วิธีการประเมินอัตราความล้มเหลวของหน่วยงาน วงจรรวม
Baryshnikov A.V.
(สถาบันวิจัย FGUP “ระบบอัตโนมัติ”)
1. บทนำ
ปัญหาในการทำนายความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์วิทยุ (REA) นั้นเกี่ยวข้องกับระบบทางเทคนิคที่ทันสมัยเกือบทั้งหมด โดยพิจารณาว่า REA รวมถึง ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ปัญหาเกิดจากการพัฒนาเทคนิคที่ช่วยให้สามารถประเมินอัตราความล้มเหลว (FR) ของส่วนประกอบเหล่านี้ได้ บ่อยครั้ง ความต้องการทางด้านเทคนิคในแง่ของความน่าเชื่อถือที่ระบุไว้ในเงื่อนไขการอ้างอิง (TOR) สำหรับการพัฒนา REA นั้นขัดแย้งกับข้อกำหนดสำหรับน้ำหนักและขนาดของ REA ซึ่งไม่อนุญาตให้ปฏิบัติตามข้อกำหนดของ TOR เช่น การทำสำเนา
สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลายประเภท มีข้อกำหนดด้านความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้นสำหรับอุปกรณ์ควบคุมที่อยู่ในชิปเดียวกันกับหน่วยการทำงานหลักของอุปกรณ์ ตัวอย่างเช่น ในโครงร่างการเพิ่มโมดูโล 2 ซึ่งให้การควบคุมการทำงานของยูนิตหลักและยูนิตสำรองของยูนิตอุปกรณ์ใดๆ นอกจากนี้ยังสามารถกำหนดความต้องการความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้นในพื้นที่หน่วยความจำที่เก็บข้อมูลที่จำเป็นในการดำเนินการอัลกอริทึมของอุปกรณ์
เทคนิคที่นำเสนอนี้ทำให้สามารถประเมิน IE ของส่วนการทำงานต่างๆ ของวงจรไมโครได้ ในชิปหน่วยความจำ: Random Access Memory (RAM), Read Only Memory (ROM), Reprogrammable Memory (RPM) เหล่านี้คืออัตราความล้มเหลวของไดรฟ์ ตัวถอดรหัส และวงจรควบคุม ในวงจรของไมโครคอนโทรลเลอร์และไมโครโปรเซสเซอร์ เทคนิคนี้ช่วยให้คุณกำหนด IR ของพื้นที่หน่วยความจำ หน่วยตรรกะเลขคณิต ตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัลและดิจิทัลเป็นอะนาล็อก เป็นต้น ในวงจรรวมลอจิกแบบฟิลด์ที่ตั้งโปรแกรมได้ (FPGA) IO ของหน่วยการทำงานหลักที่ประกอบกันเป็น FPGA ได้แก่ บล็อกลอจิกที่กำหนดค่าได้ บล็อกอินพุต/เอาต์พุต พื้นที่หน่วยความจำ JTAG เป็นต้น เทคนิคนี้ยังทำให้สามารถกำหนด IR ของหนึ่งเอาต์พุตของไมโครวงจร เซลล์หน่วยความจำหนึ่งเซลล์ และในบางกรณี IR ของทรานซิสเตอร์แต่ละตัว
2. วัตถุประสงค์และขอบเขตของวิธีการ
เทคนิคนี้ออกแบบมาเพื่อประเมินการทำงานของ IS λ e ของหน่วยการทำงานต่างๆ ของไมโครเซอร์กิต: ไมโครโปรเซสเซอร์, ไมโครคอนโทรลเลอร์, ไมโครวงจรหน่วยความจำ, วงจรรวมลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ภายในบริเวณผลึกของหน่วยความจำ เช่นเดียวกับเซลล์ IO ของอุปกรณ์จัดเก็บหน่วยความจำของวงจรไมโครที่ผลิตจากต่างประเทศ รวมถึงไมโครโปรเซสเซอร์ FPGA น่าเสียดายที่การขาดข้อมูลเกี่ยวกับแพ็คเกจ IO ไม่อนุญาตให้เราใช้วิธีการสำหรับไมโครเซอร์กิตในประเทศ
RI ที่กำหนดโดยวิธีนี้เป็นข้อมูลเริ่มต้นสำหรับการคำนวณลักษณะความน่าเชื่อถือเมื่อทำการศึกษาทางวิศวกรรมของอุปกรณ์
วิธีการประกอบด้วยอัลกอริทึมสำหรับการคำนวณ IR, อัลกอริทึมสำหรับตรวจสอบผลการคำนวณที่ได้รับ, ตัวอย่างการคำนวณ IR ของหน่วยการทำงานของไมโครโปรเซสเซอร์, วงจรหน่วยความจำ, ที่ตั้งโปรแกรมได้ วงจรลอจิก.
3. สมมติฐานของวิธีการ
วิธีการขึ้นอยู่กับสมมติฐานต่อไปนี้:
ความล้มเหลวขององค์ประกอบเป็นอิสระจากกัน
IR ของไมโครเซอร์กิตมีค่าคงที่
นอกเหนือจากสมมติฐานเหล่านี้แล้ว ความเป็นไปได้ของการแบ่ง IC IC ออกเป็น IC ของแพ็คเกจและอัตราความล้มเหลวของชิปจะแสดงขึ้น
4. ข้อมูลเริ่มต้น
1. วัตถุประสงค์เชิงหน้าที่ของไมโครเซอร์กิต: ไมโครโปรเซสเซอร์, ไมโครคอนโทรลเลอร์, หน่วยความจำ, FPGA เป็นต้น
2. เทคโนโลยีการผลิตชิป: ไบโพลาร์, CMOS
3. ค่าของอัตราความล้มเหลวของไมโครวงจร
4. บล็อกไดอะแกรมของไมโครเซอร์กิต
5. ชนิดและปริมาตรของวงจรจัดเก็บข้อมูลของหน่วยความจำ
6. ปริมาณข้อสรุปของคดี
5.1. ตามค่าที่ทราบของ IR ของ microcircuit จะพิจารณา IR ของตัวเรือนและคริสตัล
5.2. ตามค่าที่พบของ RI ของคริสตัล สำหรับชิปหน่วยความจำ ขึ้นอยู่กับประเภทและเทคโนโลยีการผลิต RI ของไดรฟ์ วงจรถอดรหัส และวงจรควบคุมจะถูกคำนวณ การคำนวณตามมาตรฐานการก่อสร้าง วงจรไฟฟ้าให้บริการไดรฟ์
5.3. สำหรับไมโครโปรเซสเซอร์หรือไมโครคอนโทรลเลอร์ ใช้ผลลัพธ์ของการคำนวณที่ได้รับในย่อหน้าก่อนหน้า IO ของพื้นที่หน่วยความจำจะถูกกำหนด ความแตกต่างระหว่าง RI ของคริสตัลและค่าที่พบของ RI ของพื้นที่หน่วยความจำจะเป็น RI ของส่วนที่เหลือของชิป
5.4. ขึ้นอยู่กับค่าที่ทราบของ RI ของคริสตัลสำหรับตระกูล FPGA องค์ประกอบการทำงานและจำนวนโหนดประเภทเดียวกัน ระบบสมการเชิงเส้นจะถูกรวบรวม สมการแต่ละสมการของระบบถูกรวบรวมสำหรับการให้คะแนนหนึ่งประเภทจากตระกูล FPGA ด้านขวาของแต่ละสมการของระบบคือผลรวมของผลคูณของค่า IR ของหน่วยการทำงานบางประเภทและจำนวนของมัน ด้านซ้ายของแต่ละสมการของระบบคือค่าของ RI ของคริสตัลชนิดเฉพาะของ FPGA จากตระกูล
จำนวนเงินสูงสุดสมการในระบบเท่ากับจำนวน FPGA ในครอบครัว
คำตอบของระบบสมการช่วยให้คุณได้รับค่า IR ของหน่วยการทำงานของ FPGA
5.5. จากผลการคำนวณที่ได้รับในย่อหน้าก่อนหน้า ค่า IR ของเซลล์หน่วยความจำที่แยกจากกัน เอาต์พุตของ microcircuit หรือทรานซิสเตอร์ของโหนดแผนภาพบล็อกเฉพาะสามารถพบได้หากแผนภาพวงจรไฟฟ้า ของโหนดเป็นที่รู้จัก
5.6. ผลการคำนวณสำหรับชิปหน่วยความจำจะตรวจสอบโดยการเปรียบเทียบค่า RI สำหรับชิปหน่วยความจำอื่นที่ได้รับโดยวิธีมาตรฐานกับค่า RI ของไมโครเซอร์กิตนี้ ซึ่งคำนวณโดยใช้ข้อมูลที่ได้รับในข้อ 5.2 ของส่วนนี้
5.7. การตรวจสอบผลการคำนวณสำหรับ FPGA ดำเนินการโดยการคำนวณ IE ของคริสตัลหนึ่งในการจัดอันดับของตระกูล FPGA ที่พิจารณา ซึ่งไม่รวมอยู่ในระบบสมการ การคำนวณดำเนินการโดยใช้ค่า IR ของหน่วยการทำงานที่ได้รับในข้อ 5.4 ของส่วนนี้ และเปรียบเทียบค่าที่ได้รับของ FPGA IR กับค่าของ IR ที่คำนวณโดยใช้วิธีมาตรฐาน
6. การวิเคราะห์แบบจำลองสำหรับการทำนายอัตราความล้มเหลวของชิปในแง่ของความเป็นไปได้ในการหารอัตราความล้มเหลวของไมโครเซอร์กิตด้วยผลรวมของอัตราความล้มเหลวของชิปและบรรจุภัณฑ์
IE ของคริสตัล ตัวเรือน และพินภายนอกของไมโครเซอร์กิตถูกกำหนดจากแบบจำลองทางคณิตศาสตร์สำหรับการทำนาย IE ของวงจรรวมต่างประเทศสำหรับไอซีแต่ละประเภท
ให้เราวิเคราะห์ข้อกำหนดของแบบจำลองทางคณิตศาสตร์สำหรับการคำนวณการดำเนินการ
อิออน IE λ e วงจรรวมดิจิตอลและอนาล็อกของการผลิตในต่างประเทศ:
λ e = (С 1 π t +С 2 π E) π Q π L, (1),
โดยที่: C 1 - ส่วนประกอบของ IS IS ขึ้นอยู่กับระดับของการรวม
π t - ค่าสัมประสิทธิ์โดยคำนึงถึงความร้อนสูงเกินไปของคริสตัลที่สัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อม
C 2 - ส่วนประกอบ IS IS ขึ้นอยู่กับประเภทของที่อยู่อาศัย
- π E - ค่าสัมประสิทธิ์โดยคำนึงถึงความรุนแรงของสภาพการใช้งานของ REA (กลุ่มการทำงานของอุปกรณ์)
- π Q - ค่าสัมประสิทธิ์โดยคำนึงถึงระดับคุณภาพของการผลิต ERI
- π L - ค่าสัมประสิทธิ์โดยคำนึงถึงการพัฒนากระบวนการทางเทคโนโลยีของการผลิต ERI
นิพจน์นี้ใช้ได้กับวงจรไมโครที่สร้างจากทั้งเทคโนโลยีไบโพลาร์และ MOS และรวมถึงวงจรดิจิตอลและอนาล็อก อาร์เรย์ลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้และ FPGA ไมโครวงจรหน่วยความจำ ไมโครโปรเซสเซอร์
แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของการทำนาย IO ของวงจรรวม ซึ่งเป็นไปตามมาตรฐานกระทรวงกลาโหมของสหรัฐอเมริกา คือผลรวมของคำศัพท์สองคำ คำแรกแสดงลักษณะความล้มเหลวที่กำหนดโดยระดับของการรวมคริสตัลและโหมดการทำงานทางไฟฟ้าของไมโครเซอร์กิต (ค่าสัมประสิทธิ์ C 1, π t) คำที่สองแสดงลักษณะความล้มเหลวที่เกี่ยวข้องกับประเภทของแพ็คเกจ จำนวนพินของแพ็คเกจ และเงื่อนไขการใช้งาน ( ค่าสัมประสิทธิ์ C 2, - π E)
การแยกนี้อธิบายได้จากความเป็นไปได้ในการผลิตไมโครเซอร์กิตเดียวกันในเคสประเภทต่างๆ ซึ่งแตกต่างกันอย่างมากในด้านความน่าเชื่อถือ (การต้านทานการสั่นสะเทือน ความรัดกุม การดูดความชื้น ฯลฯ) ให้เรากำหนดเทอมแรกเป็น IR ที่กำหนดโดยคริสตัล (λcr ) และอันที่สอง - ตามร่างกาย (แลมป์คอร์ป).
จาก (1) เราได้รับ:
λcr = С 1 π t π Q π L, λkorp = С 2 π E π Q π L (2)
จากนั้น IE ของหนึ่งเอาต์พุตของ microcircuit จะเท่ากับ:
λ 1vyv \u003d λkorp /N vyv \u003d C 2 π E π Q π L /N vyv
โดยที่ N Pin คือจำนวนพินในชุดของวงจรรวม
มาหาอัตราส่วนของ IE ของเคสต่อ IE ที่ใช้งานได้ของ microcircuit:
λcorp / λ e = С 2 π E π Q π L / (С 1 π t +С 2 π E) π Q π L = С 2 π E /(С 1 π t +С 2 π E) (3)
ให้เราวิเคราะห์นิพจน์นี้จากมุมมองของผลกระทบต่อชนิดของบรรจุภัณฑ์ จำนวนพิน ความร้อนสูงเกินไปของคริสตัลเนื่องจากพลังงานที่กระจายไปในคริสตัล และความรุนแรงของสภาวะการทำงาน
6.1. อิทธิพลของสภาพการทำงานที่รุนแรง
การหารตัวเศษและตัวส่วนของนิพจน์ (3) ด้วยค่าสัมประสิทธิ์ π E เราได้รับ:
λcorp / λ จ \u003d C 2 / (C 1 π เสื้อ / π E + C 2) (4)
การวิเคราะห์นิพจน์ (4) แสดงให้เห็นว่าอัตราส่วนร้อยละของแพ็คเกจ IE และ IS การดำเนินงานของไมโครเซอร์กิตขึ้นอยู่กับกลุ่มการทำงาน: ยิ่งสภาพการทำงานของอุปกรณ์รุนแรงมากขึ้น (ค่าสัมประสิทธิ์ π E ยิ่งมากเท่าไร) สัดส่วนของความล้มเหลวที่มากขึ้นเกิดจากความล้มเหลวของแพ็คเกจ (ตัวส่วนในสมการที่ 4 ลดลง) และทัศนคติλcorp / λe มีแนวโน้มเป็น 1
6.2. อิทธิพลของประเภทบรรจุภัณฑ์และจำนวนพินบรรจุภัณฑ์
การหารตัวเศษและตัวส่วนของนิพจน์ (3) ด้วยค่าสัมประสิทธิ์ C 2 เราได้รับ:
λcorp / λ e \u003d π E / (С 1 π t / С 2 + π E) (5)
การวิเคราะห์นิพจน์ (5) แสดงให้เห็นว่าอัตราส่วนร้อยละของ IS ของแพ็คเกจและ IS การดำเนินงานของไมโครวงจรขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของค่าสัมประสิทธิ์ C 1 และ C 2 เช่น ตามอัตราส่วนของระดับการรวมไมโครวงจรและพารามิเตอร์แพ็คเกจ: ยิ่งจำนวนองค์ประกอบในไมโครวงจรมากขึ้น (ค่าสัมประสิทธิ์ C 1 ยิ่งมาก) สัดส่วนของความล้มเหลวก็จะยิ่งน้อยลงตามความล้มเหลวของแพ็คเกจ (อัตราส่วนλcorp / λ e มีแนวโน้มที่จะเป็นศูนย์) และยิ่งจำนวนพินในแพ็คเกจมากขึ้นเท่าใด ความล้มเหลวของแพ็คเกจก็จะยิ่งมีน้ำหนักมากขึ้นเท่านั้น (อัตราส่วนλcorp / λ e มุ่งมั่นเพื่อ 1)
6.3. อิทธิพลของพลังที่กระจายไปในคริสตัล
จะเห็นได้จากการแสดงออก (3) ที่เพิ่มขึ้นใน πt (ค่าสัมประสิทธิ์ที่สะท้อนถึงความร้อนสูงเกินไปของคริสตัลเนื่องจากพลังงานที่กระจายไปในคริสตัล) ค่าของตัวส่วนของสมการจะเพิ่มขึ้น และด้วยเหตุนี้ สัดส่วน ความล้มเหลวต่อกรณีจะลดลงและความล้มเหลวของคริสตัลจะได้รับน้ำหนักสัมพัทธ์มากขึ้น
บทสรุป:
การวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงค่าของอัตราส่วน λcorp / λ จ (สมการ 3) ขึ้นอยู่กับชนิดของบรรจุภัณฑ์ จำนวนของลีด คริสตัลร้อนเกินไปเนื่องจากพลังงานที่กระจายไปในคริสตัล และความรุนแรงของสภาวะการทำงาน แสดงให้เห็นว่าเทอมแรกในสมการ (1) แสดงลักษณะการทำงานของ RI ของคริสตัล ประการที่สอง - สามารถใช้ RI เชิงปฏิบัติการของแพ็คเกจและสมการ (2) เพื่อประเมิน ROI เชิงปฏิบัติการของตัวชิปเซมิคอนดักเตอร์ แพ็คเกจ และ ROI ของลีดของแพ็คเกจ ค่าของ RI เชิงปฏิบัติการของคริสตัลสามารถใช้เป็นวัสดุเริ่มต้นสำหรับการประเมิน RI ของหน่วยการทำงานของไมโครเซอร์กิต
7. การคำนวณอัตราความล้มเหลวของเซลล์หน่วยความจำของอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลที่เป็นส่วนหนึ่งของชิปหน่วยความจำ ไมโครโปรเซสเซอร์ และไมโครคอนโทรลเลอร์
หากต้องการกำหนด IE ต่อบิตของข้อมูลหน่วยความจำเซมิคอนดักเตอร์ ให้พิจารณาองค์ประกอบ ส่วนประกอบของหน่วยความจำเซมิคอนดักเตอร์ทุกประเภทรวมถึง :
1) ไดรฟ์
2) รูปแบบกรอบ:
o ส่วนที่อยู่ (ตัวถอดรหัสแถวและคอลัมน์)
o ส่วนที่เป็นตัวเลข (แอมพลิฟายเออร์สำหรับการเขียนและการอ่าน)
o หน่วยควบคุมภายในเครื่อง - ประสานงานการทำงานของโหนดทั้งหมดในโหมดการจัดเก็บ การบันทึก การสร้างใหม่ (หน่วยความจำไดนามิก) และการลบข้อมูล (EPROM)
7.1. การประมาณจำนวนทรานซิสเตอร์ในพื้นที่ต่างๆ ของหน่วยความจำ
พิจารณาแต่ละส่วนประกอบของหน่วยความจำ IO ค่ารวมของหน่วยความจำ IE สำหรับชิปประเภทต่างๆ ที่มีความจุต่างกันสามารถกำหนดได้โดยใช้. RI ของบรรจุภัณฑ์และคริสตัลคำนวณตามส่วนที่ 5 ของงานนี้
น่าเสียดายที่ใน วัสดุทางเทคนิคสำหรับชิปหน่วยความจำต่างประเทศนั้นไม่มีองค์ประกอบทั้งหมดที่รวมอยู่ในชิปและจะได้รับเฉพาะความจุข้อมูลของไดรฟ์เท่านั้น เนื่องจากหน่วยความจำแต่ละประเภทประกอบด้วยบล็อกมาตรฐาน ลองประเมินจำนวนองค์ประกอบที่รวมอยู่ในชิปหน่วยความจำโดยพิจารณาจากขนาดของไดรฟ์ ในการทำเช่นนี้ ให้พิจารณาวงจรสำหรับสร้างหน่วยความจำแต่ละบล็อก
7.1.1. หน่วยความจำแรม
ในแผนภาพวงจรไฟฟ้าของเซลล์หน่วยความจำ RAM ที่สร้างขึ้นโดยใช้เทคโนโลยี TTLSH, ESL, MOS และ CMOS ตารางที่ 1 แสดงจำนวนทรานซิสเตอร์ที่ประกอบเป็นเซลล์หน่วยความจำหนึ่งเซลล์ (ข้อมูล RAM 1 บิต)
ตารางที่ 1. จำนวนทรานซิสเตอร์ในเซลล์หน่วยความจำหนึ่งเซลล์
|
ประเภทแรม |
เทคโนโลยีการผลิต |
||||
|
ทีทีแอลเอสเอช |
ภาษาอังกฤษเป็นภาษาที่สอง |
มอส |
CMOS |
||
|
คงที่ |
จำนวนองค์ประกอบ |
4, 5, 6 |
|||
|
พลวัต |
|||||
7.1.2. ไดรฟ์ ROM และ PROM
ใน ROM แบบสองขั้วและ PROM องค์ประกอบหน่วยเก็บข้อมูลของไดรฟ์จะถูกนำไปใช้บนพื้นฐานของโครงสร้างไดโอดและทรานซิสเตอร์ มีการใช้งานในรูปแบบของผู้ติดตาม emitter บน n-p-n และ p-n-p ทรานซิสเตอร์, ชุมทางฐานคอลเลคเตอร์, ชุมทางอิมิตเตอร์-เบส, ไดโอด Schottky ในฐานะองค์ประกอบหน่วยความจำในวงจรที่ผลิตโดยใช้เทคโนโลยี MOS และ CMOSพี แอนด์ เอ็น ทรานซิสเตอร์ช่อง องค์ประกอบหน่วยความจำประกอบด้วย 1 ทรานซิสเตอร์หรือไดโอด จำนวนทรานซิสเตอร์ทั้งหมดในไดรฟ์ ROM หรือ PROM เท่ากับความจุข้อมูลของหน่วยความจำ LSI
7.1.3. ไดรฟ์ RPZU
ข้อมูลที่บันทึกใน EPROM จะถูกเก็บไว้ตั้งแต่หลายปีถึงสิบปี ดังนั้น EPROM จึงมักถูกเรียกว่าหน่วยความจำไม่ลบเลือน หัวใจของกลไก
การขุดและการจัดเก็บข้อมูลเป็นกระบวนการของการสะสมประจุระหว่างการบันทึก การจัดเก็บระหว่างการอ่าน และเมื่อปิดเครื่องในทรานซิสเตอร์ MOS พิเศษ องค์ประกอบหน่วยความจำของ RPZU นั้นถูกสร้างขึ้นตามกฎแล้วบนทรานซิสเตอร์สองตัว
ดังนั้น จำนวนทรานซิสเตอร์ในไดรฟ์ RPZU จึงเท่ากับความจุข้อมูลของ RPZU คูณด้วย 2
7.1.4. ส่วนที่อยู่
ส่วนที่อยู่ของหน่วยความจำสร้างขึ้นจากตัวถอดรหัส (ตัวถอดรหัส) ช่วยให้คุณสามารถกำหนดได้เอ็น - บิตอินพุตเลขฐานสองโดยการรับค่าเดียวของตัวแปรไบนารีที่หนึ่งในเอาต์พุตของอุปกรณ์ ในการสร้างวงจรรวม เป็นเรื่องปกติที่จะใช้ตัวถอดรหัสเชิงเส้นหรือตัวถอดรหัสเชิงเส้นและสี่เหลี่ยมรวมกัน มีตัวถอดรหัสเชิงเส้นอินพุต N และ 2 N วงจรลอจิก "และ" ลองหาจำนวนทรานซิสเตอร์ที่จำเป็นในการสร้างตัวถอดรหัสดังกล่าวในพื้นฐานของ CMOS (ซึ่งใช้บ่อยที่สุดในการสร้าง LSI) ตารางที่ 2 แสดงจำนวนทรานซิสเตอร์ที่จำเป็นในการสร้างตัวถอดรหัสสำหรับอินพุตที่แตกต่างกัน
ตารางที่ 2 จำนวนทรานซิสเตอร์ที่จำเป็นในการสร้างตัวถอดรหัส
|
จำนวน อินพุต |
ที่อยู่อินเวอร์เตอร์ |
แบบแผน "ฉัน" |
จำนวนทรานซิสเตอร์ทั้งหมดในตัวถอดรหัส 2* ไม่มี *2 ไม่มี +2* ไม่มี |
||
|
จำนวน อินเวอร์เตอร์ |
จำนวน ทรานซิสเตอร์ |
จำนวน แผนการ |
จำนวนทรานซิสเตอร์ 2* ไม่มี *2 ไม่มี |
||
|
4*4=16 |
16+4=20 |
||||
|
6*8=48 |
48+6=54 |
||||
|
8*16=128 |
128+8=136 |
||||
|
10*32 = 320 |
320+10 = 330 |
||||
|
64*12 = 768 |
768+12 = 780 |
||||
|
128*14=1792 |
1792+14=1806 |
||||
|
256*16=4096 |
4096+16=4112 |
||||
|
512*18=9216 |
9216+18=9234 |
||||
|
1024 |
1024*20=20480 |
20480+20=20500 |
|||
สำหรับตัวถอดรหัสเชิงเส้น ความลึกบิตของหมายเลขถอดรหัสไม่เกิน 8-10 ดังนั้นเมื่อจำนวนคำในหน่วยความจำเพิ่มขึ้นมากกว่า 1K จึงใช้หลักการสร้างหน่วยความจำแบบโมดูลาร์
7.1.5. ส่วนที่เป็นตัวเลข
(เครื่องขยายเสียงสำหรับบันทึกและอ่าน)
วงจรเหล่านี้ออกแบบมาเพื่อแปลงระดับสัญญาณการอ่านเป็นระดับเอาต์พุตขององค์ประกอบลอจิกประเภทใดประเภทหนึ่ง และเพิ่มความสามารถในการรับน้ำหนัก ตามกฎแล้วจะดำเนินการในวงจร open-collector (ไบโพลาร์) หรือวงจรไตรสถานะ (CMOS) วงจรเอาต์พุตแต่ละวงจรสามารถประกอบด้วยอินเวอร์เตอร์หลายตัว (สองหรือสามตัว) จำนวนทรานซิสเตอร์สูงสุดในวงจรเหล่านี้ที่มีความจุสูงสุดของไมโครโปรเซสเซอร์ 32 คือไม่เกิน 200
7.1.6. หน่วยควบคุมท้องถิ่น
บล็อกควบคุมในเครื่อง ขึ้นอยู่กับประเภทของหน่วยความจำ อาจรวมถึงแถวและคอลัมน์บัฟเฟอร์รีจิสเตอร์ แอดเดรสมัลติเพล็กเซอร์ บล็อกควบคุมการสร้างใหม่ในหน่วยความจำไดนามิก และวงจรลบข้อมูล
7.1.7. การประมาณจำนวนทรานซิสเตอร์ในพื้นที่ต่างๆ ของหน่วยความจำ
อัตราส่วนเชิงปริมาณของทรานซิสเตอร์ RAM ที่รวมอยู่ในไดรฟ์ ตัวถอดรหัส และหน่วยควบคุมภายในนั้นมีค่าโดยประมาณเท่ากับ: 100:10:1 ซึ่งเท่ากับ 89%, 10% และ 1% ตามลำดับ จำนวนทรานซิสเตอร์ในเซลล์เก็บข้อมูลของ RAM, ROM, PROM, RPZU แสดงในตารางที่ 1 โดยใช้ข้อมูลในตารางนี้ เปอร์เซ็นต์ขององค์ประกอบที่รวมอยู่ในพื้นที่ต่างๆ ของ RAM และสมมติว่าจำนวนองค์ประกอบใน ตัวถอดรหัสและหน่วยควบคุมภายในสำหรับความจุเดียวกัน ประเภทต่างๆหน่วยความจำคงที่โดยประมาณ เป็นไปได้ที่จะประมาณอัตราส่วนของทรานซิสเตอร์ที่รวมอยู่ในหน่วยเก็บข้อมูล ตัวถอดรหัส และหน่วยควบคุมภายในของหน่วยความจำประเภทต่างๆ ตารางที่ 3 แสดงผลการประเมินดังกล่าว
ตารางที่ 3 อัตราส่วนเชิงปริมาณของทรานซิสเตอร์ในพื้นที่ทำงานต่างๆ ของหน่วยความจำ
|
อัตราส่วนเชิงปริมาณขององค์ประกอบในพื้นที่หน่วยความจำต่างๆ |
|||
|
อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล |
ถอดรหัส |
หน่วยควบคุมท้องถิ่น |
|
|
รอม, พรอม |
|||
ดังนั้น เมื่อทราบระดับเสียงของไดรฟ์และ IO ของชิปหน่วยความจำแล้ว คุณจะพบ IO ของไดรฟ์ ส่วนที่อยู่ ส่วนที่เป็นตัวเลข หน่วยควบคุมภายใน ตลอดจน IO ของเซลล์หน่วยความจำและทรานซิสเตอร์ เป็นส่วนหนึ่งของวงจรการสร้างกรอบ
8. การคำนวณอัตราความล้มเหลวของหน่วยการทำงานของไมโครโปรเซสเซอร์และไมโครคอนโทรลเลอร์
ส่วนนี้มีอัลกอริทึมสำหรับการคำนวณ IR ของหน่วยการทำงานของไมโครโปรเซสเซอร์และไมโครคอนโทรลเลอร์ไมโครคอนโทรลเลอร์ เทคนิคนี้ใช้ได้กับไมโครโปรเซสเซอร์และไมโครคอนโทรลเลอร์ที่มีความจุไม่เกิน 32 บิต
8.1. ข้อมูลเริ่มต้นสำหรับการคำนวณอัตราความล้มเหลว
ด้านล่างนี้เป็นข้อมูลเริ่มต้นที่จำเป็นสำหรับการคำนวณ IS ของไมโครโปรเซสเซอร์ ไมโครคอนโทรลเลอร์ และชิ้นส่วนของวงจรไฟฟ้า ภายใต้ส่วนหนึ่งของวงจรไฟฟ้าเราจะเข้าใจว่าเป็นโหนดที่สมบูรณ์ตามหน้าที่ของไมโครโปรเซสเซอร์ (ไมโครคอนโทรลเลอร์) กล่าวคือ ประเภทต่างๆหน่วยความจำ (RAM, ROM, PROM, RPZU, ADC, DAC ฯลฯ) ตลอดจนวาล์วแต่ละตัวหรือแม้แต่ทรานซิสเตอร์
ข้อมูลเบื้องต้น
ความลึกบิตของไมโครโปรเซสเซอร์หรือไมโครคอนโทรลเลอร์
เทคโนโลยีการผลิตไมโครชิป
ดูและจัดระเบียบภายในหน่วยความจำคริสตัล
ความจุข้อมูลของหน่วยความจำ
การใช้พลังงาน;
คริสตัลทนความร้อน - ตัวเรือนหรือคริสตัล - สภาพแวดล้อม
ประเภทแพ็คเกจชิป
จำนวนข้อสรุปของคดี
เพิ่มอุณหภูมิแวดล้อมในการทำงาน
ระดับคุณภาพการผลิต
8.2. อัลกอริทึมสำหรับคำนวณอัตราความล้มเหลวของไมโครโปรเซสเซอร์ (ไมโครคอนโทรลเลอร์) และหน่วยการทำงานของไมโครโปรเซสเซอร์ (ไมโครคอนโทรลเลอร์)
1. กำหนด IS ในการทำงานของไมโครโปรเซสเซอร์หรือไมโครคอนโทรลเลอร์ (λe mp) โดยใช้ข้อมูลเริ่มต้นโดยใช้หนึ่งในโปรแกรมคำนวณอัตโนมัติ: “ACRN”, “Asonika-K” หรือใช้มาตรฐาน “Military HandBook 217F”
หมายเหตุ: นอกจากนี้ การคำนวณและความคิดเห็นทั้งหมดจะได้รับจากมุมมองของการใช้ ASRN เนื่องจาก วิธีการใช้งานและเนื้อหาของโปรแกรม "Asonika-K" และ "Military HandBook 217F" แบบมาตรฐานนั้นมีความเหมือนกันอย่างมาก
2. กำหนดค่าของหน่วยความจำ IO ที่รวมอยู่ในไมโครโปรเซสเซอร์ (λ E RAM, λ E ROM, พรหม, λ E EPROM)สมมติว่าแต่ละหน่วยความจำเป็นชิปแยกต่างหากในแพ็คเกจของตัวเอง
λ E RAM = λ RAM + λcorp
λ E ROM, พรหม = λ ROM, พรหม + λcorp
λ E RPZU = λ RPZU + λkorp
โดยที่ λ E - ค่าการทำงานของ IE ของหน่วยความจำประเภทต่างๆ, λcorp, - IE ของเคสสำหรับหน่วยความจำแต่ละประเภท: λ RAM, λ ROM, PROM, λ RPZU - IO RAM, ROM, PROM, RPZU โดยไม่ต้องคำนึงถึง พิจารณาคดีตามลำดับ
การค้นหาข้อมูลเริ่มต้นสำหรับการคำนวณค่าการทำงานของ IE ของหน่วยความจำประเภทต่างๆ นั้นดำเนินการตามข้อมูลทางเทคนิค (แผ่นข้อมูล) และแคตตาล็อกของวงจรรวม ในเอกสารที่ระบุจำเป็นต้องค้นหาหน่วยความจำประเภทที่ (RAM, ROM, PROM, EPROM) ความจุในการจัดเก็บองค์กรและเทคโนโลยีการผลิตเหมือนกันหรือใกล้เคียงกับหน่วยความจำที่รวมอยู่ในไมโครโปรเซสเซอร์ (ไมโครคอนโทรลเลอร์) . คุณลักษณะทางเทคนิคที่พบของชิปหน่วยความจำใช้ใน ASRN เพื่อคำนวณ IE ในการทำงานของชิปหน่วยความจำ พลังงานที่ใช้โดยหน่วยความจำจะถูกเลือกตามโหมดการทำงานของไมโครโปรเซสเซอร์ (ไมโครคอนโทรลเลอร์)
3. กำหนดค่าของ IE ภายในพื้นที่คริสตัลของไมโครโปรเซสเซอร์ (ไมโครคอนโทรลเลอร์), หน่วยความจำและ ALU โดยไม่คำนึงถึงกรณี: λcr mp, λ RAM, λ ROM, PROM, λ RPZU, . λ ALU
IO ภายในพื้นที่คริสตัลของไมโครโปรเซสเซอร์, RAM, ROM, PROM, RPZU ถูกกำหนดจากความสัมพันธ์: λcr = С 1 π t π Q π L
IO ของ ALU และชิ้นส่วนชิปที่ไม่มีวงจรหน่วยความจำถูกกำหนดจากนิพจน์:
. λ ALU \u003d λcr mp - λ RAM - λ ROM, PROM - λ RPZU
ค่า IO ของส่วนอื่น ๆ ที่สมบูรณ์ของไมโครโปรเซสเซอร์ (ไมโครคอนโทรลเลอร์) พบได้ในลักษณะเดียวกัน
4. กำหนด IO ของไดรฟ์ภายในหน่วยความจำคริสตัล: λ N RAM, λ N ROM, PROM, λ N RPZU
จากข้อมูลในตารางที่ 3 เป็นไปได้ที่จะแสดงเปอร์เซ็นต์ของจำนวนทรานซิสเตอร์ในพื้นที่การทำงานต่างๆ ของหน่วยความจำ โดยสมมติว่าจำนวนทรานซิสเตอร์ทั้งหมดในหน่วยความจำคือ 100% ตารางที่ 4 แสดงเปอร์เซ็นต์ของทรานซิสเตอร์ที่รวมอยู่ในหน่วยความจำคริสตัลภายในประเภทต่างๆ
ขึ้นอยู่กับเปอร์เซ็นต์ของจำนวนทรานซิสเตอร์ที่รวมอยู่ในพื้นที่การทำงานต่างๆ ของหน่วยความจำและค่า IR ที่พบภายในส่วนคริสตัลของหน่วยความจำ ค่า IR ของหน่วยการทำงานจะถูกกำหนด
ตารางที่ 4 เปอร์เซ็นต์ของทรานซิสเตอร์
|
อัตราส่วนเชิงปริมาณของทรานซิสเตอร์ในพื้นที่ทำงานของหน่วยความจำ (%) |
|||
|
อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล |
ถอดรหัส |
หน่วยควบคุมท้องถิ่น |
|
|
รอม, พรอม |
|||
λ H RAM = 0.89*λ RAM;
λ N ROM, พรหม = 0.607*λ ROM, พรหม;
λ N RPZU = 0.75* λ RPZU
โดยที่: λ N RAM, λ N ROM, PROM, λ N RPZU - IO ขับ RAM, ROM, PROM, RPZU ตามลำดับ
8.3. การคำนวณอัตราความล้มเหลวของหน่วยการทำงานของหน่วยความจำ: ตัวถอดรหัส, ส่วนที่อยู่, วงจรควบคุม
การใช้ข้อมูลอัตราส่วนของจำนวนทรานซิสเตอร์ในแต่ละส่วนของหน่วยความจำ (ตารางที่ 4) เราสามารถหาอัตราความล้มเหลวของตัวถอดรหัส ส่วนแอดเดรส และวงจรควบคุมหน่วยความจำ เมื่อทราบจำนวนทรานซิสเตอร์ในแต่ละส่วนของหน่วยความจำ คุณจะทราบอัตราความล้มเหลวของกลุ่มหรือทรานซิสเตอร์แต่ละตัวของหน่วยความจำได้
9. การคำนวณอัตราความล้มเหลวของหน่วยชิปหน่วยความจำที่สมบูรณ์ตามหน้าที่
ส่วนนี้นำเสนออัลกอริทึมสำหรับการคำนวณ IR ของหน่วยชิปหน่วยความจำที่สมบูรณ์ตามหน้าที่ เทคนิคนี้ใช้กับชิปหน่วยความจำที่ระบุไว้ใน ACRN
9.1. ข้อมูลเริ่มต้นสำหรับการคำนวณอัตราความล้มเหลว
ด้านล่างนี้เป็นข้อมูลเริ่มต้นที่จำเป็นสำหรับการคำนวณ IR ของโหนดชิปหน่วยความจำที่สมบูรณ์ตามหน้าที่ ภายใต้โหนดชิปหน่วยความจำที่สมบูรณ์ตามหน้าที่ เราหมายถึงไดรฟ์ ส่วนที่อยู่ วงจรควบคุม เทคนิคนี้ยังช่วยในการคำนวณ IR ของชิ้นส่วนของหน่วยการทำงาน วาล์วแต่ละตัว ทรานซิสเตอร์
ข้อมูลเบื้องต้น
ประเภทหน่วยความจำ: RAM, ROM, PROM, RPZU;
ความจุข้อมูลของหน่วยความจำ
องค์กรของ RAM;
เทคโนโลยีการผลิต
การใช้พลังงาน;
ประเภทแพ็คเกจชิป
จำนวนข้อสรุปของคดี
คริสตัลทนความร้อน - ตัวเรือนหรือคริสตัล - สภาพแวดล้อม
กลุ่มงานอุปกรณ์
อุณหภูมิแวดล้อมในการทำงานเพิ่มขึ้น
ระดับคุณภาพการผลิต
9.2. อัลกอริทึมสำหรับการคำนวณอัตราความล้มเหลวของวงจรหน่วยความจำและหน่วยการทำงานที่สมบูรณ์ของวงจรหน่วยความจำ
1. กำหนด IS ในการทำงานของชิปหน่วยความจำ (λe p) โดยใช้ข้อมูลเริ่มต้นโดยใช้หนึ่งในโปรแกรมคำนวณอัตโนมัติ: “ACRN”, “Asonika-K” หรือใช้มาตรฐาน “Military HandBook 217F”
2. กำหนดค่าของ IE ของชิปหน่วยความจำโดยไม่มี case λcr
λkr zu \u003d C 1 π t π Q π L
3. การคำนวณ IS ของไดรฟ์ภายในหน่วยความจำคริสตัลและ IS ของหน่วยการทำงานควรดำเนินการตามหัวข้อ 8.2
10. การคำนวณอัตราความล้มเหลวของโหนดที่สมบูรณ์ตามหน้าที่ของวงจรรวมลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้และคริสตัลเมทริกซ์พื้นฐาน
ตระกูล FPGA แต่ละตระกูลประกอบด้วยชุดของประเภทชิปที่มีสถาปัตยกรรมเดียวกัน สถาปัตยกรรมคริสตัลขึ้นอยู่กับการใช้โหนดการทำงานเดียวกันหลายประเภท ชิปที่มีการจัดอันดับต่างกันภายในตระกูลแตกต่างกันในประเภทของแพ็คเกจและจำนวนโหนดการทำงานของแต่ละประเภท: บล็อกลอจิกที่กำหนดค่าได้, บล็อกอินพุต / เอาต์พุต, หน่วยความจำ, JTAG และอื่น ๆ
ควรสังเกตว่านอกเหนือจากบล็อกโลจิคัลที่กำหนดค่าได้และบล็อก I/O แล้ว FPGA แต่ละรายการยังมีเมทริกซ์ของคีย์ที่สร้างลิงก์ระหว่างองค์ประกอบ FPGA เนื่องจากพื้นที่เหล่านี้มีการกระจายอย่างเท่าเทียมกันทั่วทั้งชิป นอกเหนือจากบล็อกอินพุต / เอาต์พุตที่อยู่รอบนอก เราสามารถสรุปได้ว่าเมทริกซ์คีย์เป็นส่วนหนึ่งของบล็อกลอจิคัลและบล็อกอินพุต / เอาต์พุตที่กำหนดค่าได้
ในการคำนวณอัตราความล้มเหลวของหน่วยการทำงาน จำเป็นต้องสร้างระบบสมการเชิงเส้น ระบบสมการถูกรวบรวมสำหรับแต่ละตระกูล FPGA
สมการแต่ละสมการของระบบมีความเท่าเทียมกันในส่วนด้านซ้ายซึ่งเขียนค่าของ IE ของคริสตัลสำหรับการจัดอันดับชิปเฉพาะจากตระกูลที่เลือก ด้านขวาคือผลรวมของจำนวนโหนดการทำงาน n ของหมวด i และ IO ของโหนดเหล่านี้ λni
ด้านล่างนี้คือ แบบฟอร์มทั่วไประบบสมการดังกล่าว
λ e a \u003d a 1 λ 1 + a 2 λ 2 + ... + a n λ n
λ e b \u003d b 1 λ 1 + b 2 λ 2 + ... + b n λ n
……………………………
λ e k \u003d k 1 λ 1 + k 2 λ 2 + ... + k n λ n
ที่ไหน
λ e a , λ e b , … λ e k –– IS เชิงปฏิบัติการของไมโครเซอร์กิตของตระกูล FPGA (ไมโครเซอร์กิต a, b, …k ตามลำดับ),
a 1 , a 2 , …, a n คือจำนวนโหนดการทำงาน 1, 2, … n ของหมวดหมู่ใน microcircuit a ตามลำดับ
b 1 , b 2 , …, bn คือจำนวนหน่วยการทำงานของหมวด 1, 2, … n , ในชิป c ตามลำดับ
k 1 , k 2 , …, k n คือจำนวนหน่วยการทำงานของหมวด 1, 2, … n , k ใน microcircuit ตามลำดับ
λ 1 , λ 2 , …, λ n คือ IO ของหน่วยฟังก์ชันของหมวด 1, 2, … n ตามลำดับ
ค่าของไมโครวงจร IR ที่ใช้งานได้ λ e a , λ e b , ... λ e k คำนวณตาม ASRN จำนวนและประเภทของหน่วยการทำงานมีให้ในเอกสารทางเทคนิคสำหรับ FPGA (แผ่นข้อมูลหรือในวารสารในประเทศ) .
ค่า IO ของโหนดการทำงานของตระกูล FPGA λ 1 , λ 2 , …, λ n พบได้จากคำตอบของระบบสมการ
11. การตรวจสอบผลการคำนวณ
การตรวจสอบผลการคำนวณสำหรับชิปหน่วยความจำทำได้โดยการคำนวณ RI ของคริสตัลของชิปหน่วยความจำอื่นโดยใช้ค่าที่ได้รับของ RI ของเซลล์หน่วยความจำ และเปรียบเทียบค่าที่ได้รับของคริสตัล RI กับค่า RI ที่คำนวณโดยใช้วิธีมาตรฐาน (ASRN, อโสณิกา ฯลฯ).
ผลการคำนวณสำหรับ FPGA ได้รับการตรวจสอบโดยการคำนวณ RI ของผลึก FPGA ชนิดอื่นจากตระกูลเดียวกันโดยใช้ค่า IR ที่พบของหน่วยการทำงาน FPGA และเปรียบเทียบค่าที่ได้รับของ FPGA RI กับค่า RI คำนวณโดยใช้วิธีมาตรฐาน (ASRN, Asonica เป็นต้น)
12. ตัวอย่างการคำนวณอัตราความล้มเหลวของหน่วยการทำงาน FPGA และการตรวจสอบผลการคำนวณ
12.1. การคำนวณ IE ของหน่วยการทำงานและเอาต์พุตของกรณี FPGA
การคำนวณ IO ดำเนินการโดยใช้ตัวอย่าง FPGA ของตระกูล Spartan ซึ่งพัฒนาโดย Xilinx
ตระกูล Spartan ประกอบด้วย FPGA 5 ประเภท ซึ่งรวมถึงเมทริกซ์ของบล็อกลอจิกที่กำหนดค่าได้ บล็อก I/O ลอจิกการสแกนขอบเขต (JTAG)
FPGA ในตระกูล Spartan แตกต่างกันที่จำนวนของลอจิกเกต จำนวนบล็อกลอจิกที่กำหนดค่าได้ จำนวนบล็อก I/O ประเภทแพ็กเกจ และจำนวนพินของแพ็กเกจ
ด้านล่างคือการคำนวณ IO ของบล็อกลอจิกที่กำหนดค่าได้, บล็อก I/O, JTAG สำหรับ XCS 05XL, XCS 10XL, XCS 20XL FPGA
ในการตรวจสอบผลลัพธ์ที่ได้ จะมีการคำนวณ IR การทำงานของ XCS 30XL FPGA ค่า IR ที่ได้รับของ XCS 30XL FPGA จะถูกนำไปเปรียบเทียบกับค่า IR ที่คำนวณโดยใช้ ASRN นอกจากนี้ เพื่อตรวจสอบผลลัพธ์ที่ได้ ค่าของ RI ของหนึ่งเอาต์พุตสำหรับแพ็คเกจ FPGA ที่แตกต่างกันจะถูกเปรียบเทียบ
12.1.1. การคำนวณอัตราความล้มเหลวของหน่วยการทำงานของ FPGA XCS 05XL , XCS 10XL , XCS 20XL
ตามอัลกอริทึมการคำนวณข้างต้นในการคำนวณ IO ของหน่วยการทำงานของ FPGA จำเป็นต้องมี:
รวบรวมรายการและค่าข้อมูลเริ่มต้นสำหรับ FPGA XCS 05XL, XCS 10XL, XCS 20XL, XCS 30XL;
คำนวณ FPGA IO ที่ใช้งานได้ХСS 05XL, ХСS 10XL, ХСS 20XL, ХСS 30XL (การคำนวณดำเนินการตาม โดยใช้ข้อมูลดิบ);
เขียนระบบสมการเชิงเส้นสำหรับผลึก FPGA ХСS 05XL , ХСS 10XL , ХСS 20XL ;
ค้นหาคำตอบของระบบสมการเชิงเส้น (สิ่งที่ไม่รู้ในระบบสมการคือ IO ของหน่วยการทำงาน: บล็อกลอจิกที่กำหนดค่าได้ บล็อกอินพุต-เอาต์พุต ลอจิกการสแกนขอบเขต)
เปรียบเทียบค่า RI ของคริสตัล XCS 30XL FPGA ที่ได้รับในย่อหน้าก่อนหน้ากับค่า RI ของคริสตัลที่ได้รับโดยใช้ ASPH
เปรียบเทียบค่า RI เอาต์พุตสำหรับแพ็คเกจต่างๆ
กำหนดข้อสรุปเกี่ยวกับความถูกต้องของการคำนวณ
เมื่อได้อัตราความล้มเหลวที่ตรงกันที่น่าพอใจ (จาก 10% ถึง 20%) ให้หยุดการคำนวณ
หากมีความคลาดเคลื่อนมากระหว่างผลการคำนวณ ให้แก้ไขข้อมูลเริ่มต้น
ตาม ข้อมูลเริ่มต้นสำหรับการคำนวณ FPGA เชิงปฏิบัติคือ: เทคโนโลยีการผลิต จำนวนประตู การใช้พลังงาน อุณหภูมิความร้อนสูงเกินไปของคริสตัลที่สัมพันธ์กับสภาพแวดล้อม ประเภทของบรรจุภัณฑ์ จำนวนพินของบรรจุภัณฑ์ ความต้านทานความร้อนของบรรจุภัณฑ์ชิป ระดับคุณภาพการผลิต กลุ่มปฏิบัติการอุปกรณ์ที่ใช้ FPGA
ข้อมูลเริ่มต้นทั้งหมด ยกเว้นการใช้พลังงาน อุณหภูมิความร้อนสูงเกินไปของคริสตัล และกลุ่มการทำงานของอุปกรณ์. สามารถดูการใช้พลังงานได้ในเอกสารทางเทคนิค หรือโดยการคำนวณ หรือโดยการวัดบนกระดาน อุณหภูมิความร้อนสูงเกินไปของคริสตัลที่สัมพันธ์กับสภาพแวดล้อมนั้นเป็นผลมาจากพลังงานที่ใช้ไปและ เคสคริสตัลทนความร้อนกลุ่มปฏิบัติการอุปกรณ์ได้รับใน ข้อมูลจำเพาะเข้ากับฮาร์ดแวร์
ข้อมูลเริ่มต้นสำหรับการคำนวณอัตราความล้มเหลวในการปฏิบัติงานของ FPGA XCS 05XL, XCS 10XL, XCS 20XL, XCS 30XL แสดงไว้ในตารางที่ 5
ตารางที่ 5. ข้อมูลเริ่มต้น
|
อักษรย่อ |
คะแนน FPGA |
|||
|
เอ็กซ์ซีเอส 05XL |
เอ็กซ์ซีเอส 10XL |
เอ็กซ์ซีเอส 20XL |
เอ็กซ์ซีเอส 30XL |
|
|
เทคโนโลยี การผลิต |
||||
|
จำนวนบันทึกสูงสุด วาล์ว |
||||
|
จำนวนที่สามารถกำหนดค่าได้ ตรรกะ บล็อก N klb |
||||
|
จำนวนอินพุต/เอาต์พุตที่ใช้, N อินพุต/เอาต์พุต |
||||
|
ประเภทของเปลือกหอย |
วค |
มคอ |
พี.คิว.เอฟ.พี |
พี.คิว.เอฟ.พี |
|
จำนวนพินเคส |
||||
|
ความต้านทานความร้อนสูง - ตัวเรือน 0 С/W |
||||
|
ระดับคุณภาพการผลิต |
ทางการค้า |
|||
|
กลุ่มงานครุภัณฑ์ |
||||
ในการตรวจสอบอุณหภูมิความร้อนสูงเกินไปของคริสตัลที่สัมพันธ์กับอุณหภูมิโดยรอบ จำเป็นต้องค้นหาการใช้พลังงานสำหรับไมโครเซอร์กิตแต่ละตัว
ในวงจรรวม CMOS ส่วนใหญ่ การกระจายพลังงานเกือบทั้งหมดเป็นแบบไดนามิกและถูกกำหนดโดยการชาร์จและคายประจุของความจุโหลดภายในและภายนอก แต่ละพินในชิปจะกระจายพลังงานตามความจุ ซึ่งมีค่าคงที่สำหรับพินแต่ละประเภท และความถี่ที่แต่ละพินสวิตช์อาจแตกต่างจากความถี่สัญญาณนาฬิกาของชิป กำลังไดนามิกทั้งหมดคือผลรวมของกำลังที่กระจายไปที่แต่ละพิน ดังนั้น ในการคำนวณพลังงาน คุณจำเป็นต้องทราบจำนวนองค์ประกอบที่ใช้ใน FPGA สำหรับตระกูล Spartan ค่าของปริมาณการใช้ปัจจุบันของบล็อกอินพุต / เอาท์พุต (12mA) จะได้รับที่โหลด 50 pF แรงดันไฟฟ้า 3.3 และความถี่ในการทำงาน FPGA สูงสุด 80 MHz สมมติว่าการใช้พลังงานของ FPGA ถูกกำหนดโดยจำนวนบล็อกอินพุต / เอาท์พุตสวิตช์ (ในฐานะผู้ใช้พลังงานที่ทรงพลังที่สุด) และเนื่องจากไม่มีข้อมูลการทดลองเกี่ยวกับการใช้พลังงาน เราจึงประเมินพลังงานที่ใช้โดย FPGA แต่ละรายการ เนื่องจาก 50% ของบล็อกอินพุต / เอาท์พุตถูกสลับพร้อมกันที่ความถี่คงที่บางส่วน (ระหว่างการคำนวณ ความถี่ถูกเลือกต่ำกว่าค่าสูงสุด 5 เท่า)
ตารางที่ 6 แสดงพลังงานที่ใช้โดย FPGA และอุณหภูมิความร้อนสูงเกินไปของคริสตัลที่สัมพันธ์กับแพ็คเกจชิป
ตารางที่ 6. การใช้พลังงานของ FPGA
|
เอ็กซ์ซีเอส 05XL |
เอ็กซ์ซีเอส 10XL |
เอ็กซ์ซีเอส 20XL |
เอ็กซ์ซีเอส 30XL |
|
|
บริโภค อำนาจ, ว |
||||
|
อุณหภูมิความร้อนสูงเกินไปของคริสตัล 0 С |
ให้เราคำนวณค่าสัมประสิทธิ์ในสมการ (1):
λ e \u003d (С 1 π t + С 2 π E) π Q π L
ค่าสัมประสิทธิ์ π t, С 2 , π E , π Q , π L คำนวณตาม ASRN พบค่าสัมประสิทธิ์ C 1 โดยใช้การประมาณค่าของค่าสัมประสิทธิ์ C 1 ที่กำหนดใน ASRN สำหรับ FPGA ของระดับการรวมที่แตกต่างกัน
ค่าสัมประสิทธิ์ C 1 สำหรับ FPGA แสดงไว้ในตารางที่ 7
ตารางที่ 7 ค่าสัมประสิทธิ์ C 1
|
จำนวนประตูใน FPGA |
ค่าสัมประสิทธิ์ С 1 |
|
สูงสุด 500 |
0,00085 |
|
จาก 501 เป็น 1,000 |
0,0017 |
|
ตั้งแต่ปี 2544 ถึง 5,000 |
0,0034 |
|
จาก 5,001 ถึง 20,000 |
0,0068 |
จากนั้นสำหรับจำนวนประตู FPGA สูงสุดХСS 05XL, ХСS 10XL, ХСS 20XL, ХСS 30XL เราได้ค่าสัมประสิทธิ์ C 1, 0.0034, 0.0048, 0.0068, 0.0078 ตามลำดับ
ค่าสัมประสิทธิ์ π t, C 2 , π E , π Q , π L XCS 05XL , XCS 10XL , XCS 20XL , XCS 30XL แสดงไว้ในตารางที่ 8
ตารางที่ 8. ค่าประสิทธิภาพของ FPGA IO
|
การกำหนดและชื่อของค่าสัมประสิทธิ์ |
ค่าสัมประสิทธิ์ |
|||
|
เอ็กซ์ซีเอส 05XL |
เอ็กซ์ซีเอส 10XL |
เอ็กซ์ซีเอส 20XL |
เอ็กซ์ซีเอส 30XL |
|
|
พาย ท |
0,231 |
0,225 |
0,231 |
0,222 |
|
จาก 2 |
0,04 |
0,06 |
0,089 |
0,104 |
|
π อี |
||||
|
π ถาม |
||||
|
π แอล |
||||
|
อัตราความล้มเหลวของคริสตัลแลคซีร = С 1 π t π Q π L *10 6 1/ชั่วโมง |
0,0007854 |
0,0011 |
0,00157 |
0,0018 |
|
อัตราความล้มเหลวของคอร์เลปคอร์ป \u003d C 2 π E π Q π L * 10 6 1 / ชั่วโมง |
0,445 |
0,52 |
||
|
อัตราความล้มเหลวในการปฏิบัติงานของ FPGAλe *10 6 1/ชั่วโมง |
0,2007854 |
0,3011 |
0,44657 |
0,5218 |
มาหาค่าของ IO ของบล็อกลอจิกที่กำหนดค่าได้ λ clb, บล็อกอินพุต/เอาต์พุตเข้า / ออก และตรรกะการสแกนขอบเขตλ JTAG สำหรับ FPGA XCS 05XL , XCS 10XL , XCS 20XL . ในการทำเช่นนี้ เราสร้างระบบสมการเชิงเส้น:* S 05 XL - IO ของคริสตัล, จำนวนบล็อกลอจิกที่กำหนดค่าได้, จำนวนบล็อกอินพุต / เอาต์พุตสำหรับ XCS 05XL FPGA ตามลำดับ
λkr XC S 10 XL ,N klb XC S 10 XL , N อินพุต/เอาต์พุต XC S 10 XL - ชิป IO, จำนวนบล็อกลอจิคัลที่กำหนดค่าได้, จำนวนบล็อกอินพุต/เอาต์พุตสำหรับ FPGA XCS 10XL ตามลำดับ;
λkr XC S 20 XL , N klb XC S 20 XL , N I/O XC S 20 XL - ชิป IO, จำนวนบล็อกลอจิคัลที่กำหนดค่าได้, จำนวนบล็อกอินพุต/เอาต์พุตสำหรับ FPGA XCS 20XL ตามลำดับ
แทนค่า IO ของคริสตัลในระบบสมการจำนวนบล็อกลอจิกที่กำหนดค่าได้และบล็อกอินพุต / เอาท์พุตเราได้รับ: 0.00157 * 10 -6 = 400 * λ clb + 160 * λใน / ออก + λ JTAG
ระบบสมการเชิงเส้นสามสมการที่มีตัวแปรสามตัวมีคำตอบที่ไม่เหมือนใคร:
λ klb \u003d 5.16 * 10 -13 1 / ชั่วโมง;λ เข้า / ออก \u003d 7.58 * 10 -12 1 / ชั่วโมง; เล JTAG = 1.498*10 -10 1/ชม.
12.1.2. การตรวจสอบผลการคำนวณ
ในการตรวจสอบโซลูชันที่ได้รับ เราคำนวณ IR ของคริสตัล FPGA XC S 30 XL λcr XC S 30 XL โดยใช้ค่าที่พบλ clb, λ เข้า/ออก, λ JTAG
โดยเปรียบเทียบกับสมการของระบบλcr XC S 30 XL 1 เท่ากับ:
λcr XC S 30 XL 1 = λ klb * N klb XC S 30 XL + λ เข้า/ออก * N เข้า/ออก XC S 30 XL + λ JTAG =
576* 5,16*10 -13 + 192*7,58*10 -12 + 1.498*10 -10 = 0.0019*10 -6 1/ชม.
ค่า RI ของคริสตัลที่ได้รับโดยใช้ ASPH คือ (ตารางที่ 9): 0.0018*10 -6 . เปอร์เซ็นต์ของค่าเหล่านี้คือ: (λcr XC S 30 XL 1 - λcr XC S 30 XL )*100%/ λcr XC S 30 XL 1 ≈ 5%
ROI ของหนึ่งเอาต์พุต ได้จากการหาร ROI ด้วยจำนวนเอาต์พุตในแพ็คเกจสำหรับ XC FPGA S 05 XL , XR S 10 XL , XR S 20 XL , XR S 20 XL , เท่ากับ 0.002*10 -6 , 0.00208*10 -6 , 0.0021*10 -6 , 0.0021*10 -6 ตามลำดับ เช่น ต่างกันไม่เกิน 5%
ความแตกต่างของค่า RI ซึ่งอยู่ที่ประมาณ 5% อาจถูกกำหนดโดยค่าโดยประมาณของกำลังการกระจายที่ใช้ในการคำนวณ และเป็นผลให้มีค่าสัมประสิทธิ์ที่ไม่ถูกต้องπ t เช่นเดียวกับการมีอยู่ขององค์ประกอบ FPGA ที่ไม่มีข้อมูลซึ่งไม่มีอยู่ในเอกสารประกอบ
ภาคผนวกประกอบด้วยบล็อกไดอะแกรมสำหรับการคำนวณและตรวจสอบอัตราความล้มเหลวของพื้นที่การทำงาน FPGA
13. บทสรุป
1. มีการเสนอวิธีการประเมิน IS ของหน่วยการทำงานของวงจรรวม
2. ช่วยให้คุณคำนวณ:
ก) สำหรับวงจรหน่วยความจำ - IE ของอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล, เซลล์หน่วยความจำ, ตัวถอดรหัส, วงจรควบคุม;
b) สำหรับไมโครโปรเซสเซอร์และไมโครคอนโทรลเลอร์ - อุปกรณ์หน่วยความจำ IO, รีจิสเตอร์, ADC, DAC และบล็อกการทำงานที่สร้างขึ้นบนพื้นฐาน
c) สำหรับวงจรรวมลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้ - IO, บล็อกของวัตถุประสงค์การทำงานต่างๆ ที่รวมอยู่ในนั้น - บล็อกลอจิกที่กำหนดค่าได้, บล็อกอินพุต / เอาท์พุต, เซลล์หน่วยความจำ, JTAG และบล็อกการทำงานที่สร้างขึ้นบนพื้นฐาน
3. มีการเสนอวิธีการตรวจสอบค่าที่คำนวณได้ของ IE ของหน่วยการทำงาน
4. การประยุกต์ใช้วิธีการตรวจสอบ ค่าที่คำนวณได้ของ IR ของหน่วยการทำงานของวงจรรวม แสดงให้เห็นถึงความเพียงพอของแนวทางที่เสนอสำหรับการประเมิน IR
แอปพลิเคชัน
บล็อกไดอะแกรมสำหรับคำนวณอัตราความล้มเหลวของหน่วยการทำงาน FPGA
วรรณกรรม
พอร์เตอร์ ดี.ซี., Finke W.A. การวิเคราะห์ลักษณะความสามารถในการทำนายของ IC PADS-TR-70 หน้า 232
คู่มือทหาร217F. “การทำนายความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์”. กระทรวงกลาโหม วอชิงตัน ดี.ซี. 20301
“ระบบอัตโนมัติการคำนวณความน่าเชื่อถือ” พัฒนาโดยสถาบันวิจัยกลางแห่งที่ 22 ของกระทรวงกลาโหมของสหพันธรัฐรัสเซียโดยมีส่วนร่วมของ RNII “Elektronstandart” และ JSC “Standartelectro”, 2549
“ อุปกรณ์เก็บข้อมูลเซมิคอนดักเตอร์และแอปพลิเคชัน”, V.P. Andreev, V.V. Baranov, N.V. Bekin และอื่น ๆ ; แก้ไขโดยกอร์โดนอฟ ม.วิทยุและคมนาคม. 2524.-344น.
โอกาสในการพัฒนา วิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์: หนังสือ V. 11 : อ้างอิง ค่าเผื่อ / ภายใต้บรรณาธิการของ Yu.M. Smirnov หนังสือ. 7: "อุปกรณ์เก็บข้อมูลเซมิคอนดักเตอร์", A.B.Akinfiev, V.I.Mirontsev, G.D.Sofisky, V.V.Tsyrkin - ม.: สูงกว่า โรงเรียน 2532. - 160 น.: ป่วย.
“การออกแบบวงจร LSI ของอุปกรณ์หน่วยความจำถาวร”, O.A. Petrosyan, I.Ya.Kozyr, L.A.Koledov, Yu.I.Schetinin – ม.; วิทยุและการสื่อสาร 2530, 304 น.
“ความน่าเชื่อถือของหน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม”, EVM, Leningrad, Energoizdat, 1987, 168 p.
TIIER, v.75, ฉบับที่ 9, 1987
ซีลินซ์ ลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้ หนังสือลงวันที่ 2551 g. http:www.xilinx.com.
"ภาคชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์", รัสเซีย-2545-ม.: สำนักพิมพ์ "Dodeka-XXI", 2545
DS00049R-หน้า 61 2001 Microchip Technology Inc.
TMS320VC5416 ตัวประมวลผลสัญญาณดิจิทัลแบบ Fixed-Point, คู่มือข้อมูล, Literature Number SPRS095K
ซีดีรอมของบริษัท เทคโนโลยีอุปกรณ์แบบรวม
ซีดีรอมจาก Holtec Semiconductor
อัตราความล้มเหลว- ความหนาแน่นตามเงื่อนไขของความน่าจะเป็นของความล้มเหลวของวัตถุที่ไม่สามารถกู้คืนได้ซึ่งกำหนดสำหรับช่วงเวลาที่พิจารณาโดยมีเงื่อนไขว่าจนถึงขณะนี้ความล้มเหลวยังไม่เกิดขึ้น
ดังนั้น ในทางสถิติ อัตราความล้มเหลวจะเท่ากับจำนวนความล้มเหลวที่เกิดขึ้นต่อหน่วยเวลา หารด้วยจำนวนความล้มเหลวเป็น ช่วงเวลาปัจจุบันวัตถุ
การเปลี่ยนแปลงโดยทั่วไปของอัตราความล้มเหลวเมื่อเวลาผ่านไปจะแสดงในรูปที่ 5.
ประสบการณ์การทำงานของระบบที่ซับซ้อนแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงในอัตราความล้มเหลว λ( ที) อธิบายวัตถุส่วนใหญ่ ยู- เส้นโค้งเป็นรูปเป็นร่าง
เวลาสามารถแบ่งตามเงื่อนไขออกเป็นสามส่วน: 1. ระยะเวลารันอิน 2. ระยะเวลาการใช้งานปกติ 3. อายุของวัตถุ
ข้าว. 5. การเปลี่ยนแปลงโดยทั่วไปในอัตราความล้มเหลว
ระยะเวลารันอินของอ็อบเจ็กต์มีอัตราความล้มเหลวเพิ่มขึ้นซึ่งเกิดจากความล้มเหลวรันอินเนื่องจากข้อบกพร่องในการผลิต การติดตั้ง และการทดสอบเดินเครื่อง บางครั้งการสิ้นสุดของช่วงเวลานี้เกี่ยวข้องกับบริการการรับประกันของวัตถุเมื่อผู้ผลิตดำเนินการกำจัดความล้มเหลว ในระหว่างการทำงานปกติ อัตราความล้มเหลวจะคงที่ ในขณะที่ความล้มเหลวนั้นเกิดขึ้นแบบสุ่มและปรากฏขึ้นอย่างกะทันหัน โดยสาเหตุหลักมาจากการเปลี่ยนแปลงโหลดแบบสุ่ม การไม่ปฏิบัติตามเงื่อนไขการใช้งาน ปัจจัยภายนอกที่ไม่พึงประสงค์ ฯลฯ เป็นช่วงเวลานี้ที่สอดคล้องกับเวลาหลักของการดำเนินงานของโรงงาน
การเพิ่มขึ้นของอัตราความล้มเหลวหมายถึงระยะเวลาการเสื่อมสภาพของวัตถุและเกิดจากการเพิ่มจำนวนของความล้มเหลวเนื่องจากการสึกหรอ อายุ และเหตุผลอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการใช้งานระยะยาว นั่นคือความน่าจะเป็นของความล้มเหลวขององค์ประกอบที่รอดชีวิตในขณะนั้น ทีในช่วงเวลาต่อมาขึ้นอยู่กับค่าของ λ( ยู) ในช่วงเวลานี้เท่านั้น ดังนั้นอัตราความล้มเหลวจึงเป็นตัวบ่งชี้ความน่าเชื่อถือขององค์ประกอบในช่วงเวลาที่กำหนด
หัวข้อ 1.3. ความน่าเชื่อถือของระบบที่กู้คืนได้
ระบบที่ทันสมัยระบบอัตโนมัติเป็นระบบกู้คืนที่ซับซ้อน ระบบดังกล่าวในกระบวนการทำงานในกรณีที่องค์ประกอบบางส่วนล้มเหลวจะได้รับการซ่อมแซมและดำเนินการต่อ ทำงานต่อไป. ความสามารถของระบบในการกู้คืนในกระบวนการดำเนินการนั้น "วางลง" ในระหว่างการออกแบบและมั่นใจได้ในระหว่างการผลิต และการดำเนินการซ่อมแซมและฟื้นฟูมีระบุไว้ในเอกสารด้านกฎระเบียบและทางเทคนิค
การดำเนินมาตรการซ่อมแซมและฟื้นฟูเป็นอีกวิธีหนึ่งในการปรับปรุงความน่าเชื่อถือของระบบ
1.3.1. ตัวบ่งชี้ความน่าเชื่อถือของระบบที่กู้คืนได้
ในด้านปริมาณ ระบบดังกล่าว นอกเหนือจากตัวบ่งชี้ความน่าเชื่อถือที่พิจารณาก่อนหน้านี้แล้ว ยังมีตัวบ่งชี้ความน่าเชื่อถือที่ซับซ้อนอีกด้วย
ตัวบ่งชี้ความน่าเชื่อถือที่ซับซ้อนคือตัวบ่งชี้ความน่าเชื่อถือที่แสดงคุณสมบัติหลายอย่างที่ประกอบกันเป็นความน่าเชื่อถือของวัตถุ
ตัวบ่งชี้ความน่าเชื่อถือที่ซับซ้อนซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการระบุลักษณะความน่าเชื่อถือของระบบที่กู้คืนคือ:
ปัจจัยความพร้อมใช้งาน
ปัจจัยความพร้อมในการปฏิบัติงาน
ปัจจัยการใช้ประโยชน์ทางเทคนิค
ปัจจัยความพร้อมใช้งาน- ความน่าจะเป็นที่วัตถุจะอยู่ในสถานะการทำงาน ณ เวลาใดเวลาหนึ่งยกเว้นช่วงพักตามแผนซึ่งในระหว่างนั้นไม่ได้จัดเตรียมการใช้วัตถุตามวัตถุประสงค์ที่ตั้งใจไว้
ดังนั้นปัจจัยความพร้อมจึงแสดงคุณสมบัติที่แตกต่างกันสองประการของวัตถุพร้อมกัน - ความน่าเชื่อถือและการบำรุงรักษา
ความพร้อมใช้งานคือ พารามิเตอร์ที่สำคัญอย่างไรก็ตาม มันไม่ได้เป็นสากล
อัตราส่วนความพร้อมในการปฏิบัติงาน- ความน่าจะเป็นที่วัตถุจะอยู่ในสถานะการทำงาน ณ เวลาใดเวลาหนึ่งยกเว้นช่วงพักตามแผนซึ่งในระหว่างนั้นไม่ได้จัดเตรียมการใช้วัตถุตามวัตถุประสงค์ที่ตั้งใจไว้และตั้งแต่ช่วงเวลานี้เป็นต้นไปมันจะทำงานโดยไม่ล้มเหลว สำหรับช่วงเวลาที่กำหนด
ค่าสัมประสิทธิ์ระบุลักษณะความน่าเชื่อถือของออบเจ็กต์ ความต้องการที่เกิดขึ้น ณ เวลาใดเวลาหนึ่งโดยพลการ หลังจากนั้นจำเป็นต้องมีเวลาทำงานแน่นอน จนถึงจุดนี้ อุปกรณ์สามารถอยู่ในโหมดสแตนด์บาย โหมดการใช้งานในฟังก์ชันการทำงานอื่นๆ
ปัจจัยการใช้ประโยชน์ทางเทคนิค- อัตราส่วนของความคาดหวังทางคณิตศาสตร์ของช่วงเวลาของวัตถุที่อยู่ในสถานะทำงานในช่วงระยะเวลาหนึ่งของการทำงานต่อผลรวมของความคาดหวังทางคณิตศาสตร์ของช่วงเวลาของวัตถุที่อยู่ในสถานะทำงาน เวลาหยุดทำงานเนื่องจาก การซ่อมบำรุงและการซ่อมแซมในช่วงเวลาเดียวกันของการดำเนินงาน
เมื่อพิจารณากฎของการกระจายความล้มเหลวพบว่าอัตราความล้มเหลวขององค์ประกอบสามารถคงที่หรือเปลี่ยนแปลงได้ขึ้นอยู่กับเวลาในการทำงาน สำหรับระบบระยะยาว ซึ่งรวมถึงระบบขนส่งทั้งหมด จะมีการบำรุงรักษาเชิงป้องกัน ซึ่งช่วยขจัดผลกระทบของความล้มเหลวจากการสึกหรอได้ ดังนั้น จึงเกิดความล้มเหลวกะทันหันเท่านั้น
สิ่งนี้ทำให้การคำนวณความน่าเชื่อถือง่ายขึ้นอย่างมาก อย่างไรก็ตาม ระบบที่ซับซ้อนประกอบด้วยองค์ประกอบหลายอย่างที่เชื่อมต่อกัน ในทางที่แตกต่างกัน. เมื่อระบบกำลังทำงาน องค์ประกอบบางอย่างจะทำงานอย่างต่อเนื่อง ส่วนอื่น ๆ - เฉพาะบางช่วงเวลาเท่านั้น ส่วนอื่น ๆ - ดำเนินการเฉพาะการสลับสั้น ๆ หรือการดำเนินการเชื่อมต่อ ดังนั้น ในช่วงเวลาที่กำหนด องค์ประกอบเพียงบางส่วนเท่านั้นที่มีเวลาการทำงานที่สอดคล้องกับเวลาการทำงานของระบบ ในขณะที่ส่วนประกอบอื่นๆ ทำงานในเวลาที่สั้นกว่า
ในกรณีนี้ ในการคำนวณเวลาการทำงานของระบบที่กำหนด จะพิจารณาเฉพาะเวลาที่เปิดใช้งานองค์ประกอบเท่านั้น วิธีการดังกล่าวเป็นไปได้หากเราคิดว่าในช่วงเวลาที่องค์ประกอบต่างๆ ไม่ได้รวมอยู่ในการทำงานของระบบ อัตราความล้มเหลวขององค์ประกอบเหล่านั้นจะเป็นศูนย์
จากมุมมองของความน่าเชื่อถือ รูปแบบที่พบมากที่สุดคือการเชื่อมต่อแบบอนุกรมขององค์ประกอบ ในกรณีนี้ การคำนวณจะใช้กฎผลคูณของความน่าเชื่อถือ:
ที่ไหน R(t ฉัน)- ความน่าเชื่อถือ ฉัน-thองค์ประกอบที่รวมอยู่ใน Tiชั่วโมงของเวลาทำงานของระบบทั้งหมด ไทย.
ที่เรียกว่า
อัตราจ้างเท่ากับ
กล่าวคือ อัตราส่วนของเวลาในการทำงานขององค์ประกอบต่อเวลาในการทำงานของระบบ ความหมายเชิงปฏิบัติของค่าสัมประสิทธิ์นี้คือ สำหรับองค์ประกอบที่มีอัตราความล้มเหลวที่ทราบ อัตราความล้มเหลวในระบบโดยคำนึงถึงเวลาในการทำงานจะเท่ากับ
วิธีการเดียวกันนี้สามารถใช้กับแต่ละโหนดของระบบได้
อีกปัจจัยหนึ่งที่ต้องพิจารณาเมื่อวิเคราะห์ความน่าเชื่อถือของระบบคือระดับของปริมาณงานที่องค์ประกอบต่างๆ ทำงานในระบบ เนื่องจากองค์ประกอบส่วนใหญ่กำหนดขนาดของอัตราความล้มเหลวที่คาดไว้
อัตราความล้มเหลวขององค์ประกอบจะแตกต่างกันไปอย่างมาก แม้จะมีการเปลี่ยนแปลงปริมาณงานที่ส่งผลกระทบต่อองค์ประกอบเหล่านั้นเพียงเล็กน้อยก็ตาม
ในกรณีนี้ ความยากหลักในการคำนวณเกิดจากปัจจัยหลายอย่างที่กำหนดทั้งแนวคิดเรื่องความแข็งแรงขององค์ประกอบและแนวคิดเรื่องน้ำหนักบรรทุก
ความแข็งแรงขององค์ประกอบรวมความต้านทานต่อโหลดเชิงกล การสั่นสะเทือน ความดัน ความเร่ง ฯลฯ หมวดหมู่ของความแข็งแรงยังรวมถึงความต้านทานต่อโหลดทางความร้อน ความแข็งแรงทางไฟฟ้า ความต้านทานต่อความชื้น ความต้านทานการกัดกร่อน และคุณสมบัติอื่นๆ อีกหลายประการ ดังนั้น ความแข็งแกร่งจึงไม่สามารถแสดงด้วยค่าตัวเลขที่แน่นอนได้ และไม่มีหน่วยความแข็งแกร่งใดที่คำนึงถึงปัจจัยเหล่านี้ทั้งหมด โหลดก็หลากหลายเช่นกัน ดังนั้นในการประเมินความแข็งแรงและน้ำหนักบรรทุก จึงใช้วิธีการทางสถิติ ซึ่งกำหนดผลที่สังเกตได้ของความล้มเหลวขององค์ประกอบเมื่อเวลาผ่านไปภายใต้การกระทำของชุดของโหลดหรือภายใต้การกระทำของโหลดเด่น
องค์ประกอบได้รับการออกแบบเพื่อให้สามารถทนต่อโหลดที่กำหนดได้ ในระหว่างการทำงานขององค์ประกอบภายใต้ภาระเล็กน้อยจะสังเกตเห็นความสม่ำเสมอบางอย่างในความรุนแรงของความล้มเหลวอย่างกะทันหัน อัตรานี้เรียกว่าอัตราเล็กน้อยของความล้มเหลวอย่างกะทันหันขององค์ประกอบ และเป็นค่าเริ่มต้นสำหรับกำหนดอัตราที่แท้จริงของความล้มเหลวอย่างกะทันหันขององค์ประกอบจริง (โดยคำนึงถึงเวลาในการทำงานและปริมาณงาน)
สำหรับองค์ประกอบหรือระบบจริง ปัจจุบันมีการพิจารณาอิทธิพลของสิ่งแวดล้อมหลักสามประการ: เชิงกล ความร้อน และภาระงาน
อิทธิพลของอิทธิพลทางกลจะถูกนำมาพิจารณาด้วยค่าสัมประสิทธิ์ ค่าที่กำหนดโดยตำแหน่งการติดตั้งของอุปกรณ์และสามารถนำมาเท่ากับ:
สำหรับห้องปฏิบัติการและสถานที่ที่สะดวกสบาย - 1
, การติดตั้งภาคพื้นดินแบบอยู่กับที่ - 10
, หุ้นกลิ้งรถไฟ - 30.
อัตราความล้มเหลวกะทันหันที่กำหนด เลือกตาม
แท็บ 3 ควรเพิ่มขึ้นตามปัจจัยขึ้นอยู่กับตำแหน่งการติดตั้งของอุปกรณ์ที่ใช้งานอยู่
เส้นโค้งมะเดื่อ 7 แสดงให้เห็นถึงลักษณะทั่วไปของการเปลี่ยนแปลงในความรุนแรงของความล้มเหลวอย่างกะทันหันของชิ้นส่วนไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิความร้อนและขนาดของภาระงาน
ความรุนแรงของความล้มเหลวกะทันหันพร้อมกับภาระงานที่เพิ่มขึ้น ดังที่เห็นได้จากเส้นโค้ง เพิ่มขึ้นตามกฎลอการิทึม เส้นโค้งเหล่านี้ยังแสดงให้เห็นว่าอัตราความล้มเหลวอย่างฉับพลันขององค์ประกอบสามารถลดลงได้อย่างไรแม้จะเป็นค่าที่ต่ำกว่าค่าเล็กน้อย อัตราความล้มเหลวกะทันหันจะลดลงอย่างมากหากองค์ประกอบทำงานที่โหลดต่ำกว่าค่าเล็กน้อย
 |
ข้าว. 16
ข้าว. 7 สามารถใช้เมื่อทำการคำนวณโดยประมาณ (ทางการศึกษา) ของความน่าเชื่อถือของชิ้นส่วนไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ โหมดที่กำหนดในกรณีนี้สอดคล้องกับอุณหภูมิ 80°C และ 100% ของภาระการทำงาน
หากพารามิเตอร์การออกแบบขององค์ประกอบแตกต่างจากค่าเล็กน้อย ให้เป็นไปตามเส้นโค้งในรูปที่ 7 สามารถกำหนดการเพิ่มขึ้นของพารามิเตอร์ที่เลือกและอัตราส่วนที่คูณค่าของอัตราความล้มเหลวขององค์ประกอบภายใต้การพิจารณา
ความน่าเชื่อถือสูงสามารถสร้างขึ้นในการออกแบบองค์ประกอบและระบบ ในการทำเช่นนี้จำเป็นต้องพยายามลดอุณหภูมิขององค์ประกอบระหว่างการทำงานและใช้องค์ประกอบที่มีพารามิเตอร์เล็กน้อยเพิ่มขึ้น ซึ่งเท่ากับการลดภาระงาน
ไม่ว่าในกรณีใด ต้นทุนการผลิตที่เพิ่มขึ้นจะตอบแทนด้วยการลดต้นทุนการดำเนินงาน
 |
อัตราความล้มเหลวขององค์ประกอบของวงจรไฟฟ้า
เครื่องดื่มขึ้นอยู่กับโหลดสามารถกำหนดได้ดังนี้
หรือโดยสูตรเอมพิริคัล โดยเฉพาะอย่างยิ่งขึ้นอยู่กับ
ต่อแรงดันไฟฟ้าและอุณหภูมิในการทำงาน
ค่าตารางที่แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด และอุณหภูมิ Ti .
- อัตราความล้มเหลวที่แรงดันไฟฟ้าที่ใช้งาน ยู 2และอุณหภูมิ t2.
สันนิษฐานว่าผลกระทบเชิงกลยังคงอยู่ในระดับเดิม ค่าขึ้นอยู่กับประเภทและประเภทขององค์ประกอบ พีแตกต่างกันไปตั้งแต่ 4 ถึง 10 และค่า ถึงภายใน 1.02 1.15
เมื่อกำหนดอัตราความล้มเหลวที่แท้จริงขององค์ประกอบจำเป็นต้องมีแนวคิดที่ดีเกี่ยวกับระดับโหลดที่คาดไว้ซึ่งองค์ประกอบจะทำงานเพื่อคำนวณค่าพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าและความร้อนโดยคำนึงถึงสภาวะชั่วคราว การระบุโหลดที่กระทำกับแต่ละองค์ประกอบอย่างถูกต้องทำให้การคำนวณความน่าเชื่อถือมีความแม่นยำเพิ่มขึ้นอย่างมาก
เมื่อคำนวณความน่าเชื่อถือโดยคำนึงถึงความล้มเหลวในการสึกหรอ จำเป็นต้องคำนึงถึงสภาพการใช้งานด้วย ค่าความทนทาน เอ็มกำหนดในตาราง 3 เช่นเดียวกับโหลดที่กำหนดและสภาวะในห้องปฏิบัติการ องค์ประกอบทั้งหมดที่ทำงานในสภาวะอื่นมีความทนทานซึ่งแตกต่างจากนั้นตามจำนวน ถึงค่า ถึงสามารถนำมาเท่ากับ:
สำหรับห้องปฏิบัติการ - 1.0
, การติดตั้งภาคพื้นดิน - 0.3
, หุ้นกลิ้งรถไฟ - 0.17
ความผันผวนของค่าสัมประสิทธิ์เล็กน้อย ถึงเป็นไปได้สำหรับอุปกรณ์เพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ
เพื่อกำหนดความทนทานที่คาดหวัง มจำเป็นต้องคูณอายุเฉลี่ย (เล็กน้อย) ซึ่งกำหนดจากตารางด้วยค่าสัมประสิทธิ์ ถึง .
ในกรณีที่ไม่มีวัสดุที่จำเป็นในการกำหนดอัตราความล้มเหลวโดยขึ้นอยู่กับระดับโหลด สามารถใช้วิธีค่าสัมประสิทธิ์ในการคำนวณอัตราความล้มเหลวได้
สาระสำคัญของวิธีการคำนวณค่าสัมประสิทธิ์คือเมื่อคำนวณเกณฑ์ความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์ จะใช้ค่าสัมประสิทธิ์ที่เกี่ยวข้องกับอัตราความล้มเหลวขององค์ประกอบ หลากหลายชนิดด้วยอัตราความล้มเหลวขององค์ประกอบ คุณลักษณะความน่าเชื่อถือซึ่งเป็นที่รู้จักอย่างน่าเชื่อถือ
สันนิษฐานว่ากฎของความน่าเชื่อถือแบบเอกซ์โปเนนเชียลนั้นถูกต้อง และอัตราความล้มเหลวขององค์ประกอบทุกประเภทจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับสภาพการใช้งานในระดับเดียวกัน สมมติฐานสุดท้ายหมายความว่าภายใต้เงื่อนไขการดำเนินงานต่างๆ ความสัมพันธ์
อัตราความล้มเหลวขององค์ประกอบที่ทราบลักษณะเชิงปริมาณ
ปัจจัยความน่าเชื่อถือ ฉัน-thองค์ประกอบ. องค์ประกอบที่มีอัตราความล้มเหลว ^ 0 เรียกว่าองค์ประกอบหลักของการคำนวณระบบ เมื่อคำนวณค่าสัมประสิทธิ์ เค ไอ wire_unregulated ความต้านทานถือเป็นองค์ประกอบหลักของการคำนวณระบบ ในกรณีนี้ ในการคำนวณความน่าเชื่อถือของระบบ ไม่จำเป็นต้องทราบอัตราความล้มเหลวขององค์ประกอบทุกประเภท ก็เพียงพอที่จะทราบค่าสัมประสิทธิ์ความน่าเชื่อถือเท่านั้น เค ไอจำนวนองค์ประกอบในวงจรและอัตราความล้มเหลวขององค์ประกอบหลักของการคำนวณตั้งแต่ เค ไอมีการกระจายของค่าแล้วตรวจสอบความน่าเชื่อถือเป็น ถึงนาที และสำหรับ ถึงสูงสุด ค่า กีพิจารณาจากการวิเคราะห์ข้อมูลอัตราความล้มเหลวสำหรับอุปกรณ์เพื่อวัตถุประสงค์ต่าง ๆ แสดงไว้ในตาราง 5.
ตารางที่ 5
อัตราความล้มเหลวขององค์ประกอบหลักของการคำนวณ (ในกรณีนี้คือความต้านทาน) ควรกำหนดเป็นค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักของอัตราความล้มเหลวของความต้านทานที่ใช้ในระบบที่ออกแบบ เช่น
และ เอ็น อาร์- อัตราความล้มเหลวและจำนวนความต้านทาน ฉัน-thประเภทและมูลค่า
ต- จำนวนประเภทและการจัดอันดับความต้านทาน
เป็นที่พึงปรารถนาที่จะสร้างผลลัพธ์ที่ขึ้นอยู่กับความน่าเชื่อถือของระบบตามเวลาในการทำงานเช่นเดียวกับค่าต่างๆ ถึงนาที , ดังนั้นสำหรับ ถึงสูงสุด
การมีข้อมูลเกี่ยวกับความน่าเชื่อถือของแต่ละองค์ประกอบที่รวมอยู่ในระบบ เป็นไปได้ที่จะประเมินความน่าเชื่อถือของระบบโดยทั่วไป และกำหนดบล็อกและโหนดที่ต้องการการปรับปรุงเพิ่มเติม ในการทำเช่นนี้ ระบบภายใต้การศึกษาจะถูกแบ่งออกเป็นโหนดตามคุณลักษณะเชิงสร้างสรรค์หรือเชิงความหมาย (แผนภาพบล็อกถูกวาดขึ้น) สำหรับแต่ละโหนดที่เลือก ความน่าเชื่อถือจะถูกกำหนด (โหนดที่มีความน่าเชื่อถือน้อยกว่าจำเป็นต้องมีการปรับแต่งและปรับปรุงตั้งแต่แรก)
เมื่อเปรียบเทียบความน่าเชื่อถือของโหนดและอื่น ๆ ตัวเลือกต่างๆระบบ ควรจำไว้ว่าค่าสัมบูรณ์ของความน่าเชื่อถือไม่ได้สะท้อนถึงพฤติกรรมของระบบในการทำงานและประสิทธิภาพของระบบ ค่าความน่าเชื่อถือของระบบที่เท่ากันสามารถทำได้ในกรณีเดียวเนื่องจากองค์ประกอบหลัก การซ่อมแซมและเปลี่ยนทดแทนต้องใช้เวลามากและค่าวัสดุจำนวนมาก (สำหรับหัวรถจักรไฟฟ้า การถอดจากการเดินรถไฟ) ในอีกกรณีหนึ่ง เหล่านี้ เป็นองค์ประกอบเล็ก ๆ ทดแทนซึ่งดำเนินการโดยพนักงาน บุคลากร โดยไม่ต้องถอดเครื่องออกจากงาน ดังนั้นสำหรับการวิเคราะห์เปรียบเทียบระบบที่ออกแบบ ขอแนะนำให้เปรียบเทียบความน่าเชื่อถือขององค์ประกอบที่มีความหมายและผลที่ตามมาซึ่งเกิดจากความล้มเหลวคล้ายคลึงกัน
เมื่อประเมินการคำนวณความน่าเชื่อถือ คุณสามารถใช้ข้อมูลประสบการณ์การทำงานของระบบที่คล้ายกันได้ ซึ่งคำนึงถึงสภาพการใช้งานในระดับหนึ่ง การคำนวณในกรณีนี้สามารถทำได้สองวิธี: โดยระดับความน่าเชื่อถือโดยเฉลี่ยของอุปกรณ์ประเภทเดียวกันหรือโดยปัจจัยการแปลงเป็นสภาพการใช้งานจริง
การคำนวณตามระดับความน่าเชื่อถือโดยเฉลี่ยตั้งอยู่บนสมมติฐานว่าอุปกรณ์ที่ออกแบบและตัวอย่างที่ดำเนินการมีค่าเท่ากัน สิ่งนี้สามารถใช้ได้กับองค์ประกอบเดียวกัน ระบบที่คล้ายกัน และอัตราส่วนขององค์ประกอบในระบบเดียวกัน
สาระสำคัญของวิธีการคือว่า
และ - จำนวนองค์ประกอบและเวลาระหว่างความล้มเหลวของอุปกรณ์ - ตัวอย่าง
และ - อุปกรณ์ที่ออกแบบมาเหมือนกัน จากอัตราส่วนนี้ทำให้ง่ายต่อการกำหนดเวลาระหว่างความล้มเหลวของอุปกรณ์ที่ออกแบบ:
ข้อดีของวิธีนี้คือความเรียบง่าย ข้อเสีย - ตามกฎแล้วไม่มีตัวอย่างอุปกรณ์ที่ใช้งานอยู่เหมาะสำหรับการเปรียบเทียบกับอุปกรณ์ที่ออกแบบ
การคำนวณด้วยวิธีที่สองนั้นขึ้นอยู่กับการกำหนดปัจจัยการแปลงซึ่งคำนึงถึงสภาพการทำงานของอุปกรณ์ที่คล้ายคลึงกัน ในการตรวจสอบระบบที่คล้ายกันจะถูกเลือกซึ่งทำงานภายใต้เงื่อนไขที่ระบุ อาจไม่ตรงตามข้อกำหนดอื่นๆ สำหรับระบบปฏิบัติการที่เลือก ตัวบ่งชี้ความน่าเชื่อถือจะถูกกำหนดโดยใช้ข้อมูลในตาราง 3 ข้อมูลประสิทธิภาพเดียวกันจะถูกกำหนดแยกกัน
ปัจจัยการแปลงถูกกำหนดเป็นอัตราส่วน
- MTBF ตามข้อมูลการดำเนินงาน
ที ออนซ์- เวลาที่ล้มเหลวโดยการคำนวณ
สำหรับอุปกรณ์ที่ออกแบบ การคำนวณตัวบ่งชี้ความน่าเชื่อถือจะดำเนินการโดยใช้ข้อมูลแบบตารางเดียวกันกับระบบปฏิบัติการ ผลลัพธ์จะถูกคูณด้วย เค อี
ค่าสัมประสิทธิ์ เค อีคำนึงถึงสภาพการใช้งานจริง - การซ่อมแซมเชิงป้องกันและคุณภาพ การเปลี่ยนชิ้นส่วนระหว่างการซ่อมแซม คุณสมบัติของบุคลากรซ่อมบำรุง สภาพของอุปกรณ์คลังสินค้า ฯลฯ ซึ่งไม่สามารถคาดการณ์ได้ด้วยวิธีการคำนวณอื่น ค่า เค อีอาจมีมากกว่าหนึ่ง
วิธีการคำนวณใด ๆ ที่พิจารณาสามารถทำได้สำหรับความน่าเชื่อถือที่กำหนดเช่นโดยวิธีการตรงกันข้าม - จากความน่าเชื่อถือของระบบและเวลาระหว่างความล้มเหลวไปจนถึงการเลือกตัวบ่งชี้ขององค์ประกอบที่เป็นส่วนประกอบ
1.1 ความน่าจะเป็นของการดำเนินการที่ปราศจากข้อผิดพลาด
ความน่าจะเป็นของการทำงานที่ปราศจากความล้มเหลวคือความน่าจะเป็นที่ภายใต้สภาวะการทำงานบางอย่าง ภายในเวลาการทำงานที่กำหนด จะไม่เกิดความล้มเหลวขึ้น
ความน่าจะเป็นของการดำเนินการที่ปราศจากความล้มเหลวจะแสดงเป็น พี(ล)
ซึ่งกำหนดโดยสูตร (1.1):
ที่ไหน เอ็น 0 - จำนวนองค์ประกอบที่จุดเริ่มต้นของการทดสอบร(ล) - จำนวนความล้มเหลวขององค์ประกอบตามเวลาของการดำเนินการควรสังเกตว่าค่ายิ่งมากเอ็น 0
ยิ่งคุณสามารถคำนวณความน่าจะเป็นได้แม่นยำมากขึ้นเท่านั้นพี(ล).
ในช่วงเริ่มต้นของการทำงานของหัวรถจักรที่ให้บริการ พี(0)
= 1 ตั้งแต่ระหว่างการวิ่ง ล= 0 ความน่าจะเป็นที่ไม่มีองค์ประกอบใดล้มเหลวจะใช้ค่าสูงสุด - 1 ด้วยระยะทางที่เพิ่มขึ้น ลความน่าจะเป็น พี(ล) จะลดลง ในกระบวนการเข้าใกล้อายุการใช้งานเป็นค่าที่มากอย่างไม่สิ้นสุด ความน่าจะเป็นของการทำงานที่ปราศจากข้อผิดพลาดจะมีแนวโน้มเป็นศูนย์ พี(ล→∞)
= 0 ดังนั้น ในกระบวนการของเวลาการทำงาน ค่าของความน่าจะเป็นของการดำเนินการที่ไม่ผิดพลาดจะแตกต่างกันไปตั้งแต่ 1 ถึง 0 ลักษณะของการเปลี่ยนแปลงของความน่าจะเป็นของการดำเนินการที่ไม่มีข้อผิดพลาดตามฟังก์ชันของระยะทางจะแสดงในรูปที่ . 1.1.
รูปที่ 2.1 กราฟแสดงการเปลี่ยนแปลงของความน่าจะเป็นของการดำเนินการที่ปราศจากข้อผิดพลาด พี(ล.)ขึ้นอยู่กับการทำงาน
ข้อได้เปรียบหลักของการใช้ตัวบ่งชี้นี้ในการคำนวณคือสองปัจจัย: ประการแรก ความน่าจะเป็นของการดำเนินการที่ปราศจากข้อผิดพลาดครอบคลุมปัจจัยทั้งหมดที่ส่งผลต่อความน่าเชื่อถือขององค์ประกอบ ช่วยให้คุณตัดสินความน่าเชื่อถือได้ง่ายเพราะ ยิ่งมีค่ามากพี(ล) ยิ่งมีความน่าเชื่อถือสูง ประการที่สอง ความน่าจะเป็นของการดำเนินงานที่ปราศจากความล้มเหลวสามารถใช้ในการคำนวณความน่าเชื่อถือของระบบที่ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยองค์ประกอบมากกว่าหนึ่งส่วน
1.2 ความน่าจะเป็นของความล้มเหลว
ความน่าจะเป็นของความล้มเหลวคือความน่าจะเป็นที่ภายใต้สภาวะการทำงานบางอย่าง ความล้มเหลวอย่างน้อยหนึ่งครั้งจะเกิดขึ้นภายในเวลาการทำงานที่กำหนด
ความน่าจะเป็นของความล้มเหลวจะแสดงเป็น ถาม(ล) ซึ่งกำหนดโดยสูตร (1.2):
ในช่วงเริ่มต้นของการทำงานของหัวรถจักรที่ให้บริการถาม(0) = 0 ตั้งแต่ระหว่างการวิ่งล= 0 ความน่าจะเป็นที่อย่างน้อยหนึ่งองค์ประกอบจะล้มเหลวจะใช้ค่าต่ำสุด - 0 ด้วยระยะทางที่เพิ่มขึ้นลความน่าจะเป็นของความล้มเหลวถาม(ล) จะเพิ่มขึ้น. ในกระบวนการเข้าใกล้อายุการใช้งานเป็นมูลค่ามหาศาล ความน่าจะเป็นของความล้มเหลวจะมีแนวโน้มที่จะเป็นเอกภาพถาม(ล→∞ ) = 1 ดังนั้น ในกระบวนการของเวลาการทำงาน ค่าของความน่าจะเป็นของความล้มเหลวจะแตกต่างกันไปตั้งแต่ 0 ถึง 1 ลักษณะของการเปลี่ยนแปลงของความน่าจะเป็นของความล้มเหลวในฟังก์ชันการทำงานจะแสดงในรูปที่ 1.2.ความน่าจะเป็นของการทำงานที่ปราศจากความล้มเหลวและความน่าจะเป็นของความล้มเหลวนั้นเป็นเหตุการณ์ที่ตรงกันข้ามและเข้ากันไม่ได้
รูปที่ 2.2 กราฟการเปลี่ยนแปลงความน่าจะเป็นของความล้มเหลว คิว(ล.)ขึ้นอยู่กับการทำงาน
1.3 อัตราความล้มเหลว
อัตราความล้มเหลวคืออัตราส่วนของจำนวนองค์ประกอบต่อหน่วยเวลาหรือระยะทาง หารด้วยจำนวนองค์ประกอบเริ่มต้นที่ทดสอบ กล่าวอีกนัยหนึ่ง อัตราความล้มเหลวเป็นตัวบ่งชี้ที่แสดงลักษณะอัตราการเปลี่ยนแปลงในความน่าจะเป็นของความล้มเหลวและความน่าจะเป็นของการทำงานที่ปราศจากความล้มเหลวเมื่อระยะเวลาการทำงานเพิ่มขึ้น
อัตราความล้มเหลวจะแสดงเป็นและถูกกำหนดโดยสูตร (1.3):
จำนวนองค์ประกอบที่ล้มเหลวสำหรับช่วงเวลาการรันคือที่ใด
ตัวบ่งชี้นี้ช่วยให้คุณสามารถตัดสินตามค่าของจำนวนองค์ประกอบที่จะล้มเหลวในบางช่วงเวลาหรือระยะทางและคุณสามารถคำนวณจำนวนชิ้นส่วนอะไหล่ที่ต้องการได้ด้วยค่าของมัน
ลักษณะของการเปลี่ยนแปลงความถี่ของความล้มเหลวในฟังก์ชั่นระยะทางจะแสดงในรูปที่ 1.3.
ข้าว. 1.3. กราฟการเปลี่ยนแปลงความถี่ของความล้มเหลวขึ้นอยู่กับเวลาในการทำงาน
1.4 อัตราความล้มเหลว
อัตราความล้มเหลวคือความหนาแน่นตามเงื่อนไขของการเกิดขึ้นของความล้มเหลวของออบเจกต์ ซึ่งกำหนดสำหรับช่วงเวลาที่พิจารณาหรือเวลาการทำงาน โดยมีเงื่อนไขว่าจนถึงจุดนี้ ความล้มเหลวยังไม่เกิดขึ้น มิฉะนั้น อัตราความล้มเหลวคืออัตราส่วนของจำนวนองค์ประกอบที่ล้มเหลวต่อหน่วยเวลาหรือระยะทางต่อจำนวนองค์ประกอบที่ทำงานได้อย่างถูกต้องในช่วงเวลาที่กำหนด
อัตราความล้มเหลวจะแสดงเป็นและถูกกำหนดโดยสูตร (1.4):
ที่ไหน 
โดยทั่วไปแล้ว อัตราความล้มเหลวเป็นฟังก์ชันที่ไม่ลดลงของเวลา อัตราความล้มเหลวมักใช้เพื่อประเมินแนวโน้มของความล้มเหลวในจุดต่างๆ ในการทำงานของวัตถุ
บนมะเดื่อ 1.4. ลักษณะทางทฤษฎีของการเปลี่ยนแปลงในอัตราความล้มเหลวเป็นฟังก์ชันของการทำงานถูกนำเสนอ
ข้าว. 1.4. กราฟการเปลี่ยนแปลงของอัตราความล้มเหลวขึ้นอยู่กับเวลาการทำงาน
บนกราฟของการเปลี่ยนแปลงอัตราความล้มเหลวแสดงในรูป 1.4. เป็นไปได้ที่จะแยกสามขั้นตอนหลักที่สะท้อนถึงกระบวนการทำงานขององค์ประกอบหรือวัตถุโดยรวม
ขั้นตอนแรกหรือที่เรียกว่าขั้นตอนการเบิร์นอินนั้นมีลักษณะเฉพาะคืออัตราความล้มเหลวที่เพิ่มขึ้นในช่วงเริ่มต้นของการทำงาน สาเหตุของการเพิ่มขึ้นของอัตราความล้มเหลวใน ขั้นตอนนี้เป็นข้อบกพร่องในการผลิตที่ซ่อนอยู่
ขั้นตอนที่สองหรือช่วงเวลา ดำเนินการตามปกติมีลักษณะโดยแนวโน้มของอัตราความล้มเหลวเป็นค่าคงที่ ในช่วงเวลานี้ ความล้มเหลวแบบสุ่มอาจเกิดขึ้นเนื่องจากลักษณะของความเข้มข้นของโหลดอย่างฉับพลันที่เกินกำลังสูงสุดขององค์ประกอบ
ระยะที่สาม ระยะที่เรียกว่าอายุมาก เป็นลักษณะของความล้มเหลวในการสึกหรอ การทำงานต่อไปขององค์ประกอบโดยไม่มีการเปลี่ยนจะไม่ยั่งยืนทางเศรษฐกิจ
1.5 เวลาเฉลี่ยที่จะล้มเหลว
เวลาเฉลี่ยที่จะล้มเหลวคือระยะเฉลี่ยระหว่างความล้มเหลวขององค์ประกอบก่อนความล้มเหลว
เวลาเฉลี่ยที่จะล้มเหลวจะแสดงเป็น แอล 1 และถูกกำหนดโดยสูตร (1.5):
ที่ไหน ล ฉัน- เวลาที่องค์ประกอบล้มเหลว ร ฉัน- จำนวนความล้มเหลว
เวลาเฉลี่ยที่จะล้มเหลวสามารถใช้เพื่อกำหนดระยะเวลาเบื้องต้นของการซ่อมแซมหรือเปลี่ยนชิ้นส่วนได้
1.6 ค่าเฉลี่ยของพารามิเตอร์อัตราความล้มเหลว
ค่าเฉลี่ยของพารามิเตอร์โฟลว์ความล้มเหลวแสดงลักษณะความหนาแน่นเฉลี่ยของความน่าจะเป็นของความล้มเหลวของออบเจกต์ที่เกิดขึ้น ซึ่งกำหนดสำหรับช่วงเวลาที่พิจารณา
ค่าเฉลี่ยของพารามิเตอร์อัตราความล้มเหลวแสดงเป็น Wพุธ และถูกกำหนดโดยสูตร (1.6):
1.7 ตัวอย่างการคำนวณตัวบ่งชี้ความน่าเชื่อถือ
ข้อมูลเบื้องต้น.
ในระหว่างการวิ่งจาก 0 ถึง 600,000 กม. ในคลังรถจักร มีการรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับความล้มเหลวของ TED ในเวลาเดียวกัน จำนวน TED ที่สามารถให้บริการได้ ณ จุดเริ่มต้นของช่วงเวลาดำเนินการคือ N0 = 180 ชิ้น จำนวนรวมของ TED ที่ล้มเหลวสำหรับช่วงเวลาที่วิเคราะห์คือ ∑r(600000) = 60 ใช้ช่วงเวลาการวิ่งเท่ากับ 100,000 กม. ในขณะเดียวกัน จำนวน TED ที่ล้มเหลวสำหรับแต่ละส่วนคือ: 2, 12, 16, 10, 14, 6
ที่จำเป็น.
จำเป็นต้องคำนวณตัวบ่งชี้ความน่าเชื่อถือและสร้างการพึ่งพาการเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป
ก่อนอื่นคุณต้องกรอกข้อมูลในตารางข้อมูลเริ่มต้นตามที่แสดงในตาราง 1.1.
ตารางที่ 1.1.
| ,พันกม | 0 - 100 | 100 - 200 | 200 - 300 | 300 - 400 | 400 - 500 | 500 - 600 |
| 2 | 12 | 16 | 10 | 14 | 6 | |
| 2 | 14 | 30 | 40 | 54 | 60 |
เริ่มแรกโดยใช้สมการ (1.1) เราจะกำหนดค่าความน่าจะเป็นของการดำเนินการที่ปราศจากความล้มเหลวสำหรับแต่ละส่วนของการรัน ดังนั้นสำหรับส่วนตั้งแต่ 0 ถึง 100 และ 100 ถึง 200,000 กม. ไมล์สะสม ความน่าจะเป็นของการทำงานที่ปราศจากข้อผิดพลาดจะเป็น:
ลองคำนวณอัตราความล้มเหลวตามสมการ (1.3)
จากนั้นอัตราความล้มเหลวในส่วน 0-100,000 กม. จะเท่ากับ:
ในทำนองเดียวกันเรากำหนดค่าของอัตราความล้มเหลวสำหรับช่วงเวลา 100-200,000 กม.
การใช้สมการ (1.5 และ 1.6) เราจะกำหนดเวลาเฉลี่ยที่จะเกิดความล้มเหลวและค่าเฉลี่ยของพารามิเตอร์อัตราความล้มเหลว
เราจัดระบบผลลัพธ์ของการคำนวณและนำเสนอในรูปแบบของตาราง (ตารางที่ 1.2.)
ตารางที่ 1.2
| ,พันกม | 0 - 100 | 100 - 200 | 200 - 300 | 300 - 400 | 400 - 500 | 500 - 600 |
| 2 | 12 | 16 | 10 | 14 | 6 | |
| 2 | 14 | 30 | 40 | 54 | 60 | |
| พี(ล.) | 0,989 | 0,922 | 0,833 | 0,778 | 0,7 | 0,667 |
| คิว(ล.) | 0,011 | 0,078 | 0,167 | 0,222 | 0,3 | 0,333 |
| 10 -7 , 1/กม | 1,111 | 6,667 | 8,889 | 5,556 | 7,778 | 3,333 |
| 10 -7 , 1/กม | 1,117 | 6,977 | 10,127 | 6,897 | 10,526 | 4,878 |
ให้เรานำเสนอลักษณะของการเปลี่ยนแปลงในความน่าจะเป็นของการดำเนินการที่ปราศจากความล้มเหลวของ TED โดยขึ้นอยู่กับการดำเนินการ (รูปที่ 1.5) ควรสังเกตว่าจุดแรกบนกราฟคือ ด้วยการรันเท่ากับ 0 ค่าของความน่าจะเป็นของการดำเนินการที่ไม่ล้มเหลวจะใช้ค่าสูงสุด - 1
ข้าว. 1.5. กราฟของการเปลี่ยนแปลงความน่าจะเป็นของการดำเนินการโดยปราศจากข้อผิดพลาดขึ้นอยู่กับเวลาในการทำงาน
ให้เรานำเสนอลักษณะของการเปลี่ยนแปลงในความน่าจะเป็นของความล้มเหลวของ TEM ขึ้นอยู่กับการวิ่ง (รูปที่ 1.6.) ควรสังเกตว่าจุดแรกบนกราฟคือ ด้วยการรันเท่ากับ 0 ค่าความน่าจะเป็นของความล้มเหลวจะใช้ค่าต่ำสุด - 0
ข้าว. 1.6. กราฟการเปลี่ยนแปลงความน่าจะเป็นของความล้มเหลวขึ้นอยู่กับเวลาการทำงาน
เรานำเสนอลักษณะของการเปลี่ยนแปลงในความถี่ของความล้มเหลวของ TED ขึ้นอยู่กับการรัน (รูปที่ 1.7.)
ข้าว. 1.7. กราฟการเปลี่ยนแปลงความถี่ของความล้มเหลวขึ้นอยู่กับเวลาในการทำงาน
บนมะเดื่อ 1.8. การพึ่งพาอาศัยกันของการเปลี่ยนแปลงความเข้มของความล้มเหลวกับเวลาการทำงานจะแสดงขึ้น
ข้าว. 1.8. กราฟการเปลี่ยนแปลงของอัตราความล้มเหลวขึ้นอยู่กับเวลาการทำงาน
2.1 กฎการแจกแจงของตัวแปรสุ่ม
กฎเลขยกกำลังอธิบายความน่าเชื่อถือของโหนดได้ค่อนข้างแม่นยำในกรณีที่เกิดความล้มเหลวอย่างกะทันหันในลักษณะสุ่ม ความพยายามที่จะนำไปใช้กับประเภทและกรณีความล้มเหลวอื่นๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งความล้มเหลวแบบค่อยเป็นค่อยไปที่เกิดจากการสึกหรอและการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ของธาตุ แสดงให้เห็นว่าไม่เป็นที่ยอมรับเพียงพอ
ข้อมูลเบื้องต้น.
ผลจากการทดสอบปั๊มเชื้อเพลิงแรงดันสูง 10 ตัว เวลาทำงานจนล้มเหลวคือ 400, 440, 500, 600, 670, 700, 800, 1200, 1600, 1800 ชั่วโมง สมมติว่าเวลาทำงานจนถึงความล้มเหลวของเชื้อเพลิง ปั๊มเป็นไปตามกฎการกระจายแบบเอ็กซ์โปเนนเชียล
ที่จำเป็น.
ประเมินขนาดของอัตราความล้มเหลว ตลอดจนคำนวณความน่าจะเป็นของการทำงานโดยปราศจากความล้มเหลวในช่วง 500 ชั่วโมงแรก และความน่าจะเป็นของความล้มเหลวในช่วงเวลาระหว่าง 800 ถึง 900 ชั่วโมงของการทำงานของดีเซล
ขั้นแรกให้กำหนดค่าของเวลาเฉลี่ยของปั๊มเชื้อเพลิงที่ล้มเหลวตามสมการ:
จากนั้นเราจะคำนวณค่าของอัตราความล้มเหลว:
ค่าของความน่าจะเป็นของการทำงานไม่ผิดพลาดของปั๊มเชื้อเพลิงที่มีเวลาทำงาน 500 ชั่วโมงจะเป็น:
ความน่าจะเป็นของความล้มเหลวระหว่าง 800 ถึง 900 ชั่วโมงของการทำงานของปั๊มจะเป็น:
2.2 กฎหมายการกระจาย Weibull-Gnedenko
กฎการกระจาย Weibull-Gnedenko เป็นที่แพร่หลายและถูกนำมาใช้ในระบบที่ประกอบด้วยแถวขององค์ประกอบที่เชื่อมต่อเป็นชุดจากมุมมองของการรับประกันความน่าเชื่อถือของระบบ ตัวอย่างเช่น ระบบที่ให้บริการชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล: การหล่อลื่น การระบายความร้อน การจ่ายเชื้อเพลิง การจ่ายอากาศ เป็นต้น
ข้อมูลเบื้องต้น.
เวลาว่างของหัวรถจักรดีเซลในการซ่อมแซมที่ไม่ได้กำหนดไว้เนื่องจากความผิดพลาดของอุปกรณ์เสริมเป็นไปตามกฎหมายการกระจาย Weibull-Gnedenko ด้วยพารามิเตอร์ b=2 และ a=46
ที่จำเป็น.
จำเป็นต้องพิจารณาความน่าจะเป็นของหัวรถจักรดีเซลที่ออกจากการซ่อมแซมที่ไม่ได้กำหนดไว้หลังจากหยุดทำงาน 24 ชั่วโมง และเวลาหยุดทำงานระหว่างที่ประสิทธิภาพการทำงานจะได้รับการฟื้นฟูด้วยความน่าจะเป็น 0.95
ลองหาความน่าจะเป็นที่จะคืนสมรรถนะของหัวรถจักรหลังจากไม่ได้ใช้งานในโรงรถเป็นเวลาหนึ่งวันตามสมการ:
ในการกำหนดเวลาการกู้คืนของหัวรถจักรด้วยค่าความน่าจะเป็นความเชื่อมั่นที่กำหนด เรายังใช้นิพจน์:
2.3 กฎการกระจายของเรย์ลี
กฎการกระจายของ Rayleigh ใช้เป็นหลักในการวิเคราะห์การทำงานขององค์ประกอบที่มีผลต่ออายุที่เด่นชัด (ส่วนประกอบของอุปกรณ์ไฟฟ้า ซีลประเภทต่างๆ แหวนรอง ปะเก็นที่ทำจากยางหรือวัสดุสังเคราะห์)
ข้อมูลเบื้องต้น.
เป็นที่ทราบกันดีว่าเวลาการทำงานของคอนแทคเตอร์จนถึงความล้มเหลวในแง่ของพารามิเตอร์อายุของฉนวนคอยล์สามารถอธิบายได้ด้วยฟังก์ชันการกระจายของ Rayleigh ด้วยพารามิเตอร์ S = 260,000 กม.
ที่จำเป็น.
สำหรับเวลาปฏิบัติการ 120,000 กม. จำเป็นต้องกำหนดความน่าจะเป็นของการทำงานที่ปราศจากความล้มเหลว อัตราความล้มเหลว และเวลาเฉลี่ยที่จะเกิดความล้มเหลวครั้งแรกของขดลวดคอนแทคแม่เหล็กไฟฟ้า
3.1 การเชื่อมต่อพื้นฐานขององค์ประกอบ
ระบบที่ประกอบด้วยองค์ประกอบอิสระหลายส่วนที่เชื่อมต่อตามหน้าที่ในลักษณะที่ความล้มเหลวขององค์ประกอบใดองค์ประกอบหนึ่งทำให้เกิดความล้มเหลวของระบบ จะแสดงโดยแผนภาพโครงสร้างที่คำนวณได้ของการดำเนินการที่ปราศจากความล้มเหลวพร้อมเหตุการณ์ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมของการดำเนินการที่ปราศจากความล้มเหลว ขององค์ประกอบ
ข้อมูลเบื้องต้น.
ระบบที่ไม่ซ้ำซ้อนประกอบด้วย 5 องค์ประกอบ อัตราความล้มเหลวของพวกเขาคือ 0.00007 ตามลำดับ; 0.00005; 0.00004; 0.00006; 0.00004 ชั่วโมง-1
ที่จำเป็น.
จำเป็นต้องกำหนดตัวบ่งชี้ความน่าเชื่อถือของระบบ: อัตราความล้มเหลว, เวลาเฉลี่ยที่จะเกิดความล้มเหลว, ความน่าจะเป็นของการดำเนินการที่ปราศจากความล้มเหลว, อัตราความล้มเหลว รับตัวบ่งชี้ความน่าเชื่อถือ P(l) และ a(l) ในช่วงตั้งแต่ 0 ถึง 1,000 ชั่วโมงโดยเพิ่มทีละ 100 ชั่วโมง
เราคำนวณอัตราความล้มเหลวและเวลาเฉลี่ยที่จะล้มเหลวโดยใช้สมการต่อไปนี้:
ค่าความน่าจะเป็นของการดำเนินการที่ปราศจากความล้มเหลวและความถี่ของความล้มเหลวจะได้มาโดยใช้สมการที่ลดลงเป็นรูปแบบ:
ผลการคำนวณ พี(ล.)และ ก(ล)ในช่วงเวลาตั้งแต่ 0 ถึง 1,000 ชั่วโมงของการทำงานเราจะนำเสนอในรูปแบบของตาราง 3.1.
ตารางที่ 3.1.
| ล, ชั่วโมง | พี(ล.) | ก(ล), ชั่วโมง -1 |
| 0 | 1 | 0,00026 |
| 100 | 0,974355 | 0,000253 |
| 200 | 0,949329 | 0,000247 |
| 300 | 0,924964 | 0,00024 |
| 400 | 0,901225 | 0,000234 |
| 500 | 0,878095 | 0,000228 |
| 600 | 0,855559 | 0,000222 |
| 700 | 0,833601 | 0,000217 |
| 800 | 0,812207 | 0,000211 |
| 900 | 0,791362 | 0,000206 |
| 1000 | 0,771052 | 0,0002 |
ภาพประกอบกราฟิก พี(ล.)และ ก(ล)ในส่วนเวลาเฉลี่ยที่จะล้มเหลวจะแสดงในรูปที่ 3.1, 3.2.
ข้าว. 3.1. ความน่าจะเป็นของการทำงานโดยปราศจากความล้มเหลวของระบบ
ข้าว. 3.2. อัตราความล้มเหลวของระบบ
3.2 การเชื่อมต่อองค์ประกอบซ้ำซ้อน
ข้อมูลเบื้องต้น.
บนมะเดื่อ 3.3 และ 3.4 แสดงแผนภาพสองบล็อกสำหรับการเชื่อมต่อองค์ประกอบ: ทั่วไป (รูปที่ 3.3) และความซ้ำซ้อนแบบองค์ประกอบต่อองค์ประกอบ (รูปที่ 3.4) ความน่าจะเป็นของการดำเนินการโดยปราศจากความล้มเหลวขององค์ประกอบตามลำดับเท่ากับ P1(l) = P ’1(l) = 0.95; P2(ล) = P'2(ล) = 0.9; P3(ล) = P '3(ล) = 0.85.
ข้าว. 3.3. ไดอะแกรมของระบบที่มีความซ้ำซ้อนทั่วไป
ข้าว. 3.4. แบบแผนของระบบที่มีความซ้ำซ้อนแบบองค์ประกอบต่อองค์ประกอบ
ความน่าจะเป็นของการดำเนินการโดยปราศจากความล้มเหลวของบล็อกขององค์ประกอบสามส่วนโดยไม่มีความซ้ำซ้อนคำนวณโดยนิพจน์:
ความน่าจะเป็นของการทำงานโดยปราศจากความล้มเหลวของระบบเดียวกันโดยมีความซ้ำซ้อนทั้งหมด (รูปที่ 3.3) จะเป็น:
ความน่าจะเป็นของการดำเนินการโดยปราศจากความล้มเหลวของแต่ละบล็อกจากสามบล็อกที่มีความซ้ำซ้อนแบบองค์ประกอบต่อองค์ประกอบ (รูปที่ 3.4) จะเท่ากับ:
ความน่าจะเป็นของการดำเนินการโดยปราศจากความล้มเหลวของระบบที่มีความซ้ำซ้อนแบบองค์ประกอบต่อองค์ประกอบจะเป็น:
ดังนั้น ความซ้ำซ้อนแบบองค์ประกอบต่อองค์ประกอบทำให้ความน่าเชื่อถือเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญมากขึ้น (ความน่าจะเป็นของการดำเนินการที่ปราศจากข้อผิดพลาดเพิ่มขึ้นจาก 0.925 เป็น 0.965 นั่นคือ 4%)
ข้อมูลเบื้องต้น.
บนมะเดื่อ 3.5 แสดงระบบที่มีการเชื่อมต่อองค์ประกอบต่างๆ ในกรณีนี้ ความน่าจะเป็นของการดำเนินการโดยปราศจากข้อผิดพลาดขององค์ประกอบมีค่าต่อไปนี้: P1=0.8; P2=0.9; P3=0.95; P4=0.97.
ที่จำเป็น.
จำเป็นต้องกำหนดความน่าเชื่อถือของระบบ นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องกำหนดความน่าเชื่อถือของระบบเดียวกันโดยที่ไม่มีองค์ประกอบที่ซ้ำซ้อน
รูปที่ 3.5 รูปแบบของระบบที่มีการทำงานร่วมกันขององค์ประกอบ
สำหรับการคำนวณในระบบเดิมจำเป็นต้องเลือกบล็อกหลัก มีสามระบบในระบบที่นำเสนอ (รูปที่ 3.6) ต่อไป เราจะคำนวณความน่าเชื่อถือของแต่ละหน่วยแยกจากกัน จากนั้นค้นหาความน่าเชื่อถือของระบบทั้งหมด
ข้าว. 3.6. รูปแบบที่ถูกบล็อก
ความน่าเชื่อถือของระบบที่ไม่มีความซ้ำซ้อนจะเป็น:
ดังนั้น ระบบที่ไม่ซ้ำซ้อนจึงมีความน่าเชื่อถือน้อยกว่าระบบสำรองถึง 28%
ในขั้นตอนการประมาณและการคำนวณโดยประมาณของอุปกรณ์ไฟฟ้าจะมีการคำนวณตัวบ่งชี้ความน่าเชื่อถือหลัก .
ตัวบ่งชี้คุณภาพหลักของความน่าเชื่อถือคือ:
อัตราความล้มเหลว
เวลาเฉลี่ยที่จะล้มเหลว
อัตราความล้มเหลวล (เสื้อ)คือจำนวนความล้มเหลว n(เสื้อ)องค์ประกอบของอุปกรณ์ต่อหน่วยเวลา หมายถึงจำนวนองค์ประกอบทั้งหมดโดยเฉลี่ย ยังไม่มีข้อความ(t)ใช้งานได้ในขณะนั้น Δ ที[ 9]
ล (t)=n(t)/(Nt*Δt) ,
ที่ไหน ∆t- ระยะเวลาที่กำหนด
ตัวอย่างเช่น: อุปกรณ์ 1,000 ชิ้นทำงาน 500 ชั่วโมง ในช่วงเวลานี้ 2 องค์ประกอบล้มเหลว จากที่นี่,
ล (t)=n(t)/(Nt*Δt)=2/(1,000*500)=4*10 -6 1/ชั่วโมง นั่นคือ 4 องค์ประกอบในล้านสามารถล้มเหลวใน 1 ชั่วโมง
อัตราความล้มเหลว l (เสื้อ)องค์ประกอบเป็นข้อมูลอ้างอิง ภาคผนวก D แสดงอัตราความล้มเหลว l (เสื้อ)สำหรับองค์ประกอบที่ใช้กันทั่วไปในวงจร
อุปกรณ์ไฟฟ้าประกอบด้วยส่วนประกอบจำนวนมาก ดังนั้นจึงกำหนดอัตราความล้มเหลวในการทำงาน l (เสื้อ)ของอุปกรณ์ทั้งหมดเป็นผลรวมของอัตราความล้มเหลวขององค์ประกอบทั้งหมด ตามสูตร [11]
โดยที่ k เป็นปัจจัยการแก้ไขที่คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ในอัตราความล้มเหลวเฉลี่ยขององค์ประกอบขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของอุปกรณ์
m คือจำนวนรวมของกลุ่มองค์ประกอบ
n і คือจำนวนองค์ประกอบในกลุ่ม i-th ที่มีอัตราความล้มเหลวเท่ากัน l і (t) .
ความน่าจะเป็นของสถานะการออนไลน์ พี(เสื้อ)คือความน่าจะเป็นภายในระยะเวลาที่กำหนด ทีอุปกรณ์จะไม่ล้มเหลว ตัวบ่งชี้นี้กำหนดโดยอัตราส่วนของจำนวนอุปกรณ์ที่ทำงานได้อย่างไม่มีที่ติจนถึงเวลาที่กำหนด ทีเป็นจำนวนอุปกรณ์ทั้งหมดที่ใช้งานได้ในขณะเริ่มต้น
ตัวอย่างเช่น ความน่าจะเป็นของการดำเนินการที่ปราศจากความล้มเหลว พี(เสื้อ)=0.9 หมายถึงความน่าจะเป็นที่ภายในระยะเวลาที่กำหนด t= 500h จะเกิดความล้มเหลวใน (10-9=1) อุปกรณ์หนึ่งเครื่องจากสิบเครื่อง และอุปกรณ์ 9 จากทั้งหมด 10 เครื่องจะทำงานโดยไม่มีข้อผิดพลาด
ความน่าจะเป็นของสถานะการออนไลน์ พี(เสื้อ)=0.8 คือความน่าจะเป็นที่ภายในระยะเวลาที่กำหนด t=1000h อุปกรณ์ 2 ใน 100 เครื่องจะทำงานล้มเหลว และอุปกรณ์ 80 เครื่องจาก 100 เครื่องจะทำงานโดยไม่เกิดข้อผิดพลาด
ความน่าจะเป็นของสถานะการออนไลน์ พี(เสื้อ)=0.975 หมายถึงความน่าจะเป็นที่ภายในระยะเวลาที่กำหนด t=2500h, 1,000-975=25 อุปกรณ์จากหนึ่งพันเครื่องจะทำงานล้มเหลว และอุปกรณ์ 975 เครื่องจะทำงานโดยไม่เกิดข้อผิดพลาด
ในเชิงปริมาณ ความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์ประมาณค่าความน่าจะเป็น P(t) ของเหตุการณ์ที่อุปกรณ์จะทำงานโดยไม่ล้มเหลวในช่วงเวลาตั้งแต่ 0 ถึง t ค่า P(t) คือความน่าจะเป็นของการไม่เกิดข้อผิดพลาด (ค่าที่คำนวณได้ของ P(t) ไม่ควรน้อยกว่า 0.85) การดำเนินการถูกกำหนดโดยนิพจน์
โดยที่ t คือเวลาการทำงานของระบบ h (t ถูกเลือกจากช่วง: 1,000, 2,000, 4,000, 8000, 10,000 ชั่วโมง);
λ – อัตราความล้มเหลวของอุปกรณ์ 1/ชม.
T 0 - ถึงเวลาล้มเหลว h.
การคำนวณความน่าเชื่อถือประกอบด้วยการหาอัตราความล้มเหลวทั้งหมด λ ของอุปกรณ์และเวลาระหว่างความล้มเหลว:
เวลาในการกู้คืนอุปกรณ์ในกรณีที่เกิดข้อผิดพลาด ได้แก่ เวลาในการค้นหาชิ้นส่วนที่ล้มเหลว เวลาในการเปลี่ยนหรือซ่อมแซม และเวลาในการตรวจสอบความสามารถในการทำงานของอุปกรณ์
สามารถเลือกเวลาพักฟื้นเฉลี่ย T ในอุปกรณ์ไฟฟ้าได้จากช่วง 1, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 18, 24, 36, 48 ชั่วโมง ค่าที่น้อยกว่านั้นสอดคล้องกับอุปกรณ์ที่มีการบำรุงรักษาสูง เวลาการกู้คืนโดยเฉลี่ย T in สามารถลดลงได้โดยใช้การควบคุมในตัวหรือการวินิจฉัยตัวเอง การออกแบบส่วนประกอบแบบโมดูลาร์ การติดตั้งในราคาย่อมเยา
ค่าของปัจจัยความพร้อมใช้งานถูกกำหนดโดยสูตร
โดยที่ T 0 - เวลาที่ล้มเหลว ชั่วโมง
ทีวีคือเวลาพักฟื้นโดยเฉลี่ย h.
ความน่าเชื่อถือขององค์ประกอบขึ้นอยู่กับขอบเขตของไฟฟ้าและ สภาพอุณหภูมิงาน. เพื่อเพิ่มความน่าเชื่อถือ ต้องใช้องค์ประกอบในโหมดแสงที่กำหนดโดยโหลดแฟกเตอร์
โหลดแฟกเตอร์ -นี่คืออัตราส่วนของพารามิเตอร์การออกแบบขององค์ประกอบในโหมดการทำงานกับค่าสูงสุดที่อนุญาต โหลดแฟกเตอร์ขององค์ประกอบต่างๆ อาจแตกต่างกันมาก
เมื่อคำนวณความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์ องค์ประกอบทั้งหมดของระบบจะถูกแบ่งออกเป็นกลุ่มขององค์ประกอบประเภทเดียวกันและปัจจัยโหลดเดียวกัน K n
อัตราความล้มเหลวขององค์ประกอบ ith ถูกกำหนดโดยสูตร
(10.3)
โดยที่ K n i - ตัวประกอบภาระคำนวณในแผนที่ของโหมดการทำงานหรือตั้งค่าโดยสมมติว่าองค์ประกอบทำงานในโหมดปกติในภาคผนวก D ค่าของปัจจัยภาระขององค์ประกอบจะได้รับ
λ 0і - อัตราความล้มเหลวพื้นฐานขององค์ประกอบ ith ระบุไว้ในภาคผนวก ง.
บ่อยครั้งสำหรับการคำนวณความน่าเชื่อถือจะใช้ข้อมูลอัตราความล้มเหลว λ 0i ของแอนะล็อกขององค์ประกอบ
ตัวอย่างการคำนวณความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์ประกอบด้วย BT-85W คอมเพล็กซ์ที่จัดซื้อจากการผลิตนำเข้าและแหล่งพลังงานที่ได้รับการพัฒนาบนฐานองค์ประกอบของการผลิตแบบอนุกรม
อัตราความล้มเหลวของผลิตภัณฑ์ที่นำเข้านั้นพิจารณาจากส่วนกลับของเวลาการทำงาน (บางครั้งใช้ระยะเวลาการรับประกันสำหรับการให้บริการผลิตภัณฑ์) โดยพิจารณาจากการทำงานตามจำนวนชั่วโมงที่กำหนดในหนึ่งวัน
ระยะเวลาการรับประกันของผลิตภัณฑ์นำเข้าที่ซื้อคือ 5 ปี ผลิตภัณฑ์จะทำงาน 14.24 ชั่วโมงต่อวัน:
T \u003d 14.24 ชั่วโมง x 365 วัน x 5 ปี \u003d 25981 ชั่วโมง - เวลาระหว่างความล้มเหลว
10 -6 1/ชั่วโมง - อัตราความล้มเหลว
การคำนวณและข้อมูลเริ่มต้นดำเนินการบนคอมพิวเตอร์โดยใช้ โปรแกรมเอ็กเซลและกำหนดไว้ในตาราง 10.1 และ 10.2 ตัวอย่างการคำนวณแสดงไว้ในตาราง 10.1
ตาราง 10.1 - การคำนวณความน่าเชื่อถือของระบบ
| ชื่อและประเภทขององค์ประกอบหรืออะนาล็อก | ค่าสัมประสิทธิ์, โหลด, K n i | ||||
| λ ผม *10 -6 , 1 / ชม | λ ฉัน *K n ฉัน *10 -6 1 / ชม | หมายเลข n ฉัน , | n і *λ ผม *10 -6 , 1 / ชม | ||
| คอมเพล็กซ์ BT-85W | 1,00 | 38,4897 | 38,4897 | 38,4897 | |
| คาปาซิเตอร์ K53 | 0,60 | 0,0200 | 0,0120 | 0,0960 | |
| เต้ารับ (ปลั๊ก)SNP268 | 0,60 | 0,0500 | 0,0300 | 0,0900 | |
| ชิป TRS | 0,50 | 0,0460 | 0,0230 | 0,0230 | |
| ตัวต้านทาน OMLT | 0,60 | 0,0200 | 0,0120 | 0,0120 | |
| เม็ดมีดหลอมได้ VP1-1 | 0,30 | 0,1040 | 0,0312 | 0,0312 | |
| ซีเนอร์ไดโอด 12V | 0,50 | 0,4050 | 0,2500 | 0,4050 | |
| ไฟแสดงสถานะ 3L341G | 0,20 | 0,3375 | 0,0675 | 0,0675 | |
| สวิตช์ปุ่มกด | 0,30 | 0,0100 | 0, 0030 | 0,0030 | |
| โฟโต้ไดโอด | 0,50 | 0,0172 | 0,0086 | 0,0086 | |
| การเชื่อมต่อด้วยการเชื่อม | 0,40 | 0,0001 | 0,0004 | 0,0004 | |
| ลวด ม | 0,20 | 0,0100 | 0,0020 | 0,2 | 0,0004 |
| การเชื่อมต่อประสาน | 0,50 | 0,0030 | 0,0015 | 0,0045 | |
| l อุปกรณ์ทั้งหมด | å=39.2313 |
กำหนดอัตราความล้มเหลวโดยรวมของอุปกรณ์
จากนั้นเวลาระหว่างความล้มเหลวตามนิพจน์ (10.2) และตามลำดับจะเท่ากับ
ในการพิจารณาความน่าจะเป็นของการดำเนินการที่ปราศจากความล้มเหลวในช่วงระยะเวลาหนึ่ง เราสร้างกราฟอ้างอิง:
ตาราง 10.2 - การคำนวณความน่าจะเป็นของการดำเนินการที่ปราศจากข้อผิดพลาด
| เสื้อ(ชั่วโมง) | |||||||||
| พี(เสื้อ) | 0,97 | 0,9 | 0,8 | 0,55 | 0,74 | 0,65 | 0,52 | 0,4 | 0,34 |
แผนภาพความน่าจะเป็นของการดำเนินการที่ปราศจากข้อผิดพลาดเทียบกับเวลาการทำงานแสดงในรูปที่ 10.1
รูปที่ 10.1 - ความน่าจะเป็นของการทำงานที่ไม่ผิดพลาดจากเวลาการทำงาน
สำหรับอุปกรณ์นั้น ตามกฎแล้ว ความน่าจะเป็นของการดำเนินการที่ปราศจากข้อผิดพลาดถูกตั้งค่าจาก 0.82 เป็น 0.95 ตามกราฟของรูปที่ 10.1 เราสามารถกำหนดสำหรับอุปกรณ์ที่พัฒนาด้วยความน่าจะเป็นของการทำงานที่ปราศจากความล้มเหลวที่กำหนด P(t)=0.82 เวลาระหว่างความล้มเหลว T o =5,000 ชั่วโมง
การคำนวณจะทำขึ้นในกรณีที่ความล้มเหลวขององค์ประกอบใด ๆ นำไปสู่ความล้มเหลวของระบบทั้งหมดโดยรวม การเชื่อมต่อขององค์ประกอบดังกล่าวเรียกว่าลำดับเชิงตรรกะหรือพื้นฐาน ความน่าเชื่อถือสามารถปรับปรุงได้ด้วยความซ้ำซ้อน
ตัวอย่างเช่น. เทคโนโลยีองค์ประกอบช่วยให้มั่นใจได้ถึงอัตราความล้มเหลวโดยเฉลี่ยของชิ้นส่วนพื้นฐาน l ฉัน \u003d 1 * 10 -5 1 / ชม . เมื่อใช้งานในเครื่อง N=1*10 4อัตราความล้มเหลวรวมของชิ้นส่วนเบื้องต้น l o \u003d N * li \u003d 10 -1 1 / ชม . จากนั้นเวลาทำงานเฉลี่ยของอุปกรณ์ ถึง=1/lo=10 h. หากคุณสร้างอุปกรณ์โดยใช้อุปกรณ์ที่เหมือนกัน 4 เครื่องที่เชื่อมต่อแบบขนาน เวลาทำงานเฉลี่ยจะเพิ่มขึ้น N / 4 \u003d 2,500 เท่า และจะเป็น 25,000 ชั่วโมงหรือ 34 เดือนหรือประมาณ 3 ปี
สูตรช่วยให้คุณสามารถคำนวณความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์หากทราบข้อมูลเริ่มต้น - องค์ประกอบของอุปกรณ์, โหมดและเงื่อนไขของการทำงาน, อัตราความล้มเหลวขององค์ประกอบ
กำลังโหลด...