Введение к работе
Актуальность работа.,Как показавает отечественный, и зарубежный опыт исследования и эксплуатации' технических систем, значительную часть их отказов составляют постепенные (или параметрические) отказы. При зтом задача учета отклонении значений параметров от расчетных на заданной временном интервале функционирования признается одной из наиболее сложных к трудоемких на этапе разработки изделий. Учитывая существующие тенденции к усложнению объектов и повышению ответственности выполняемы* ими функцій, важность решения этой задачи неуклонно возрастает.
В последнее время все большее внимание специалистов, занимающихся вопросами надежности технических устройств и систем, привлекает Функционально-параметрический (ФП) подход к решению задач обеспечения надежности. В отличие от традиционного для теории надежности вероатностпо-статкс^яческого подхода, методология которого базируется на эмпирически установленном факте статистической устойчивости частоты отказов, Ш подход основан на изучении закономерностей процессов приближения к отказам, что позволяет рэвзть нзего.оспове не только задачи анализа надежности, но и задачу предотвращения отказов.
Фупкционаліло-ааракетрический подход позволяет объединить традиционные для теории' проектирсввпиа фувкпдснэльнге модели с задачами обеспечения надежности. Возмоікаость и целесообразность такого подхода следует не только та недостатков классического подхода к задаче.обеспечения надежности, но и определяется успешным развитием нзтодоэ математического моделирования динамики сложных частей, автоматизации, математического описания процессов их фупкциошфовзшм, а также методов исследования надежности по постопеншзм отказам {ппраметричесвои Надежности).
Отечественный и'зэрубенвкЯ; опыт работ по обеспечению надежности показывает, что качество и издежость технических объектов в наибольшей степени зависят ст качества проектировз-ния. Испортить изделие плохим изготовлением просто. Значительно слонное кспрззить неудачную разработку, хорошим изготовлением или эксплуатацией. Заметим, что в рамках концептуальной модели ФП-подхода расчет (обеспечение) надежности является естественным продолжением обычных инженерных расчетов на этапе проектирования.
Как и любой другой, ФП подход, наряду с несомненными дог,-
- 4 -таинствами, пе свободен от недостатков, самцм-существенным из которых является его высокая трудоемкость, связанная со сложностью функциональных моделей и использованием статистических методов. Это приводит к необходимости использования для решения задач надежности в рамках этого подхода вычислительной техники и специального программного обеспечения, ориентированного на возмовдюсть проектирования технических объектов с учетом технологических и эксплуатационных отклонений значений параметров элементов от расчетных.
На сегодняшний день известно несколько систем автоматизированного проектирования, позволяюощ: в той или иной степени учитывать отклонения параметров от их расчетных значений (например, разработанная в ИАПУ ДВО РАН система "Надежность", зарубежные программы DELIGHT и ШТАРЬ Однако не секрет, что, по крайней мере в отечественной практике такие системы используются крайне редко. По-видимому, некоторыми причинами этого, кроме причин социального и экономического характера, являются следующие:
-
Трудности получения достоверной исходной информации о закономерностях производственных и эксплуатационных вариаций параметров.
-
Существенные затраты машинного времени, поскольку для расчета и оптимизации надежностных характеристик используются статистические алгоритмы, требующие несколько сотен раз рассчитывать характеристики объекта при различных значениях его параметров.
-
Отсутствие подходящих методик и практических ' руководств по работе с подобными CMIP для инженеров-проектировщиков.
-
Ориентированность подоОных систем на проектировщиков достаточно высокой квалификации, знакомых с їеорйей надежности.
По этим причинам несомненно актуальным является решение круга задач, связанных с созданием автоматизированных систем проектирования РЭА с учетом требований надежности. При этом осеовноь- внимание должно быть уделено вопросам обеспечения высокой вычислительной эффективности применяемых алгоритмов и уменьшения зависимости системы от объема исходной информации.
Полью диссертационной рэботы является разработка и иссле-доазда; эффективных алгоритмических методов параметрической
оптимизации по стохастическим (надежностным) криїериям и создание на их основе автоматизированной системы параметрического синтеза технических объектов с учетом закономерностей вариаций их параметров и требований надежности. В прикладном аспекте работа должна быть ориентирована на решение комплекса задач автоматизации надежностного . проектирования радиоэлектронных схем. С учетом современных тенденций создания САПР эта система должна быть интегрированной (в рамках своей предметной области) и исьользовэть в качестве технической базы персональные ЭВМ.
Методика исследований основывается на применении методов математической статистики и теории вероятностей, теории надежности и схемотехнического проектирования, математического и . системного программирования.
Научная новизна работы:
-
Сфсрмулированы и исследованы общие принципа построения эффективной системы параметрической оптимизации, способной функционировать ври различных объемах исходной информации.
-
Разработан и исследован метод повышения эффективности статистической оптимизации, основанной на квантовании области поиска и идее коррелированных выборок.
-
Разработан и исследован метод быстрой оценки серкйно-пригодности для устройств с хорово ориентированной областью работоспособности.
-
Рвзработан и исследован метод выбора начальных приближений при решении систем нелинейных алге'браических уравнений, описывающих функционирование компонентов РЭС, позволяаций ускорить сходимость метода Ньютона и, тем самкм, сократить время на однократный анализ модели.
На защиту выносятся:
1: Общие принципы построения эффективной системы параметрического синтеза технических объектов.
-
Метода повышения эффективности статистического анализа и оптимизации РЭС.
-
Метод снтаекил трудоемкости однократного анализа математических моделей компонентов РЭС.
Практическая ценность работы ааключаетсг. в следующем: 1. Разработаны .методы проектирования ' радиоэлектронных схем, учитывающие возможный технологический разброс параметров и их эксплуатационные отклонения и обеспечивающие заданную па-
— 6 - ' раметрическую надежность.
2. Газработана автоматизированная система параметрического ироектиров іаия аналогових.радиоэлектронных схем с учетом требований параметрической надежности, ориентированная на ин-иенйров-нроекткровщдков, це знакомах с программированием. Система предназначена для работы на профессиональных персональных ЭВМ или рабочих станциях.
Реализация результатов работы. На базе теоретических и эксперимшггольннх исследовали», выполненных'в диссертационной работе в Ш&51АГ (г. Москва) и на заводе "Дольприбор" (г. 'Владивосток) нровадед ряд научно-исследовательских, опытес-конструкторских й экспериментальных работ по созданию радиоаппаратура. Практическое имгольэовэняе разработанной САПР позволяло повысить качество проектируемая электронных схем и сократить сроки их роэраЗоткк.
Представленный в робото цикл исследований был выполнен в рамках проекта N11? "Проектирование технических систем с учетом требований ішршатрлческоя иадекпостп". Программы фундаментальных исследований АН СССР "Повышение надежности' систем "машаа-чоловок-срода", научно-исследовательской темы "Разра-ботка автоматиоированпои системы схемотехнического проектирования ЮА с учетом требовзшй надежности", выполнявши по постановленій Президиума ДЗО РАИ, а также хоздоговорных тем Института автоматики и процессов управления ДБО РАН.
Апробация рса/льтатоп. Основные положения диссертационной работы докладыволдсь и обсукдалнсь на научных сежнарах Института автоматики и процессов управленій ДВО РАН в 1986-1992 гг.; ца Всесоюзном семинаре "Системные средства САПР", Москва, (989 г.; на Всесоюзной научно-технической конференции "Вероятностно- Физические методы обеспечения надежности машин и аппаратуры", Киев, 1990 г.; на Всесоюзном научно-техническом семинара "Диагностирование, надешгость и неразрушающий контроль электрошшх устройств и систем", Владивосток, Л990 г.; на Всесоюзной конференции "Автоматизированные система обеспечения надежности радиоэлектронной аппаратуры", Львов, 1990 г.; на международном семинаре ИФАК "Негладкие и разрывные задачи ун-равления и оптимизации", Владивосток, 1991 г.; на V Всесоюзном совещании "Надежность, живучесть и безопасность автоматизированных комплексов", Суздаль, 1991 г.; на международном семинаре по автоматизации проектирования "Russian Workshop' 92",
Москва, 1992 г.;
Публикации. По результата?,? вшоднегцшх исследований автором диссертации опубликовано сшостоательно и в соовторство 13 научных работ.
Объем и структура работы. Диссертация состоят из . 5 ллав (94 стр., 5 рисунков, 4 таблица) и 2-х прилояетшй.