Федухін Олександр Вікторович. Розробка методів прискореної оцінки надійності елементів і пристроїв обчислювальної техніки та систем керування

Краткое описание

Федухін Олександр Вікторович. Розробка методів прискореної оцінки надійності елементів і пристроїв обчислювальної техніки та систем керування: дис... д-ра техн. наук: 05.13.05 / НАН України; Інститут кібернетики ім. В.М.Глушкова. - К., 2005

Федухін О.В.Розробка методів прискореної оцінки надійності елементів і пристроїв обчислювальної техніки та систем керування. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.13.05 елементи і пристрої обчислювальної техніки та систем керування. Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України, Київ, 2005.
У межах ймовірнісно-фізичного підходу, що розвивається у дисертації, розроблені нові більш ефективні методи прискореної оцінки надійності, що дозволяють скоротити не тільки час одержання інформації про надійність виробів, але й обсяги випробувань виробів. Розроблено методи апріорного розрахунку надійності на основіDN-розподілу наробітку до відмови з урахуванням реальних режимів і умов експлуатації виробу, методи планування й обробки результатів прискорених контрольних і визначальних випробувань на надійність у форсованих режимах навантаження, методи параметричного прогнозування надійності та методологія статистичного моделювання складного процесу деградації виробу і моделювання надійності функціональних блоків і пристроїв.

У дисертації вирішена науково-прикладна проблема оцінки надійності високонадійних елементів і пристроїв обчислювальної техніки і систем керування, що має велике значення при розробці нових елементів, електронних пристроїв, а також інформаційних технологій і автоматизованих систем керування технологічними процесами, які виконани на їхній основі. У рамках ймовірнісно-фізичного підходу, що розвивається, до теорії прискореної оцінки надійності розроблені нові більш ефективні методи оцінки надійності, що дозволяють скоротити не тільки час одержання інформації про надійність виробів, але й обсяги випробувань виробів при незмінній чи більш високій точності одержуваних оцінок кількісних показників надійності.
За результатами проведених досліджень можна зробити наступні висновки:
1. Для високонадійних елементів і пристроїв обчислювальної техніки і систем керування чисто статистичні стратегії оцінки надійності є не ефективними. Найбільш кращим є ймовірнісно-фізичний підхід до оцінки надійності, заснований на використанні спеціальних ймовірнісних розподілів відмов, в основі формалізації яких лежить апроксимація процесу деградації виробу деяким випадковим процесом. Цей підхід дозволяє залучати різноманітну інформацію про процеси деградації виробів при рішенні задач оцінки їх надійності.
2. Вибір теоретичних моделей надійності виробів (функцій розподілу відмов) є першорядною за важливістю задачею, яка робить вирішальний вплив на результати оцінки надійності. Методичні похибки, обумовлені теоретичною моделлю, можуть мати дуже великі значення від одного до декількох порядків. Основною причиною неадекватності рішень задач надійності існуючими методами є широке використання однопараметричної експонентної моделі надійності (експоненційного розподілу).
3. Найбільш ефективними для оцінки надійності високонадійних виробів є ймовірнісно-фізичні моделі надійності і серед них дифузійні розподіли наробітку до відмови (DNіDM- розподіли). Математичний апарат рішення задач надійності на основі дифузійних розподілів приводить не тільки до більш точних прогнозних оцінок у порівнянні з традиційним математичним апаратом, але і до рішення істотно більшого числа типових задач надійності, включаючи і методи прискореної оцінки надійності. Параметри дифузійних розподілів мають фізичну інтерпретацію у виді середньої швидкості і коефіцієнта варіації узагальненого процесу деградації, що дозволяє використовувати для їхньої оцінки різноманітну апріорну інформацію про виріб.
4. За результатами проведених досліджень розроблено ефективні прискорені методи апріорної й апостеріорної оцінки надійності високонадійних елементів і пристроїв обчислювальної техніки і систем керування, що дозволяють в умовах мінімальної статистики відмов значно скоротити час отримання інформації про надійність виробів при збереженні точності оцінок кількісних показників надійності, що одержуваються.
У межах рішення науково-прикладної проблеми оцінки надійності високонадійних елементів і пристроїв обчислювальної техніки і систем керування отримані наступні основні результати:
1. На основі методу представлення узагальненого процесу деградації виробу у вигляді діаграми Парето, побудовано діаграми для нормальних режимів експлуатації всіх основних типів елементів обчислювальної техніки і систем керування. Показано, що діаграми Парето є основним джерелом апріорної інформації про процеси деградації виробу і дають можливість наочно відслідковувати трансформацію деградаційної картини виробу при зміні умов роботи у випадку прискорених випробувань на надійність.
2. На основі апріорної інформації про складені процеси деградації, що міститься в діаграмі Парето і гіпотези про незалежність складених процесів деградації, отримано уточнені оцінки параметрів дифузійного розподілу відмов виробів з урахуванням одночасного протікання декількох процесів деградації з різними характеристиками.
3. Отримано уточнені оцінки коефіцієнтів варіації для всіх основних типів елементів, що дозволяє підвищити точність результатів прогнозування і прискореної оцінки надійності.
4. Розроблено методи попередніх досліджень виробів з метою одержання необхідних даних для побудови їх деградаційної картини у вигляді діаграми Парето. Показано, що гадана енергія активації виробу в цілому не є постійною величиною і залежить від інтервалу температур, на якому вона визначається.
5. З метою дослідження процесів деградації, що протікають в електричних монтажних схемах, та накопичування інформації про види і причини їх відмов розроблено ефективні методи аналізу несправностей, які засновані на математичному апараті діагностики логічних схем. Показано, що ці методи дозволяють коректно будувати і доводити повноту тестів з меншою кількістю тестових перевірок.
6. На основі декомпозиції виробу на елементи і процеси деградації розроблені методи апріорного розрахунку коефіцієнтів форсування середньої швидкості деградації електронних модулів і електронних пристроїв, що дозволяє оцінювати надійність даного класу виробів шляхом прискорених випробувань.
7. Розроблено метод планування прискорених визначальних випробувань на надійність за допомогою діаграми погрішностей, що дозволяє при збереженні точності в оцінці показника надійності скоротити тривалість випробувань пропорційно збільшенню коефіцієнта форсування.
8. На основі апріорних оцінок коефіцієнтів форсування середньої швидкості деградації виробу розроблені методи планування прискорених контрольних випробувань на надійність одноступінчастим методом. Показано, що дані методи дозволяють при фіксованому часі скоротити тривалість випробувань пропорційно збільшенню коефіцієнта форсування, а при фіксованому числі відмов скоротити як тривалість випробувань, так і кількість необхідних зразків.
9. На основіDN-розподілу наробітку до відмови розроблені інженерні методи розрахунку надійності елементів (напівпровідникових приладів, інтегральних мікросхем, резисторів, конденсаторів), електронних модулів і електронних пристроїв з урахуванням умов і режимів експлуатації, що дозволяє одержати більш точну прогнозну оцінку надійності. Розроблено процедури коректування вихідних даних про надійність елементів (інтенсивностей відмов, середніх наробітків до відмови) з урахуванням умов і режимів експлуатації.
10. Розроблено методи параметричного прогнозування надійності слабкострумових електричних контактів, що дозволяє оцінювати як надійність самих контактів, так і рознімних з'єднувачів, виконаних на основі даних контактів.
11. Розроблено методи статистичного моделювання надійності функціональних блоків і пристроїв, а також моделювання складного процесу деградації виробу, що дозволяє оцінювати чи самостійно підтверджувати оцінки характеристик і показників надійності, отриманих іншими розробленими методами.