Файл: Игнатов, В. А. Статистическая оптимизация качества функционирования электронных систем.pdf

В.А.И гнатов Г. Г. маньшин В.А.ТрайнеВ

'д а .

Ст а т и с т и ч е с к а я

о п т и м и за ц и я

КАЧЕСТВА V ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ "

ЭЛЕКТРОННЫХ

СИСТЕМ

Предисловие

Практика проектирования, производства и эксплуа­ тации электронных систем (универсальные и специали­ зированные аналоговые и цифровые вычислительные машины, радионавигационные и радиолокационные уста­ новки, системы связи, многоканальные телеметрические системы и т. п.), получающих все более широкое приме­ нение в управлении производственными процессами,

вэкономике и планировании, в научных исследованиях

ив военном деле, порождает целый ряд актуальных фун­ даментальных проблем, от успешного решения которых существенно зависит научно-технический прогресс. К чис­ лу таких проблем относится и проблема оптимизации качества электронных систем.

Сущность этой йроблемы заключается в том, что не­ обходимо разработать такие методы проектирования, производства и эксплуатации, которые обеспечивают максимальное качество систем при фиксированных за­ тратах. В обратной постановке задач отыскивают такие методы, которые обеспечивают требуемое качество си­ стем при минимальных затратах.

Проблема оптимизации качества^электронных систем становится все более актуальной в связи с дальнейшим ростом сложности решаемых этими системами задач, по­ вышением ответственности выполняемых ими функций, увеличением расходов на их производство и- эксплуата­ цию. Например, в сложном комплексе управления лета­ тельными аппаратами гражданской авиации электрон­ ные системы принимают непосредственное участие в обес­ печении безопасности и регулярности полетов, снижении себестоимости перевозок, повышении культуры обслужи­ вания пассажиров. Удельный вес этих систем в комплек­ се и расходы на их производство и эксплуатацию интен­ сивно растут. Достаточно указать, что стоимость одного только радиоэлектронного оборудования в настоящее время уже составляет 20—50% стоимости самолета, экс­ плуатационные расходы на обслуживание этого оборудо­ вания достигают 40% общих расходов.

Изучением тех или иных задач оптимизации качества технических систем (задач относительно нового на­ правления теории надежности) занимаются многие из­ вестные советские и зарубежные ученые — представители

главы и кратко отмечаются их особенности. В последую-^ щих — кратко, в основном без указания промежуточных аналитических преобразований, даются решения задач и анализируются полученные результаты. В последнем параграфе формулируются развернутые выводы, каж­ дый пункт которых относится к соответствующему пара­ графу главы. Такая архитектоника глав, на наш взгляд, позволяет читателю относительно просто вникать в су­ щество излагаемых результатов и подробно знакомиться только с теми задачами, которые его непосредственно интересуют. Все главы насыщены численными примера­ ми, назначение которых — иллюстрация особенностей, объема вычислительных процедур и ожидаемого поряд­ ка величин.

Работа над книгой распределялась между авторами следующим образом. Предисловие, гл. 1—3, 6 (кроме § 6-8), гл. 7 и основные выводы написаны В. А. Игнато­ вым. Глава 5 написана Г. Г. Маныниным, гл. 4 написана В. А. Игнатовым совместно с Г. Г. Маныниным. В. А. Трайневым совместно с В. А. Игнатовым написаны § 4-10 и § 6-8. Общее руководство работой по подготов­ ке рукописи осуществлялось акад. АН БССР Е. Г. Коно­ валовым. Большую помощь в получении отдельных ре­ зультатов, подборе и расчете примеров гл. 4 и 5 оказал В. В. Костановский; обработка и печать материалов вы­ полнены А. Н. Ткаченко.

Книга рассчитана на инженерно-технических работ­ ников, которые занимаются проектированием, производ­ ством и эксплуатацией электронных систем. Она может быть полезна также преподавателям, аспирантам и сту­ дентам вузов, которые интересуются вопросами оптими­ зации качества технических изделий. Для чтения книги достаточно знания основ теории надежности, излагае­ мых, например, в [Л. 3—6].

Авторы выражают свою благодарность рецензенту доктору техн. наук проф. Е. А. Румянцеву, сделавшему ряд ценных замечаний, а также доктору техн. наук проф, Л. Я. Ильницкому и доктору техн. наук проф. Э. А. Кор­ нильеву за полезные замечания и советы, высказанные при обсуждении отдельных материалов книги.

Авторы заранее признательны тем читателям, которые пришлют свои замечания о книге по адресу: 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10, издательство «Энер­ гия»-

тивления, конденсаторы, катушки индуктивности, элек­ тровакуумные приборы и т. п.

Под качеством изделия мы будем понимать совокуп­ ность свойств, определяющих степень пригодности изде­ лия для использования по назначению [Л. 3]. К таким свойствам относятся надежность, точность, помехоустой­ чивость, эксплуатационная технологичность, экономич­ ность и т. и. Каждое свойство качества количественно характеризует величина одного или нескольких парамет­ ров, которые в дальнейшем будем называть определяю­ щими параметрами. Изменения определяющих парамет­ ров изделий представляют собой случайные процессы, поэтому в роли количественных характеристик качест­ ва — критериев качества — выступают те или иные функ­ ционалы этих процессов. Например, качество функцио­ нирования радиолокационной станции характеризуют надежность, точность, помехоустойчивость, разрешаю­ щая способность, эксплуатационная технологичность и другие свойства; роль определяющих параметров играют максимальная дальность действия, погрешности измере­ ния координат объектов, величина разрешающей способ­ ности, время технического обслуживания и т. п.; роль критериев качества играют моменты и другие функцио­ налы законов распределений определяющих параметров. Частным случаем критериев качества являются критерии надежности [Л. 5, 10], которые характеризуют моменты и другие функционалы законов распределения време­ ни выхода определяющих параметров изделия из поля допусков, установленных техническими условиями.

В книге детально рассматриваются только такие свой­ ства качества, как надежность, точность, эксплуатацион­ ная технологичность и экономичность. Однако так как принципы статистического исследования, математические методы анализа, синтеза и,оптимизации при рассмотре­ нии различных свойств аналогичны — изменяется только выбор определяющих параметров, полученные результа­ ты справедливы для статистической оптимизации систем при рассмотрении любых других свойств качества. За­ дачи комплексной оптимизации, в которых учитывается одновременно ряд свойств, в настоящее время, к сожа­ лению, еще мало изучены.

Определяющие параметры элементов, устройств и си­ стем будем называть соответственно внутренними, вы­ ходными и обобщенными определяющими параметрами.

а

В фиксированный момент времени изделие считается работоспособным, если все определяющие параметры удовлетворяют требованиям технической документации. Отказ изделия — это переход в неработоспособное со­ стояние. Понятие «отказ» и «неисправность» различают. Изделие неисправно, если хотя бы один неопределяющий параметр не соответствует требованиям технической до­ кументации. Изделие называют восстанавливаемым, ес­ ли после отказа его работоспособность может быть вос­ становлена. Помимо этого, целесообразно различать об­ служиваемые и необслуживаемые изделия.

Техническое обслуживание (ТО) изделий — это сово­ купность работ по осмотру, проверке, контролю, устране­ нию неисправностей, отказов и т. п. Частью работ по ТО, направленной на предупреждение постепенных отказов [Л. 6], является профилактическое обслуживание (ПО) — профилактика. Довольно часто понятия технического обслуживания и эксплуатации отождествляют, поэтому

ключается в том, чтобы вернуть изделию утраченные в процессе эксплуатации свойства и даже, по возмож­ ности, их улучшить. Поэтому качество ТО следует оце­ нивать по тому, как изменилось качество изделия после обслуживания. Количественными показателями качества ТО могут служить вероятность того, что после обслужи­ вания изделие полностью восстановит свои свойства; ве­ роятность того, что за фиксированное время будет вы­ полнен весь объем работ по ТО; стоимость ТО и т. п.

1-2. Характеристика задач анализа качества систем

Цель анализа качества системы с известной структу­ рой— определение количественных характеристик каче­ ства системы по известным количественным характери­ стикам качества элементов. Так как функциональные связи внутренних, выходных и обобщенных параметров определяются структурой схемы, то с теоретической точ­ ки зрения задача анализа качества сводится к определе­ нию количественных характеристик случайных процессов изменения выходных и обобщенных параметров по за­ данным характеристикам случайных процессов измене­ ния внутренних параметров.

э