CC BY
16
UNAPREBENJE ODRZAVANJA UREZAJA SPECIJALNE NAMENE REALIZACIJOM MODERNIZACIJE ANALOGNOG FILTERA
Vojkan M. Radonjic3, Slobodan R. Bukicb, Danko M. Jovanovicc, Sasa M. Petrovicd a Tehnicki remontni zavod Cacak, b e-mail: vojkan.r.69@gmail.com b Univerzitet u Kragujevcu, Tehnicki fakultet Cacak,
e-mail: slobodan.djukic@ftn.kg.ac.rs c Univerzitet odbrane u Beogradu, Vojna akademija, d e-mail:danko.jovanovic@gmail.com
d Generalstab Vojske Srbije, Uprava za logistiku, Beograd,
e-mail:saskop@eunet.com
DOI: 10.5937/vojtehg63-5412
OBLAST: odrzavanje tehnickih sistema VRSTA CLANKA: originalni naucni clanak JEZIK CLANKA: srpski
Sazetak:
U radu ce biti izvrsena analiza i poredenje pokazatelja pouzdano-sti dve vrste uredaja specijalne namene koji se koriste u radio-relejnim sistemima.
Na osnovu rezultata sprovedene analize, stecenog iskustva iz do-mena najviseg nivoa odrzavanja uredaja, predlozice se modernizacija postojeceg analognog radio-frekventnog filtera sa odgovarajucim digi-talnim filterom. Predlozena modernizacija unapreduje tehnoloski proces odrzavanja uredaja, poboljsava karakteristike pogodnosti za odrza-vanjem, povecava pouzdanost u radu uredaja uz znatno smanjenje tro-skova odrzavanja uredaja.
Kljucne reci: pouzdanost, odrzavanje, modernizacija, filter.
Uvod
Svako tehnicko sredstvo tokom svog zivotnog veka prolazi razlicite faze od konstrukcije, razvoja, izrade, eksploatacije, odrzavanja do rasho-da, kada prestaje zivotni vek (slika 1). U radu su sprovedeni istrazivanja i analiza na uredaju specijalne namene GRC 408E, koji u domacim institu-cijama nije prosao faze konstrukcije, razvoja i izrade.
U dostupnoj literaturi iz ove oblasti predstavljen je optimalni model koncepta odrzavanja i organizacija odrzavanja ove vrste uredaja (Rado-
njic, i dr., 2014), (Radonjic, i dr., 2013). Metod odrzavanja sastoji se u odrzavanju prema stanju sa kontrolom pouzdanosti i kontrolom bitnih pa-rametara koji uticu na funkcionalnu ispravnost uredaja. Organizacija odrzavanja sastoji se od tri nivoa odrzavanja u skladu sa postojecom speci-jalnom mernom opremom, obucenim ljudstvom i propisanim tehnoloskim procedurama za svaki nivo odrzavanja.
Slika 1 - Ilustracija zivotnog veka uredaja Figure 1 - Display of the product life Рис. 1 - Структура существования продукта
U radu ce se odrzavanje uredaja analizirati i sa terotehnoloskog pri-stupa, koji podrazumeva analizu „slabih mesta" na osnovu pokazatelja pouzdanosti, iskustva iz eksploatacije i odrzavanja efikasnosti i uvecanja troskova odrzavanja.
Posmatrajuci sliku 1 na kojoj su prikazane moguce faze zivotnog ve-ka tehnickog sredstva, uocava se vreme zastoja u radu uredaja zbog odrzavanja. Takode, na slici je prikazano da se modernizacija uredaja re-alizuje u okviru odrzavanja uredaja, sto je najracionalnije.
Do potrebnih elemenata za ideju modernizacije nekog dela uredaja dolazi se detaljnom analizom pokazatelja pouzdanosti i iskustva iz eks-ploatacije. Svakako, bilo koji oblik modernizacije doprinosi podizanju nivoa kvaliteta odrzavanja, efikasnosti funkcionisanja uredaja, smanjenju troskova odrzavanja i zastoja.
Sprovedena istrazivanja u radu temelje se na:
1. odredivanju funkcija pouzdanosti uredaja RRU-9B i njegovih sa-stavnih modula,
2. odredivanju funkcija pouzdanosti uredaja GRC 408E i njegovih sastavnih modula,
3. analizi i medusobnom poredenju vrednosti funkcija pouzdanosti ove dve vrste uredaja i njihovih sastavnih modula,
4. laboratorijskim merenjima karakteristika,
5. iskustvu iz najviseg nivoa odrzavanja uredaja GRC 408E.
Na osnovu sprovedene analize i dobijenih rezultata istrazivanja predlozena je modernizacija jednog od sastavnih modula sa napred na-vedenim ciljem.
Uslovi u kojima se realizuju istrazivanja
Istrazivanja su uslovljena nizom nepogodnosti. Pre svega, ne postoji dovoljan broj podataka koji se mogu iskoristiti kao pokazatelji efikasnosti eksploatacije uredaja u praksi i vremenima otkaza uredaja. Stoga su analiza i realizovana istrazivanja usmereni u pravcu da se funkcije pouzdanosti, koje su neophodne u daljim istrazivanjima i analizi, za predmet-ne uredaje, proracunavaju na dva nacina:
- za RRU-9B na osnovu n broja uzoraka o vremenima otkaza uredaja koji su radili u radio-relejnim sistemima i koji su dolazili na opravku u vremenu od 2006. do 2013. godine,
- za GRC 408E na osnovu intenziteta otkaza sastavnih komponenti svakog pojedinacnog modula.
Proracunate vrednosti funkcija pouzdanosti za predmetne uredaje posluzice za grafoanaliticko poredenja funkcija pouzdanosti. Na osnovu tih rezultata, stecenog iskustva iz odrzavanja, predlozice se potrebna modernizacija, nacin njene realizacije i prikazati dobijeni rezultati modelo-vanja odgovarajucim softverskim alatima.
Odredivanje funkcije pouzdanosti uredaja RRU-9B
Odredivanje funkcije pouzdanosti realizuje se odredivanjem zakona raspodele vremena rada do otkaza uredaja. Uzorak je velicine n = 50, gde su posledice otkaza bile neispravnosti sledecih modula:
- modul napajanja - 21 slucaj,
- modul pojacavaca - 10 slucajeva,
- pilotska sekcija - 5 slucajeva,
- regulator izlazne snage - 5 slucajeva,
- delitelj frekvencije u prijemniku - 4 slucaja,
- modulator - 3 slucaja,
- filter - 2 slucaja.
Na osnovu podataka o vremenima rada do otkaza uredaja RRU-9B odredice se empirijska funkcija raspodele rada uredaja do otkaza. Nakon toga, odgovarajucim postupkom izvrsice se aproksimacija empirijske raspodele sa odgovarajucom teoriiskomi, a potvrda o aproksimaciji verifiko-vace se odgovarajucim testiranjem (Catic, 2005).
Kako je neophodno odrediti funkciju pouzdanosti i za uredaj i za sa-stavne module, to ce se u analizi primeniti dve vrste proracuna, i to (Iva-novic, Stanivukovic, 1988):
- za uredaj - proracun za veliki uzorak,
- za module - proracun za mali uzorak.
Na osnovu uzorka o neispravnosti uredaja poznati su sledeci podaci:
- broj uzoraka - n = 50,
- minimalno vreme rada uredaja do otkaza - tmin = 30000 sati,
- maksimalno vreme rada do otkaza - tmax = 90000 sati.
Statisticke mere:
- tsr = 62100 sati,
- standardna devijacija SD = 16158sati,
- medijana vremena rada medijana = 63000 sati,
- rang (raspon) rang = 67000 sati.
Broj intervala izracunava se prema formuli: z = 1 + 3,3 • log(n). U ovom slucaju usvaja se broj intervala: z = 7.
Procenjene vrednosti pokazatelja pouzdanosti prikazane su u tabeli 1.
Tabela 1 - Procenjene vrednosti pokazatelja pouzdanosti Table 1 - Estimated reliability values Таблица 1 - Оценочные значения надежности
i 1 2 3 4 5 6 7
ni 5 6 9 13 10 4 3
cnis 2.5 8 15.5 26.5 38 45 48.5
sv int er 34785.7 44357.1 53928.5 63499.9 73071.3 82462.7 92214.1
f (10-4) 0.1045 0.1254 0.1881 0.2716 0.2090 0.0836 0.0627
R 0.95 0.84 0.69 0.47 0.24 0.10 0.03
F 0.05 0.16 0.31 0.53 0.76 0.9 0.97
h((0 -3) 0.011 0.0149 0.0273 0.0578 0.0871 0.0836 0.209
U tabeli 1 koriscene su sledece oznake:
i - redni broj intervala, ni - broj otkaza u intervalu, cnis - broj otkaza na sredini intervala, svmter - srednja vrednost intervala, f - funkcija ucestanosti stanja u otkazu, R - funkcija pouzdanosti, F - funkcija ku-
<9T)
mulativne raspodele verovatnoce - funkcija nepouzdanosti, h - funkcija intenziteta otkaza.
Procenjena funkcija pouzdanosti aproksimirace se odgovarajucim te-orijskim raspodelama: Vejbulovom, eksponencijalnom i normalnom. Izvr-sice se testiranja na osnovu kojih ce se zakljuciti kojoj teorijskoj raspodeli je najpribliznija empirijska raspodela, odnosno koja od teorijskih raspode-la najbolje aproksimira vrednosti empirijske raspodele.
Aproksimacija empirijske raspodele Vejbulovom raspodelom
Koriscenjem programskog paketa MATLAB izracunavaju se: para-metar oblika, polozaja i vrednost aproksimativne Vejbulove raspodele. Na slici 2 prikazano je odstupanje aproksimativne Vejbulove raspodele (FW) od empirijske raspodele (F).
0.9 ■ ■ 0.7 ■
-F
---Fw
3456789 1С
Vrems raspodele jfj1
Slika 2 - Graficki prikaz odstupanja Vejbulove raspodele od empirijske raspodele
Figure 2 - Variation of the Weibull distribution from the empirical distribution Рис. 2 - Отклонение распределения Вейбулла от экспериментального начения
Testiranje testom Kolmogorov-Smirnova
Za usvojeni nivo rizika а = 0.2 i velicinu uzorka n = 50 , tablicna vred-
1 07
nost iznosi da = Ddozv =—^ = 0.1414. Najveca vrednost odstupanja izmedu
vn
teorijske Vejbulove raspodele FW i procenjene vrednosti F iznosi Max(aF ) = 0.0208. Kako je maksimalno odstupanje manje od dozvoljene vrednosti, tj. 0.0208 < 0.1414, to aproksimacija empirijske raspodele teorij-skom Vejbulovom raspodelom zadovoljava test Kolmogorov-Smirnova.
dD
Aproksimacija empirijske raspodele teorijskom raspodelom zadovol-java i ostale testove, jer je x2 = 0 0028 < 9.488 (test Pirsona) i Ro = 1.4132 < 3 (test Romanovskog).
Aproksimacija empirijske raspodele eksponencijalnom raspodelom
Na slican nacin kao u prethodnoj tacki, na slici 3 prikazano je od-stupanje teorijske eksponencijalne raspodele (Fe) od empirijske raspodele (f).
1
0.3
- ir
__~
___—" : yS
-F ---Fe
i i i i i
3456789 10
Vreme Tjiiyly [cas] s 104
Slika 3 - Graficki prikaz odstupanja eksponencijalne raspodele od empirijske raspodele Figure 3 - Variation of the exponential distribution from the empirical distribution Рис. 3 - Отклонения экспоненциального распределения от экспериментального значения
Sprovedenim testiranjem aproksimativna eksponencijalna raspodela ne zadovoliava test Kolmogorov-Smirnova, jer je
Max(aF ) = 0.3789 > Ddozv = 0.1414. Ostale testove aproksimativna
eksponencijalna raspodela zadovoliava, jer je x2 = 0.8317 < 9.488 Ro = 1.3238 < 3 .
Aproksimacija empirijske raspodele normalnom raspodelom
Na slici 4 prikazano je odstupanje teorijske normalne raspodele (Fn) od empirijske raspodele (F).
Slika 4 - Graficki prikaz odstupanja normalne raspodele od empirijske raspodele
Figure 4 - Variation of the normal distribution from the empirical distribution Рис. 4 - Отклонение нормального распределения от экспериментального значения
Kao sto se moze videti sa slike 4, odstupanje vrednosti teorijske normalne raspodele od empirijske su neznatne.
Na osnovu sprovedenih testiranja moze se zakljucuti da aproksima-cija empirijske raspodele Vejbulovom i normalnom raspodelom zadovoljava sve tri vrste testa, dok aproksimacija empirijske raspodele ekspo-nencijalnom raspodelom ne zadovoljava test Kolmogorov-Smirnova, a zadovoljava test Pirsona i Romanovskog.
Na osnovu zakljucka ne moze se usvojiti hipoteza o tome koja teorij-ska raspodela najtacnije aproksimira empirijsku raspodelu, te ce se na-staviti sa daljom analizom.
Grupisanjem broja otkaza po intervalima vremena otkaza uredaja iz-gubila se tacnost statistickih mera. Koristeci naredbe u programskom pa-ketu MATLAB izracunace se funkcija kumulativne raspodele verovatno-ce, tj. funkcija nepouzdanosti F iz podataka o vremenima otkaza RRU-9B za velicinu uzorka n = 50. Za statisticku obradu podataka koriscen je Statistics Toolbox for use with MATLAB.
Dobijeni rezultati prikazani su u tabeli 2.
Tabela 2 - Vrednosti funkcije verovatnoce Table 2 - Values of probability functions Таблица 2 - Значения функции вероятности
Raspodela Stav o hipotezi P Dn Ddozv
Vejbulova A 0.9832 0.0622 0.1484
Eksponencijalna В 5.8x10 8 0.4089 0.1484
Normalna A 0.9807 0.0635 0.1484
Hipoteza: „А" - prihvata se, „В" - ne prihvata se,
P - verovatnoca da je pretpostavljena teorijska raspodela priblizna empirijskoj. Dn - odstupanje teorijske raspodele od empirijske raspodele.
С9Г>
Na osnovu rezultata iz tabele 2 najpribliznija teorijska raspodela em-pirijskoj raspodeli je Vejbulova raspodela, sa najvecom vrednoscu vero-vatnoce P = 0.9832 i najmanjim odstupanjem Dn = 0.0622 < Ddozv.
Usvaja se Vejbulova raspodela za aproksimativni model pouzdanosti uredaja RRU-9B sa parametrima razmere n = 6.8231 x 104 i parametrom oblika ¡ = 4.3141. Nakon sprovedene analize izraz za funkciju pouzdanosti (verovatnocu ispravnog rada) uredaja RRU-9B glasi:
R(t) = e - = e
t 3
D -.
(1)
Odredivanje funkcije pouzdanosti sastavnih modula uredaja RRU-9B
Sledeci postupak u analizi jeste odredivanje funkcije pouzdanosti sastavnih modula. Ovaj podatak je neophodan za dalju analizu radi poredenja sa funkcijama pouzdanosti sastavnih modula uredaja GRC408E. U radu ce se prikazati nacin odredivanja parametara funkcije pouzdanosti samo na modulu pojacavaca, a za ostale module prikazace se gotovi rezultati, dobijeni na opisan nacin. Procena pokazatelja pouzdanosti i pomocnih velicina vrsi se metodom za mali uzorak i koriscenjem sledecih formula (Ramovic, 2005):
. „, . . . (n + l)-(prethodniredbroj) .
- prirastaj rednog broja: p =--—-r-—, gde je
1 + (n - )
n = 50, ni - ostatak nakon neaktuelnih otkaza ostalih modula,
- stvarni rang (redni broj) rezultata: SR = kumulativni prirastaj red-nog broja,
i ■ (SR - 0.3)
- medijalni rang: MR = —,-^,
J a (n + 0.4)
- funkcija kumulativne raspodele ili funkcija nepouzdanosti F = MR,
- funkcija pouzdanosti: R = 1 - F ,
- funkcija intenziteta otkaza: h =-1-, gde je
SR + 0.7 at
r — ,
At = (tj+1 - tj)- vreme rada izmedu otkaza, a tj vreme rada do otkaza aktuelnog modula.
4.3141
t
4
6.8231X10
Procenjene vrednosti pokazatelja pouzdanosti modula pojacavaca
Na osnovu procenjenih vrednosti pokazatelja pouzdanosti, na slici 5 prikazane su graficke vrednosti funkcije pouzdanosti (R) i nepouzdanosti (F), za slucaj modula pojacavaca.
60 70 EO
Vreme rada [cas]
Slika 5 - Graficki prikaz procenjenih vrednosti funkcija pouzdanosti i nepouzdanosti Figure 5 - Graphical representation of the estimated values of reliability and unreliability
functions
Рис. 5 - Графическое отображение оценочного значения функций вероятности
и невероятности
Proveru hipoteze o aproksimaciji empirijske raspodele nekom od te-orijskih raspodela vrsice se grafoanalitickim metodama (Catic, 2005). Za razliku od graficke metode, vrsice se analiticko odredivanje parametara regresivne prave Y = aX + b Y metodom najmanjih kvadrata. Koeficijenti regresivne prave odreduju se pomocu jednacina:
Z X i • Z Y
Z(Xi y )
a = -
Z (X ? )-
(Z X i )
. = ^ - a.Zx
b =-=--a •
n
Koeficijent determinacije odreduje se prema sledecoj formuli:
Z (xi-yi )-'
^ n
KD =
(2)
(3)
Z (x? )-
(Z xi )
Z (Yi2 )-
(Z yi )
Л '
(4)
n
n
n
CE>
Aproksimacija empirijske raspodele Vejbulovom raspodelom
U slucaju grafoanaliticke metode, kod Vejbulove raspodele, na X osu unose se vrednosti za w , definisane izrazom w = ln(ln(l/R(t))), a
na Y osu vrednosti ln((). Prema formulama (2), (3) i (4) izracunace se koeficijenti aw, bw i KDw, a na osnovu njih parametri Vejbulove raspo-dele:
- P=— = 3.3946 - parametar oblika,
a
w
- n = eK = 103.967 - parametar razmere.
Na slican nacin kao u prethodnoj tacki vrsi se testiranje hipoteze o aproksimaciji empirijske raspodele Vejbulovom raspodelom, testom Kol-mogorov-Smirnova. Za usvojeni nivo rizika a = 0.2 i velicinu uzorka n = 10, tablicna vrednost Ddozv = 0.1414. Najveca razlika izmedu teorijske raspodele i procenjenih vrednosti je max (aF ) = 0.0812 < Ddozv = 0.1414.
Zakljucuje se da teorijska aproksimativna Vejbulova raspodela zadovoljava test Kolmogorov-Smirnova.
Aproksimacija empirijske raspodele eksponencijalnom raspodelom
Kod eksponencijalne raspodele na X osu unose se vrednosti definisane izrazom Xe = ln(R(t)), a na Y osu vrednosti Ye = t. Kao i u pre-thodnom slucaju, izracunavaju se koeficijenti definisani formulama (2)-(4), a na osnovu njih srednja vrednost eksponencijalne raspodeleX prema formuli: X = |ae| + be =113.2523.
Za usvojeni nivo rizika a = 0.2 i velicinu uzorka n = 10, tablicna vrednost Ddozv = 0.1414, a najveca razlika izmedu teorijske raspodele i
procenjenih vrednosti iznosi max (aF) = 0.2989 > Ddozv = 0.1414. Aproksimativna eksponencijalna raspodela ne zadovoljava test Kolmogorov-Smirnova.
Aproksimacija empirijske raspodele normalnom raspodelom
Primenom grafoanaliticke metode, na X osu unose se vrednosti za z definisane izrazom:
c 0 + c1 • p + c 2 • p
z = p---^—2^-T, pri cemu je p =
n + d 1 • p + d 2 • p + d 3 • p \
U i '
R)
konstante imaju sledece vrednosti: c0 = 2.51, c1 = 0.80 , c2 = 0.01, d1 = 1.43 , d2 = 0.18 i d3 = 0.0001. Na Y osu unose se vrednosti t.
Nepoznati parametri ¡i i a normalne raspodele odreduju se po-mocu izraza:
- ¡i = b1 = 112.7115 - srednja vrednost i
- a = an = 38.2798 - standardna devijacija.
Najvece odstupanje izmedu teorijske i procenjene vrednosti raspodele iznosi: max(aF) = 0.2738 > Ddozv = 0.1414 , te aproksimacija
empirijske raspodele sa normalnom teorijskom raspodelom ne zadovo-Ijava test Kolmogorov-Smirnova.
Iz sprovedene analize zakljucuje se da jedino Vejbulova raspodela zadovoljava test Kolmogorov-Smirnova. Iz tog razloga usvaja se Vejbulova raspodela, kao aproksimativna raspodela empirijske raspodele, sa parametrima: oblika ß = 3.3946 i razmere n = 103.967, pa je izraz za verovatnocu ispravnog rada (funkcija pouzdanosti) modula pojacavaca RRU-9B:
R(t ) = e ^103 967 J . (5)
Na slici 6 prikazano je odstupanje Vejbulove raspodele (RW) od empirijske raspodele (r) za modul pojacavaca (mali uzorak).
t \ 3.3946
со о
о >
о см
ОС
УУ 0£ ZD О О
-J
<
о
X
о ш
н
>-
СС <
Slika 6 - Prikaz odstupanja Vejbulove raspodele od empirijske raspodele za modul pojacava Figure 6 - Deviations from the empirical distribution to the Weibull distribution for the power amplifier module Рис. 6 - Отклонение распределения Вейбула от экспериментального значения
для усиливающего модуля
<л <
-j
О
'У z х ш I-О
О
V
Procenjene vrednosti pokazatelja pouzdanosti ostalih modula
Na identican nacin sprovedena je analiza i testiranje aproksimativnih raspodela ostalih sastavnih modula uredaja, a dobijeni rezultati prikazani su u tabeli 3.
Tabela 3 - Vrednosti funkcije pouzdanosti sastavnih modula RRU-9B Table 3 - Reliability function values for the RRU-9B component modules Таблица 3 - Значения функций надежности компонентов модуля RRU-9B
MODUL n max (AF) Usvojena raspodela Funkcija pouzdanosti
Pojacavac 10 0.0812 Vejbulova / t \ 3. 3946 R(t) = e 1103967J
Pilotska sekcija 5 0.0499 Vejbulova _r t f3703 R(t ) = e 1107 5013 J
Napajanje 21 0.1164 Vejbulova -f— I4527 R(t ) = e [ 79 ■ 57 J
Regulator izlazne snage 5 0.1089 Vejbulova "i t H R(t ) = e 191457 J
Prijemnik 4 0.0289 Vejbulova ^ x 4. 5439 R(( ) = e 1111 3629 J
MODUL n max (AF) Usvojena raspodela Funkcija pouzdanosti
Filter 2 0 Vejbulova / t \ 8.1265 R(t ) = e ^100 8706 J
Modulator 3 0.0104 Vejbulova / \3. 0346 R(t ) = e ^150 8002 J
RRU-9B 50 0.0208 Vejbulova _f t y-™1 R(t ) = e 16 ■ 8231x104 J
Odredivanje funkcije pouzdanosti uredaja specijalne namene GRC 408E
Procenjene vrednosti parametara pouzdanosti predmetnog uredaja korisceni su iz dostupne literature (Radonjic, i dr., 2013), a u tabeli 4 pri-kazani su podaci o intenzitetu otkaza Л i srednjem vremenu rada do ot-kaza MTBF, celog uredaja i sastavnih modula uredaja od A18-A25.
Tabela 4 - Parametri pouzdanosti uredaja GRC 408E Table 4 - Reliability parameters for the GRC 408E Таблица 4 - Параметры надежности устройства GRC 408E
Parametri А18 А1 А14 А13 А21 А11 А24А4 А19 А25 GRC
Л (х10 -6 h-1) 22.42 16.06 6.74 13.54 5.22 15.35 27.43 9.55 50.23 166.54
MTBF (h) 44612 62274 148358 73874 191433 65127 36451 104717 19908 6004
MTBF (god.) 5.09 7.11 16.94 8.43 21.85 7.43 4.16 11.95 2.27 0.68
Sprovedena analiza realizovana je na osnovu pretpostavke da vre-mena rada do otkaza imaju eksponencijalni karakter, a intenzitet otkaza je konstanta (Adamovic, i dr, 2011). Oblik funkcije pouzdanosti sastavnih modula i uredaja prikazan je izrazom:
R(t ) = e ~Á t. (6)
Funkcija pouzdanosti za uredaj GRC 408E je:
R(t ) = e "(166 ■ 54xl0-6>í , (7)
dok je za primer modula filtera A19:
(8)
Graficki prikaz poredenja funkcija pouzdanosti uredaja RRU-9B i GRC 408E prikazan je na slici 7. Sa slike se moze zakljuciti da vrednosti funkcije pouzdanosti uredaja GRC 408E imaju vece vrednosti od RRU-9B. Vece vrednosti javljaju se zbog toga sto je intenzitet otkaza sastavnih modula ma-
R(t ) = e "(9 ■ 55x10 >'
nji, jer se radi o savremenim uredajima, konstrukcijski izradenim u SMD teh-nologiji. Medutim, analizom i poredenjem funkcija pouzdanosti sastavnih modula zakljucuje se da su vrednosti funkcije pouzdanosti sastavnog modula filtera A19, kod GRC 408E, manje u odnosu na RRU-9B. Graficko pore-denje funkcija pouzdanosti modula filtera prikazano je na slici 8.
Slika 7 - Graficko poredenje funkcija pouzdanosti za uredaje RRU-9B i GRC408E Figure 7 - Comparison of the reliability functions for the RRU-9B and the GRC408E Рис. 7- Графическое сравнение функций надежности устройств RRU-9B и GRC408E
Sprovedenom analizom zakljucuje se da vrednosti funkcije pouzdanosti sastavnih modula uredaja GRC 408E i celog uredaja imaju vece vrednosti u odnosu na module i uredaj RRU-9B (sto se vidi na slici 7), osim modula filtera A19 (slika 8).
0.9
0.8
g о.?
:я> 0.6
\ " :.............. >4.................'.................... ............................ Is. ., ........... ---EEU-SB -GRC40SE
I "ч
.......»ш
0123456789 Ш
Vreme racia [cas] , ^ f
Slika 8 - Graficko poredenje funkcija pouzdanosti modula filtera za RRU9B i GRC408E Figure 8- Comparison of the reliability functions for RRU-9B and GRC408E filter modules Рис. 8 - Графическое сравнение функций надежности модулей фильтров RRU9B
и GRC408E
<шТ)
Rezultati dobijeni sprovedenom analizom su ocekivani, jer je uredaj GRC 408E savremen, konstruisan i izraden u savremenoj tehnologiji, od kompo-nenti koje imaju manji intenzitet otkaza. Modul filtera A19 je konstrukciono sli-can modulu filtera kod uredaja RRU-9B, ali ima vece vrednosti intenziteta otkaza X, a time i manje vrednosti funkcije pouzdanosti. Razlog tome je sto je modul A19 konstrukciono nadograden elementima koji omogucuju softversko upravljanje radom filtera. Koliko se konstrukciono dobilo na poboljsanju uredaja, sa aspekta pouzdanosti se izgubilo, jer su vrednosti funkcije pouzdanosti modula A19 manje u odnosu na isti modul kod uredaja RRU-9B.
Dalja analiza vezana za modul A19 usmerice se prema oblasti odrzavanja uredaja i predmetnog modula, kako bi se u istrazivanjima sagledali aspekti pogodnosti za odrzavanjem.
Iskustva iz odrzavanja modula filtera A19
Modul A19, radio-frekventni (RF) filter, sastoji se od dva dela: pre-dajnog i prijemnog dela. Upravljanje radom filtera realizuje se od central-ne procesorske jedinice (modula A14), preko modula A13 (modul sluzbe-nog kanala, EOW interfejsa), koji salje upravljacke signale koracnim mo-torima za njihovo pozicioniranje. Pravilnim pozicioniranjem motora obez-beduje se postavljanje filtera na zadatu predajnu, odnosno prijemnu fre-kvenciju. Na slici 9 prikazan je izgled modula A19 unutar uredaja GRC, a na slici 10 RF ulazni signal u filter, oslabljen 50 dB iz pojacavaca snage.
Slika 9 - Izgled RF filtera u uredaju Slika 10 - Ulazni signal u RF filter
Figure 9 - Layout of the RF filters in the unit Figure 10- The input signal to the RF filter Рис. 9 - Изображение RF фильтра Рис. 10- Входящий сигнал RF фильтра
в устройстве
Na slici 11 prikazan je primer filterske karakteristike modula A19, sni-mljene analizatorom mreze, u toku tehnoloskog procesa odrzavanja uredaja GRC1. Sa slike se uocava da je filterska karakteristika izoblicena i da nije si-
1 Tehnoloskom procedurom i dijagnostickom opremom na najvisem nivou odrzavanja mo-guce je snimiti filtersku karakteristiku modula A19. Snimanje karakteristike realizuje se u toku po-stupka defektacije modula odgovarajucim instrumentom. Tehnoloska procedura najviseg nivoa odrzavanja jedina propisuje i dozvoljava sve tehnoloske operacije odrzavanja modula A19.
(Ш>
metricna po centralnoj frekvenciji. Uzrok izoblicenosti filterske karakteristike moze biti razlicit. Primenom tehnoloskih procedura najviseg nivoa odrzava-nja, na odredenom broju uredaja i filtera, doslo se do pokazatelja da je taj uzrok bio: nepodesenost filtera u 4% slucajeva, greska u pozicioniranju step-motora u 4% slucajeva i greska memorije u 1 % slucajeva.
Posledice izoblicenosti filterske karakteristike su nedovoljna snaga signala na aktuelnoj frekvenciji i prekid radio-relej nog linka, los prijem signala sa nedozvoljenim brojem gresaka u prenosu signala. Ove neis-pravnosti dobijaju se kao rezultat testiranja uredaja dijagnostickom opre-mom u laboratorijskim uslovima, pri realizaciji srednjeg i najviseg nivoa odrzavanja uredaja GRC 408E. Aktuelna neispravnost ne moze se uociti samotestiranjem uredaja, tj. tehnoloskom procedurom i dijagnostickom opremom na nizem nivou odrzavanja.
Realizacijom preventivnog odrzavanja i primenom tehnoloske procedure za srednji nivo odrzavanja (Radonjic, i dr., 2013), u odredenom peri-odu i odredenom broju uredaja, konstatovana je neispravnost oko 9% ukupnog broja uredaja sa manifestacijom neispravnosti modula filtera A19, te su uredaji poslati na najvisi nivo odrzavanja.
U skladu sa organizacijom odrzavanja, defektacija i opravka uredaja zbog ove vrste neispravnosti moze se realizovati samo na najvisem nivou odrzavanja. Primenom akcija korektivnog odrzavanja na uredaju i sa-mom modulu A19, na najvisem nivou odrzavanja, dobija se filterska ka-rakteristika kao na slici 12, a testiranjem uredaja, dijagnostickom apara-turom u laboratorijskim uslovima, konstatovana je ispravnost uredaja.
Iskustva iz odrzavanja pokazuju da je relativno veliki broj uredaja GRC bio neispravan usled neispravnosti modula A19, u relativno kratkom eksploatacionom vremenu.
Slika 11 - Izoblicena filterska karakteristika Figure 11 - Distorted filter characteristic Рис. 11 - Искаженные характеристики фильтра
Slika 12 - Ispravna filterska karakteristika
nakon akcije odrzavanja Figure 12 - The proper filter characteristic after maintenance actions Рис. 12 - Требуемые характеристики фильтра после проведения мероприятий по техническому обслуживанию
Sprovedena istrazivanja, realizovana poredenjem funkcija pouzda-nosti uredaja i sastavnih modula, sa prikazanim laboratorijskim merenji-ma i iskustvima iz odrzavanja ove vrste uredaja i otkaza koji su postojali zbog modula A19, opravdavaju razmisljanje da u buducem periodu istrazivanja treba usmeriti ka modernizaciji modula A19. Prilog ovim istraziva-njima dodatno opravdava i cinjenica da je proizvodac uredaja „Elbit System Tadiran" zapoceo serijsku proizvodnju i ima u ponudi prodaju ove vrste uredaja novije generacije sa novim resenjem modula A19, realizova-nim kao digitalni filter, kojem je frekventni opseg rada do 900 MHz.
Postojece resenje modula filtera A19 i predlog modernizacije prika-zani su u nastavku rada.
Postojece resenje RF filtra
Vecina filtera u radio-relejnoj tehnici realizuju se kao filteri sa rezo-nantnim supljinama, s obzirom na zahtevanu izlaznu snagu i na korisceni frekvencijski opseg. Filteri sa rezonatnim supljinama karakterisu relativno stabilne amplitudske i fazne karakteristike na visokim ucestanostima, relativno uske prelazne zone i slabo izrazeni prelazni procesi.
Ono sto predstavlja najveci nedostatak kod ove vrste filtera je: upra-vljanje njihovim radom u okviru softverski upravljanim radom celog uredaja, spora komunikacija sa centralnom procesorskom jedinicom, spor odziv na upravljacki signal, primena elektromotora u pozicioniranju filtera na za-datu frekvenciju, nepovoljne karakteristike pogodnosti za odrzavanje u smislu nemogucnosti agregatne zamene bez dodatnih postupaka kalibra-cije i podesavanja sa dodatnom specijalnom opremom, a odrzavanje je moguce samo u organizaciji najviseg nivoa odrzavanja uz dugo vreme za korektivno odrzavanje. Analizom sa aspekta odrzavanja uoceno je da de-fektacija uredaja predvidenom tehnoloskom procedurom i opremom na najnizem nivou odrzavanja nije pouzdana, jer se greske u radu modula mogu defektirati samo tehnologijom i opremom na srednjem i najvisem nivou odrzavanja, te se tako ne obezbeduje pouzdanost u radu uredaja.
Elektricna sema filtera za rezonatnim supljinama predstavljena je na slici 13. Modul filtra A19 predstavlja LC filter kod kojeg se podesavanje vrsi mehanicki, promenom zazora izmedu zavrtnjeva i tela kutije filtra (promenom dimenzija rezonatora), cime se menjaju kapacitivnosti kon-dezatora C1 i C2 (slika 13).
Upravljanje radom i podesavanje filtera A19 na radnu frekvenciju vrsi se pomocu koracnih step-motora, koji podatke neophodne za pozicio-niranje filtera dobijaju iz memorije koja se nalazi unutar filtera, a upra-vljacke signale iz modula A13.
Intenzitet otkaza, proracunat na osnovu sastavnih elemenata modula A19, iznosi A = 9.55 x 10-6[h"1 ]. Fabricka vrednost novona-
bavljenog modula A19, ne racunajuci uvozne dazbine, iznosi 9885 $, sto je 35% vrednosti celog uredaja. Kao sto se vidi, RF filter ima znacajan novcani udeo u celokupnom iznosu novcane vrednosti celog uredaja.
U nastavku rada sprovedena su istrazivanja i dat predlog moguce modernizacije modula A19 u smislu digitalizacije filtera, kao jedno od mo-gucih resenja na polju poboljsanja i komercionalizacije modula A19.
V
V:
тИ
-С, <Li
Slika 13 - Konstrukcija filtera sa rezonantnim supljinama Figure 13 - Design of the filters with resonant cavities Рис. 13 - Конструкция фильтра с резонаторами
Predlog modernizacije RF filtera
Na slici 14 prikazana je blok-sema sa predlogom moguce modernizacije postojeceg analognog RF filtera.
Slika 14 - Blok-sema modernizacionog modula RF filtera Figure 14 - Block diagram of the RF filter module after modernization Рис. 14 - Блок-схема модернизированного модуля RF-фильтра
Sa slike 14 se vidi da modernizacioni set (modul), koji bi se imple-mentirao umesto modula A19 (RF filtra), cini A/D konvertor, digitalni filter i D/A konvertor. Konvertori su komercijalne izvedbe i nisu predmet spro-vedenih istrazivanja.
Alati za projektovanje digitalnih struktura koje proizvodaci programabil-nog hardvera daju korisnicima u novije vreme postaju sve potpuniji i nude sve vise slobode pri projektovanju. Korisniku je pruzena mogucnost da, prili-kom projektovanja, bira da li ce da koristi neko od gotovih resenja, orginal-nim alatom proizvodaca ili nekim standardnim alatom (ukljucujuci i Matlab).
(rn)
U sprovedenim istrazivanjima modelovanje digitalnog filtera realizo-vano je koriscenjem Xilinx-ovog softvera System Generator, koji daje ve-zu sa Matlab-om i omogucava snimanje amplitudske karakteristike filtera. Pri tome je koriscena najnovija generacija FPGA cipova (Xilinx-ov Virtex 7) koja omogucava znatno uvecanje maksimalne frekvencije odabiranja (http://www.xilinx.com). Filter je modernizovan na principu frekvencijskog maskiranja (Frequency-response masking tehnique). Uskopojasni filter izveden je kao kaskadna veza periodicnog model filtera G(zM) i maskira-
juceg filtera F (z
kako je to prikazano na slici 15.
F(=)
Slika 15 - Kaskadna veza periodicnog modela filtera i maskirajuceg filtera Figure 15 - Cascaded connection of the periodic filter and the masking filter Рис. 15 - Каскадное подключение периодичного фильтра и маски фильтра
Predlog realizacije digitalnog filtera prikazan je na slici 16 (Kaiser, et al, 2009), (Poucki et al, 2010), a na slici 17 vidi se uporedni prikaz dobije-ne amplitudske karakteristike predlozenog digitalnog filtera i postojeceg resenja analognog filtera sa rezonatnim supljinama. Kao sto se vidi, dobi-jena karakteristika digitalnog filtera je sa strmom prelaznom zonom, a od-stupanja na karakteristici su posledica nacina snimanja amplitudske karakteristike (po principu odbirak po odbirak).
Slika 16 - Predlog realizacija digitalnog filtera modelovanjem Xilinx-ovim softverskim
alatom System Generator Figure 16 - Proposal for the implementation of digital filters by using System Generator,
Xilinx's software tools
Рис. 16 - Предложение по устройству цифрового фильтра путем моделирования System Generator с использованием программного обеспечения Xilinx
dÖ5>
Na osnovu dostupne literature o fabrickim karakteristikama delova modernizacionog seta (http://www.buvaltera.com/scripts/partsearch.dll, http://www.analog.com/en/digital-to-analog-converters/high-speed-da-converters/products/index.html) moguce je proracunati intenzitet otkaza predlozenog modernizacionog seta, koji se sastoji iz digitalnog filtra i konvertora signala. Tako proracunata vrednost intenziteta otkaza predlozenog modernizacionog seta iznosi: Я = 0.96 • 10-6 h-1. Novcana vrednost modernizacionog seta orijentaciono je 6bu$, sto je, u odnosu na novcanu vrednost analognih filtera (9885$), mnogo manja vrednost.
Slika 17 - Uporedni prikaz amplitudskih karakteristika realizovanog digitalnog filtera
i postojeceg analognog filtera Figure 17 - Comparative review of the amplitude characteristics of the realized digital
filter and the existing analog filter Рис. 17 - Сравнительный обзор амплитудных характеристик цифрового фильтра и существующего аналогового фильтра
OgraniCavajuci faktor za primenu predlozene modernizacije jeste da se u buducem periodu stvore hardverski uslovi koji ce omoguciti rad digitalnog filtera na frekvencijama, na kojima radi predmetni uredaj specijal-ne namene. S obzirom na napredak tehnologije izrade VLSI (VeryLarge-Scale/ntegration) komponenti, moze se ocekivati da ce komponente novi-je generacije u VLSI tehnologiji vrlo brzo imati primenu na visim frekven-cijama.
(Ш)
Zakljucak
U radu je sprovedena sveobuhvatna analiza i poredenje karakteristi-ka pouzdanosti uredaja specijalne namene. Na osnovu rezultata analize i iskustva iz odrzavanja, zakljucuje se da je modernizacija modula RF filtra korisna radi poboljsanja karakteristika pouzdanosti i odrzavanja. U tom smislu predlozena je modernizacija postojeceg analognog RF filtra. Modernizacija je modelovana odgovarajucim softverskim alatima za projek-tovanje digitalnih filtera, a dobijeni rezultati opravdavaju sprovedena is-trazivanja.
Na osnovu dobijenih rezultata modelovanja digitalnog filtera i sagle-davanja mogucnosti njegove primene u uredaju GRC 408E, donose se sledeci zakljucci:
- intenzitet otkaza modernizacionog seta  = 0.96 • 10-6 h-1 manji je u odnosu na dosadasnju vrednost intenziteta otkaza modula A19 koja iz-nosi À = 9.55 • 10-6 h- ,
- jako uska prelazna zona, cime se postize ostra amplitudska karak-teristika,
- cena modernizacionog seta je mnogo manja od cene analognog RF filtra,
- tezina i gabariti su mnogo manji, sto cini da je uredaj laksi za rad i transport,
- omoguceno je odrzavanje u smislu agregatne zamene modernizacionog seta novim ili prebacivanjem sa drugog uredaja, sto nije moguce u trenutnoj izvedbi filtera bez kalibracije i dodatnih podesavanja, koji se moraju izvesti u laboratorijskim uslovima,
- agregatna zamena modernizacionog seta omogucava da se ko-rektivno odrzavanje realizuje na srednjem nivou odrzavanja,
- korektivno odrzavanje je jednostavno i svodi se na zamenu komponente, FPGA cipa ili DSP procesora,
- vreme korektivnog odrzavanja je mnogo krace nego kod analognih mehanickih filtera sa rezonatnim supljinama, te su poboljsane karakteri-stike pogodnosti za odrzavanjem,
- omogucena je pouzdana dijagnostika ispravnosti modernizacionog seta na svim nivoima odrzavanja,
- upravljanje radom digitalnog filtera od strane centralne procesor-ske jedinice je olaksano i pouzdano, a brzina odziva filtera na promenu frekvencije je trenutna.
Sprovedena istrazivanja daju doprinos u oblasti odrzavanja ove vr-ste uredaja, jer se na osnovu dobijenih rezultata zakljucuje da ce u bu-ducnosti biti moguca zamena postojeceg analognog filtera novim digital-nim filterom i da je predlozena modernizacija opravdana sa svih aspeka-ta odrzavanja.
Literatura
Adamovic, Z., Stankovic, N., & Savic, B., 2011. Pouzdanost masina i postrojenja, StylosArt, Novi Sad.
Catic, D. 2005. Razvoj i primena metoda teorije pouzdanosti, Masinski fakultet Kragujevac.
Ivanovic, G. & Stanivukovic, D.. 1988. Pouzdanost-analiza i projektovanje, Savezni sekretarijat za narodnu odbranu Tehnicka uprava, Beograd.
Kaiser, F.J.,& Hamming, R.W. 1977. Sharpening the response of a symmetric non-recursive filter by multiple use of the same filter., IEEE Transaction on Acoustics, Speech, and Signal Processing, vol.ASSP-25, pp.415-422.
Poucki, V.M., Zenuva, A., Lutovac, M.D., & Karcnik, T. 2010, Elliptic 11R filter sharpening implemented on FPGA., Digital Signal Processing 20 (2010), pp.13-22.
Radonjic, V., Jovanovic, D.,& Ciric, M. 2014. Optimalni model koncepta odrzavanja radio-relejnih uredaja. Vojnotehnicki glasnik/Military Technical Courier, 3/2014.
Radonjic, V., Jovanovic, D., & Milojevic, I. 2013a. Proracun parametara pouzdanosti kod uspostavljanja organizacije odrzavanja radio-relejnih uredaja, 16. Medunarodna kon-ferencija "Upravljanje kvalitetom i pouzdanoscu", ICDQM., str.471-476.
Radonjic, V., Jovanovic, D., & Milojevic, I. 2013b. Tehnoloska procedura srednjeg nivoa odrzavanja savremenih radio-relejnih uredaja., 16. Medunarodna konferencija "Upravljanje kvalitetom i pouzdanoscu", ICDQM. , str.465-470.
Ramovic, R. 2005. Pouzdanost sistema elektronskih, telekomunikacionih i informacio-nih, Elektrotehnicki fakultet Beograd Katedra za mikroelektroniku i tehnicku fiziku, Beograd.
http://www.xilinx.com
http://www.buyaltera.com/scripts/partsearch.dll
http://www.analog.com/en/digital-to-analog-converters/high-speed-da-converters/produ cts/index.html
УПРОЩЕНИЕ ОБСЛУЖИВАНИЯ УСТРОЙСТВ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ ПУТЕМ МОДЕРНИЗАЦИИ АНАЛОГОВОГО ФИЛЬТРА
ОБЛАСТЬ: поддержка технологических систем ВИД СТАТЬИ: оригинальная научная статья ЯЗЫК СТАТЬИ: сербский
Резюме:
В работе проведен анализ и сравнение показателей надежности двух типов специальных устройств, которые используются в радиорелейных системах.
Основываясь на результатах проведенного анализа, опыта, накопленного при эксплуатации устройств при обеспечении поддержки доменов верхнего уровня, предложен способ модернизации, путем замены существующего аналогового радио-частотного фильтра на соответствующий цифровой фильтр. Предлагаемый способ модернизации упрощает технологические процессы по обслуживанию устройств, облегчает ремонтопригодность, увеличивает надежность, значительно снижая затраты при эксплуатации.
Ключевые слова: надежность, поддержка, модернизация, фильтр.
IMPROVEMENTS OF THE MAINTENANCE OF SPECIAL PURPOSE DEVICES BY ANALOG FILTER MODERNIZATION
FIELD: Maintenance of technical systems ARTICLE TYPE: Original Scientific Paper ARTICLE LANGUAGE: Serbian
Summary:
This paper deals with an analysis and a comparison of the reliability of two types of special-purpose devices used in radio-relay systems.
Based on the results of the analysis and the experience in top-level domains device maintenance, this paper proposes a modernization method of the existing analog radio-frequency filter with an appropriate digital filter. The proposed modernization of the technological process improves the characteristics of maintainability, increases reliability in performance while dramatically reducing the cost of equipment maintenance.
Introduction
All technical devices during their lifetime pass various stages, from construction, development and production, through operation and maintenance to the end of their life cycle. This paper conducted research and an analysis on the GRC 408E special purpose device which did not pass the phases of construction, development and production in national institutions.
An optimal model of the concept of maintenance and maintenance organization of this type of device is presented in the available literature. Taking into account that, during the system lifetime, equipment modernization can be implemented, this paper deals with a comprehensive study aimed at finding the weaknesses of the device and proposes its modernization. The device modernization by a modernizing set was modeled by an appropriate software design tool and the modernization costs were then approximated.
The conducted research is based on:
1. determining the reliability function of t the RRU-9B device and its component modules,
2. determining the reliability function of the GRC 408E device and its component modules,
3. analysis and mutual comparison of the reliability function of the two types of devices and their component modules,
4. laboratory measurements,
5. experience from the highest level of the GRC 408E equipment maintenance
Conditions for the research realization
The research faced a number of difficulties since there is not enough data from the exploitation of the GRC 408E special purpose device that can be used as reliability indicators. Therefore, the analysis and re-
dor>
CO
o
X
o >
Lri
o CM
of
UJ
a.
Z) O
o <
o
X
o
LU
H ^
a. <
H
<
CD >o
X LU H O
O >
search directed towards the reliability function were carried out in two ways:
- for the RRU-9B device, the research was based on the patterns of failure time in the period from 2006 to 2013,
- for the GRC 408E device, the research was based on the calculated failure intensity of the integral components of individual modules.
Determining the reliability function of the RRU-9B device
The reliability function was determined by determining the law of distribution of work time to failure on a sample of 50 devices. Based on the data on work time to failure, the empirical distribution function of the time to failure is determined. After that, the appropriate method is applied for an approximation of the empirical distribution with the corresponding theoretical distribution, followed by the approximation verification by appropriate testing. This paper also deals with the empirical (estimated) reliability function approximation by theoretical distributions: Weibull, exponential and normal. The testing of the obtained approximations is carried out using the following tests: Kolmogorov-Smirnov, Pearson and Romanovskogo.
Approximation of the empirical distribution by the Weibull distribution
Figure 2 shows the approximation of the empirical distribution by the Weibull distribution. After the completion of the testing, it is concluded that the approximation satisfies all three types of tests.
Approximation of the empirical distribution by the exponential distribution
Figure 3 shows the approximation of the empirical distribution by the exponential distribution. After the completion of the test, it is concluded that the approximation does not satisfy the Kolmogorov-Smirnov test, while it satisfies the Pearson and Romanovskogo tests.
Approximation of the empirical distribution by the normal distribution
Figure 4 shows the approximation of the empirical distribution by the normal distribution. After the completion of the testing, it is concluded that the approximation satisfies all three types of tests.
Grouping the number of failures per time intervals results in losing the accuracy of statistical measures. The commands in the MATLAB are used to calculate the cumulative probability distribution function, i.e. a function of uncertainty based on a sample of 50 devices.
Based on these results, it is concluded that the Weibull distribution best approximates the empirical distribution. The Weibull distribution with corresponding parameters is is accepted and the function of reliability for the RRU-9B device has the form as in formula (1).
Determining the reliability function of the RRU-9B device modulesData on the reliability functions of the RRU-9B components is
necessary for the further analysis in order to compare these functions to the reliability functions of the components of the GRC 408E special purpose device. The calculation of the reliability function is performed by a suitable method for a small sample.
Estimated values of the amplifier module reliability
Figure 5 shows the graphical values of the reliability and unreliability functions of the amplifier module. The estimated values of the reliability function are approximated by the corresponding theoretical distribution functions as follows: Weibull, exponential and normal distribution. Based on the analysis and the corresponding testing, it is concluded that only the Weibull distribution satisfies the test. Therefore, the Weibull distribution is adopted as an approximate distribution of the empirical distribution function according to formula (5).
Figure 6 shows the deviation of the Weibull distribution from the empirical distribution for the case of the amplifier module.
The analysis has also been appliedto other RRU-9B components and the same test results have been obtained as shown in Table 3.
Determination of the reliability function of the GRC 408E special purpose device
Table 4 presents the data on the intensity of failure of particular modules as well as of the entire GRC 408E device. The reliability function of the modules and the device is calculated based on formula (6). Figure 7 shows a comparison of the reliability functions of two devices from which it is concluded explicitely that the GRC device is more reliable in operation.
A comparison of the reliability functions of modules of two devices has been carried out in a similar way Only the RRU-9B filter module has higher values of the reliability function.
These results are expected because the two filters are structurally similar, the only difference being in the GRC filter which is upgraded with stepper motors for filter control. This upgrade increased the intensity of filter module failure so the value of the reliability function is lower.
The conducted analysis leads to the conclusion that if we want to increase the level of reliability of the filter modules, their construction must be modernized, which will increase the whole device reliability value. The analysis will be extended to the experience gained during the device maintenance.
The experience during the maintenance of the filter module of the GRC device
This section explains the most common cases of malfunctions caused by the filter module. Figure 11 shows the filter characteristics of the defective device, while Figure 12 gives the filter characteristics after corrective maintenance actions at the highest level of maintenance.
(m>
CO
o
X
o >
Lri
o CM
of
UJ
a.
Z) O
o <
o
X
o
LU
H ^
a. <
H
<
CD >o
X LU H O
O >
Based on the experience of special-purpose device maintenance, it can be concluded that in the future the filter should be modernized in order to increase the reliability of the whole unit.
Existing solution of the RF filter
Figure 13 shows the existing solution of the analog filter. The filter control and adjustment is done by using stepper motors which obtain the data on positioning to the operating frequency from the A13 official channel module. The filter default value is 35% of the entire device value.
Proposal for an RF filter modernization
Figure 14 shows the block diagram of the proposed modernization of the existing analog RF filters. The modernizing set to be included instead of the filter module consists of: A/D converter, digital filter, and D/A converter. Converters are of commercial performance and are not a subject of research. Using appropriate software tools to design digital filters led to the structure of the digital filter implemented using Xilinx's System Generator software which provides a link with Matlab and captures the amplitude characteristic. The latest generation of FPGA circuits (Xilinx's Virtex 7) is used, which allows a significant increase in the maximum sampling rate. The filter is realized on the basis of frequency masking (Frequency-response masking technique).
A proposal for the implementation of digital filters is shown in Figure 16, while Figure 17 shows a comparison of the obtained amplitude characteristic of the proposed digital filter and the analog filter existing solution. Based on the available literature, the failure intensity of the modernization set has been calculated, where the value is several times lower than in the existing solutions. The modernization set value expressed in hard currency is approximately$ 650, which is much less than the price of an analog filter.
The limiting factor for the implementation of the proposed modernization is creating future hardware conditions that will allow the operation of a digital filter at frequencies at which the given special-purpose device operates. Having in mind the development in the technology of VLSI (VeryLargeScaleIntegration) components, it is expected that the new generation components in VLSI technology will soon be applied at higher frequencies.
Conclusion
This paper carried out a comprehensive analysis and a comparison of the reliability characteristics of the existing equipment and its component modules with a newly acquired special-purpose device. Based on the analysis and the experience of maintenance, it is concluded that the modernization of the RF filter module is useful in order to improve the reliability and maintenance. In this sense, a modernization of the existing analog RF filter is proposed. The
modernization is modeled by appropriate software tools for digital filter design, and the obtained results justify the conducted research.
Based on the results of the digital filter modeling and the examination of the possibilities of its application in the GRC 408E device, it can be concluded:
- failure intensity of the modernization set A = 0.96 • 10-6 h-1 is lower than the current value of the failure intensity of the A19 module
which is A = 9.55 • 10-6 h-,
- transition zone is narrow (sharp amplitude characteristic), resulting in better frequency resolution,
- cost of the modernization set is much lower than the cost of the analog RF filter,
- weight and dimensions are much smaller which makes the device easier to operate and transport,
- maintenance is possible in terms of the aggregate replacement of the modernization set by a new one or by transferring it from another device, which is not possible in the current structure of the filter without additional calibration and adjustment which must be carried out in the laboratory,
- aggregate replacement of the modernization set enables corrective maintenance to be implemented at the intermediate level of maintenance,
- corrective maintenance is simple and involves the replacement of a component, FPGA or DSP processors,
- corrective maintenance period is much shorter than in the case of mechanical analog filters with resonant cavities, resulting in the improved characteristics of maintainability,
- a reliable diagnostics of the modernization set accuracy is provided at all levels of maintenance,
- digital filter operation control through the central processing unit is easy and reliable, and the filter response to frequency change is instantaneous.
The conducted research contributes to the maintenance of this type of devices, since, on the basis of the obtained results, it is concluded that in the future it will be possible to substitute existing analog filters with new digital ones and that the proposed modernization is justified from all aspects of maintenance.
Key words: reliability, maintenance, modernization, filters.
Datum prijema clanka / Paper received on / Дата получения работы: 27. 01. 2014. Datum dostavljanja ispravki rukopisa / Manuscript corrections submitted on / Дата получения исправленной версии работы: 16. 03. 2014.
Datum konacnog prihvatanja clanka za objavljivanje / Paper accepted for publishing on / Дата окончательного согласования работы: 18. 03. 2014.
сш>
