Pagina documente » Politehnica » Fiabilitatea sistemelor electronice

Despre lucrare

lucrare-licenta-fiabilitatea-sistemelor-electronice
Aceasta lucrare poate fi descarcata doar daca ai statut PREMIUM si are scop consultativ. Pentru a descarca aceasta lucrare trebuie sa fii utilizator inregistrat.
lucrare-licenta-fiabilitatea-sistemelor-electronice


Cuprins

EXTRAS DIN DOCUMENT

?0.2. Cateva notiuni de baza

0.3.

0.2.1. Fiabilitatea este o masura care se refera la capacitatea unei anumite unitati considerate (sistem, subsistem, aparat, componenta) de a functiona corect. Ea se noteaza cu R („Reliability”) si se exprima prin probabilitatea ca functia ceruta sa fie indeplinita in timpul unei anumite perioade de timp T - fara ca unitatea respectiva sa se defecteze.

Dupa cum rezulta din definitie, fiabilitatea ne da probabilitatea ca in timpul perioadei T sa nu se produca nici o defectare care sa influenteze indeplinirea functiei cerute - la nivelul unitatii considerate. Aceasta insa nu inseamna ca partile redundante n-au voie sa se defecteze. Dimpotriva, ele pot sa se defecteze si - fara intreruperi la nivelul unitatii considerate, dar cu ajutorul mentenantei - pot sa fie mentinute in functiune.

De fiecare data cand se da o indicatie numerica a fiabilitatii - de exemplu R = 0,98 - trebuie definite simultan atat misiunea incredintata, cat si durata misiunii T. De asemenea, va trebui sa se indice daca unitatea respectiva - la inceputul misiunii considerate - este noua, nefolosita, sau daca a fost reparata, caci definitiile, la care ne vom referi mai tarziu, nu fac nici o distinctie intre nou si folosit. La caderea in pana, cele mai multe sisteme electronice sunt reparate si ele continua - dupa aceea - sa functioneze. A repara inseamna a inlocui componentele defecte, cazute in pana. Cu toate acestea, sistemul nu este „ca nou”, caci componentele care nu s-au defectat, n-au fost inlocuite. Si nici nu putem spune ca e „la fel de rau ca si cel vechi”. Aceasta distinctie intre „ca nou” si „ca si cel vechi” este importanta, caci functia ratei de defectare a componentelor NU este - in general -constanta [1 Daca rata de defectare a tuturor componentelor sistemului ar ti constanta in timp, „intensitatea” defectelor sistemului ar fi constanta inca de la inceputul misiunii.] in timp!

Daca ratele de defectare ale uneia sau mai multor componente ale sistemului nu sunt constante. „Intensitatea” defectelor sistemului poate deveni constanta, poate sa descreasca sau sa inregistreze bruste valori importante („peaks”), aceasta depinzand de functia ratei de defectare a componentelor. Altfel spus, presupunerea - facuta in mod traditional - a unei rate de defectare constante este gresita in cele mai multe cazuri.

Cum este de asteptat o „intensitate” variabila a ratei de defectare si deoarece sistemele sunt reparate

- in timp -, metodele traditionale de analiza (Weibull, de exemplu), nu sunt indicate. Mai mult, numarul de defecte raportat la populatia de componente „cu riscuri” este foarte redus. Aceasta explica de ce analiza traditionala intampina anumite dificultati si pentru pe este nevoie sa dezvoltam metode bazate pe conceptul de procese stocastice, transformand astfel statisticile complicate in metode practice ingineresti. Deosebit de indicat in acest scop este procesul de reinnoire:

...Si cum sistemele electronice „sufera” adesea de boala defectelor timpurii, o aproximare practica bazata pe distributia bimodala exponentiala este adesea metoda cea mai indicata pentru a aborda problema.

În aplicatiile practice ne intereseaza adesea evolutia in timp a fiabilitatii F, cand durata misiunii T este variabila, cu alte cuvinte functia de fiabilitate F(t).

În mod normal, trebuie sa distingem intre fiabilitatea estimata (care se determina experimental, pe baza incercarilor si a carei valoare asculta de legi statistice; in general, ea se aplica mai cu seama componentelor electronice) si fiabilitatea prezisa (a carei valoare se determina numeric, tinand seama de structura unitatii considerate si de fiabilitatea elementelor ei).

0.2.5. Vorbim de o defectare in cazul in care unitatea considerata inceteaza sa-ti indeplineasca misiunea incredintata. Cum defectarea poale fi provocata si de fenomene tranzitorii, de exemplu in momentul punerii sub tensiunea respectivului dispozitiv electronic, este evident ca - in anumite cazuri - durata de functionare poate fi foarte scurta. Ori de cate ori avem de a face cu o defectare, vom presupune ca - la inceputul solicitarilor - unitatea considerata era in perfecta stare de functionare. La analizarea defectarilor va trebui sa se tina seama de:

a) Cauza defectarii (o categoric o reprezinta defectarile legate de utilizare; o alta categorie este reprezentata de defectarile de uzura, fara insa sa uitam sa facem distinctie intre defectele inerente, defectele primare si defectele secundare - o consecinta a celor primare).

b) Tipul de defectare (in cazul componentelor electronice: defectare instantanee, scurtcircuit,

intrerupere, defectare de functionare, deriva, defectare intermitenta: pentru componente mecanice: curgere, fragilitate casanta, coroziune.)

c) Influenta defectarii asupra unitatii considerate ori asupra unitatii de ordin superior (nici o influenta, defectare partiala, defectare totala). În cazurile supracritice, siguranta in functionare nu mai este asigurata, iar influenta asupra functiei cerute poale fi extrem de diferita, de la neglijabila pana la foarte mare.

d) Mecanismul de defectare (reactia chimica si/sau fizica care conduce la defectare).

De retinut ca defectarea nu este singura cauza a intreruperii neprevazute a functionarii (daca facem abstractie de intretinere) si ca notiunea de deranjament (in engleza: fault) este, de asemenea, utilizata.

0.2.6. Rata de defectare joaca un important rol in analizele de fiabilitate. Pentru a intelege mai bine importanta ratei de defectare in analizele de fiabilitate, sa luam urmatorul exemplu:

Fie N unitati independente, identice din punct de vedere statistic, care au fost puse in functie - in aceleasi conditii - la timpul t = 0. La timpul t, n(t) unitati nu se defectasera. Dupa cum se poate vedea din figura 0.2.0.1, n(t) este o functie continua, descrescatoare in trepte, care tinde de la valoarea N catre zero. t1,t2, …tN sunt timpii de defectare observati ale celor N unitati considerate. În conformitate cu cele de mai sus, ele sunt realizari independente ale uneia si aceleiasi marimi aleatoare ? (? este timpul de lucru fara defectare al unitatii considerate si este indeobste considerat ca o marime aleatoare, pozitiva, continua).

Expresia

MTTF = (t, + t2 + ... tN) / N (0.1)

este valoarea medie empirica a lui ( literele grase MTTF semnifica - aici si in paginile urmatoare - valoarea estimata). Cand N tinde catre infinit, MTTF tinde catre (adevarata) valoare medie a timpilor fara defectare MTTF = E[?].

Functia R(t) = n(t) / N (0.2)

este functia empirica de fiabilitate. Cand N tinde catre infinit, R(t) tinde catre (adevarata) functie de fiabilitate R(t).

Marimea ?(t) = [n(t)- n(t + ?t)] / n(t) ?1 (0.3)

se defineste ca rata empirica de defectare. Produsul ?(t) ?t reprezinta raportul dintre numarul de defectari in intervalul (t, t + ?t) si numarul de unitati considerate, care nu se defectasera inca la timpul t. Cu ajutorul ecuatiei (0.1), din ecuatia (0.3) rezulta

?(t) = [R(t) - R(t + ?t)] / ?t R(t). (0.4)

Pentru N ? ? si ?t ? 0, ?(t) tinde catre rata de defectare

?(t) = [-dR(t) / dt ] / R(t). (0.5)

Aceasta ecuatie ne arata ca rata de defectare ?(t) determina in intregime functia de fiabilitate R(t).

Daca facem R(0) = 1 in ecuatia (0.5), rezulta

(0.6)

În forte multe cazuri practice, experientele arata ca - pentru t ? 0 - rata de defectare este relativ constanta. În asemenea cazuri

?t) = ? , (0.7)

iar din ecuatia (0.6) rezulta

R(t) = exp(-?t). (0.8)

Valoarea medie a timpilor fara defectare este data de MTTF (Mean Time To Failure). În cazul in care rata de defectare ? este constanta

MTTF = (0.9)

În mod obisnuit, in acest caz se scrie MTBF = 1 / ? iar MTTF al unitatii considerate se calculeaza din functia de fiabilitate R(t) via

MTTF =dt.

Ce se intampla cu unitatea considerata dupa defectare, nu este relevant pentru MTTF. Daca unitatea considerata este reparabila, se presupune implicit ca unitatea respectiva - dupa reparatie - este noua; valoarea medie a urmatorului timp fara defectare (dupa reparatie) este egala cu valoarea lui MTTF de dinainte de reparatie. Valoarea MTTF (estimata) este

MTTF = (t1 + t2 + ...tn) / n, (0.1a)

unde t1, t2, ...tn sunt observatii independente ale timpilor fara defectare ale unitatilor respective, identice din punct de vedere statistic.

Aceasta ecuatie este o relatie fundamentala, cu valabilitate generala (componente izolate, subsisteme, sisteme, aparate, instalatii complete), caci ea ramane aceeasi, chiar atunci cand R(t) este functia de fiabilitate a oricarei unitati considerate a unui sistem oarecare. În plus, relatia poate fi folosita si pentru unitati sau sisteme reparabile. Altfel spus, dupa o defectare, sistemul poate fi considerat ca nou - caci dupa defectare - urmeaza din nou un timp fara defectare ? care are aceeasi functie de distributie si, deci, aceeasi speranta matematica.