Разумный В. М., Толченое О. В.
Оценка работоспособности устройств автоматики
БИБЛИОТЕКА ПО АВТОМАТИКЕ
Выпуск 569
МОСКВА
ЭНЕРГИЯ
1977
Редакционная коллегия: И. В. Антик, Г. Т. Артамонов, А. И. Бертинов, М. А. Боярченков, А. А. Воронов, Л. М. Закс, В. С. Малов, В. Э. Низе, Д.А.Поспелов, И. В. Прангишвили, О. В. Слежановский, Ф. Е. Темников, М. Г. Чиликин, А. С. Шаталов.
Разумный В. М. и Толченое О. В. Оценка работоспособности устройств автоматики. Москва, «Энергия», 1977. Библиотека по автоматике. Выпуск 569.
В книге излагается инженерная методика количественной оценки работоспособности устройств автоматики, обосновываются принципы определения количественных характеристик работоспособности аппаратуры по запасам прочности. Описаны машинные методы оценки работоспособности устройств автоматики и вычислительной техники. Приведены основные сведения о видах и целях контроля параметров, о методических и инструментальных составляющих ошибок, характеризующих достоверность результатов контроля, и изложена инженерная методика решения основных задач контроля.
Книга может быть использована специалистами, занимающимися решением задач обеспечения работоспособности и организацией контроля устройств автоматики и вычислительной техники.
Издательство «Энергия», 1977 г.
Содержание книги
Оценка работоспособности устройств автоматики
Предисловие
Введение
Глава первая. Математический аппарат теории запасов прочности
1. Основные положения. Понятия о функциональной надежности и работоспособности устройств автоматики
2. Нагрузка и прочность. Номиналы и допуски. Понятие запаса работоспособности аппаратуры
3. Математический аппарат. Упрощенный метод расчета и его достоверность
4. Оценка работоспособности аппаратуры по изменению выходных параметров. Мера запаса работоспособности аппаратуры
5. Оценка запасов работоспособности аппаратуры автоматики при различных законах распределения нагрузки
6. Получение исходных данных для расчета запасов работоспособности аппаратуры
Глава вторая. Машинные методы оценки работоспособности аппаратуры
7. Машинные методы имитации неисправностей в аппаратуре
8. Применение теории направленных графов для анализа электрических цепей. Определение оптимальных алгоритмов и выбор рабочей модели
9. Применение универсальной цифровой ЭВМ для оценки работоспособности устройств автоматики и вычислительной техники
Глава третья. Особенности контроля работоспособности сложных систем
10. Общие сведения и основные характеристики контроля
11. Измерение одиночного параметра
12. Многопараметрический контроль. Учет корреляционных связей между отдельными параметрами при многопараметрическом контроле
13. Методы учета влияния периодичности контроля на работоспособность систем
Приложения
Список литературы
Предисловие
В настоящее время основы теории и методы расчета надежности технических систем и входящих в них устройств разработаны достаточно глубоко и обстоятельно. Однако практика нуждается в общедоступных инженерных методах расчета работоспособности как одной из важнейших составляющих характеристик надежности, особенно на начальных стадиях разработки аппаратуры, когда еще отсутствуют более или менее достоверные исходные данные для расчета.
Пути решения этой задачи разнообразны и во многом зависят от типа аппаратуры и ее назначения. Настоящая книга посвящена проблематике вероятностной оценки запасов прочности или, как это будет показано ниже, работоспособности (надежности) аппаратуры автоматики три различных видах нагрузки (электрической, тепловой, вибрационной и пр.). Предлагаемая оценка работоспособности непосредственно связана с физикой возможного появления отказов и оценкой надежности используемых элементов автоматики.
Изложенные методы доведены до практически применимых (программ анализа и оценки работоспособности сложных устройств автоматики и вычислительной техники с помощью универсальных цифровых вычислительных машин. В ряде случаев использование основных положений теории запасов прочности иллюстрируется решением конкретных практических задач.
Особое внимание уделено видам и достоверности результатов контроля реальных объектов, в том числе особенностям многопараметрического контроля, и изложению простой методики решения основных задач контроля при помощи номограмм.
Введение написано авторами совместно, § 1—5, 7—9, 13 написаны О. В. Толченовым, § 6, 10—12 и общее редактирование выполнено В. М. Разумным; приложения подготовлены О. В. Толченовым.
Авторы благодарят редактора книги доктора технических наук В. И. Лукьященко за тщательный просмотр рукописи и ценные замечания. Авторы выражают признательность и благодарность В. А. Острейковскому, В. Г. Беликову, В. Е. Емельянову, Г. В. Дружинину, а также всем товарищам, принявшим участие в работе над книгой или в обсуждении отдельных ее частей.
Авторы
Введение
Существенный рост сложности аппаратуры автоматики пока опережает увеличение безотказности работы отдельных элементов к устройств. Одновременно существенно возрастают требования к работоспособности аппаратуры, характеризующейся безотказностью ее работы, особенно в случае опасности для жизни людей: управление полетом в авиации, большие химические производства, космические исследования и т. п.
В отечественной и зарубежной технической литературе последних лет все большее внимание уделяется методам оценки работоспособности аппаратуры автоматики на основе анализа ее функционирования с учетом всего сложного комплекса воздействующих факторов, особенностей проектирования, производства и эксплуатации* а также способности аппаратуры выдерживать различные нагрузки (электрические, вибрационные, температурные, выход из строя элементов, ослабление конструкции и т. п.), т. е. с учетом запасов работоспособности при различных видах воздействий. Определяемая таким образом работоспособность аппаратуры в последнее время в литературе получила название функциональной надежности.
Определение запасов работоспособности отдельных приборов позволяет по полученным числовым характеристикам оценить работоспособность сложных систем автоматики на основании структурных пли логических схем или путем использования функциональных зависимостей. Это достигается установлением функциональных связей выходных параметров аппаратуры от выходных параметров ее элементов, от уровня действующих нагрузок и других факторов, если использовать известные методы теории вероятностей как при номинальных режимах работы, так и в случае ухода отдельных параметров за границы допустимых пределов. Подобная функциональная оценка работоспособности устройств автоматики представляется более близкой к ее фактическому значению, так как отражает реальные физические процессы, протекающие в аппаратуре, в том числе и физику появления отказов элементов, и имеет некоторые преимущества перед широко распространенной в литературе статистической оценкой по так называемым лямбда-характеристикам.
Эти преимущества обусловлены большим объемом и относительной простотой способов получения имеющейся в распоряжении конструктора информации по условиям работы, реально действующим нагрузкам, стабильности параметров отдельных элементов аппаратуры и т. д. В то же время получение данных по лямбда-характеристикам требует специальных выборочных испытаний на надежность относительно большого количества элементов и устройств, что во многих случаях может привести к увеличению сроков разработки аппаратуры и не всегда приемлемо из экономических соображений. Опыт показывает, что в основу оценки работоспособности аппаратуры могут быть положены известные методы оценки запасов прочности, разработанные применительно к строительным конструкциям, а также к различным механическим устройствам и системам [2,5—7].
Одной из основных задач, решаемых в процессе проектирования, является такое распределение материальных средств и технических возможностей, которое обеспечивает в некотором смысле оптимальное соотношение работоспособности будущей системы и остальных показателей, характеризующих эффективность применения данной системы. Решение этой и подобных задач в силу своей природы основано на применении вероятностных методов. Привлечение вычислительных машин для решения задач анализа надежности электрических цепей и логических схем статистическим методом потребовало поиска новых легко формализуемых путей, Многие из которых базируются на глубоко разработанном математическом аппарате и специфических топологических формулах теории графов.
В главе I рассматривается математический аппарат теории запасов прочности, изложенный применительно к оценке работоспособности устройств автоматики. Предлагаемая оценка может быть проведена для различных законов распределения нагрузки, в частности, показано использование для наиболее распространенного на практике нормального закона и некоторых встречающихся асимметричных законов (экспоненциального, Вейбулла, гамма-распределения).
В гл. 2 рассмотрены методы анализа работоспособности устройств автоматики и вычислительной техники с помощью цифровых ЭВМ (машинные методы). Приведены достаточно подробные для возможности практического использования алгоритмы и программы проведения оценки работоспособности аппаратуры в ряде типовых задач. Использование универсальных вычислительных машин для анализа работоспособности устройств автоматики и вычислительной техники значительно повышает точность и эффективность решения. В качестве иллюстраций приведены рабочие программы на алгоритмическом языке ФОРТРАН и примеры решения подобных задач на больших цифровых ЭВМ типа БЭСМ-6.
Оценка качества аппаратуры во многом определяется качеством исходных данных и существенно зависит от достоверности результатов контроля аппаратуры. В гл. 3 излагаются основные сведения о видах и целях контроля ухода параметров анализируемой аппаратуры. Инженерный графоаналитический метод оценки основных параметров контроля позволяет определить необходимую точность измерений, достоверность полученных результатов и ряд других параметров контроля с учетом влияния основных видов методических и инструментальных погрешностей.
Основой главы является изложение методики оценки достоверности результатов контроля при помощи номограммы для нормальных законов распределения контролируемых параметров и погрешностей измерения. Разработана подробная методика расчетов при произвольных законах распределения, а также способ учета корреляционных связей отдельных параметров в случае многопараметрического контроля.
Излагаемый материал иллюстрирован примерами из практики выбора оптимальных вариантов решений при проектировании сложных структур автоматики и вычислительной техники, в том числе с помощью машинных методов. Применяемый математический аппарат не выходит за рамки программы технических вузов.
Скачать книгу "Оценка работоспособности устройств автоматики". Москва, издательство "Энергия", 1977
|
