeit von Systemen mit verzweigter Struktur unter Verwendung logisch-probabilistischer Methoden.

Formulierung des Problems: Um die Technik der Erforschung der Zuverlässigkeit von Computersystemen unter Verwendung eines universellen Programmmodells zu beherrschen, das auf der Verwendung einer logisch-probabilistischen Abbildung des Zuverlässigkeitsverhaltens von Systemen basiert, wie in Art.

Die Arbeitsdauer beträgt 2 Stunden.

Theoretische Informationen

Einer der vielversprechenden Bereiche ist die Entwicklung logisch-probabilistischer Methoden, deren mathematische Essenz darin besteht, die Funktionen der Algebra der Logik (FAL) zur analytischen Aufzeichnung der Bedingungen der Funktionsfähigkeit des Systems und zur Entwicklung von Methoden für den Übergang von FAL zu probabilistischen Funktionen zu verwenden, die die Zuverlässigkeit dieses Systems objektiv ausdrücken.

Die Berechnung numerischer Werte basierend auf einem analytischen Ausdruck für die Wahrscheinlichkeit einer fehlerfreien Operation (FBR) reduziert sich auf die Durchführung algebraischer Multiplikations- und Additionsoperationen. Es gibt verschiedene Methoden zur Berechnung der Zuverlässigkeit unter Verwendung logisch-probabilistischer Methoden: tabellarisch, schematisch-logisch, Schnittalgorithmus, Orthogonalisierung.

Ein universelles Softwaremodell ist eine Softwareimplementierung eines Berechnungsalgorithmus, der eine Folge von Aktionen an Eingabedaten ausführt, die das untersuchte System charakterisieren. Das Ergebnis solcher Aktionen ist, den numerischen Wert eines solchen Zuverlässigkeitsindikators wie des FBG-Systems zu erhalten r.für ein bestimmtes Zeitintervall T.... Mit dem betrachteten Algorithmus kann die Zuverlässigkeit nicht wiederherstellbarer redundanter Systeme mit einer verzweigten Struktur untersucht werden.

Die Eingabedaten des Algorithmus sind wie folgt: die Anzahl der Systemelemente - ndie Werte der FBG-Elemente für das untersuchte Zeitintervall P. ich sowie binäre Vektoren X. l die kürzesten Wege für das erfolgreiche Funktionieren des Systems (KPUF), deren Prinzip im Folgenden beschrieben wird. Die Einschränkungen, die den untersuchten Systemen bei der Anwendung des Berechnungsalgorithmus auferlegt werden, sind wie folgt.

Das System kann sich nur in zwei Zuständen befinden: in einem Zustand voller Funktionsfähigkeit ( Haben \u003d I) und in einem Zustand völligen Versagens ( Y \u003d 0). Es wird angenommen, dass die Wirkung des Systems deterministisch von der Wirkung seiner Elemente abhängt, d.h. ist eine Funktion X. 1 , X. 2 ,..., X. ich ,..., X. n , was wiederum auch in nur zwei inkonsistenten Zuständen zu finden ist: volle Arbeitsfähigkeit ( X. ich = 1) und vollständiger Fehler ( X. ich = 0). Spezifische Werte von Binärvariablen X. ich Bestimmen Sie den Zustand des Systems oder den sogenannten Zustandsvektor des Systems X. = (X. 1 , X. 2 ,..., X. ich ,..., X. n), der der Hauptparameter ist, mit dem der Berechnungsalgorithmus arbeitet.

Um die für die Berechnung des Zuverlässigkeitsindikators erforderliche Bedienbarkeitsfunktion einzustellen, muss eine logische Algebrafunktion erstellt werden, die den Zustand der Elemente mit dem Zustand des Systems verbindet. Um es zu erhalten, sollte man das Konzept von KPUF verwenden, das eine Verbindung seiner Elemente ist, von denen keine der Komponenten entfernt werden kann, ohne die Funktion des Systems zu stören. Diese Konjunktion wird wie folgt geschrieben: R. l = Λ X. ich , Wo ich gehört zu vielen Zahlen KR l entsprechend l-m Weg.

Mit anderen Worten, die KPUF des Systems beschreibt einen seiner möglichen Betriebszustände (PC), der durch den minimalen Satz von Betriebselementen bestimmt wird, die zur Ausführung der für das System angegebenen Funktionen unbedingt erforderlich sind. Für das untersuchte System ist es daher notwendig, alle zu bestimmen d mögliche KPUF und dann wird die Systemleistungsfunktion wie folgt geschrieben:

jene. in Form einer Disjunktion aller verfügbaren KPUFs.

Bei der Bestimmung des oben genannten Zuverlässigkeitsindikators muss die Wahrscheinlichkeitsfunktion des Formulars berechnet werden

P. [Haben(X. 1 , ..., X. n) = 1] \u003d R. c

in diesem Fall ergeben sich die Hauptschwierigkeiten aufgrund der wiederholten Form der FAL, weil Dieselben Betriebszustände werden mit der Anzahl der KPUFs, denen sie zugeordnet sind, so oft gezählt.

Betrachten Sie zwei Berechnungsalgorithmen, die auf der logisch-probabilistischen Methode basieren, und wählen Sie den effizientesten für eine bestimmte Version des Systems aus.

Verfahren zur Berechnung nach dem ersten Algorithmus

Für eine gegebene Version des Systems wird die Menge aller KPUFs bestimmt, die in Form von Binärwörtern dargestellt werden. Die Anzahl der Bits in einem Wort entspricht der Anzahl der Elemente im System. Ein Entladungswert gleich 1 bedeutet, dass das Element betriebsbereit ist, und 0 entspricht einem Elementfehler.

Der auf der KPUF basierende Algorithmus bildet alle möglichen binären Wörter, die alle funktionsfähigen Zustände des Systems definieren, wählt nicht repetitive aus und berechnet für jedes die entsprechende Wahrscheinlichkeit. Nehmen wir zum Beispiel an, es gibt eine in Abb. 1 gezeigte Brückenschaltung. 1, bestehend aus 5 Elementen, die Wahrscheinlichkeit zu finden ich -das Element in einem Arbeitszustand ist P. ich , die Wahrscheinlichkeit, ein Element in einem fehlerhaften Zustand zu finden, beträgt I - P. ich \u003d Q. ich .

Für diese Brücke sind die kürzesten Wege wie folgt: 11000, 00110, 10011 , 01101.

Zahl: 1. Brückenschaltung

Jeder kürzeste Pfad ist den in Tabelle 1 gezeigten Betriebszuständen zugeordnet. Das erste Bit links entspricht dem Element Nummer eins.

Tabelle. 1

KPUF No.БРС	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

Somit wurden 24 Codes erhalten, die den Betriebszuständen des Systems entsprechen. Wir sehen jedoch, dass einige von ihnen in den Spalten der Tabelle wiederholt werden. Wir schließen die sich wiederholenden von allen 24 Codes aus, und dann werden 16 Codes in der Tabelle markiert. 1 mit +. Diese empfangenen 16 Codes entsprechen allen möglichen Betriebszuständen der betrachteten Schaltung. Folglich ist das System betriebsbereit, wenn es sich in einem der 16 aufgelisteten inkonsistenten Zustände befindet. Wenn wir die Wahrscheinlichkeiten für das Auffinden des Systems in jedem der 16 Zustände berechnen und diese Wahrscheinlichkeiten zusammenfassen, erhalten wir die Wahrscheinlichkeit, dass sich das System in einem Arbeitszustand befindet.

Ist die Wahrscheinlichkeit zu finden ich-th nicht erneuerbares Element in einwandfreiem Zustand P. ich ist eine Funktion der Zeit, dann erhalten wir die FBG des Systems für eine bestimmte Zeit. Dies ist einer der Hauptindikatoren für die Systemzuverlässigkeit.

Um den Wert der Wahrscheinlichkeit zu erhalten, das System in einem der betriebsfähigen Zustände zu finden, ist es notwendig, 1 im entsprechenden Binärwort durch die Wahrscheinlichkeit zu ersetzen P. ich , und Null für die Wahrscheinlichkeit I - P. ich und multiplizieren Sie diese Wahrscheinlichkeiten. Für Code 11000 ist dies beispielsweise das Produkt

Die Wahrscheinlichkeit, unser System in einem funktionierenden Zustand zu finden, wird dann als bestimmt

Trotz der Einfachheit der Implementierung dieses Prozesses auf einem Computer weist er eine Reihe von Nachteilen auf. Die wichtigsten sind das Erfordernis einer großen Menge an RAM zum Speichern eines Satzes von Binärwörtern sowie eine schnelle Zunahme der Anzahl von Aufzählungen beim Vergleich von Binärwörtern und der Verlust der Rechengenauigkeit mit einer Zunahme der Anzahl von Systemelementen, da der Wert 1 - P. ich ist normalerweise klein.

Verfahren zur Berechnung mit dem zweiten Algorithmus

Im Gegensatz zum ersten Algorithmus wird beim zweiten die Zuverlässigkeit von Systemen mit verzweigter Struktur mithilfe der Tabellenmethode berechnet. Die tabellarische Methode zur Berechnung der Zuverlässigkeit des Systems basiert auf der Verwendung des Theorems der Addition der Wahrscheinlichkeiten gemeinsamer Ereignisse, die elementare Zusammenhänge der Bedingungen der Funktionsfähigkeit (oder Inoperabilität) der in der DNF mit Hilfe von KPUF beschriebenen Systeme sind.

Nach diesem Satz und Ausdruck (1.1) wird der FBG des Systems nach folgender Formel berechnet:

wo ρ l & ρ j bezeichnet das gemeinsame Auftreten von Ereignissen im Zusammenhang mit der KPUF ρ l und ρ j d.h. Die Elemente, die zur Mindestmenge gehören, befinden sich in einem Arbeitszustand ρ j .

Trotz des umständlichen Schreibens von Formeln erweist sich der Algorithmus zur Berechnung des Zuverlässigkeitsindex als einfach und leicht zu programmieren. Die tabellarische Berechnungsmethode ist aus zwei Gründen praktisch:

• 
  Boolesche Variablen werden automatisch entsprechend der Identität mit sich selbst multipliziert

• 
  Viele identische Konjunktionen, deren Wahrscheinlichkeiten unterschiedliche Vorzeichen haben, werden gegenseitig aufgehoben.

Die Reihenfolge der Schritte im Algorithmus ist wie folgt:

1. Erstellen Sie eine spezielle Tabelle zum Platzieren n Zeilen (entsprechend der Anzahl der Elemente im System) geben in den Zeilen der Tabelle die FBG der Elemente an und notieren in den Namen der Spalten alle möglichen Kombinationen von Konjunktionen ρ ich einzeln genommen, aber zwei, drei usw.

2. Habenzeigen die Vorzeichen der Wahrscheinlichkeiten von Konjunktionen, die sich gemäß Formel 1.2 abwechseln.

3. Füllen Sie die Tabelle mit Kreuzen und Strichen aus und streichen Sie die identischen Konjunktionen, die mit unterschiedlichen Zeichen eingegeben wurden, durch.

4. Berechnen Sie die Wahrscheinlichkeiten für einen fehlerfreien Betrieb des Systems, indem Sie diese Wahrscheinlichkeiten in jeder Spalte multiplizieren ρ ich mit Kreuzen markiert.

Betrachten Sie ein Beispiel für die Berechnung des FBG für eine Schaltung - Abb. 1.

Wir bezeichnen:

Der Eintrag dieses oder jenes Elements in die Zusammensetzung der entsprechenden Konjunktionen ist in der Tabelle mit einem Kreuz gekennzeichnet. Konjunktionswahrscheinlichkeiten - ρ 1 -ρ 4 und ρ 11 - ρ 14 werden mit dem (+) Zeichen genommen, der Rest mit dem
(-). Die FBG für das betrachtete Schema ist also

Joboptionen

Tabelle 2

Optionen VBR (P2)	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Р1	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