CC BY
61
Разработка программного комплекса
для оценки надежности составных частей радиоэлектронных средств
Разработка программного комплекса для оценки надежности составных частей радиоэлектронных средств
Седов К.Д., Соснин А.И., Королев П.С., НИУ Высшая школа экономики, МИЭМ kdsedov, aisosnin@edu.hse.ru, pskorolev@hse.ru
Аннотация
В работе проводится исследование программных комплексов для расчета количественных характеристик надежности радиоэлектронных средств. Предложен способ расчета количественных характеристик надежности радиоэлектронных средств с использованием Multisim и LabVIEW.
1 Введение
Развитие науки и технологий, мощнейший скачок в отрасли систем мобильной связи и радиодоступа, а также спутниковой связи и вещания, вызывают потребность в создании все более совершенных и модернизированных инфокоммуникационных, производственных и других систем. С ходом времени сложность данных систем неуклонно растет, усложняется все: начиная от электрорадиоизделий (ЭРИ) и составных частей, вплоть до единой системы в целом. В частности, это требует разработки схем электрических принципиальных (СЭП), отличающихся высокой степенью надежности. А обеспечение надежности любой системы является одной из главных задач разработчика на этапах проектирования.
Все изделия радиоэлектронной промышленности характеризуются качеством, то есть определенной совокупностью свойств, которые существенно отличают данное изделие от других. В процессе эксплуатации радиоэлектронных средств (РЭС), в следствии износа и процессов старения характеристики аппаратуры будут изменяться. Изменения качества во времени характеризует один из главных его показателей — надежность. Надежность оценивают по таким характеристикам изделия, как работоспособность, долговечность, безотказность, ремонтопригодность, сохраняемость.).
2 Количественные характеристики показателей надежности
При проектировании РЭС существует перечень определенных требований, которые необходимо учитывать. Одним из них является расчет надежности по определенным критериям. Эти критерии характеризуют единичные показатели безотказности (КХН) ЭРИ. Согласно ГОСТ 27.002-89 [1], выделяют шесть основных показателей КХН: вероятность безотказной работы, гамма-процентная наработка до отказа, интенсивность отказов, средняя наработка до первого отказа, средняя наработка на отказ, параметр потока отказов.
3 Обзор программных комплексов для расчета КХН надежности
На данный момент на рынке программного обеспечения (ПО) существует большое разнообразие зарубежных и отечественных программных комплексов (ПК) по расчету надежности ЭРИ.
В источнике [2] указано, что среди зарубежных ПК наибольшей популярностью пользуются RELEX (Relex software Corporation, США) и Risk Spectrum (Relcon AB, Швеция). Данные ПК позволяют проводить логико-вероятностный анализ надежности и безопасности техническим систем. Одним из преимуществ этих комплексов является возможность расчета надежности современных автоматизированных систем управления технологическими процессами и оптимизации техногенного риска. Именно поэтому ПК Risk Spectrum широко распространен в сфере вероятностного анализа безопасности объектов атомной энергетики на стадии проектирования. Однако проблема распространенного использования данного ПК в России заключается в его высокой стоимости, технологической зависимости и трудности в подготовке ликвидных кадров.
Наиболее предпочтительным ПК в России является ПК АСОНИКА-К [2]. Это про-
Новые информационные технологии в автоматизированных системах - 2018
граммное средство позволяет решить задачи анализа и обеспечения надежности РЭС. По своим возможностям ПК не уступает отечественным и зарубежным аналогам, а популярность в России достигается из-за возможности вести расчет надежности РЭС, производимой в России, на основе данных, приведенных в отечественных справочниках [3] и [4]. К тому же система АСОНИ-КА-К-СЧ отвечает требованиям комплекса военных стандартов «Мороз-6» для РЭС ответственного применения. Еще одним преимуществом является то, что данный ПК специализирован в области электроники и является инструментом разработчика электроники. В системе АСОНИКА-К-СЧ созданы интуитивно понятные графические интерфейсы, состыкованные с базой данных ЭРИ [6].
При расчете надежности в программе АСОНИКА-К-СЧ человеку-оператору необходимо ввести ряд определенных параметров (электрических, тепловых и др.) для каждого ЭРИ, содержащегося в схеме электрической принципиальной (СЭП). Так, например, для полупроводниковых приборов необходимо указать рабочий средний прямой ток, нагрузку по напряжению, максимальную мощность по техническому условия, рабочий ток стабилизации и т.д. При работе с конденсаторами, резисторами и дросселями требуется другой набор параметров, он состоит их таких, как номинальное напряжение, сопротивление, мощность и т. д.
4 Способ автоматизации ввода параметров на ЭРИ
Существующие ПК для расчета КХН РЭС требуют ручного ввода параметров (электрических и др.) ЭРИ для определенного режима работы. Это приводит к значительному неудобству в использовании и попросту занимает дополнительное время у человека-оператора, особенно при изменении режима работы исследуемого образца РЭС. В связи с этим, целью данной работы является повышение эффективности работы человека-оператора при расчете надежности РЭС за счет сокращения времени ввода необходимых параметров для ЭРИ.
Этапы проектирования схемы электрической принципиальной
Существует два этапа работы с электрической схемой. Их, как правило, выполняют два разных отдела на предприятии.
Первый - проектирование СЭП в таких программах схемотехнического моделирования, как LTSpice, Multisim или Proteus, где инженер-проектировщик создает виртуальную модель.
Второй - расчет надежности в таких ПК, как, к примеру, система АСОНИКА-К-СЧ. На этом этапе инженеру необходимо ввести вручную в программу электрические параметры каждого электрорадиоизделия, содержащегося в схеме электрической принципиальной, используя документацию на СЭП. Это занимает большое количество времени, учитывая, что схема может содержать несколько сотен ЭРИ.
Устранить данный недостаток предлагается за счет автоматизации процесса ввода электрических и тепловых параметров ЭРИ человеку-оператору, предоставив возможность рассчитывать ранее перечисленные характеристики надежности еще на этапе проектирования СЭП. Это позволит сократить время, которое затрачивается на коммуникацию между двумя отделами и сократить количество документации, тем самым повысить эффективность расчета количественных характеристик показателей надежности СЭП. В действительности, если на втором этапе выясняется, что необходимы внесения изменений в конфигурацию СЭП, оператор из второго отдела должен сообщить об этом первому оператору, который в свою очередь будет вносить корректировки в СЭП с последующим предоставлением ее в другой отдел. 5 Описание программного комплекса
На рисунке 1 представлена часть блок-диаграммы визуального прибора для расчета вероятности безотказной работы и интенсивности отказов как отдельных элементов, так и прибора в целом.
в®
Рис. 1. Блок-диаграмма ПК
Моделирование тепловых устройств защиты электрических цепей от перегрузок
Пользователю необходимо самому выбрать необходимые значения приемки и коэффициента эксплуатации, данная процедура реализуется с помощью функции «Combobox», что позволяет осуществить выбор из уже сформированного списка. Эти значения являются общими для всего устройства. Далее пользователю необходимо ввести оставшиеся общие параметры для электрической модуляции такие как, температура окружающей среды и время работы. Эти параметры, так же как и параметры отдельных элементов (номинальное напряжение конденсатора, сопротивление резистора, рабочая сила тока дросселя и пр.), инженер-проектировщик вводит с помощью «Numeric Control».
После запуска программы производится расчет интенсивности отказов каждого элемента по формулам из справочника [4], затем считается общая интенсивность и вероятность безотказной работы. Результаты расчетов отображаются на передней панели прибора с помощью «Numeric Indicator».
Формулы реализованы с помощью таких функций языка LabVIEW, как булева алгебра (для определения диапазонов сопротивления резисторов), «Case structure» (для реализации выбора коэффициентов в соответствии с действующими партерами элементов) и другие математические операции.
ПО для автоматизации ввода параметров ЭРИ для расчета КХН РЭС
Элемент File Path
= wïsf ijg щИЗГ ¡M] бНзГ™~ ¡g™ Ez3 D Dl a R (DT""1 P^""""
Output Signal 1 -dBM 1 Parame
.? Ё И
Error Rapens Щ iL ..................Г :
Рис. 2. Лицевая панель ПК
На рисунке 2 представлена лицевая панель пользовательского интерфейса.
6 Заключение
Использование разрабатываемого программного комплекса повышает эффективность расчета при проектировании СЭП, т.к. позволит первому оператору изменять схему, исходя из результатов расчета, которые он сразу получает. В таком случае, при изменении режима работы СЭП, уже не требуется заново вводить необходимые па-
раметры ЭРИ и рассчитывать по справочникам новые значения параметров. А достаточно лишь в ПК Multisim изменить режим работы и перезапустить расчет в ПК LabView.
В заключении необходимо отметить, что в ходе работы была сформирована вспомогательная сводная таблица для каждого класса ЭРИ со списком электрических параметров, необходимых для расчета количественных характеристик показателей надежности составных частей систем спутниковой связи по справочникам [4-5, 7]. Разработан пользовательский интерфейс разрабатываемого программного комплекса в LabView с возможностью интеграции в него СЭП из ПК Multisim. Данный подход позволит повысить эффективность расчета надежности при проектировании СЭП составных частей систем спутниковой связи.
Список литературы
[1] ГОСТ 27.002-89 Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения / Государственный комитет СССР по стандартам. [М., 1989] URL: http://docs.cntd.ru/document/gost-27-002-89 (дата обращения 05.02.2018).
[2] Строганов А. Жаднов В., Полесский С. Обзор программных комплексов по расчёту надёжности сложных технических систем. / Компоненты и технологии. - 2007. - № 5. -с. 74-81.
[3] Жаднов В.В. Автоматизация расчётов надёжности радиоэлектронной аппаратуры при проектировании. / Надёжность. - 2003. -№ 2. - с. 11-15.
[4] Надежность ЭРИ 2006: Справочник. - M.: MO РФ, 2006. - 641 с.
[5] Надежность ЭРИ ИП: Справочник - М.: МО РФ, 2006. - 52 с.
[6] Жаднов В.В. Расчёт надёжности электронных модулей: научное издание. - М.: Солон-Пресс, 2016. - 232 с. (Серия «Библиотека студента»).
[7] MIL-HDBK-217F. Reliability Prediction of Electronic Equipment. - USA: DoD, 1991. - 205 p.
