Прогнозирование отказов и текущий ремонт.

 

Прогнозирование отказов, как уже отмечалось ранее, явля­ется одним из способов повышения надежности аппаратуры в процессе ее эксплуатации.

Наличие в аппаратуре функциональных связей между эле­ментами приводит к такому положению, при котором проверка одного из элементов несет в себе информацию о состоянии других элементов, которые в настоящий момент не контроли­руются. Эта информация выражается в перераспределении ве­роятностей отказов элементов в зависимости от исхода пред­шествующей проверки. Например, применительно к ап­паратуре ЭВМ, параметрами, нуждающимися в контроле в процессе эксплуатации, являются мощности передающихся устройств, чувствитель­ность приемников, стабильность рабочих частот генератора и т.д.

В связи с этим, сущность прогнозирования отказов заключа­ется в том, что на основании имеющейся информации о пара­метрах системы или ее элементов определяется вероятный мо­мент появления отказа и принимаются меры по его предупре­ждению. Таким образом, основным содержанием прогнозиро­вания отказов являются процесс получения информации о со­стоянии элемента или системы в настоящий момент времени, обработка этой информации и на основании этого определение вероятности появления отказа Qпр при работе аппаратуры в межрегламентный период (период прогнозирования) Тпрог.

Из изложенного следует, что прогнозирование может осуще­ствляться преимущественно только для постепенных отказов. Соотношение между постепенными и внезапными отказами различно для разных элементов аппаратуры ИС, причем, посте­пенные отказы занимают большую часть всех отказов в аппаратуре (больше 60%). Методы прогнозирования отказов элементов аппаратуры ИС различают по типу используемого контролируемого параметра.

Контролируемым параметром называется такая характеристика системы, контроль за которой позволяет определить техническое состояние аппаратуры, объекта, узла или элемента.

Контролируемые параметры делятся на определяющие и вспомогательные.

Определяющим параметром называется такой параметр, который определяет техническое состояние объекта (аппаратуры) в целом.

По определяющему параметру получаем наиболее полные сведения о качестве выполнения аппаратурой заданной функции. Например, чувствительность приемного устройства и мощность передающего устройства характеризуют дальность действия системы.

Вспомогательными параметрами, например, является сопротивление резисторов, амплитудно-частотные характеристики микросхем и транзисторов, коэффициент усиления каскада и т.д.

На каждый параметр аппаратуры можно установить уровень прогноза, то есть такое значение параметра, при достижении которого вероятность появления отказа Qпр в течение периода прогнозирования Тпрог становится больше заданного значения Qпр.доп, а именно:

.

Вероятность безотказной работы системы или элемента в течение периода прогнозирования (в межрегламентный период) называют достоверностью прогноза:

Р_пр=1-Q_пр.

Прогнозирование отказов можно осуществлять на основе использования статистических или аппаратурных (инструментальных) методов.

Статистические методы прогнозирования.

Сущность статистических методов прогнозирования состоит в том, что на основании известных статистических данных об интенсивности отказов элементов в процессе эксплуатации данной аппаратуры производят расчет их надежности и определение момента для профилактической замены.

При эксплуатации аппаратуры для каждого элемента можно установить допуск на его определяющий или вспомогательный параметр x(t):

;

где: – предельные значения параметра.

Если в некоторой аппаратуре имеется группа из «n» однотипных элементов, плотность распределения параметра которых для любого момента времени подчиняется нормальному закону, то вероятность исправного состояния элементов для любого момента времени определяется:

;

где: - среднее значение параметра x(t) в момент времени t;

– среднее квадратичное отклонение параметра x(t);

Ф (У) – табулированная функция Лаиласа.

Таким образом, на основании имеющихся статистических данных о реализациях параметров «n» элементов мы можем определить значение m(t) и для любого момента времени и найти вероятность P(t). Далее, исходя из требуемого уровня надежности Ртр=P(t) определяем время tпрог, при достижении которого производится профилактическая замена элементов. Если реализация определяющего или вспомогательного параметров аппроксимируются прямыми линиями и описываются веерной функцией, то в этом случае достаточно определить числовые характеристики «m» и «» для двух моментов времени t_j и t_j+1, что позволяет найти значения m(t) и для любого момента времени t по формулам: и ;

где: – среднее значение параметров в момент времени t_o;

-среднее квадратическое отклонение параметра в момент времени t_o

Вывод этих формул представлен на рис. 10, на котором показаны зависимости «m» и «» от времени, где:

и ;

Определив значения m(t) и , находим P(t)=P_тр и вычисляем t_прог. Таким образом, располагая статистическими данными о результатах эксплуатации или специальных испытаний различных элементов, каскадов, блоков, панелей, микросхем и т.д., можно рассмотренным выше методом производить статистические прогнозирования отказов.

Аппаратурные методы прогнозирования отказов.

Для использования аппаратурных методов прогнозирования отказов необходимо располагать статистическими данными о характере изменения вспомогательного (определяющего) параметра и результатами периодического аппаратурного контроля параметра конкретного элемента при работе аппаратуры в нормальном или специальном (контрольном) режимах.

При работе аппаратуры в нормальном режиме сущность прогнозирования отказов показана на рис. 11. Для того, чтобы иметь возможность прогнозировать отказ элемента, необходимо обоснованно выбрать на его вспомогательный параметр x(t) уровни допусков «a» и «b» и прогноза «a_пр» и «b_пр», а именно: .

Пусть величина параметра во времени изменяется по линейному закону, тогда, если произвести измерения вспомогательных параметров элементов в моменты времени t_j и t_j+1, то можно с помощью указанных выше выражений найти величины m(t) и для любого момента времени. Зная величины m(t) и , определяем вероятность безотказной работы P(t) для любого момента времени, что дает возможность производить прогнозирование отказов элементов, как было показано ранее. При достижении вспомогательным параметром значения уровня прогноза производят профилактическую замену элементов (регулировка, восстановление) с целью предупреждения отказа аппаратуры.

Рассмотрим сущность аппаратурного метода прогнозирования отказов при работе элементов аппаратуры в специальных режимах. Наиболее просто специальный режим работы элемента обеспечивается за счет изменения электрических режимов питания. Сущность этого метода показана на рис. 12, где обозначено:

x(t) – зависимость вспомогательного параметра от времени при работе элемента аппаратуры в нормальном режиме; x_k(t) – зависимость вспомогательного параметра от времени при работе элемента аппаратуры в специальном (контрольном) режиме;

Т_пр – период проведения профилактических (регламентных) работ.

Как видно из рис 12, применение специального режима приводит к тому, что момент пересечения уровня допуска вспомогательным параметр xk(t), то есть появления соотношения xk(t)£a, наступает раньше, чем параметром x(t). Если путем специальных испытаний установить соотношение между зависимостями: и , то за счет введения специального режима работы элементов можно прогнозировать отказы во времени.

Пусть параметры x(t) и x_k(t) изменяются во времени линейно, причем изменение параметра x(t) на величину Dх за время Тпр точно соответствует изменения параметра Dx_k за счет введения специального режима.

Тогда, если в момент времени t_j величина параметра x_k(t_j)> , то параметр x(t) в течении времени Тпр не выйдет за пределы допуска, то есть с большой вероятностью Рпр произойдет событие x(t_j+1)> .

Если же в момент времени t_j окажется, что x_k(t_j) < , то это будет означать, что вспомогательный (определяющий) параметр x(t) в течение времени Тпр выйдет за пределы установленного допуска, то есть с большой вероятностью Рпр произойдет событие x(t_j+1)< .

Для предупреждения отказа контролируемого элемента в последнем случае производят замену данного элемента или его восстановление (регулировку). Достоверность прогноза Рпр в данном случае определяют, используя оценку статистических данных, как показано выше. В общем случае, когда вспомогательный параметр элемента изменяется во времени по различным законам, на участке времени Тпр производят его аппроксимацию какой-нибудь зависимостью (чаще всего прямой линией). Для реализации данного метода прогнозирования требуется комплект измерительной аппаратуры. Он позволяет с достаточной степенью точности определить момент выхода элемента из строя без значительного сокращения сроков его службы. Недостатком этого метода является то, что для измерения того или иного параметра элемента в большинстве случаев

 

требуется извлечение последнего из аппаратуры, что, в свою очередь, может привести к увеличению количества внезапных отказов.

Прогнозирование отказов по изменению выходного (определяющего) параметра аппаратуры заключается в том, что контролируется аппаратным методом не величина определяющего или вспомогательного параметра элемента, а выходной параметр аппаратуры. Однако для реализации этого метода требуется установить корреляционную зависимость между соответствующим прогнозирующим параметром аппаратуры. Величина выходного параметра аппаратуры в общем случае представляется как функция определяющих и вспомогательных параметров элементов.

Следует иметь ввиду, что качественное состояние элементов аппаратуры, то есть значения параметров, которые определяют границы работоспособности аппаратуры, можно определить с помощью измерения области работоспособности в процессе эксплуатации.

Текущий ремонт предусматривает действия, необходимые для проведения аппаратуры в работоспособное состояние, после того как нарушилось выполнение одной или нескольких существенных функций аппаратуры. Профилактические мероприятия в этом случае разрабатываются на основе анализа неисправностей и их симптомов. Текущий ремонт осуществляется во время текущего технического обслуживания и включает в себя четыре метода:

- ремонт методом замены и последующего восстановления;

- ремонт методом замены невосстанавливаемого элемента;

- ремонт при наличии резервирования;

- замена текущего ремонта профилактическим обслуживанием.

При эксплуатации аппаратуры ИС в чистом виде ни один из указанных выше методов не применяется. Чаще всего используют комбинацию из нескольких методов. Время неработоспособности состояния аппаратуры при этом значительно сокращается, так как отыскание неисправного блока намного проще, чем отыскание неисправного элемента схемы, а время замены сводится к времени замены блоков. Однако целесообразность применения вышеуказанного метода зависит от соотношения средств, получаемых в результате повышения готовности и теряемых на увеличение стоимости запасных элементов за счет большого числа дорогостоящих запасных блоков, агрегатов, узлов. Ремонт методом замены невосстанавливаемого элемента применяется не только на замену таких невосстанавливаемых элементов как резисторы, конденсаторы, полупроводниковые приборы и т.д., но и на платы с печатным монтажом, опрессованные модули, микросхемы и т.п.

Указанный метод дает ряд преимуществ: меньший расход времени на отыскание и замену отказавшего элемента; возможность использования менее квалифицированного обслуживающего персонала (так как нет необходимости в восстановлении элемента); уменьшения поломок во время ремонта; обеспечения доступности без ущерба для плотности компоновки схемы внутри невосстанавливаемого элемента. При этом возникает задача определения оптимального размера (состава) невосстанавливаемого элемента.

Замена модулей экономически выгоднее их восстановления и в связи с этим модульная конструкция аппаратуры более оправдана для сложной системы.

Ремонт при наличии резервирования можно рассматривать как разновидность ремонта без снятия выполняемых функций аппаратурой. Вместо снятия неисправного элемента и установления запасного применяют резервный запас, устанавливаемый заранее, а фактическую работу по устранению неисправности откладывают до какого-то момента в будущем. Этот метод требует больших экономических расходов на резервирование.

Замена текущего ремонта профилактическим обслуживанием предусматривает оценку отказов аппаратуры на профилактируемые и непрофилактируемые, причем первые можно предотвратить в процессе профилактики, а вторые – нельзя.

К профилактируемым отказам относятся почти все постепенные отказы и часть внезапных, закон распределения времени безотказной работы которых является функцией наработки элемента, то есть при наличии последствия. Без знания закона распределения времени безотказной работы элемента нельзя обоснованно принимать решения на профилактическую замену его.

Оценку аппаратуры с точки зрения ее потенциальной профилактичности (возможности профилактики) удобно производить, используя коэффициент профилактики :

;

где: n_пр.ф и n_н.пр.ф – количество профилактируемых и непрофилактируемых отказов за определенный период времени;

n – общее число отказов аппаратуры за этот период времени.

При проведении профилактического обслуживания не всегда удается предотвратить все профилактируемые отказы. Для оценки эффективности профилактики вводят коэффициент эффективности профилактических работ Кэ.пр.

;

где: п_1,2пр и п_н.пр – количество предотвращенных и непредотвращенных профилактируемых отказов;

– вероятность предотвращения профилактируемого отказа.

Таким образом, профилактическое обслуживание не может полностью заменить текущий ремонт и степень возможной замены текущего ремонта профилактикой характеризуется коэффициентом ее эффективности.

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: