Введение к работе
Актуальность работы. Качественное совершенствование" изделий, увеличение объемов выпускаемой продукции, снижение ее себестоимости достигается за счет автоматизации технологических- процессов, одним из основных направлений которой является внедрение гибких производственных систем (ГПС).
Основными требованиями, предъявляемыми к ГПС, являются гибкость, надежность и эффективность. При обеспечении гибкости возрастает сложность ГПС, увеличивается число ее элементов, а значит, возрастает вероятность отказов оборудования. Тем самым снижается надежность технологического процесса в целом. Эффективность гибкой производственной системы определяется ее производительностью и затратами на ее внедрение и эксплуатацию. Рост эффективности ГПС достигается повышением производительности или снижением затрат. Производительность ГПС можно повысить, увеличив ее надежность.
Причинами низкой надежности технологического процесса являются отказы по организационным причинам, параметрические отказы и отказы оборудования. С ростом степени автоматизации технологических процессов удельный вес отказов первых двух групп снижается, но при этом увеличивается сложность ГПС и растет число отказов технологического процесса из-за отказов оборудования. Автоматизированное технологическое оборудогание в своем составе им- <т систему управлен::л, надежность которой оказывает существенное" влияние на надежность оборудования и эффективность ГПС в целом.
Рост степени автоматизации производства требует расширения номенклатуры и увеличения числа функций систем управления, что достигается за счет использования микропроцессоров и, микроконтроллеров. Микропроцессорные системы управления. (МПСУ) представляют собой совокупность аппаратных и программных средств. Традиционно программные средства рассматриваются как часть микропроцессорной системы, состоящей из двух последовательно соединенных подсистем аппаратных и программных средств. Однако данная структурная схема надежности не учитывает реальные связи между элементами системы. Программно можно дублировать некоторые функции аппаратных средств или аппаратными средствами контролировать правильность функционирования программы. Актуализация связей аппаратных и программных средств - обновление информации о взаимодействии элементов микропроцессорной системы, связанное с развитием науки и необходимостью решать новые задачи, - позволит повысить эффективность гибких производственных систем путем обеспечения надежности систем управления с меньшими затратами.
2 Цель работы - обеспечение надежности микропроцессорных систем управления автоматизированным технологическим оборудованием путем разработки методов и методик повышения и анализа надежности, учитывающих взаимодействие между аппаратными и программными средствами.
Научная новизна.
Автор защищает:
-классификацию методов повышения надежности;
- методы обеспечения надежности за счет использования есте
ственной функциональной и информационной избыточности МПСУ, по
вышения регулярности и однородности структуры МПСУ;
-методику синтеза устройств по критерию минимизации интенсивности отказов элементов, позволяющую увеличить надежность МПСУ за счет рационального выбора ее элементов, повышения их надежности, а также регулярности структуры системы;
методику анализа надежности микропроцессорных систем управления, позволяющую определить надежность с учетом реальных связей между аппаратными и программными средствами и выявить естественную избыточность системы;
методику повышения надежности устройств МПСУ путем использования их естественной избыточности;
архитектурные и алгоритмические решения запоминающего устройства, операционного узла, устройства ввода/вывода и программного обеспечения.
Новизна результатов диссертации подтверждена полученными патентами Российской Федерации.
Общая методика исследований. Решение основной задачи диссертационной работы базируется на использовании методов системного анализа, теории надежности, математического аппарата теории графов, теории марковских цепей, методики синтеза вычислительных устройств по алгоритму функционирования.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
Предложенные в работе методы и методики представляют практическую ценность для разработчиков систем управления и микропроцессорных систем.
Методика синтеза устройств по критерию минимизации интенсивности отказов может быть применена при проектировании новых систем управления.
Методики анализа и повышения надежности путем использования естественной избыточности могут быть использованы как при соз-
даний новых, так и для обеспечения надежности существующих систем управления автоматизированным технологическим оборудованием. . ' <
Разработанные архитектурные и алгоритмические решения запоминающих устройств, операционных блоков могут быть использованы при создании цифровых вычислительных устройств, использующихся в составе верхних иерархических уровней управляющей части гибких производственных систем. Предложенный способ кодирования чисел в, формате с плавающей запятой и алгоритмические решения на его ос-, нове представляют практическую ценность для разработчиков программного обеспечения МПСУ автоматизированным оборудованием.
Технические решения, реализованные с применением предложенных методов и методик, нашли практическое применение при. выполнении ОКР "Разработка контроллера технологического оборудования для автоматизации взрывоопасных технологических процессов"-и "Разработка устройства числового программного управления станком для изготовления экспериментальных печатных плат", на что получены акты о внедрении результатов исследований в ЦНКБ НИХТИ (г. Москва) и МНПП "АИР" (г. Рыбинск). Результаты исследований используются в учебном процессе при преподавании дисциплин: "Цифровые устройства и микропроцессоры", "Управление качеством электронных средств", "Технология разработки программных средств", а также в дипломном проектировании.
Апробация.
Результаты работы докладывались и обсуждались на российских научно-технических и научно-практических конференциях:
-"Методы и средства оценки повышения надежности приборов, устройств и систем", г.Саратов, 1994г.;
-"Наукоемкие технологии в машиностроении и приборостроении", г.Рыбинск, РГАТА, 1994г.;
-"Статистические методы управления качеством продукции", г.Ярославль, 1997г.
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе: патенты РФ - 2, тезисы докладов - 3, статья - 1.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения,
приложения. Работа изложена на 224 страницах машинописного тек
ста, содержит 45 рисунков, 21 таблицу, список источников из 109
наименований. - .: .