автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Метод имитационного моделирования для проектной оценки показателей безотказности структурно-сложной радиоэлектронной аппаратуры

На правах рукописи

--

ТИХМЕНЕВ АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ

МЕТОД ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ПРОЕКТНОЙ ОЦЕНКИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ БЕЗОТКАЗНОСТИ СТРУКТУРНО-СЛОЖНОЙ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ

05.13.12 «Системы автоматизации проектирования (промышленность)»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

І 11 Ш 2013

005536756

Волгоград, 2013 г.

005536756

Работа выполнена на кафедре «Радиоэлектроники и телекоммуникаций»

Московского института электроники и математики федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики»

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

кандидат технических наук, доцент Жаднов Валерий Владимирович.

Кравец Алла Григорьевна, доктор технических наук, Волгоградский государственный технический университет, кафедра «Системы автоматизированного проектирования и поискового конструирования», профессор;

Сальникова Наталия Анатольевна, кандидат технических наук, доцент, Российская академии народного хозяйства и государственной службы Волгоградский филиал, кафедра «Информационных систем и математического моделирования», доцент.

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Национальный исследовательский

университет "МЭИ".

Защита состоится «21» ноября 2013 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.028.04, созданного на базе Волгоградского государственного технического университета по адресу: 400005, г. Волгоград, пр. Ленина, 28, ауд. 209.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета.

Автореферат разослан «//» октября 2013 г. Ученый секретарь

диссертационного совета км^ Водопьянов Валентин Иванович

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Развитие радиоэлектронной промышленности и средств САПР приводит к быстрому росту функциональности выпускаемых изделий и усложнению структуры радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) при одновременном повышении требований к их надежности, что требует развития методов анализа структурной безотказности, и, в первую очередь, автоматизированных средств, пригодных к использованию в САПР предприятий. На качество процесса проектирования отрицательно влияет недостаточное математическое обеспечение исследований надежности. Используемые модели и ПО имеют ряд недостатков, главным из которых является то, что они позволяют получить точную оценку показателей безотказности только в отдельных случаях. Для большинства применений, особенно для бортовой аппаратуры, требуется длительный анализ, не поддающийся автоматизации, результатом которого часто является только «нижняя» оценка показателей безотказности. Такая оценка пригодна для подтверждения требований ТЗ, но не дает возможности провести сравнительный анализ различных вариантов реализаций структуры РЭА по уровню безотказности. Это затрудняет принятие проектных решений и может привести к неоправданному применению дополнительных мер по повышению надежности, что влечет дополнительные затраты времени и средств на проектирования и негативно сказывается на себестоимости, массогабаритных характеристиках и, в конечном итоге, на конкурентоспособности РЭА.

Тематика проектной оценки показателей надежности освещена во многих исследованиях, посвященных как вопросам проектирования радиоэлектронной аппаратуры, так и методам теории надежности. К основным работам в этой области следует отнести труды И.А. Ушакова, Б.А. Козлова, Г.В. Дружинина, A.M. Половко, М.Р. Шура-Бура, А.Я. Резиновского, О.В. Абрамова, В.А. Каштанова, А.И. Медведева, В.В Липаева, Ю.Н. Кофанова и др. В их работах разработаны общие вопросы оценки надежности восстанавливаемых и невосстанавливаемых систем, включая оценку надежности резервированных изделий. Для расчетов, как правило, используются аналитические методы, а расчетные формулы выводятся для ограниченного набора типовых структур и их комбинаций. Для случаев, не сводящихся к типовому набору структур, предлагается ряд методов по оценке нижних значений показателей надежности. При этом имитационное моделирование признается перспективным методом, применение которого ограничено недостаточным программным и математическим обеспечением (Ушаков, И.А.). Способы применения имитационного моделирования для решения задачи оценки показателей надежности рассматривались в работах Г.Н. Черкесова, JI.K. Горского, C.B. Гурова, И.Н. Коваленко, Н.Ю. Кузнецов и др. Однако в этих работах не

приводятся модели, применимые к устройствам со сложными критериями отказов и изменяющимися режимами работы.

Это приводит к трудностям в оценке структурной надежности^ на этапах проектирования, что влияет на качество проектных решений и увеличивает вероятность ошибок при проектировании. Поэтому актуальной задачей является разработка метода исследования надежности РЭА, позволяющего адекватно учесть алгоритмы реконфигурации и резервирования в оценке показателей безотказности.

Объект исследования: Типовая процедура расчетной оценки

надежности РЭА.

Предмет исследования: Методы, модели и алгоритмы, применимые для анализа проектного уровня надежности структурно-сложной РЭА.

Цели и задачи работы: повышение качества проектных работ за счет разработки и внедрения нового автоматизированного метода анализа надежности структурно-сложной аппаратуры, учитывающего ее алгоритмы функционирования и реконфигурации.

Для достижения данной цели были поставлены и решены следующие

задачи:

• Анализ современных процедур обеспечения надежности, применяемых при проектировании РЭА.

• Анализ методов и методик оценки проектной надежности структурно-сложной РЭА.

• Разработка математического обеспечения:

о модели реконфигурируемого РЭА, применимой к широкому

спектру структур и алгоритмов реконфигурации о алгоритмов решения модели и оценки на основе ее показателей безотказности.

• Разработка лингвистического обеспечения в виде языка моделирования со встроенными средствами описания структуры, алгоритмов реконфигураций и критериев отказов РЭА.

• Разработка и реализация структуры программного обеспечения со следующим функционалом:

о Преобразование формальной модели РЭА в программную; о Верификация программной модели на соответствие алгоритмам

функционирования и реконфигурации исследуемого РЭА; о Проведение имитационных экспериментов и обработка их результатов (оценка проектных показателей надежности РЭА).

• Разработка методического обеспечения процедуры расчетной оценки проектного уровня надежности РЭА:

о инженерной методики создания и верификации моделей

структурно-сложной РЭА; о инженерной методики анализа проектных решений схемы расчета надежности (СРН) и алгоритма реконфигурации РЭА.

При решении задач диссертационного исследования были получены следующие новые научные результаты:

1. разработана унифицированная модель элемента СРН РЭА, в отличие от известных не привязанная к конкретной реализации структуры и позволяющая учитывать смену законов распределения наработки при формировании временной диаграммы состояний (ВДС);

2. создана модель структурно-сложной РЭА, которая отличается тем, что описывает алгоритмы реконфигурации, критерии отказов и не требует описания всех возможных комбинаций состояний компонентов;

3. предложен метод расчетной оценки показателей безотказности РЭА, который существенно повышает точность оценки за счет формирования ВДС с учетом реконфигураций;

4. разработана новая инженерная методика анализа проектных решений структуры и алгоритма реконфигурации РЭА с точки зрения обеспечения требуемого уровня безотказности, которая позволяет сократить сроки проведения сравнительного анализа альтернативных вариантов.

Теоретическая значимость заключается в разработанных моделях и методе оценки показателей безотказности, которые могут в дальнейшем использоваться в ПО САПР для совершенствования процесса анализа проектных решений и сокращения сроков проектирования радиоэлектронной аппаратуры, а также при верификации аналитических моделей и анализе влияния различных допущений в них на точность расчетной оценки.

Практическую значимость имеют результаты работы, предназначенные для использования в процессе проектирования структурно-сложной РЭА, а именно:

1. предложенный способ формализации описания СРН реконфигурируемой РЭА, в виде специализированного языка, что позволяет в сжатые сроки разрабатывать модели сложных РЭА;

2. разработанное программное обеспечение, реализующее создание и верификацию моделей реконфигурируемых РЭА и автоматизированную оценку показателей безотказности;

3. разработанное методическое обеспечение, которое значительно снижает трудозатраты на анализ проектных решений по обеспечению уровня безотказности.

Основные результаты, выносимые на защиту:

1. унифицированная модель элемента СРН РЭА, предназначенная для формирования реализации его временной диаграммы состояний на основе распределений наработок;

2. модель РЭА позволяющая сформировать реализацию временной диаграммы состояний на основе состава, алгоритмов функционирования и реконфигураций;

3. автоматизированный метод расчетной оценки показателей безотказности РЭА на основе имитационного моделирования;

4. инженерная методика анализа проектных решений по обеспечению безотказности структурно сложной и/или реконфигурируемой РЭА.

Достоверность работы основывается на использовании известных принципов имитационного моделирования, положений теории надежности, теории реализации языков программирования и подтверждается результатами численных экспериментов, демонстрирующих сходимость результатов моделирования при одинаковых исходных данных к аналитическим моделям и ожидаемые отклонения при учете дополнительных факторов.

Апробация работы осуществлялась в ходе докладов и обсуждений на Международном симпозиуме «Надежность и качество» (Пенза, 20102013), Международной конференции и Российской научной школе «Системные проблемы надёжности, качества, информационных и электронных технологий» - ИННОВАТИКА (Сочи, 2010-2011), Международной студенческой школе-семинаре «Новые информационные технологии» (Судак, 2010-2013), Всероссийской конференции «Современные проблемы радиоэлектроники» (Красноярск, 2011-2013), II Всероссийской научно-технической конференции «Радиовысотометрия» (г. Каменск-уральский, 2010), Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ (Москва, 20102013), II Всероссийской научно-технической конференции «Системы управления беспилотными космическими и атмосферными летательными аппаратами» (Москва, 2012), Международной научно-практической конференции «Инновационные информационные технологии» (Прага, 2012), научном семинаре «Надежность и качество функционирования систем» (Москва, 2012), X Всероссийской научно-технической конференции «Научные чтения по авиации, посвященные памяти профессора Н.Е. Жуковского» (Москва, 2013), что подтверждает актуальность проведенного исследования и достоверность его результатов.

По теме диссертационной работы опубликовано 29 научных трудов, в том числе 17 статей, из них 3 в изданиях, рекомендованных ВАК, 12 тезисов докладов и получено 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2013613802.

Практическая значимость работы и эффективность разработанных средств САПР подтверждается внедрением в практику проектирования на ОАО «Научно-исследовательский институт точных приборов» (г. Москва), ОАО «Тамбовский завод Электроприбор» (г. Тамбов), ФГУП «СНПО «Элерон» (г. Москва), ООО «Вега-Газ» (г.Москва).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Диссертационная работа содержит введение, четыре главы с выводами, заключение, список литературы и приложения, включающие в себя акты внедрения и программную документацию.

Во введении дано обоснование актуальности темы диссертационного исследования и определена практическая направленность результатов и логическая связь глав диссертационной работы.

В первой главе проведен анализ мероприятий по обеспечению надежности современной РЭА. Показано, что все они делятся на 3 группы: методы, направленные на повышение надежности составных частей (СЧ) РЭА (за счет изменения приемки, режимов работы и внешних воздействующих факторов), повышение надежности за счет восстановления в ходе эксплуатации (дополнение РЭА комплектом ЗИП) и структурное повышение надежности (резервирование, реконфигурации). Эти методы могут применяться комплексно, но в случаях, когда техническое обслуживание затруднено или невозможно (например, для бортовой аппаратуры космических аппаратов), как правило, невозможно ограничится только повышением надежности СЧ. Это обуславливает широкое использование метода структурного повышения надежности в проектировании РЭА. Для такой аппаратуры в силу отсутствия возможности ремонта контролируются показатели долговечности и безотказности.

Современная тенденция роста сложности структуры РЭА заметно затрудняет оценку показателей безотказности. С точки зрения процесса проектирования это приводит к трудностям в анализе по реализации структуры РЭА и алгоритма реконфигурации, так как невозможно в сжатые сроки оценить эффект данных мер по повышению безотказности. Эта задача решается в рамках типовой проектной процедуры расчетной оценки показателей безотказности. При ее выполнении либо оцениваются показатели безотказности для проверки соответствия требованиям ТЗ, либо (на ранних этапах проектирования) генерируются ЧТЗ к СЧ, соблюдение которых позволит обеспечить выполнение требований ТЗ к РЭА в целом.

Меры по структурному повышению безотказности принимаются на ранних этапах проектирования и для минимизации риска возвращения к этим этапам необходимо проводить сравнение различных вариантов реализации реконфигураций и резервирования.

В работе проведен анализ автоматизированных методов, которые могут применяться для выполнения процедуры оценки показателей безотказности. При анализе основное внимание уделялось возможностям учета в расчетах нестандартных алгоритмов резервирования, реконфигурации, изменения режимов работы СЧ и сложных критериев отказов. Показано, что это сильно усложняет создание модели, делает его по сути невозможным в приемлемые сроки. Обычно на практике в таких

случаях переходят к оценке нижнего значения показателей, однако это не применимо для сравнения альтернативных вариантов по уровню безотказности.

Для структурно-сложной РЭА перспективным является применение имитационного моделирования, что также отражено в стандартах по управлению рисками. Его применение позволяет снять часть ограничений, присущих аналитическим методам в области учета особенностей структуры устройства, и видов зависимости интенсивности отказов от времени. Анализ методов и средств имитационного моделирования показал, что применение имитационного моделирования для проектного расчета надежности ограничено сложностью создания и верификации модели. Так как в модели необходимо отразить все особенности функционирования системы, то для каждой конкретной задачи требуется повторять разработку и верификацию.

Построение модели и ее верификация требует определенных навыков в области имитационного моделирования и представляет собой сложную и длительную работу. Анализ публикаций по данной теме показал, что применение имитационного моделирования как эффективного инструмента исследования сложных систем для оценки надежности широко используется в задачах связанных с техническим обслуживанием (основанные на теории массового обслуживания модели) и моделированием физических процессов (деформации, случайные нагрузки, производственные дефекты). Вопросы надежности сложных, резервированных и реконфигурируемых структур затрагиваются реже. Рассматриваются только частные случаи, строятся модели отдельных систем, при этом подходе повторно использовать результаты затруднительно, по сути можно лишь повторить разработку моделей и средств верификации для другой системы, ориентируясь на общие подходы предложенные авторами статей, поэтому на данный момент этот метод применяется для исследований, и практически не используется в проектировании.

Несмотря на крайнее разнообразие инструментов имитационного моделирования (одних языков имитационного моделирования более 3 тысяч), не известны модели и ПО, обеспечивающие расчет структурно-сложной РЭА с приемлемым соотношением «время-точность». Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что существующее обеспечение проектной процедуры оценки безотказности имеет недостатки, негативно сказывающиеся на качестве проектирования. Для ее развития необходимо разработать метод исследования надежности на основе имитационного моделирования, включающий в себя специализированные модели, средства верификации, проведения имитационного моделирования и инженерные методики их применения.

На основе проведенных исследований в выводах по главе 1 была сформулирована цель и поставлены задачи диссертационной работы.

Во второй главе рассматриваются вопросы, посвященные разработке модели, применимой для описания разнообразной структурно-сложной РЭА с расчетом на наиболее сложные реализации. Для обеспечения адекватности результатов моделирования модель должна отражать действия реконфигурации на разных уровнях разукрупнения, учитывать зависимость интенсивности отказов от времени, историю функционирования РЭА и сложные критерии отказов. Для выполнения требования применимости модели к разнообразному классу структурно-сложной РЭА необходимо гибко описывать его состав, структуру и критерии отказов. Такие требования можно обеспечить только при моделировании жизненного цикла исследуемого РЭА от ввода в эксплуатацию до отказа, с учетом всех изменений происходящих в процессе функционирования.

На основе сформулированных требований была предложена форма представления РЭА как множества отдельных компонентов и возможных событий в системе. Параметрами модели компонента являются состояния и режим функционирования, также модель независимо определяет время, которое компонент пробудет в исправном состоянии при неизменном режиме работы с учетом истории эксплуатации, и информирует об изменениях своего состояния при перемотке модельного времени. При этом разрешается смена режимов и состояний компонента как следствие случайного процесса (характеризующегося интенсивностью), так и в результате реконфигурации в соответствии с алгоритмом функционирования. Наглядное представление модели одного компонента приведено на рис.1, это некоторая диаграмма возможных состояний, которые изменяются с определенной интенсивностью (показаны неразрывными стрелками) или вследствие событий (направления обозначены пунктиром).

Состояние 11 Состояние Состояние з!

Таким образом, можно представить множество состояний СЧ, образующих модель РЭА:

UK.r, = Kr„ > • > S4,V~V„ } О)

где и*л -множество состояний СЧ РЭА в момент времени г0; каждое ^ представляет конкретное положение 1-й СЧ, на ее диаграмме режимов и состояний.

•S,.r„ е S, = {iro,s(1>si2..-s,m} (2)

где SI- множество возможных состояний СЧ; W.. - конкретные положения на диаграмме состояний (рис. 1).

При этом должно быть известно начальное состояние всех компонентов в модели и их интенсивности переходов в какое-либо другое состояние (как правило, состояние отказа). Тогда путем розыгрыша случайных величин можно определить СЧ, которая первой изменит

состояние и ее новое состояние, то есть состояние РЭА в момент Гг1" :

А U^ = U^ \ UR,4 о Us„ \ = {st ги } (4)

где и*.ч,- множество состояний СЧ после смены состояния /с-ой СЧ; - множество изменений в и*.ч,; - текущее и предыдущее состояние

к-ой СЧ.

В силу того что рассматривается реконфигурируемая РЭА возможны взаимосвязи в отказах и/или реконфигурации в структуре, то есть окончательно определить состояние РЭА после отказа (изменения состояния) одной и СЧ можно только через некоторую функцию вида:

где /л- функция преобразующая структуру РЭА и состояние СЧ в соответствии с алгоритмом функционирования на основе предыдущего СОСТОЯНИЯ UK-<a И произошедшего события ДУя.г»

Функция Л должна однозначно определить состав множества и*-<, , то есть состояние всех составных частей РЭА после изменения состояния одной из них. На основе этого множества можно определить состояние РЭА в целом, задав для него аналогичную область определения:

sSx= (6)

О)

где sx - множество возможных состояний РЭА в целом; f> - функция определяющая состояние РЭА 5*.г,на основе множества состояний СЧ

Urs, в соответствии с критериями отказов РЭА.

В общем случае набор состояний для РЭА может быть вида: «отказало», «работоспособно», «исправно». Однако для реконфигурируемой РЭА может быть целесообразно вводить другой набор состояний, более четко описывающий специфику функционирования

конкретной РЭА. Иногда необходимо учитывать историю отказов, это легко можно проиллюстрировать на примере электромеханического компонента - релейного переключателя, его отказы напрямую связаны с количеством переключений. В случае если он осуществляет переключение компонентов, то есть его использование связано с действиями реконфигураций, то наиболее точно моделировать его отказы через количество переключений, то есть при определении его состояния учитывать всю историю жизненного цикла модели РЭА, тогда функции (6) и (7) приобретает окончательный вид:

ил,м - т^.ли^ .и^.и^ ,...с/Лго; (8)

где ик,г,- множество состояний СЧ в г'-ый промежуток времени; 5«.г, -состояние РЭА в г-ый промежуток времени.

Таким образом, можно последовательно определить состояние РЭА в каждый момент времени, сформировать временную диаграмму состояний и использовать ее для определения показателей надежности, таких как интенсивность отказов, вероятность безотказной работы, наработка на отказ, коэффициент готовности и др.

Для улучшения восприятия модели предложено объединение компонентов в группы с индивидуальными критериями отказов (рис 4). При этом группа компонентов будет описываться теми же параметрами, что и отдельный компонент (режим, состояние), но без задания интенсивности переходов - ее роль исполняют критерии состояния группы, аналогично функции Л для РЭА (рис. 2). Такая организация модели позволяет наиболее точно и близко к действительности отразить структуру исследуемой РЭА, а также разбить функцию Л на подфункции и тем самым ее упростить без потери точности моделирования реконфигураций.

Рисунок 2 - Представление структуры РЭА в модели

В качестве решения задачи преобразования действий реконфигураций и критериев отказов в формальный вид, пригодный для автоматизированной обработки и расчета был предложен специализированный язык описания отказов и реконфигураций РЭА. Его функцией в разрабатываемом методе является однозначное^ задание структуры РЭА и действий реконфигурации в виде формальной модели, пригодной для автоматизированной обработки и проведения

имитационных экспериментов.

В третьей главе описывается способ формализации моделей в виде специализированного языка описания отказов и реконфигураций РЭА. Язык моделирования содержит средства для описания моделей компонентов в текстовом виде, определяющей вид диаграммы и интенсивности переходов (в соответствии с моделью, представленной на рис. 1).

При этом каждый компонент в модели определяется уникальным именем, через которое можно использовать его состояние в вычислительных операциях. В язык вводится несколько основных конструкций — это действие реконфигурации в виде конструкции условие-действие и критерий отказа в виде вычислительной процедуры над локальными и глобальными переменными, а так же встроенными операторами, определяющими состояние компонентов СРН.

В условиях событий реконфигурации и критериях отказов можно использовать стандартный набор логико-арифметических операций совместно, как над состояниями компонента, так и над переменными, локальными и глобальными. Это позволяет учитывать не только текущее состояние модели, но и историю возникавших в ходе моделирования событий, то есть формально задать функции Л (8) и Л (9) и реализовать определение ВДС РЭА. Так же в условиях событий реконфигурации возможно определять момент перехода компонента из состояния в состояние, такой оператор позволяет более удобно описывать алгоритм функционирования и реконфигурации РЭА.

Для выполнения имитационных экспериментов применена концепция дискретно-событийного моделирования, то есть функционирование РЭА представляется как набор событий, между которыми состояние РЭА и СЧ остается неизменным, а изменения происходят скачкообразно и вызываются изменением состояния одной из СЧ. Для этого был разработан алгоритм имитационного эксперимента (рис. 3), он определяет последовательность вызовов процедур и событий языка, учитывает возможность каскадного выполнения событий, критериев отказа, и позволяет осуществить корректный перевод модели из одного состояния в другое, то есть программно реализовать функции Л (8) и Л (9). Результатом выполнения алгоритма является реализация ВДС РЭА и всех СЧ, включая и группы компонентов.

С Начало Л иаюрииста/

Установка начальной конфигурации

I

РоЭЫфЫШ случайных величии

Шаг х •эксперимента

Необходимость реконфигурации

Если произошли

изменения состояний или режимов узлов, то флаг изменений устанавливается

Производится

дня компонентов, изменивших свое состояние или режим

Рисунок 3 - Алгоритм имитационного эксперимента

Для работы с формальными моделями разработана подсистема АСОНИКА-К-РЭС. В главе отражены вопросы анализа основных требований к программному комплексу, разработки структуры и алгоритма функционирования, а также его программной реализации.

В основе подсистемы лежит разработанная и описанная во второй главе модель. Основными модулями АСОНИКА-К-РЭС является компилятор формальной модели, блок верификации и блок выполнения имитационных экспериментов.

Описание РЭА

Распределения отеаэов Сч Ь

Состав РЭА

t

Критерии отказов

': • • : -V '■•':'■

Алгоритм реконфигурации

4SW Ж.

- L&»

Язык описания отказов реконфигурируемой РЭА

объект distribution

позволяет описать распределения от экспоненициального до табличного.

J объект knot

1 Формальная модель компонента

/ббъект 51_са1с

Вычислительная процедура над состояниями компонентов, локальными и глобальными переменными. Определяет состояние составного компонента Ули всего РЭУ. > /--N

'объект в\yltch_event

описывает элементарное действие

рекоифшурации в формате <усповиеч1реобразование состояний компонентов»

.лісі

АСОНИК-К-РЭС

Средства задания формальной модели

(С,

1м(

Формальная модель _2_

Средства компиляции модели

\мс

Профаммная модель _ї_

1

Средства верификации модели

—5-

Верифицированная модель

—I_

Средства проведения

имитационного

моделирования

)

Ик

ш

Статистика по реализациям

Показатели надежности

_2

Рисунок 4 - Блок схема реализации моделирования структурно-сложной РЭА

Подсистема реализовалась на объектно-ориентированном языке программирования Visual С++ и использует библиотеки платформы .Net. Пользователь вводит формальную модель исследуемого РЭА, которая

преобразуется в программную модель в виде множества объектов. В соответствии с принятой практикой имитационного моделирования необходимо перед началом имитационного эксперимента провести верификацию модели на соответствие описанию РЭА. Для верификации модели в П/С предусмотрена и возможность проведения управляемого эксперимента. В этом случае пользователь сам определяет последовательность отказов компонентов и контролирует состояние модели после каждого отказа. В случае несоответствия реакции модели описанию работы, поиск ошибки можно осуществить при помощи анализа лог-файла выполнения шага эксперимента, в котором содержится информация о том, какие условия каких событий реконфигурации были выполнены и какие именно действия с компонентами модели ими были проведены.

В четвертой главе разрабатываются инженерные методики для реализации проектной процедуры оценки показателей безотказности структурно-сложной РЭА. Создана методика оценки показателей безотказности, включающая действия по разработке формальной модели, ее верификации и анализу результатов моделирования, а также методика анализа проектных решений по обеспечению безотказности (рис. 5).

Рисунок 5 - Методика анализа проектных решений по обеспечению безотказности РЭА (ГОЕЬЗ)

Исходными данными для применения методики являются описание текущего варианта структуры РЭА и алгоритма ее функционирования. В

блоке 1 проводится анализ текущего варианта и синтезируется СРН РАЭ, а в блоке 6 синтезируются СРН для альтернативных вариантов реализации алгоритмов реконфигурации. В случае применения на ранних стадиях проектирования, когда еще генерируются требования к надежности СЧ, необходимо задаться некоторыми значениями интенсивности отказов СЧ, при этом наиболее важным является соотношение интенсивностей отказов в различных режимах работы.

По результатам синтеза СРН в блоке 2 формируются данные, необходимые для построения формальной модели: списки моделируемых СЧ, списки вводимых групп СЧ, критерии отказов для каждой группы и РЭА в целом, а также действия реконфигурации в формате «условие-действие». На основе этого в блоке 3 создается формальная модель РЭА, которая преобразуется в программную и подвергается верификации.

Верификация (блок 4) производится с использованием программного модуля управляемых экспериментов и представляет собой проверку различных сценариев отказов в составе РЭА, на каждый из которых модель должна среагировать в соответствии с описанием. При обнаружении несоответствия производится коррекция формальной модели (переход к блоку 5) и повторная верификация. После успешной верификации исходного варианта на его основе строятся модели альтернативных (блок 7) и проводится их верификация (блоки 8 и 9).

После переходят непосредственно к моделированию (блок 10), результатом которого являются статистические данные по реализациям отказов РЭА и статистика по группам СЧ. Выходные данные АСОНИКА-К-РЭС анализируются в блоке 11, по ним можно определить, какие группы являются проблемными в составе РЭА с точки зрения надежности и какие наоборот - обладают избыточной надежностью. После анализа результатов моделирования можно дать обоснованные рекомендации по реализации структуры и алгоритмов реконфигурации РЭА.

Проверка разработанных методов, моделей, алгоритма моделирования и программно-методических средств проводилась в два этапа. На первом проводилось моделирование стандартных структур, для которых известны аналитические формулы без допущений. По результатам моделирования были получены значения с ошибкой менее 1% относительно аналитических моделей, обусловленной погрешностью конечного числа экспериментов. На втором этапе проводился расчет

-----показателей надежности структурно-сложной РЭА, в том числе бортового

интегрированного вычислительного комплекса (БИВК), это аппаратура, состоящая из двух полукомплектов со сложным алгоритмом подключения резерва. Результаты расчетов приведены в табл. 1.

Для построения точной аналитической модели расчета показателей безотказности БИВК необходимо проанализировать 254 возможных состояний системы с учетом последовательности отказов, поэтому была проведена оценка только нижнего значения ВБР. Разработанные модели позволили полностью описать алгоритмы реконфигурации и критерии

отказов. Для верификации моделей привлекались специалисты с предприятий-разработчиков РЭА, которые экспертно подтверждали соответствие модели алгоритму функционирования.

_Таблица 1 - Результаты расчетов РЭА

Объект

Источник

Название

СЧ

Аналитическая модель

Тип оценки

Оцениваемый показатель

Рез. по аналит. мод.

Рез. РЭС

АСОНИКА-К-

Взаимная погрешность, %

ОСТ4Г.012.242-84

Обл. рез.

Маж. гр.

ОСТ4Г.012.242-84

Г.Н. Черкесов

Изделие-ЗИП

Г.Н.

Черкесов

НИИ АРГОН

АС31

36

БИВК

54

Формула полной вероятности

ИКИ РАН

БУСОТР

124

Метод мин. путей и сечений

без допущений

то

557538

553993

0,64

783469

784411

0,12

Кг

0,99985

0,99684

0,23

ВБР

0,9867

0,9871

0,04

0,9273

0,9883

6,58

0,9929

0,9997

0,7

Шуу * Л*) У V ( ) I I ^^ч III —--

Во всех случаях при моделировании были получены ожидаемые результаты, которые можно считать ближе к истинным в сравнении с аналитическими моделями, где заведомо были внесены допущения, приводящие к занижению показателей надежности. Для БИВК при оценке ББР была получена разница в 6%, что близко к эффекту от дублирования по аналитической оценке. Так же было отмечено существенное понижение трудозатрат на выполнение оценки безотказности РЭА, так на примере БИВК на выполнение расчетной оценки аналитическим методом было затрачено примерно 320 человеко-часов, тогда как разработка модели, верификация и моделирование разрабатываемыми средствами потребовало около 24 человеко-часов.

Заключение

В работе предложен метод проектной оценки показателей безотказности, а также модели для анализа проектных решений. Полученные в ходе работы результаты повышают качество процесса проектирования структурно-сложной РЭА и понижают трудозатраты на проектную процедуру расчетной оценки уровня надежности.

Достоверность результатов работы подтверждена рядом численных экспериментов и опытом внедрения на предприятии отечественной промышленности, который свидетельствует о достижении поставленной в работе цели.

В целом работа ориентирована на дальнейшее практическое применение результатов при проектировании структурно-сложной РЭА, но также возможно использование в исследовательской деятельности. Возможно применение п/с АСОНИКА-К-РЭС как высокоточного инструмента для оценки показателей безотказности при разработке или

исследованиях аналитических моделей структурно-сложной РЭА. Также разработанные модели могут быть развиты для использования в задачах оценки показателей надежности систем «Изделие-ЗИП» с многоуровневой структурой ЗИП и/или структурно-сложным изделием. Возможными направлениями дальнейшего развития моделей и средств, предложенных в работе, являются автоматизация синтезирования требований по надежности СЧ, оптимизация структуры изделия, так как данные задачи в рамках работы не рассматривались.

Основные публикации по теме диссертации

1. Тихменев А.Н. Имитационное моделирование в задачах оценки надежности отказоустойчивых электронных средств [Текст] / В.В. Жадное, А.Н.Тихменев // Надежность. - 2013. - № 1 (44). - с. 32-43.

2. Тихменев А.Н. Прогнозирование надежности структурно-сложных радиоэлектронных средств методами имитационного моделирования [Текст] / В.В. Жадное, А.Н.Тихменев // Качество.Инновции.Образование. - 2013. - № 3. - с. 50-56.

3. Тихменев А.Н. Проблемы расчета показателей достаточности и оптимизации запасов в системах ЗИП [Текст] / Д.К. Авдеев, В.В. Жаднов, А.Н.Тихменев // Надежность. - 2011. - № 3 (38). - с. 5360.

4. Тихменев А.Н. Информационная технология обеспечения надежности сложных электронных средств военного и специального назначения [Текст] / Д.К. Авдеев, В.В. Жаднов, В.Н. Кулыгин, С.Н. Полесский, А.Н. Тихменев // Компоненты и технологии. - 2011. -№ 6.-с. 168-174.

5. Тихменев А.Н. Применение языка описания отказов реконфигурируемых электронных средств для моделирования систем «Изделие-ЗИП» [Текст] / В.В. Жаднов, А.Н. Тихменев// Современные проблемы радиоэлектроники: сб. науч. тр. / Сиб. федер. ун-т, Красноярск- Красноярск, 2012. - с. 236-239.

6. Тихменев А.Н., Абрамешин А.Е., Жаднов В.В. Имитационное моделирование в оценке надежности электронных систем с реконфигурируемой структурой для космических аппаратов [Текст] / Электромагнитная совместимость и проектирование электронных средств:_сб. лауч. тр. // Под ред. Л.Н. Кечиева. - М.: МИЭМ, 2012. -с.13-23.

7. Жаднов В.В., Полесский С.Н., Тихменев А.Н. Современные подходы к исследованию безотказности электронных средств циклического применения [Текст] // Надежность и качество-2012: труды Международного симпозиума: в 2-х т. // Под ред. Н.К. Юркова. - Пенза: Изд-во ПГУ, 2012 -1 т. - с. 70-74.

8. Тихменев А.Н., Маркитан В.Ж. Имитационная модель системы «изделие - система ЗИП» с многоуровневой структурой ЗИП [Текст]

/ Надежность и качество-2012: труды Международного симпозиума: в 2-х т. // Под ред. Н.К. Юркова. - Пенза: Изд-во ПТУ - 2012 - 1 т. - с. 201-202.

9. Жаднов В.В., Авдеев Д.К., Кулыгин В.Н., Полесский С.Н., Тихменев А Н. Информационная технология обеспечения надежности сложных электронных средств военного и специального назначения [Текст] / Надёжность и качество: Труды международного симпозиума в 2-х т. // Под ред. Н.К. Юркова. - Пенза: Изд-во ПТУ, 2011 - 1 т. - с. 31-37.

10. Тихменев А.Н. Применение языка GPSS WORLD для моделирования отказов электронных средств со сложной структурой резервирования [Текст] / Надёжность и качество: Труды международного симпозиума в 2-х т. // Под ред. Н. К. Юркова. -Пенза: Изд-во ПТУ 2011 -1 т. - с. 333-335.

11. Жаднов В.В., Тихменев А.Н. Моделирование компонентов электронных средств с реконфигурируемой структурой [Текст] / Надёжность и качество: Труды международного симпозиума в 2-х т. // Под ред. Н.К. Юркова. - Пенза: Изд-во ПТУ, 2010 - 1 т. - с. 330-331.

12. Тихменев А.Н. Применение имитационного моделирования для исследования надежности электронных средств со сложной структурой [Текст] / Инновационные информационные технологии: Материалы международной научно-практической конференции. // Под ред. С.У. Увайсова; Отв. за вып. И.А. Иванов, JIM. Агеева, Д.А. Дубоделова, В.Е. Еремина. - М.: МИЭМ, 2012. - с. 326-331.

13. Тихменев А.Н. Оценка надежности бортовых реконфигурируемых электронных средств [Текст] / Системы управления беспилотными космическими и атмосферными летательными аппаратами: тез. докладов II Всероссийской научно-технической конференции. - М.: МОКБ «МАРС», 2012. - с. 181-183.

14. Жаднов В.В. Тихменев А.Н. Методы и средства расчетной оценки надежности электронных средств с реконфигурируемой структурой [Текст] / Радиовысотометрия-2010: Сб. трудов Третьей Всероссийской научно-технической конференции. // Под ред. A.A. Иофина, Л.И. Пономарева. - Екатеринбург: Изд-во «Форт Диалог-

Исеть», 2010. - с. 202-205.

15. Жаднов В.В., Полесский С.Н. Тихменев А.Н. Разработка моделей надежности для проектных исследований надежности радиоэлектронной аппаратуры [Текст] / Радиовысотометрия-2010: Сб. трудов Третьей Всероссийской научно-технической конференции. // Под ред. A.A. Иофина, Л.И. Пономарева. -Екатеринбург: Изд-во «Форт Диалог-Исеть», 2010. - с. 200-201.

Подписано в печать 16.10.2013 г. Заказ № 675. Тираж 100 экз. Печ.л. Формат 60 х 84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Отпечатано в типографии ИУНЛ Волгоградского государственного технического университета. 400005, Волгоград, просп. им. В.И.Ленина, 28, корп. №7.

04201455003

Московский институт электроники и математики федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики»

На правах рукописи

Тихменев Александр Николаевич

МЕТОД ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ПРОЕКТНОЙ ОЦЕНКИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ БЕЗОТКАЗНОСТИ СТРУКТУРНО-СЛОЖНОЙ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ

Специальность 05.13.12 - Системы автоматизации проектирования

(промышленность)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

Кандидат технических наук, доцент Жаднов Валерий Владимирович

Москва-2013 г.

Введение...........................................................................................................................4

1 Глава. АНАЛИЗ ПРОЕКТНОЙ ПРОЦЕДУРЫ РАСЧЕТНОЙ ОЦЕНКИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ..............................................................................10

1Л Процедуры обеспечения надежности при проектировании РЭА.................13

1.2 Типовая процедура расчетной оценки надежности РЭА..............................18

1.3 Анализ методов оценки показателей безотказности......................................30

1.4 Анализ методов имитационного моделирования...........................................38

1.5 Постановка задач диссертационной работы...................................................45

1.6 Выводы по главе 1.............................................................................................46

2 Глава. РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ И АЛГОРИТМОВ ДЛЯ ОЦЕНКИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ БЕЗОТКАЗНОСТИ СТРУКТУРНО-СЛОЖНОЙ РЭА...............49

2.1 Тип моделей........................................................................................................50

2.2 Модель отказа компонента...............................................................................51

2.3 Способ задания структуры РЭА.......................................................................56

2.4 Структурно-сложный компонент РЭА............................................................57

2.5 Модель РЭА........................................................................................................59

2.6 Алгоритм имитационного эксперимента........................................................65

2.7 Средства языка моделирования........................................................................67

2.8 Выводы по главе 2.............................................................................................72

3 Глава. РАЗРАБОТКА ЯЗЫКА МОДЕЛИРОВАНИЯ ОТКАЗОВ РЕКОНФИГУРАЦИЙ РЭА И ПОДСИСТЕМЫ АСОНИКА-К-РЭС......................74

3.1 Синтаксис базовых элементов языка...............................................................74

3.2 Семантики базовых элементов языка..............................................................77

3.3 Синтаксис специализированных элементов языка........................................82

3.4 Семантика составных элементов языка...........................................................85

3.5 Структурирование и передача управления.....................................................90

3.6 Встроенные функции.........................................................................................93

3.7 Проектирование структуры программного средства.....................................95

3.8 Численные эксперименты...............................................................................111

3.9 Выводы по главе 3...........................................................................................115

4 Глава. АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ И РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА ИНЖЕНЕРНЫХ МЕТОДИК......................................................................................117

4.1 Разработка модели блока телеметрии............................................................117

4.2 Анализ результатов моделирования блока телеметрии...............................126

4.3 Построение модели РЭА с комплектом ЗИП................................................129

4.4 Сравнительный анализ применения имитационного моделирования и развития аналитических моделей для систем ЗИП...............................................133

4.5 Методика расчетной оценки показателей безотказности структурно-сложной РЭА.............................................................................................................137

4.6 Методика анализа проектных решений по обеспечению надежности структурно-сложной РЭА........................................................................................139

4.7 Выводы по главе 4...........................................................................................142

Заключение..................................................................................................................144

Список литературы.....................................................................................................147

Приложение 1 Акты внедрения.................................................................................158

Приложение 2 Копия свидетельства о государственной регистрации программы

для ЭВМ.......................................................................................................................165

Приложение 3 Подсистема АСОНКИА-К-РЭС Описание применения. Руководство оператора...............................................................................................167

Введение

Актуальность работы. Развитие радиоэлектронной промышленности и средств САПР приводит к быстрому росту функциональности выпускаемых изделий и усложнению структуры радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) при одновременном повышении требований к ее надежности, что требует развития методов анализа структурной безотказности, и, в первую очередь, автоматизированных средств, пригодных к использованию в САПР предприятий. На качество процесса проектирования отрицательно влияет недостаточное математическое обеспечение исследований надежности. Используемые модели и ПО имеют ряд недостатков, главным из которых является то, что они позволяют получить точную оценку показателей безотказности только в отдельных случаях. Для большинства применений, особенно для бортовой аппаратуры, требуется длительный анализ, не поддающийся автоматизации, результатом которого часто является только «нижняя» оценка показателей безотказности. Такая оценка пригодна для подтверждения требований ТЗ, но не дает возможности провести сравнительный анализ различных вариантов реализаций структуры РЭА по уровню безотказности. Это затрудняет принятие проектных решений и может привести к неоправданному применению дополнительных мер по повышению надежности, что влечет дополнительные затраты времени и средств на проектирование и негативно сказывается на себестоимости, массогабаритных характеристиках и, в конечном итоге, на конкурентоспособности РЭА.

Тематика проектной оценки показателей надежности освещена во

многих исследованиях, посвященных как вопросам проектирования радиоэлектронной аппаратуры, так и методам теории надежности. К основным работам в этой области следует отнести труды И.А. Ушакова[1], Б.А.

Козлова[2,3], Г.В. Дружинина [4], A.M. Половко [5], C.B. Гурова [5,6], А.Я. Резиновского[8], О.В. Абрамова[9], В.А. Каштанова [10], А.И. Медведева, В.В Липаева[11], Ю.Н. Кофанова[ 11,12] и др. В их работах разработаны общие вопросы оценки надежности восстанавливаемых и невосстанавливаемых систем, включая оценку надежности резервированных изделий. Для расчетов, как правило, используются аналитические методы, а расчетные формулы выводятся для ограниченного набора типовых структур и их комбинаций. Для случаев, не сводящихся к типовому набору структур, предлагается ряд методов по оценке нижних значений показателей надежности. При этом имитационное моделирование признается перспективным методом, применение которого ограничено недостаточным программным и математическим обеспечением ( И.А. Ушаков [1], A.M. Половко [5]). Способы применения имитационного моделирования для решения задачи оценки показателей надежности рассматривались в работах Г.Н. Черкесова [13,14], Л.К. Горского[15], Б. В. Гнеденко[16], И.Н. Коваленко[17], Н.Ю. Кузнецов [18] и др. Однако в этих работах не приводятся модели, применимые к устройствам со сложными критериями отказов и изменяющимися режимами работы.

Это приводит к трудностям в оценке структурной надежности на этапах проектирования, что влияет на качество проектных решений и увеличивает вероятность ошибок при проектировании. Поэтому актуальной задачей является разработка метода исследования надежности РЭА, позволяющего адекватно учесть алгоритмы реконфигурации и резервирования при оценке показателей безотказности.

Объект исследования: Типовая процедура расчетной оценки надежности

РЭА.

Предмет исследования: Методы, модели и алгоритмы, применимые для анализа проектного уровня надежности структурно-сложной РЭА.

Цели и задачи работы: повышение качества проектных работ за счет разработки и внедрения нового автоматизированного метода анализа надежности

структурно-сложной аппаратуры, учитывающего ее алгоритмы функционирования и реконфигурации.

Для достижения данной цели были поставлены и решены следующие задачи:

• Анализ современных процедур обеспечения надежности, применяемых при проектировании РЭА.

• Анализ методов и методик оценки проектной надежности структурно-сложной РЭА.

• Разработка математического обеспечения:

о модели реконфигурируемого РЭА, применимой к широкому спектру

структур и алгоритмов реконфигурации о алгоритмов решения модели и оценки на ее основе показателей безотказности.

• Разработка лингвистического обеспечения в виде языка моделирования со встроенными средствами описания структуры, алгоритмов реконфигураций и критериев отказов РЭА.

• Разработка и реализация структуры программного обеспечения со следующим функционалом:

о Преобразование формальной модели РЭА в программную; о Верификация программной модели на соответствие алгоритмам

функционирования и реконфигурации исследуемого РЭА; о Проведение имитационных экспериментов и обработка их результатов (оценка проектных показателей надежности РЭА).

• Разработка методического обеспечения процедуры расчетной оценки проектного уровня надежности РЭА:

о инженерной методики создания и верификации моделей структурно-сложной РЭА;

о инженерной методики анализа проектных решений схемы расчета надежности (СРН) и алгоритма реконфигурации РЭА.

При решении задач диссертационного исследования были получены следующие новые научные результаты:

1. разработана унифицированная модель элемента СРН РЭА, в отличие от известных не привязанная к конкретной реализации структуры и позволяющая учитывать смену законов распределения наработки при формировании временной диаграммы состояний (ВДС);

2. создана модель структурно-сложной РЭА, которая отличается тем, что описывает алгоритмы реконфигурации, критерии отказов и не требует описания всех возможных комбинаций состояний компонентов;

3. предложен метод расчетной оценки показателей безотказности РЭА, который существенно повышает точность оценки за счет формирования ВДС с учетом реконфигураций;

4. разработана новая инженерная методика анализа проектных решений структуры и алгоритма реконфигурации РЭА с точки зрения обеспечения требуемого уровня безотказности, которая позволяет сократить сроки проведения сравнительного анализа альтернативных вариантов.

Теоретическая значимость заключается в разработанных моделях и методе оценки показателей безотказности, которые могут в дальнейшем использоваться в ПО САПР для совершенствования процесса анализа проектных решений и сокращения сроков проектирования радиоэлектронной аппаратуры, а также при верификации аналитических моделей и анализе влияния различных допущений в них на точность расчетной оценки.

Практическую значимость имеют результаты работы, предназначенные для использования в процессе проектирования структурно-сложной РЭА, а именно:

1. предложенный способ формализации описания СРН реконфигурируемой РЭА, в виде специализированного языка, что позволяет в сжатые сроки разрабатывать модели сложных РЭА;

2. разработанное программное обеспечение, реализующее создание и верификацию моделей реконфигурируемых РЭА и автоматизированную оценку показателей безотказности;

3. разработанное методическое обеспечение, которое значительно снижает трудозатраты на анализ проектных решений по обеспечению уровня безотказности.

Основные результаты, выносимые на защиту:

1. унифицированная модель элемента СРН РЭА, предназначенная для формирования реализации его временной диаграммы состояний на основе распределений наработок;

2. модель РЭА позволяющая сформировать реализацию временной диаграммы состояний на основе состава, алгоритмов функционирования и реконфигураций;

3. автоматизированный метод расчетной оценки показателей безотказности структурно-сложной РЭА на основе имитационного моделирования;

4. инженерная методика анализа проектных решений по обеспечению безотказности структурно сложной и/или реконфигурируемой РЭА.

Достоверность работы основывается на использовании известных принципов имитационного моделирования, положений теории надежности, теории реализации языков программирования и подтверждается результатами численных экспериментов, демонстрирующих сходимость результатов моделирования при одинаковых исходных данных к аналитическим моделям и ожидаемые отклонения при учете дополнительных факторов.

Апробация работы осуществлялась в ходе докладов и обсуждений на Международном симпозиуме «Надежность и качество» (Пенза, 2010-2012), Международной конференции и Российской научной школе «Системные проблемы надёжности, качества, информационных и электронных технологий» -

ИННОВАТИКА (Сочи, 2010-2011), Международной студенческой школе-семинаре «Новые информационные технологии» (Судак, 2010-2012), Всероссийской конференции «Современные проблемы радиоэлектроники» (Красноярск, 2011-2012), II Всероссийской научно-технической конференции «Радиовысотометрия» (г. Каменск-уральский, 2010, 2013), Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ (Москва, 2010-2012), II Всероссийской научно-технической конференции «Системы управления беспилотными космическими и атмосферными летательными аппаратами» (Москва, 2012), Международной научно-практической конференции «Инновационные информационные технологии» (Прага, 2012), научном семинаре «Надежность и качество функционирования систем» (Москва, 2012), X Всероссийской научно-технической конференции «Научные чтения по авиации, посвящённые памяти профессора Н.Е. Жуковского» (Москва, 2013), что подтверждает актуальность проведенного исследования и достоверность его результатов.

По теме диссертационной работы опубликовано 29 научных трудов, в том числе 17 статей, из них 3 в изданиях, рекомендованных ВАК, 12 тезисов докладов и получено 1 свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.

Практическая значимость работы и эффективность разработанных средств САПР подтверждается внедрением в практику проектирования на ОАО «Научно-исследовательский институт точных приборов» (г. Москва), ОАО «НИИ Аргон» (г. Москва), ОАО «Тамбовский завод «Электроприбор» (г. Тамбов), ООО «Вега-Газ» (г. Москва).

1 Глава. АНАЛИЗ ПРОЕКТНОЙ ПРОЦЕДУРЫ РАСЧЕТНОЙ ОЦЕНКИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ

В первой главе, в соответствии с поставленной в диссертационной работе целью, проводится анализ методов управления надежностью, особенностей выполнения проектной процедуры оценки показателей надежности. Рассматриваются методы проектных исследований надежности радиоэлектронной аппаратуры, область и особенности их применения, а так же ПО, в котором они реализованы. Поставлены задачи диссертационной работы, которые необходимо решить для достижения поставленной цели.

В стандартах ISO серии 9000 приведены процедуры системы качества, направленные на обеспечение и гарантию реализации заложенных уровней надёжности продукции, в том числе и радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Поэтому очевидно, что в ряду этапов жизненного цикла аппаратуры, приборов, устройств и оборудования военного и специального назначения особое место занимает этап проектирования, так как именно на этом этапе закладывается та надёжность, которая будет реализована при изготовлении, и поддерживаться при эксплуатации, что особенно важно для современной сложной РЭА у которой:

— усложняется структура как объектов установки (носителей) та и самих РЭА;

— возрастают риски на всём протяжении жизненного цикла РЭА (разработка и проектирование, производство и испытания, эксплуатация и обслуживание);

— растет критичность отказов РЭА и их последствий не только для предприятий-разработчиков и эксплуатирующих организаций, но и мирового сообщества;

— увеличивается стоимость «ошибки» (отказа как такового, мероприятий по его устранению, перепроектированию, нерационально организованного технического обслуживания и ремонта);

и

- растет роль «человеческого фактора».

Это нашло прямое отражение в ГОСТ РВ 20.39.302-98 [19], что подтверждает хотя бы простое сравнение объемов типовых перечней мероприятий по обеспечению надёжности аппаратуры на разных этапах её жизненного цикла. Если принять во внимание, что разработка РЭА представляет собой итерационный процесс поиска оптимального (Парето оптимального) решения по критерию обеспечения требуемого уровня качества в рамках заданных ограничений, то становиться ясной важность именно ранних стадий проектирования РЭА (эскизного проектирования (ЭП) и технического проектирования (ТП)). Результатами проведения мероприятий «Программы обеспечения надежности при разработке» (ПОНр) на этих этапах должны быть минимизация числа вариантов построения сложных РЭА и общего числа ите