Метод учета влияния системы менеджмента надежности предприятия при расчетной оценке показателей безотказности электронных средств Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

МАТЕМАТИЧНЕ ТА КОМП'ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

MATHEMATICAL _AND COMPUTER MODELLING_

УДК621.396.6, 621.8.019.8

Артюхова М. А.1, Жаднов В. В.2, Полесский С. Н.3

1 Аспирант, Московский институт электроники и математики национального исследовательского университета

«Высшая школа экономики», Россия

2Канд. техн. наук, профессор, Московский институт электроники и математики национального исследовательского

университета «Высшая школа экономики», Россия, E-mail: [email protected] 3Канд. техн. наук, доцент, Московский институт электроники и математики национального исследовательского

университета «Высшая школа экономики», Россия

МЕТОД УЧЕТА ВЛИЯНИЯ СИСТЕМЫ МЕНЕДЖМЕНТА НАДЕЖНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЯ ПРИ РАСЧЕТНОЙ ОЦЕНКЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ БЕЗОТКАЗНОСТИ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ

В статье рассмотрены основные аспекты современного подхода к прогнозированию показателей безотказности электронных средств ответственного назначения. Показано, что при расчетной оценке интенсивности отказов таких изделий следует учитывать не только технические и программные средства, но и факторы, характеризующие систему менеджмента надежности предприятия.

Ключевые слова: электронные средства, надежность, интенсивность отказов.

В принятых в настоящее время методиках расчета интенсивности отказов электронных средств (ЭС) уровень требований к разработке и изготовлению аппаратуры (отработанность техпроцесса и уровень организации производства аппаратуры) учитывается с помощью «Коэффициента качества производства аппаратуры» [1]:

ЛРЭА = КА ' ЛЕ ,

где Л рэа - интенсивность отказов ЭС; К а - коэффициент качества производства аппаратуры; Л^ - суммарная интенсивность отказов комплектующих элементов.

Коэффициент К А учитывает и отражает среднестатистическую разницу в интенсивности отказов элементов в аппаратуре, разрабатываемой и изготовляемой по требованиям различной нормативной документации (НД). Так, в справочнике «Надежность ЭРИ» [1] приведены следующие значения коэффициента в зависимости от НД:

- по комплексу стандартов «Мороз-...»: ;

- по положению «РК-...»: .

Нетрудно заметить, что коэффициент К А представляет собой интегральную оценку влияния требований

© Артюхова М. А., Жаднов В. В., Полесский С. Н. 2013

НД на интенсивность отказов аппаратуры. Кроме того, коэффициент эксплуатации (Кэ), который учитывает степень жесткости условий эксплуатации и показывает, во сколько раз интенсивность отказов электрорадиоиз-делий (ЭРИ) в аппаратуре конкретного класса (группы эксплуатации по ГОСТ РВ 20.39.301 [2]) выше при всех прочих равных условиях, чем в наземной стационарной аппаратуре [1], так же представляет интегральную оценку влияния внешних воздействующих факторов (ВВФ). Вопросы дифференцированной оценки влияния ВВФ при расчетах коэффициента рассмотрены в [3], где показано, что в ряде случаев дифференцированная оценка влияния ВВФ позволяет повысить точность оценки коэффициента Кэ в модели интенсивности отказов ЭРИ и, следовательно, прогнозирования показателей безотказности ЭС в целом.

Исходя из этого, а так же принимая во внимание то, что наряду с требованиями НД при проектировании ЭС действуют и требования системы менеджмента качества (СМК), в состав которых входят системы менеджмента надежности (СМН), для определения значения коэффициента К а, при наличии аттестованной СМК следует

ISSN 1607-3274. Радюелектронжа, шформатика, управлiння. 2013. № 2

применять не только чисто статистические, но и экспертные оценки. Так, в RIAC-HDBK-217Plus [4] приведена методика экспертной оценки коэффициента К а, в основу которых положена следующая классификация категорий отказов ЭС:

- конструктивные отказы (design);

- производственные отказы (manufacturing);

- эксплуатационные отказы (induced);

- деградационные отказы (wearout);

- отказы комплектующих элементов (parts);

- отказы программного обеспечения (software);

- отказы, обусловленные несовершенством системы управления (system management);

- отказы, обусловленные несовершенством методов контроля (no defect).

Определения первых четырех видов отказов приведены в ГОСТ 27.002 [5], для остальных пояснения приведены ниже.

Отказы комплектующих элементов - отказы, возникающие по причине таких изменений параметров элемента, при которых он не может выполнять свои функции.

Отказы программного обеспечения - отказы, возникающие по причине проявления таких ошибок в коде программы, при которых она не может выполнять свои функции.

Отказы, обусловленные несовершенством системы управления - отказы, возникающие по причине не правильной трактовки требований технического задания, несовершенством мероприятий программы обеспечения надежности и (или) не достаточностью ресурсов, выделенных для ее выполнения.

Отказы, обусловленные несовершенством методов контроля - отказы, возникающие по причине не возможности выявления латентных дефектов существующими методами тестирования и контроля.

В [4] также приведено типовое процентное распреде-

ление отказов ЭС по каждой из рассмотренных выше категорий, которое показано на рис. 1.

Как следует из рис. 1, доля отказов ЭС, вызванных отказами комплектующих элементов, достигает 22 %, что лишний раз подтверждает необходимость повышения точности и достоверности оценки их интенсивностей отказов. Кроме того, доля конструктивных и производственных отказов в сумме составляет 24 %, что также свидетельствует о целесообразности повышения точности и достоверности оценки значения коэффициента К а, особенно для ЭС космических аппаратов с длительными сроками активного существования [6].

Очевидно, что для различных классов ЭС распределение отказов может быть и иным, но при отсутствии таких данных данное распределение (см. рис. 1) может использоваться для расчета коэффициента К А по математической модели, приведенной в [4]:

К А = ПР ■ П1М ■ ПЕ + П0 ■ Пв + ПМ ■ ПМ х

хПЕ • Пс + • Пс + П1 + Пы + , (1)

где Пр - коэффициент, учитывающий отказы комплектующих элементов; Пш - коэффициент, учитывающий отказы в начальный период (в период гарантийного срока); Пе - коэффициент, учитывающий отказы из-за влияния внешней среды; П0 - коэффициент, учитывающий конструктивные отказы; Пс - коэффициент, учитывающий отказы, обусловленные несовершенством управления повышением надежности; Пм - коэффициент1, учитывающий производственные отказы; - коэффициент, учитывающий отказы, обусловленные несовершенством системы управления; П1 - коэффициент, учитывающий эксплуатационные отказы; П^ - коэффициент, учитывающий отказы, обусловленные несовершенством методов контроля; П№ - коэффициент, учитывающий деградационные отказы.

Отказы, из-за

несовершенства методов контроля 20«Ь Ко-чллекту юише элементы 114

Отказы из-за несовершенства системы управления

■ г 44 ~zJ Отказы программного обеспечения

Эксплутационные отказы 9»о

11« ■ ^ Деградационные отказы

IIpoiuBo^cTbíHHbif отказы

15*

Рис. 1. Типовое распределение отказов ЭС по категориям

Как следует из выражения (1) К а представляет собой не интегральную, как в [1], а многофакторную (дифференцированную) оценку качества производства ЭС. На рис. 2 приведена типовая гистограмма влияния коэффициентов модели (1) на значение К а, приведенная в [7].

Из рис. 2 хорошо видно, что наибольший вклад в значение К а вносят коэффициенты Пд, Пм, Пр и П$, а коэффициенты ПN, П и П№ - наименьший.

Значения коэффициента П1М модели (1) рассчитывается по формуле:

П1М -

-0,62

1,77

' (1 - SSESS ) ,

(2)

где t - гарантийный срок (наработка); - коэффициент обнаружения латентных дефектов.

Значения коэффициента SSЕSS в выражении (2) рассчитывается по формуле:

SS

ESS

SS ESS

где SS - число обнаруженных дефектов; ESS - общее число латентных дефектов.

Значения коэффициента Пе модели (1) рассчитывается по формуле:

0,855 J 0,8 ■ 1 - е-0,065<дг+°,6)0,

-0,2-I 1 - е

■ (3)

0,205

где д т - изменение температуры; О - среднеквадратичное ускорение случайной вибрации.

На рис. 3 приведен вид зависимости ПЕ от О.

Значение ДТ в выражении (3) рассчитывается по формуле:

A T - T,

раб

-T

1 Г»'

где Траб - температура в рабочем режиме; Тож - температура в режиме ожидания.

Рис. 2. Типовая гистограмма влияния коэффициентов математической модели К а

| ¡0 15

Рис. 3. Зависимость Пе от G

На рис. 4 приведен вид зависимости ПЕ от ДТ. Значения коэффициентов Пр, Пв, ПМ, П3 и ПШ модели (1) рассчитывается по формуле:

20 G

I , П N

г -I в

П i -a , •[-ln (Я, )]

(4)

где а г и Рг- - постоянные коэффициенты г-ой категории отказов; Я г - экспертная оценка г-ой категории отказов.

Рекомендуемые значения коэффициентов аг и рг-приведены в табл. 1.

Значение Яг в выражении (4) рассчитывается по формуле:

X (G J W J)

Я,

j-1

N

X W j

J-i

(5)

где О у - значение у-го критерия г -ой категории отказа; Шу - весовой коэффициент у-го критерия г -ой категории отказа; пг - количество критериев г -ой категории отказа.

Значения коэффициентов О у и Шу модели (5) определяются по вопроснику, приведенному в [4]. На рис. 5, в качестве примера, приведен фрагмент таблицы, содержащей вопросы и соответствующие ответам на эти вопросы значения коэффициентов О у и Ш у .

Значения коэффициента ПО модели (1) рассчитывается по формуле:

Па -

1,12- 2 )

2-a

(6)

где а - константа роста надежности (а = Яг).

Значение Яг в выражении (6) рассчитывается по формуле (5) для категории «Повышение надежности».

На рис. 6 приведен типичный вид зависимости П от Яг по формуле (4).

П

E

Question Gi, w«

What is the % of lead design engineering people with cross training experience in manufacturing orfield operations (thresholds at 10,20%)? <10 = 0 10-20 = .5 >20 = 1 5

What is the % of team members having relevant product experience (thresholds at 25, 50%)? <25 = 0 25-50= 5 >50 = t 5

What is the % of leain members having relevant process experience i e . they have previously developed a product under the current development process (thresholds at 20, 40%)? <20 =■ Q 2040 = .5 >40 = 1 4

What is the % of development team that have 4-year technical degrees (thresholds at 20, 40%)? <20 = Q 20-40 = .5 >40 = 1 3

What is the % of engineering team having advanced technical degrees (threshalos at 10, 20%)? <10 = 0 10-20 = .5 >20 = 1 3

What is the % of engineenrtg team members involved in professional activities in the past year; hold patents authored/presented papers: are registered professional engineers, or professional society offices at the National level (thresholds at 10, 20%)? <10 = Q 10-20 = .5 >20 = t 2

What is the % of engineering team members who have taken engineering courses in the past year (Ihresholds at TO 2G%t? <10 = 0 10-20 = .5 >20 = t 2

Are resource people identified for program technology support across key technology and specialty areas such as optoelectronics, servo control. Application Specific Integrated Circuits (ASIC) design, etc to provide program guidance and support as needed? Yes - 1 No = 0 7

Are resource people identified, for program tools support, lo provide guidance and assistance wilh Computer Aided Design (CAD) simulation etc.? Yes = 1 No = 0 6

How many (0 1,2,3) of the program objectives ot cost schedule and reliability did the manager successfully meet for the last program that he/she was responsible? 3 = 1 2 = 5 1 = 25 0 = 0 10

- - № n.n.

та J2 (О Коэффициент

1,62 0,30 OJ tj tj

1,29 0,12 -li. tj to

о "vo OS 0,21 tj fe;

о OS -li. о о OS OS tQ

1,58 о 00 tj

1,92 0,29 00

OS OO 0,13 VO

Рис. 5. Фрагмент таблицы для определения значений коэффициентов О., и РГ..

Следует отметить, что в «идеальном» случае значения коэффициентов П1 будут равны 0 (см. рис. 6) и, в соответствии с (1), значение К А также будет равно 0. Другими словами «идеальная» СМН позволяет создать «абсолютно надежное» ЭС, что едва ли достижимо на практике [8].

Несмотря на это ограничение, применение модели (1) может оказаться полезным для уточнения прогнозной оценки интенсивностей отказов ЭС на ранних этапах проектирования. На рис. 7 приведена укрупненная функциональная модель процесса прогнозирования надежности ЭС с учетом факторов СМН.

На вход блока А0 (см. рис. 7) поступает техническое задание (ТЗ) на разработку ЭС. Ограничения накладываются СМК, СМН и Программой обеспечения надежности (ПОН). Результаты А0 поступают в блок А2, где происходит формирование исходных данных, которые поступают в блок А3 для расчета значений коэффициентов П.

В блоке А4 выводятся значения коэффициентов П, которые передаются в блок А5 для расчета К А. В блоке А6 на основе Отчета по анализу надежности (значения Л 2) из блока А1 и значения К А рассчитывается значение Л рЭа.

В блоке А7 происходит проверка полученного значения на соответствие требованиям ТЗ и в случае положительного результата данные передаются в блок А8 для вы-

По:;к>

о аз 04 o.é os

Рис. 6. График типовой зависимости Пj от R

Kol готруиторнзш] документация из Л)^

аппаратуру

пуска конструкторской документации. В противном случае происходит возврат на начальный этап (блок А0) для корректировки процессов СМК, СМН и мероприятий ПОН.

В заключении следует отметить, что не всегда расчет многофакторного коэффициента качества производства по модели (1) приводит к такому снижению значения К А, которое обеспечивает требуемый уровень Л рЭА В таких случаях требуется детальный анализ Отчета по анализу надежности и разработка мероприятий по снижению ин-тенсивностей отказов комплектующих элементов [9].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Справочник «Надежность ЭРИ». - М. : МО РФ, 2006. -641 с.

2. Комплексная система общих технических требований. Ап -паратура, приборы, устройства и оборудование военного назначения. Требования стойкости к внешним воздействующим факторам: ГОСТ РВ 20.39.301-98. - [Введен в действие 1998-07-09]. - М. : Госстандарт России, 1998. - 55 с. (Государственный стандарт Российской Федерации).

3. Жадное, В. В. Методы и средства дифференцированной оценки влияния ВВФ при проектных исследованиях надежности электронных средств / В. В. Жаднов, А. А. Гаршин. // Качество. Инновации. Образование. - 2010. - № 4. - С. 45-51.

4. RIAC-HDBK-217Plus. Handbook of 217PlusTM Reliability Prediction Models. - USA: RIAC. - 182 p.

5. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. ГОСТ 27.002-89. - [Введен в действие 199017-01]. - М. : Издательство стандартов, 1990. - 37 с. (Государственный стандарт Союза ССР).

6. Жаднов, В. В. Особенности конструирования бортовой космической аппаратуры : учеб. пособие / В. В. Жаднов, Н. К. Юрков. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2012. - 112 с.

7. Artyukhova, M. Prediction of equipment multifactor quality / M. Artyukhova, S. Polesskiy // Innovations based on information and communication technologies: Materials of International Scientific and Practical Conference. - M. : MIEM NRU HSE, 2013. - P. 499-503.

8. Zhadnov, V. V. Applying the methodology 217PlusTM in predicting the reliability of on-board equipment / V. V. Zhadnov // Innovations based on information and communication technologies : Materials of International Scientific and Practical Conference. - M. : MIEM NRU HSE, 2013. - P. 487-489.

Техническое задание на

Анализ ■ документации

А.

Формирпплни ИГ.ХОДНЬ X

данных рассчета

«

Расчет факторов

ка- 1«ствэ

аппаратуры

A3

Значения факторов /

Отчет по анализу надежности

7

Сформированный отчет по надежности

JL

ni

Выведение

значений факторов

а.

Ряляр.т коэффициента

аппаратуры А5

Интенсивность отказов /

Расчет интенсивности отказов

Г

Анализ полученных результатов

и

Методики, стандарты, программные средства

Формирование отчета Oi4Bi

Aß

Рис. 7. Укрупненная функциональная модель процесса прогнозирования надежности ЭС

ISSN 1607-3274. Радюелектронжа, шформатика, управлiння. 2013. № 2

9. Абрамешин, А. Е. Информационная технология обеспече- В. В. Жаднов, С. Н. Полесский. - Екатеринбург : Форт

ния надежности электронных средств наземно-космичес- Диалог-Исеть, 2012. - 565 с.

ких систем: научное издание / А. Е. Абрамешин, _ .„ . ,, ,_„_,„

Стаття надшшла до редакци 11.10.2013.

Артюхова М. А.1, Жаднов В. В.2, Полюький С. М.3

1Аспiрант, Московський iнститут електронiки i математики нацюнального дослiдницького унiверситету «Вища школа еконо-мiки», Росiя

2Канд. техн. наук, професор, Московський шститут електронiки i математики нацiонального дослщницького унiверситету «Вища школа економiки», Роая

3Канд. техн. наук, доцент, Московський шститут електронжи i математики нацюнального дослщницького унiверситету «Вища школа економжи», Росiя

МЕТОД УРАХУВАННЯ ВПЛИВУ СИСТЕМИ МЕНЕДЖМЕНТУ НАД1ЙНОСТ1 ПЩПРИСМСТВА ПРИ РОЗРАХУН-КОВ1Й ОЦ1НЦ1 ПОКАЗНИК1В БЕЗВ1ДМОВНОСТ1 ЕЛЕКТРОННИХ ЗАСОБ1В

У статтi розглянуто основш аспекти сучасного пiдходу до прогнозування надшност електронних засобiв вiдповiдального призначення. Показано, що при розрахунковiй ощнщ iнтенсивностi вiдмов таких виробiв слщ враховувати не тiльки технiчнi i програмш засоби, але фактори, що характеризують систему менеджменту надiйностi тдприемства. Ключовi слова: електроннi засоби, надшнють, iнтенсивнiсть вiдмов. Artyukhova M. A.1, Zhadnov V. V.2, Polesskiy S. N.3

Postgraduate student, Moscow Institute of Electronics and Mathematics of the National Research University «Higher School of Economics», Russia

2Ph.D., Professor, Moscow Institute of Electronics and Mathematics of the National Research University «Higher School of Economics», Russia

3Ph.D., associate Professor, Moscow Institute of Electronics and Mathematics of the National Research University «Higher School of Economics», Russia

IMPACT CONSIDERATION METHOD OF DEPENDABILITY MANAGEMENT SYSTEM OF THE ENTERPRISE FOR ESTIMATED ASSESSMENT OF THE ELECTRONIC EQUIPMENT RELIABILITY

The current period of creation of the electronic equipment of a responsible and special purpose is characterized by universal introduction of the Quality Management Systems at the enterprises developers and producers of electronic equipment. Quality Management System and its component - Dependability Management System are aimed at providing the guaranteed level of indicators of quality (including and dependability indicators).

In the reliability prediction method recommended by the Russian standards influence of procedures of Dependability Management System is considered with the help of «Coefficient Quality Production Equipment» (КА). This coefficient considers and reflects an average difference in failure rate of elements in the equipment developed and manufactured on requirements of various standard documentation (1 - for a complex of the standards «Moroz ...» or 0,2 - for the situation «RK-...»).

However, such approach to forecasting reliability prediction of electronic equipment at the early design stages, based on use of average statistical data rather approximate. It doesn't consider neither features of Dependability Management System of the concrete enterprise, nor completeness of the Support Reliability Program when developing.

Therefore more adequate approach to an assessment of value of the coefficient К A realized in methodology 217PlusTM is represented. According to this methodology when forecasting value of the coefficient К A are used not only statistical estimates, but also an expert assessment of Dependability Management System effectiveness during the developing and production of the equipment.

The article discusses all the features of application of methodology 217PlusTM for an assessment of the coefficient К а: mathematical model of multiple-factor coefficient of quality of production, analysis of influence of its components on the general level and functional model of reliability prediction process.

Keywords: electronic equipment, reliability, failure rate.

REFERENCES 17-01], Moscow, Izdatel'stvo standartov, 1990, 37 p.

(Gosudarstvennyj standart Soyuza SSR).

1. Spravochnik «Nadezhnost' EhRI», Moscow, MO RF, 2006, 6. Zhadnov V. V., Yurkov N. K. Osobennosti konstruirovaniya 641 p. bortovoy kosmicheskoy apparatury, ucheb. posobie, Penza,

2. Kompleksnaya sistema obschih tehnicheskih trebovaniy. Izd-vo PGU, 2012, 112 p.

Apparatura, pribory, ustroystva i oborudovanie voennogo 7. Artyukhova M., Polesskiy S. Prediction of equipment naznacheniya. Trebovaniya stoykosti k vneshnim multifactor quality, Innovations based on information and

vozdeystvuyuschim faktoram, GOST RV 20.39.301-98, communication technologies: Materials of International

[Vveden v deystvie 1998-07-09], Moscow, Gosstandart Scientific and Practical Conference, Moscow, MIEM NRU

Rossii, 1998, 55 p. (Gosudarstvennyj standart Rossiyskoy HSE, 2013, pp. 499-503.

Federatsii). 8. Zhadnov V. V. Applying the methodology 217PlusTM in

3. Zhadnov V. V., Garshin А. А. Metody i sredstva predicting the reliability of on-board equipment, Innovations differentsirovannoj otsenki vliyaniya VVF pri proektnykh based on information and communication technologies: issledovaniyakh nadyozhnosti ehlektronnykh sredstv, Materials of International Scientific and Practical Conference, Kachestvo. Innovatsii. Obrazovanie, 2010, No. 4, pp. 45-51. Moscow, MIEM NRU HSE, 2013, pp. 487-489.

4. RIAC-HDBK-217Plus. Handbook of 217PlusTM Reliability 9. Abrameshin A. E., Zhadnov V. V., Polesskiy S. N. Prediction Models, USA, RIAC, 182 p. Informatsionnaya tekhnologiya obespecheniya nadyozhnosti

5. Nadezhnost' v tehnike. Osnovnye ponyatiya. Terminy i ehlektronnykh sredstv nazemno-kosmicheskikh sistem: opredeleniya. GOST 27.002-89, [Vveden v deystvie 1990- nauchnoe izdanie. Ekaterinburg, Fort Dialog-Iset', 2012, 565 p.