Transcript 17. Készülékek megbízhatósága

Elektronikus készülékek
megbízhatósága
Kanonikus (Boole típusú) modellek
• A rendszer és az elemek is két üzemállapottal rendelkeznek:
– Működőképes
– Üzemképtelen
• Az elemek meghibásodási típusai:
– Degradáció (fokozatos, folytonos romlás)
– Időszakos (átmeneti jellegű)
– Katasztrofális (hirtelen bekövetkező, végleges)
• Struktúrák alaptípusai (nem villamos kapcsolatok):
– Soros (redundancia mentes)
– Redundáns
• Melegtartalékolt (párhuzamos)
• Hidegtartalékolt
• Hardver tartalékolt
– Vegyes
• Javíthatóság szempontjából
– Nem javítható
– Javítható, felújítható
Elektronikus készülékek
Soros struktúrájú (redundanciamentes)
rendszer jellemzői
• A rendszer véges számú elemből áll
• Egy elem meghibásodása a rendszer
meghibásodásához vezet
• A meghibásodások egymástól függetlenek
• Az elemek azonos fontosságúak
• A kommersz elektronikai berendezések
soros struktúrájúak
Elektronikus készülékek
Soros rendszer megbízhatósági függvénye
és várható élettartama
• Megbízhatósági függvény n elem esetén:
n
R e ( t )  r1 ( t ) * r2( t ) ....*rn ( t )   ri ( t )
i 1
• Ha minden elem exponenciális eloszlású:
n
Re (t )   e i t  e
i 1

n
 it
i 1
n
 e  t
   i
i 1
• Várható élettartam:
T 
1
1
1


1
1
1

1  2  ...  n

 .. 
T1
T2
Tn
• Azonos jellegű elemek esetén: 1= 2=…= n=  és T=1/n =Ti/n
• T mindig kisebb, mint Ti közül a legkisebb
Elektronikus készülékek
A megbízhatóság növelésének
módszerei
• Meghibásodások számának csökkentése,
soros rendszer megbízhatóbbá tétele
– Kevés alkatrész
– Kis  értékek (jó minőségű alkatrészek)
– Csökkentett terhelés (derating)
– Azonos  értékre törekvés
• Soros rendszer helyett redundáns
rendszer
• Javítási lehetőség
Elektronikus készülékek
Melegtartalékolt (párhuzamos)
rendszer
• A rendszer n azonos elemből áll
• A rendszer működéséhez egy elem működése
szükséges
• Az alapelem és tartalékelemek meghibásodási
tényezői azonosak
• Leginkább alkatrész redundancia, de létezik
részegység, készülék redundancia is
• Hibafelismerő elem, kapcsolóelem esetenként
szükséges
• A tartalék állapota ismert
• A tartalék is fogyaszt energiát, elhasználódik
Elektronikus készülékek
Párhuzamos rendszer meghibásodási
függvénye és várható élettartama
• Meghibásodási függvény:
n
n
i 1
i 1
Fe (t )   Fi (t )   (1  e
 i t
n
) Re (t )  1   (1  e i t )
i 1
• Várható élettartam 2 egyforma elem esetén:
Re (t )  1  Fe (t )  1  [(1  R(t )(1  R(t )]  2 R(t )  R 2 (t )

T0   (2e t  e  2t ) 
0
2


1
31 3

 T
2 2  2
• Várható élettartam n egyforma elem esetén:
1
1
1
1
1
T0  (1   ....  )  T (1     )
 2
n
2
n
• Általában rövid idejű alkalmazások esetén jelentős, az
R(t) görbe vízszintes érintővel indul
Elektronikus készülékek
A megbízhatósági függvény változása
n=1,2,3 elem esetén
Elektronikus készülékek
Hidegtartalékolás
• A rendszer n azonos elemből áll
• A rendszer működéséhez egy elem működése
szükséges
• A tartalékban lévő elem nincs bekapcsolva, nem
fogyaszt energiát
• A tartalékban lévő elem nem hibásodhat meg
• Hibafelismerő és kapcsolóelemre van szükség
• A tartalékelem bekapcsolása időt vesz igénybe
• Várható élettartam n azonos elem esetén:
T=t1+t2+…+tn=n*t
Elektronikus készülékek
Példa hidegtartalékolt rendszerre
Hidegtartalékolt rendszer megbízhatósági függvénye
Elektronikus készülékek
Vegyes rendszerek
A rendszer eredő megbízhatósági függvénye
(1,2,T,K ismert):
Re (t )  RP (t )  RS (t )  [ R1 (t )  R2 (t )  R1 (t )  R2 (t )]RK (t )  RT (t )
Elektronikus készülékek
Hardware redundancia
• Önteszt, automatikus hibadiagnózis,
önellenőrző áramkörök, watch-dog
áramkörök
• Többségi , majoritásos redundancia
– Páratlan számú elemből áll
– Szükséges egy nagy megbízhatóságú
„döntéshozó” áramkör
– Akkor ad helyes döntést, ha legalább (n+1)/2
elem működőképes. Pl: ha 5 elem esetén 3
működőképes, még helyes eredményt
kapunk.
Elektronikus készülékek
Javítható rendszerek
Működőképesség:
T1
T2
T3
T1’
T2’
T3’
t
• Első meghibásodásig eltelt idő:MTTF=E(T1)
• Működési idők várható értéke: TU=E(Ti)
• Javítási idők várható értéke: TD=E(T’i)
• Készenléti tényező:
TU
K
TU  TD
Elektronikus készülékek
Megbízhatósági analízis a gyakorlatban
• Több célszoftver is van a piacon
(Weibull ++, Lambda Predict, Relex,
Isograph, Raptor...)
• Alkatrészek megbízhatósági
analízise kiválasztható szabvány
alapján
• Megbízhatósági rendszer analízis: a
megbízhatósági blokk diagram
alapján
• Hibamód és hibahatás analízis:
alkatrészek és részegységek
meghibásodása milyen hatással
van a rendszer meghibásodására
• Karbantartási analízis: a felmerülő
hibák és javításuk szimulációja.
• ...
Reliability over Time
Elektronikus készülékek
RES, R1,R2,R3,R4,R5,R6
LED_MATRIX, D1-D66
TR, Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6
DIODE, D73,D74,D75,D76,D77,D78
PIC, U2
Megbízhatósági analízis célja
Gyártó költsége a megbízhatóság szempontjából
Elektronikus készülékek
Megbízhatósági analízis célja
Minél megbízhatóbb termék tervezése?!
Elektronikus készülékek