CC BY
80
Модуль расчета показателей надежности резервированных групп
системы АСОНИКА-К-СЧ
Жаднов И.В., Цыганов П.А.
Кафедра ««Радиоэлектронные и телекоммуникационные устройства и системы» Московского государственного института электроники и математики (технического университета
ivan@asonika-k. ru, tsyganov.p@gmail. com
Надежность является одним из самых важных свойств современных радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). От нее зависят показатели качества, эффективности, безотказности, живучести и другие важнейшие характеристики. Аппаратура эффективна только в случае ее высокой надежности. Надежность аппаратуры необходимо определять на этапах проектирования и производства. Для создания надежной радиоэлектронной аппаратуры инженеру необходимо рассчитывать надежность создаваемого изделия на ранних этапах проектирования.
Для упрощения решения задач по повышению надежности РЭА была разработана система АСОНИКА-К-СЧ [1]. Система АСОНИКА-К-СЧ создана в обеспечение ГОСТ РВ 20.39.302 [2] и предназначена для расчетов показателей надежности электронных модулей 1-го уровня (составных частей) по данным о характеристиках надежности электрорадиоизделий (ЭРИ).
Значения параметров расчетной модели надежности ЭРИ хранятся в справочной (СЧБД), а электронных модулей (СЧ) - в проектной (ПЧБД) частях базы данных системы. Справочная часть базы данных системы АСОНИКА-К-СЧ содержит информацию о характеристиках надежности ЭРИ отечественного и иностранного производства в объеме справочников «Надежность ЭРИ», «Надежность ЭРИ ИП», «Отечественные СВТ», «MIL-HDBK-217f» (редакции Notice 1, Notice 2) и Chinese Standard GJB/z 299B.
Программная реализация системы АСОНИКА-К-СЧ представляет собой «клиент-серверное» приложение, работающее под ОС WINDOWS XP. При работе в вычислительной сети СЧБД располагается на сервере, что обеспечивает общий доступ рабочих станций пользователей к этой базе. Связь между клиентской и серверной частями системы АСОНИКА-К-СЧ осуществляется в локальной сети с использованием TСP/IP-протокола.
Математическое ядро содержит программную реализацию методов расчета надежности электронных модулей 1-го уровня. Эти методы постоянно совершенствуются, как в направлении повышения точности расчетов, так и в направлении перехода от аналитических моделей и методов к алгоритмическим моделям и численным методам их решения. Тенденция к переходу к таким моделям стала очевидна после выпуска компьютеров нового поколения на базе процессоров семейства Pentium от компании Intel.
Возможности современных сетевых информационных технологий позволяли создать принципиально новое расчетное ядро, которое разделено на две части -клиентскую и серверную [3].
Серверная часть (см. рис. 1) реализует методы расчета эксплуатационных характеристик надежности ЭРИ по внезапным отказам.
Модуль ввода данных
Е - модуль
ВК - модуль
Рис. 1. Состав серверной части расчетного ядра
Критериями служат:
• Открытый характер информации по характеристикам надежности ЭРИ
• Аналитические модели, расчеты по которым практически не нагружают ресурсы сервера
• Небольшой объем информации для проведения расчетов, передаваемый от клиентской части серверу и наоборот
• Размещение СЧБД, в которой находится большая часть информации, необходимой для расчета
В клиентской части (см. рис. 2) реализованы методы расчета надежности по
внезапным и постепенным отказам.
Рис. 2. Состав клиентской части расчетного ядра
Критериями служат:
• Конфиденциальный характер информации по характеристикам надежности ЭРИ
• Численные методы, которые требуют использования практически всех ресурсов компьютера
• Большой объем информации о характеристиках надежности ЭРИ по постепенным отказам
• Размещение ПЧБД, в которой находится большая часть информации, необходимой для расчета.
Математическое ядро системы постоянно модернизируется. В него заносятся новые математические модели (формулы) эксплуатационной интенсивности отказов ЭРИ. Для расчета постепенных отказов применяются модели ЭРИ, которые используются в программных средствах (ПС) моделирования электрических процессов. Однако, в процессе эксплуатации системы АСОНИКА-К-СЧ возникла потребность расчета надежности резервированных и восстанавливаемых изделий на основе формул, приведенных в ОСТ 4Г 0.012.242 [4]. Для решения этой залачи для клиентской части был разработан программный модуль, написанный на языке С# [5].
Язык С# относится к семье языков с С-подобным синтаксисом, из которых его синтаксис наиболее близок к С++ [6] и Java. Язык имеет статическую типизацию, поддерживает полиморфизм, перегрузку операторов (в том числе операторов явного и неявного приведения типа), делегаты, атрибуты, события, свойства, обобщённые типы и методы, итераторы, анонимные функции с поддержкой замыканий, LINQ, исключения, комментарии в формате XML и др.
Анализ математических моделей, приведенных в ОСТ 4Г 0.012.242 [4], с точки зрения программирования показал, что их можно разделить на две группы:
- модели, для расчета по которым не требуется использовать операторы цикла;
- модели, для расчета по которым требуется использовать операторы цикла. Примером моделей первой группы могут служить формулы, приведены в ОСТ 4Г 0.012.242-84 для расчета показателей надежности восстанавливаемой РЭА (мажоритарная схема, работающая по принципу «2 из 3»):
т 1+зя1теЭ1 т _ С1+здтлт^ + 31Х к _ _ Д
0 б12твЭ1+(1+зДТэОЛ в бЛХ+(1+злТэЛ г 1 + 1 ,
' ' то,
ког _ кг ра).
Блок-схема алгоритма программы расчета показателей надежности для такой группы приведена на рис. 3 а).
Для выполнения расчета необходимо ввести исходные данные. Такими данными являются интенсивность отказов элементов (А!), интенсивность отказов мажоритарного органа (А2), среднее время восстановления элементов (твэ1) и время эксплуатации (/). После загрузки данных начинается расчет показателей надежности. После завершения расчета происходит вывод данных (или передача его в другой блок системы АСОНИКА-К-СЧ). Для примера, на рис. 3 а) приведена команда выдачи на экран значений т0, тв, Кг, Р(() и Ког.
Примером моделей второй группы могут служить формулы, приведены в ОСТ 4Г 0.012.242 [4] для расчета показателей надежности невосстанавливаемой РЭА (резервированная РЭА из N основных и т резервных элементов, резерв нагруженный):
т 1 т 1
Р(0 _ XС^е(1 -еУ т _1
г_0 , 1 г_0 N -1 .
Блок-схема алгоритма программы расчета показателей надежности для такой группы приведена на рис. 3 б).
Для выполнения расчета необходимо ввести исходные данные. Цикл используется, т.к. необходимо рассчитать параметры нагруженного резерва. Для этого необходимо задать количество элементов в группе число резервных элементов (т), интенсивность отказов элементов (А) и время эксплуатации (/). После этого программа выполнит необходимые расчеты, используя для этого цикл. В цикле используется функция расчета числа комбинаций (еотЬт), в которой также используется цикл.
Начало
Аоа1
1ат1,1ат2, Туе1,Туе2Д
То1 = (1 *Туе +(3*1ат1
То2 = ((6*(ро\л/(1ат1,2))*
То = То1 П"о2;
((1 +3*1ат1*Туе1 )*1ат2*
Ту2 = ((6*(рож(1ат1,2))*Туе1)
Ту = Ъ/1/ТУ2;
Кд = 1/(1 +(ТУ/
Р = ехр(-(1Яо));
Код = Кд*Р;
^г ¡т =0 ¡т++
Р1= сотЫп(М,|т)
Р+= Р1*ехр((-(Ы-
То1 = 1/lamda
¡т2=0 ¡т2++
/ ¡т,|т2; / / float То1 ,То2 / То2 += 1/(Мчт)
1ог
То = То1 *То2
Конец
а) б)
Рис. 3. Блок-схемы алгоритмов программ расчета показателей надежности: а) - восстанавливаемой РЭА (мажоритарная схема, работающая по принципу «2 из 3»); б) - невосстанавливаемой РЭА (резервированная РЭА из N основных и т резервных
элементов, резерв нагруженный)
После завершения расчета происходит вывод данных (или передача его в другой блок системы АСОНИКА-К-СЧ). Для примера, на рис. 3 б) приведена команда выдачи на экран значений Р(0 и Т0.
На рис. 4 а) приведена блок-схема алгоритма функции расчета числа комбинаций, в которой используется функция расчета факториала, блок-схема функции алгоритма которой приведена на рис. 4 б).
Система АСОНИКА-К-СЧ находит широкое применение в области проектирования радиоэлектронной аппаратуры, так как обладает широкими возможностями по обеспечению надежности электронных модулей перового уровня
по данным о характеристиках надежности ЭРИ и позволяет перейти от расчета надежности к информационной технологии обеспечения надежности [7].
Начало
float n,k,otvet
1гП РЕТ,1
otvet =(fact(n))/ ((fact(k)*fact(n-k)))
return otvet
Конец
for ¡=1 i++
РЕТ *=\
return RET
Конец
а)
б)
Рис. 4. Блок-схемы алгоритмов функций: а) - расчета числа комбинаций; б) - расчета факториала
Литература
1. В.В. Жаднов, И.В. Жаднов, С.А. Пращикин. Визуальная среда обеспечения надежности и качества радиоэлектронной аппаратуры при проектировании (программный комплекс АСОНИКА-К). / Новые информационные технологии: М-лы седьмого научно-практического семинара. // Под ред. В.В. Солодовникова. - М.: МИЭМ, 2004. - с. 106-109.
2. ГОСТ РВ 20.39.302-98. Комплексная система общих технических требований. Аппаратура, приборы, устройства и оборудование военного назначения. Требования к программам обеспечения надежности.
3. В.В. Жаднов, А. В. Сарафанов. Управление качеством при проектировании теплонагруженных радиоэлектронных средств. - М.: Солон-Пресс, 2004. - 454 стр.
4. ОСТ 4Г 0.012.242-84. Аппаратура радиоэлектронная. Методика расчета показателей надежности.
5. Г. Шилдт. Полный справочник по С#. - СПб.: Вильямс, 2004. - 752 с.
6. Р. Лафоре. Объектно-ориентированное программирование в С++. - СПб.: Питер, 2004. - 928 стр.
7. В.В. Жаднов, Д.К. Авдеев, В.Н. Кулыгин. Информационная технология обеспечения надежности сложных электронных средств военного и специального назначения. / Компоненты и технологии, № 6, 2011. - с. 168-174.
