CC BY
135
УДК 621.396.6, 621.8.019.8
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ БЕЗОТКАЗНОСТИ В ПРАКТИКЕ КОНСТРУИРОВАНИЯ РАДИОВЫСОТОМЕРОВ И РАДИОВЫСОТОМЕРНЫХ СИСТЕМ
ДЛЯ РАКЕТНОЙ ТЕХНИКИ
_____ В. В. Жаднов, А. А. Иофин ___
На ранних этапах проектирования, где закладывается надежность, которая будет реализована при изготовлении и обеспечена при эксплуатации радиовысотомеров (РВ) и радиовысотомерных систем (РВС) для тактических ракет, основным методом подтверждения требований по показателям безотказности является расчетная оценка (прогнозирование) их значений [1-3].
В соответствии с принятой в настоящее время практикой расчет показателей безотказности РЭС, в том числе РВ и РВС, проводится по методикам, приведенным в ОСТ 4 Г0.012.242 [4].
Так, методика расчета интенсивности отказов электронных модулей первого уровня (ЭМ1) основана на использовании соотношения
л=£ >-,, (1)
,=1
где Л - интенсивность отказов ЭМ1; I - общее число электрорадиоизделий (ЭРИ) в ЭМ1, Х, - интенсивность отказов ,-го ЭРИ.
Расчет интенсивности отказов ЭРИ в формуле (1) проводится по математическим моделям эксплуатационной интенсивности отказов ЭРИ, приведенным в справочнике «Надежность ЭРИ» [5], который в соответствии с РДВ 319.01.20 [6] является официальным изданием Министерства обороны. Справочник [5] формируется в соответствии со схемой, приведенной на рис. 1.
Материалы НИУ MD н
11рОмы iiuiCiiHOCtH об
эксплуатационной надежности ЭРИ
Текстовые
документы,
содержащие
накопленную
информацию
надежности ЭРИ
Материалы
головных
предприятий
I |ромы тленности
соисполнителей
МИР
Результаты периодических испытаний ТРИ на безотказность
Результаты периодических испытаний ЭРИ на : долговечность и
Р^УРс____________
Результаты периодических испытаний ЭРИ на сохраняемость
Результаты опытного хранения ЭРИ на базах ОнытнОЮ хранения
Создание обобщенной базы данных о показателях налсжносш (Я,) ЭРИ в аппаратуре разных классов и расчет коэффициентов эксплуатации
А
У:
Создание базы данных о показателях надежности ЭРИ но результатам испытаний а
электрическом режиме и расчет на ос основе
- базовой интенсивности
отказов
- коэффициентов (аналитических моделей)
зависимости
интенсивности Отказов от режимов
эксплуатации
- коэффициентов (аналитических моделей) зависимости
интенсивности отказов от конструктивно-
технолотчсских особенностей ЭРИ и вила
приемки
А
V
Создание базы данных о показателях надежности ЭРИ по результатам испытаний на
сохраняемость и расчет на сс основе интенсивности отказов ЭРИ о условиях храпения и коэффициентов,
учитывающих условия хранения
А'
У
МорматнвЕЮ-техмкчсская документация на ЭРИ
СПРАВОЧНИК'
«Надежность
ЭРП»
Общие положения
Разделы но группам ЭРИ
• Перечень ЭРИ
• 11оказатслн надежности (требования и фактические уровни)
• Модели расчета имтснсивлост и отказов (пояснения к разделам)
Расчетные значения интенсивности
отказов Эри типовых условиях эксплуатации
Рис. 1. Схема формирования справочника «Надежность ЭРИ»
42
Технологические основы повышения надежности и качества изделий
Как следует из рис. 1, в справочнике [5] приведены математические модели эксплуатационной интенсивности отказов ЭРИ не только для режима работы, но и для режима ожидания (хранения), причем вид последних зависит от типа объекта установки:
- для неподвижных объектов
^Э.Х = ^б ■ КХ ■ К?.Х ■ КУсл ' КПр ; (2)
- для подвижных объектов
^Э.Х _ ^6
' КХ ■ КЛХ ■ КЭ ■ КПр :
(3)
где ^э.х - интенсивность отказов ЭРИ в режиме ожидания (хранения); А.б - базовая интенсивность отказов; Кх - коэффициент хранения; Крх - коэффициент, учитывающий изменение интенсивности отказов Хэ.х в зависимости от температуры окружающей среды; КУсл - коэффициент, учитывающий изменение интенсивности отказов Хэ.х в зависимости от условий эксплуатации в режиме ожидания (хранения); Кэ - коэффициент эксплуатации, учитывающий степень жесткости условий эксплуатации; КПр - коэффициент приемки, учитывающий степень жесткости требований к контролю качества и правила приемки изделий.
Значения параметров и коэффициентов моделей (2), (3) определяются по таблицам справочника [5].
Рекомендуемые значения коэффициента КУсл:
- в отапливаемом помещении - 1,0;
- в не отапливаемом помещении - 1,2;
- под навесом - 1,4.
Кроме того, для расчета значений коэффициента К.х в справочнике [5] для различных классов ЭРИ также приведены соответствующие математические модели. Например, для класса «Резисторы» математическая модель имеет вид
Кт.х _
£.| ^оэ.х +273 )
< A ■ e
NT
■ e
*оэх +273 J 273 )
для 40 °C < ^э х < 60 °C
1 для £,эх < 40 °C,
(4)
где А, В, NT, G, Вь J- постоянные коэффициенты модели; t0 эх - температура окружающей среды, °С.
Из формулы (4) видно, что значение Крх существенно зависит от температуры окружающей среды в режиме ожидания (хранения).
В соответствии с методическими рекомендациями, приведенными в справочнике [5], модели (2)-(3) следует применять для расчетов интенсивности отказов эРИ, входящих в состав аппаратуры, которая в эксплуатации основную часть времени находится в режиме ожидания (хранения) в обесточенном состоянии с периодическим контролем работоспособности, например, РВ и РВС тактических ракет.
Такой режим применения РВ и РВС можно рассматривать как «сеансный» режим. Интенсивность отказов для этого режима (А.С) определяется по формуле, приведенной в РДВ 319.01.19 [7]:
^С = КИ ■ ^э.Р +!1 _ КИ )■ ^э.х , (5)
где КИ - коэффициент использования эРИ; ^э.Р - интенсивность отказов эРИ в режиме работы; Хэ.х - интенсивность отказов эРИ в режиме ожидания (хранения).
Коэффициент использования эРИ равен
Ту
Ки =-------—------, (6)
ТУр.р + ТУэ.х
где т^р.р, Тхэ.х - суммарные времена нахождения эРИ в режиме работы и в режиме ожидания (хранения) за срок службы соответственно.
43
Надежность и качество сложных систем. № 2 (10), 2015
Полученные в результате расчетов значения ХС используются для расчетов Л по формуле (1), которые, в свою очередь, являются исходными данными в методиках, приведенных в ОСТ 4 Г0.012.242 [4] для расчетов показателей безотказности РЭС по структурным схемам надежности (ССН).
Как правило, составные части радиовысотомеров (электронные блоки, узлы, модули и др.) для ракетно-космической техники имеют резервирование. Поэтому рассмотренный выше метод не пригоден для расчета надежности резервированных блоков радиовысотомеров, так как у них в момент включения все модули (включая резервные) должны находиться в работоспособном состоянии.
Из этого следует, что ССН такой аппаратуры для режима работы и режима ожидания (хранения) не совпадают, так как в режиме ожидания (хранения) ССН должна быть представлена в виде «последовательного соединения» составных частей.
В этом случае показатели безотказности РВ и РВС определяются по формулам
P = е~Лхр'Т2эх • P(ССНР Р), (7)
%.Х +Т2р.Р
To = j P (т )dT,
0
(8)
где P - вероятность безотказной работы; ЛХр - интенсивность отказов в режиме ожидания (хранения); Т0 - средняя наработка; P^CH^) - вероятность безотказной работы в рабочем режиме.
Еще одной особенностью рассматриваемого класса РВ и РВС является то, что в соответствии с ТУ у них изменяются условия хранения в течение срока т&.х (хранение на складе завода-изготовителя, транспортирование к месту хранения, хранение на складе потребителя, хранение на борту объекта установки и т.д.).
Как отмечено выше, такой режим ожидания (хранения) также можно рассматривать как «сеансный» режим и для расчета ХЭ.Х ЭРИ использовать модель (5), для удобства представив ее в следующем виде:
_ j=1
X (Э.:
Х j ^э.х ,
^Э.Х
т
£
Э.Х
(9)
где ХЭ.Х;- - интенсивность отказов ЭРИ в j-х условиях ожидания (хранения); т&.х/ - суммарное время нахождения ЭРИ в j-х условиях ожидания (хранения) за срок т£э.х; J - общее число условий ожидания (хранения).
При использовании приведенной выше методики расчета показателей безотказности РВ и РВС для режима хранения в формуле (7) необходимое для расчета показателей безотказности значение ЛХр определяется по модели (1) при X = ХЭ.Х.
Следует подчеркнуть, что модель (7) позволяет получить «нижнюю» оценку P, так как она не учитывает взаимосвязь отказов одних и тех же ЭРИ в режимах ожидания (хранения) и работы. Поэтому, если полученные значения показателей безотказности РЭС не удовлетворяют требованиям, для уточнения их значений следует применять рекомендованный в ГОСТ 27.301-95 [8] метод имитационного моделирования, а точнее, соответствующие программные средства. Однако, несмотря на широкий выбор программных сред (языков имитационного моделирования), предпочтение следует отдавать специализированным программам, таким, например, как система АСОНИКА-К-РЭС [7] (рис. 2) программного комплекса АСОНИКА-К [9].
В заключение следует отметить, что приведенная методика расчета позволяет получить лишь прогнозную оценку ожидаемого уровня показателей безотказности РВ и РВС для ракетной техники. Поэтому для подтверждения этих значений необходимо проводить испытания на безотказность с использованием методов статистического контроля [10-12].
44
Технологические основы повышения надежности и качества изделий
Рис. 2. Интерфейс системы АСОНИКА-К-РЭС Список литературы
1. Информационная поддержка моделирования РЭА на ранних этапах проектирования / В. В. Жаднов, И. В. Жаднов, А. Н. Игнатовский, А. А. Иофин // Труды международного симпозиума Надежность и качество. - 2004. - Т. 1. - С. 186-188.
2. Северцев, Н. А. К вопросу об утрате работоспособности систем / Н. А. Северцев, А. В. Бецков, А. М. Самокутяев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. - 2013. - Т. 2. -
С. 268-270.
3. Информационная технология многофакторного обеспечения надежности сложных электронных систем / Н. К. Юрков, А. В. Затылкин, С. Н. Полесский, И. А. Иванов, А. В. Лысенко // Надежность и качество сложных систем. - 2013. - № 4. - С. 75-79.
4. ОСТ 4 Г0.012.242-84. Аппаратура радиоэлектронная. Методы расчета показателей надежности.
5. Надежность ЭРИ : справочник. - М. : МО РФ, 2006. - 256 с.
6. РДВ 319.01.20-98. Положение о справочнике «Надежность электрорадиоизделий».
7. Zhadnov, V. V. Simulation modeling in estimating reliability of fail-safe electronic equipment / V. V. Zhad-nov, A. N. Tikhmenev // Надежность. - 2013. - № 1. - С. 44-54.
8. ГОСТ 27.301-95. Надежность в технике. Расчет надежности. Основные положения.
9. Абрамешин, А. Е. Информационная технология обеспечения надежности электронных средств наземно-космических систем / А. Е. Абрамешин, В. В. Жаднов, С. Н. Полесский ; отв. ред. В. В. Жаднов. -Екатеринбург : Форт Диалог-Исеть, 2012. - 565 с.
10. Пономарев, Л. И. Методы осуществления статистического контроля и анализа качества электронных средств / Л. И. Пономарев, В. В. Жаднов, А. А. Иофин, А. А. Артюхов. - М. : Радио и связь, 2005. -72 с.
11. Дивеев, А. И. Синтез оптимального закона управления потоками транспорта в сети автодорог на основе генетического алгоритма / А. И. Дивеев, Н. А. Северцев // Проблемы машиностроения и надежности машин. - 2003. - № 3. - С. 87.
12. Программа инженерного расчета температуры перегрева кристалла электрорадиокомпонента и его теплоотвода / Н. В. Горячев, А. В. Лысенко, И.Д. Граб, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. - 2012. - Т. 1. - С. 340.
45
Надежность и качество сложных систем. № 2 (10), 2015
Жадное Валерий Владимирович
кандидат технических наук, доцент, кафедра радиоэлектроники и телекоммуникаций, Московский институт электроники и математики Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики»
(101000, Россия, г. Москва, ул. Мясницкая, д. 20)
(495) 916-88-80 E-mail: vzhadnov@hse.ru
Иофин Александр Аронович
кандидат технических наук, начальник отдела,
заместитель главного конструктора,
Уральское проектно- конструкторское бюро «Деталь» (623409, Россия, г. Каменск-Уральский, ул. Пионерская, д. 8)
34378 39266
E-mail: upkb@nexcom.ru
Аннотация. Рассмотрены вопросы расчетной оценки показателей безотказности радиовысотомеров и радиовысотомерных систем для ракетной техники, которые большую часть времени находятся в режиме ожидания с периодическим контролем работоспособности. Показано, что для таких систем необходимо учитывать различные режимы хранения, а также приведены основные расчетные соотношения.
Ключевые слова: показатели безотказности, радиовысотомеры, расчетная оценка, интенсивность отказов, режимы эксплуатации.
Zhadnov Valeriy Vladimirovich
candidate of technical scieroes, associate professor,
sub-department of radio electronic
and telecommunications,
Moscow Institute of Electronic and Mathematic of National Research University «High School of Economics»
(101000, 20 Myasnitskaya street, Moscow, Russia)
Iofin Aleksandr Aronovich
candidate of technical scieroes, head of department,
deputy chief designer,
Ural Design Bureau «Detail»,
(623409, 8 Pionerskaya street,
Kamensk-Ural'skiy, Russia)
Abstract. The problems of estimation of indicators of reliability of radio altimeters and radio altimeters systems for missile technology, which most of the time in standby mode with periodic monitoring performance are considered. It is shown that for such systems should take into account the different storage modes and are the key ratios calculated.
Key words: indicators of reliability, radio altimeters, the calculated score, AFR, operating modes.
УДК 621.396.6, 621.8.019.8 Жаднов, В. В.
Методологические аспекты расчета показателей безотказности в практике конструирования радиовысотомеров и радиовысотомерных систем для ракетной техники / В. В. Жаднов, А. А. Иофин // Надежность и качество сложных систем. - 2015. - № 2 (10). - С. 42-46.
