Embed Size (px)
Citation preview
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
КРАВЧЕНКО ОЛЬГА ВІТАЛІЇВНА
УДК 004.942
МЕТОД ПРОГНОЗУВАННЯ НАДІЙНОСТІ ДИСКРЕТНИХ ПРИСТРОЇВ
НА ОСНОВІ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ ДЕГРАДАЦІЇ
КОМП'ЮТЕРНИХ КОМПОНЕНТІВ
05.13.05 – комп’ютерні системи та компоненти
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Черкаси – 2016
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана на кафедрі інформаційних технологій проектування
Черкаського державного технологічного університету
Міністерства освіти і науки України.
Науковий керівник: доктор технічних наук, професор
Рудницький Володимир Миколайович,
Черкаський державний технологічний університет,
завідувач кафедри інформаційної безпеки та
комп’ютерної інженерії.
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор
Куц Юрій Васильович,
Національний технічний університет України
«Київський політехнічний інститут», професор кафедри
приладів і систем неруйнівного контролю
кандидат технічних наук, доцент,
Єременко Володимир Станіславович,
Національний авіаційний університет, завідувач
кафедри інформаційно-вимірювальних систем
Захист відбудеться «_30_» червня 2016 р. о 10.00 на засіданні
спеціалізованої вченої ради К 73.052.04 у Черкаському державному
технологічному університеті за адресою: 18006, м. Черкаси, бул. Шевченка,
460, корп. 2, ауд.229.
З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Черкаського державного
технологічного університеті за адресою: 18006, м. Черкаси, вул. Шевченка, 460,
корп. 2.
Автореферат розісланий «_28__» травня 2016 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради К 73.052.04
Є.В. Ланських
1
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. В наш час неможливо представити розвиток
виробництва, транспорту, зв’язку, жодну сферу життя людини без
використання комп’ютерної техніки та дискретних пристроїв, зокрема. В ряді
областей застосування збої та відмови дискретних пристроїв можуть призвести
не тільки до економічних втрат, а навіть до техногенних катастроф. Виходячи з
цього гостро стоїть питання забезпечення надійності засобів обчислювальної
техніки, а також прогнозування працездатності пристроїв як коротко та і
довгострокове.
Більшість відмов інтегральних мікросхем відбувається через деградацію
матеріалів. Накопичення дислокацій та дефектів упаковки в кристалі
призводить до зростання обернених потоків, короткому замиканню та дрейфу
коефіцієнта підсилення. Забруднення в кремнії призводить до короткого
замикання та дрейфу пробивної напруги. Забруднення в окислі і на поверхні
окису призводять до дрейфу обернених потоків та пробивного напруження.
Пустоти та порожнини в колекторній контактній площині призводить до
обриву. «Ямки травлення» на межі призводять до короткого замикання.
Поява точкових отворів в окисі призводить до росту токів витоку, короткому
замиканню, зниженню пробивних напружень. Мікротріщини в окисі
призводять до росту токів витоку і коротким замиканням. Збільшення розмірів
вікон в окисі також призводить до росту токів витоку та коротким замиканням.
Наявність алюмінію під шаром окису або захисного скла, а також сторонніх
металевих частин всередині корпусу призводить до короткого замикання.
Пустоти в термокомпресійних контактах та крихкість контактів призводить до
обриву. Розрив та відшарування контакту площини м’яких виводів, а також
звуження проволокового вводу в безпосередній близькості до місця
термокомпресійного контакту призводять до обриву.
Метод прогнозування надає можливість проводити попередню оцінку
поводження композитних складових дискретного пристрою, що прискорює
дослідження процесу деградації у часі.
Дослідженням проблем механіки композитних матеріалів займалося багато
науковців. Механіці композитів (створенню та розробкою моделей, схем і
методів розрахунку елементів конструкцій із нових композитних матеріалів)
присвячені роботи М.С.Бахвалова, В.В.Болотіна, В.В.Васильєва, О.М.Гузя,
А.К.Малмейстера, С.Т.Милейка, Ю.М. Новічкова, Г.П.Панасенка, В.П.Тамужа,
Ю.М.Тарнопольского, В.Т.Томашевського та ін.
Роботи Г.А.Ваніна, Б.П.Маслова, Б.Ю.Победрі, В.С. Єременко та ін.
присвячені визначенням фізико-механічних характеристик композитних
матеріалів різноманітної внутрішньої структури для різних властивостей
компонентів.
2
Питання числового аналізу задач механіки: розрахунку і оптимізації
оболонок з нарізними серединними поверхнями розкриваються у роботах
Я.Г.Савули, Н.П. Флейшмана та ін.
Щодо експериментального визначення та дослідження межі поділу в
композитних матеріалах, то цим питанням присвячені роботи Дж. А. Меткалфа.
Проте на даний час недостатню увагу приділяли питанням прогнозування
та оцінці надійності і працездатності дискретних пристроїв за рахунок зміни
фізичного стану матеріалів мікросхем в процесі їх деградації. Виходячи з цього
тема дисертаційного дослідження «Метод прогнозування надійності
дискретних пристроїв на основі моделювання процесу деградації комп'ютерних
компонентів» є актуальною.
Зв`язок роботи з науковими програмами, планами, темами.
Дисертаційне дослідження виконувалось на кафедрі інформаційних
технологій проектування в Черкаському державному технологічному
університеті.
Дисертаційне дослідження пов’язане з науково-дослідницькою роботою
Черкаського державного технологічного університету «Мультиагентні та
еволюційні технології розв’язання викорозмірних задач» (номер державної
реєстрації 0115U005344) та виконувалось в рамках держбюджетної науково-
дослідницької роботи в Чорноморському державному університеті імені Петра
Могили «Розроблення поліметричних датчиків інформаційно-вимірювальних
систем з живленням елементів від енергії вимірювального сигналу» (номер
державної реєстрації 0115U000316, в яких автор брав участь в якості
виконавця.
Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційного дослідження є
підвищення якості прогнозування технічного стану дискретного пристрою на
основі моделювання процесу деградації комп’ютерних компонентів.
Для досягнення поставленої мети у дисертаційній роботі сформульовано і
вирішено такі задачі:
1) удосконалити модель дискретного пристрою як композитної системи
для підвищення якості прогнозування її технічного стану;
2) визначити залежності коефіцієнта напруження матеріалу
дискретного пристрою для практичної оцінки технічного стану
комп’ютерної системи;
3) вдосконалити метод прогнозування технічного стану дискретного
пристрою з врахуванням особливостей практичної реалізації та
оцінити його ефективність.
Об'єктом дослідження є процес прогнозування технічного стану
дискретного пристрою.
3
Предметом дослідження є метод прогнозування надійності дискретного
пристрою на основі моделювання процесу деградації комп’ютерних компонент.
Методи дослідження. У дисертаційному дослідженні використано методи
чисельних досліджень тонких оболонок з включеннями для розробки моделі
дискретного пристрою; елементи інтелектуального комп’ютерного
прогнозування для розробки методу прогнозування технічного стану
дискретного пристрою; положення нечіткого моделювання та загальних
методів теорії ймовірності для розрахунків та оцінки ефективності
використання методів, що розроблялися.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:
1) вперше отримана модель прогнозування відмови дискретного
пристрою на основі залежності коефіцієнта напруження матеріалу
дискретного пристрою від товщини міжфазового прошарку шляхом
врахування зміни властивостей міжфазового прошарку, що
забезпечує практичну оцінку технічного стану комп’ютерних систем
та компонентів;
2) удосконалена модель дискретного пристрою на основі використання
моделей композитних матеріалів та тонких оболонок з включеннями
шляхом врахування міжфазового прошарку, що забезпечує
підвищення точності в розрахунку коефіцієнта крихкості матеріалу
дискретного пристрою;
3) отримали подальший розвиток методи прогнозування технічного
стану дискретного пристрою на основі використання запропонованої
моделі шляхом врахування фізичних властивостей композитних
матеріалів, що забезпечило можливість побудови алгоритмічного та
програмного забезпечення для оцінки надійності та прогнозування
технічного стану засобів обчислювальної техніки.
Практичне значення одержаних результатів. Практична цінність роботи
полягає в розробці методу прогнозування фізичного стану дискретних
пристроїв для оцінки надійності. Відповідно до нього розроблено алгоритм, що
надає можливість проводити комп’ютерне моделювання надійності
дискретного пристрою з точки зору його фізичної основи. Попередні
дослідження надають можливість оцінити надійність роботи пристрою з
мінімальним застосуванням затрат часу та, відповідно, економії фінансових
затрат за рахунок не виконання практичного виготовлення дискретного
пристрою та його експлуатації для виявлення похибок в роботі або повній
відмові. Результати дисертаційної роботи впроваджені в ТОВ «Сенсорна
електроніка» м. Миколаїв (Акт впровадження від 17.11.2015 р.), ТОВ «Центр
логістики» м. Черкаси (Акт впровадження від 26.01.2016 р), а також,
застосовуються в навчальному процесі Черкаського національного
4
університету ім. Богдана Хмельницького на кафедрі інтелектуальних систем
прийняття рішень (Акт впровадження від 22.12.2015 р.) та Черкаського
державного технологічного університету кафедрі спеціалізованих
комп’ютерних систем (Акт впровадження від 18.02.2016).
Особистий внесок здобувача. Всі основні положення та результати, що
виносяться до захисту, отримано автором особисто. У друкованих працях
опублікованих у співавторстві автору належить: проведена узагальнена
класифікація причин деградації матеріалів дискретних пристроїв комп’ютерних
систем в роботі [7]; розробка методу вибору коефіцієнтів рівноваги бази знань
інтелектуальної системи, алгоритми їх реалізації та моделі інтелектуальної
системи для предметної області, що розглядалася [4; 5; 11; 12; 13].
Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати
досліджень, викладені у дисертації, пройшли апробацію на 6 міжнародних та
всеукраїнських науково-практичних й науково-технічних конференціях та
школах-семінарах: V Всеукраїнська науково-практична конференція
«Комп’ютерне моделювання та інформаційні технології в науці, економіці та
освіті» ( м.Черкаси, 2003); VI Міжнародна науково-практична конференція
«Наука і освіта’2003» (м.Дніпропетровськ, 2003); ІV Всеукраїнська
конференція молодих науковців ІТОНТ-2004 (м.Черкаси, 2004); Всеукраїнська
наукова конференція «Актуальні проблеми аналізу та моделювання складних
систем» (м.Черкаси, 2007); XI Mezinárodní vědecko - praktická konference «Věda
a technologie: krok do budoucnosti – 2015»(Praha, 2015); ІІІ Міжнародна науково-
технічна конференція «Обчислювальний інтелект» (м.Київ-Черкаси, 2015); ІІІ
Міжнародна науково-технічна конференція «Проблеми інформатизації»
(Черкаси, Баку, Бельсько-Бяла, 2015).
Публікації. Результати дисертації були опубліковані в 21 науковій роботі,
в тому числі 14 статей (з них 7 – статті в спеціалізованих фахових виданнях, 7
– в наукових журналах та 1 – в закордонному виданні), 6 з яких містяться в
науково-метричних базах, 7 тез доповідей на науково-технічних конференціях.
Структура та об’єм роботи. Дисертаційна робота складається з вступу,
чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел, додатків. Загальний
обсяг роботи складає 150 сторінок, у тому числі 144 сторінки основного тексту.
Робота містить 45 рисунків, 5 таблиць, 4 додатки, список використаних джерел
з 120 найменувань.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційного дослідження,
зазначено зв’язок з науковими програмами, планами та темами, сформульовано
мету та задачі дослідження, визначено об'єкт, предмет та методи дослідження,
5
сформульовано наукову новизну та практичне значення одержаних результатів,
наведено відомості щодо апробації та публікації результатів роботи.
У першому розділі виконано аналіз проблеми оцінки технічного стану
дискретних пристроїв.
Виконано аналіз методів оцінки надійності дискретних пристроїв. Фізична
природа відмов базується на практичних задачах з визначення надійності
дискретних пристроїв. При цьому необхідно враховувати причини відмов та
побудову коректних математичних моделей . Невідповідність між теоретичною
моделлю відмов та математичною моделлю відмов призводить до
невідповідності показників надійності в оцінці.
Визначено необхідні для аналізу основні характеристики дискретних та
неперервних величин, що характеризують збої та відмови закону розподілу.
Проведено огляд робіт по дослідженню задач моделювання міжфазової
взаємодії в композитних матеріалах.
Описано модель міжфазового перехідного шару при різноманітних
процесах масообміну.
На основі проведеного аналізу виконано обґрунтування необхідності
розробки методу прогнозування надійності дискретних пристроїв на основі
моделювання процесу деградації комп'ютерних компонентів. На основі методу
розроблено програмне забезпечення, що реалізує покроковий алгоритм оцінки
залежності характеристик матеріалу складових компонентів мікросхем при
проходження електричних імпульсів в процесі їх експлуатації. Практична
реалізація методу прогнозування дозволяє отримати значення залежності
оцінки рівня надійності дискретного пристрою від товщини міжфазового
прошарку на основі моделі фізичного стану дискретного пристрою.
Сформульовано мету та задачі дослідження.
Другий розділ присвячено моделюванню фізичного стану дискретного
пристрою як композитної системи. Виконано побудову математичної моделі
узагальненої задачі надійності дискретного пристрою як комп’ютерної
компоненти.
Розглянуто переріз матеріалу дискретного пристрою як обмежену
пластину армовану включенням та посилену ребром напою зображеного на
рисунку 1, де М – матеріал основи, F – матеріал напою, SFM – суміш матеріалів
М і F.
Функцію надійності дискретних пристроїв G будемо подавати у вигляді
узагальненого рівняння
G=f (Gi, p, U, t ), (1)
де Gi – значення надійності пристрою, надане виробником,
p – константа надпровідності кристалів пристрою,
U – функція характеристики матеріалів пристрою,
6
t – час відповіді пристрою на тестове завдання.
Всі вищезазначені параметри є нечіткими. Значення функції є
безрозмірними статистичними величинами, що визначаються у відсотковому
співвідношенні від її складових. Максимальний вплив на її значення має
функція характеристик матеріалів.
Значення функції U є усередненою за значеннями yxun
, рівняння (2)
i
iinyxayxu ,, (2)
де коефіцієнти i
a знаходяться із системи рівнянь виду
dwgfuiiin
,, , Ni ,1 (3)
де N-число, яке означатиме кількість вершин трикутників триангуляції
для варіаційно-різницевого методу, – границя області , g, w–функції з
простору розв’язків задачі )(2
2W .
Граничні умови задачі мають різний вигляд відповідно до
горизонтального напрямку руху по області Ω (приймається до уваги рух з F до
M і, навпаки, з M до F). Щодо граничних умов на верхній та нижній межі
області Ω, то вони залишаються незмінними.
Розглядаємо перехід межі міжфазового прошарку у напрямку з матриці
М до армуючої компоненти F (див. рис. 2).
Тоді граничні умови для функції характеристики матеріалів пристрою
будемо задавати:
на M,
на FM
S ,
F SFM
M
Q
Рис.1. Область представницького елемента Q
композитної системи дискретного пристрою
7
на F, (4)
на верхній межі області Ω,
на нижній області Ω,
де , , – функціональні залежності характеристик матеріалу
однорідних частин області Ω.
Рис.2. Зображення границь трикомпонентної області
матеріалу дискретного пристрою
Граничні умови для функції характеристики матеріалів пристрою на
переході межі міжфазового прошарку у напрямку з армуючої компоненти F до
матриці М мають вигляд:
на F,
на FM
S ,
на М, (5)
на верхній межі області Ω,
на нижній області Ω,
де , , – функціональні залежності характеристик матеріалу
однорідних частин області Ω.
Для отримання значень функції надійності дискретних пристроїв G
необхідно отримати значення функції характеристики матеріалів пристрою U.
Застосовуємо підхід розрахунку функції напруження матеріалу
дискретного пристрою як основної характеристики коефіцієнтів крихкості, що
впливають на значення функції характеристики матеріалів пристрою U.
М FMS F
Х2
ε
0 a a+δ a+ δ+Δ ε X1
8
У третьому розділі вирішується задача удосконалення методу
прогнозування технічного стану дискретного пристрою.
Процес масопереносу призводить до утворення матеріалу з новими
властивостями, відмінними від властивостей основи вбудованої компоненти та
напою, що з’єднує їх. Даний проміжок характеризується концентрацією
матеріалів, що визначає його властивості. Тоді у початковий момент часу
електричний струм, що проходить через дискретний пристрій, запустить процес
масопереносу. У деякий момент часу масоперенос буде відповідати рівню
надійності .
Рис. 3. Відсоткові співвідношення місткості матеріалу F в М перерізу елемента
дискретного пристрою
Характеристикою рівня надійності будемо вважати деяку оцінку рівня
надійності К. Дана оцінка залежатиме від сили струму як зовнішнього
навантаження та характеристик матеріалу міжфазового прошарку:
1) концентрації матеріалу міжфазового прошарку, що дорівнює
пропорційній сумі матеріалів основи та матеріалу включення
( ), де та відсоткове співвідношення
місткості матеріалу F в М (рис.3);
2) електропровідності матеріалу міжфазового прошарку ;
3) напруження електричного поля Е матеріалу міжфазового прошарку;
4) товщини міжфазового прошарку .
Зовнішнє навантаження на елементи дискретного пристрою будемо
визначати за формулою , де S – площа поперечного перерізу
провідника, j – вектор густини струму. Густина залежить від концентрації
матеріалів F та М, що впливає на зміну зарядів . Тоді, сила струму
. Сила залежить від площі поперечного перерізу та характеристик
матеріалу міжфазового прошарку.
Отже, для визначення рівня надійності G необхідно:
100%
9
1) розрахувати концентрацію речовини міжфазового прошарку;
2) розрахувати питому електропровідність матеріалу міжфазового
прошарку;
3) розрахувати площу поперечного перерізу міжфазового прошарку.
Введемо оцінку рівня надійності у вигляді правил.
Введемо таблицю залежності критерію надійності від значення оцінки
критерію надійності (табл.1).
Таблиця 1
Таблиця залежності критерію надійності від значення оцінки критерію
Оцінка критерію
надійності К
Критерій надійності
1 Дискретний пристрій працює надійно
2 Дискретний пристрій працює в стандартному
режимі, але має відхилення від еталонних значень
3 Дискретний пристрій працює в з відхиленнями від
еталонних значень та частковими відмовами
4 Дискретний пристрій працює з постійними
відмовами
Відмовою роботи дискретного пристрою будемо вважати мінімальну
прохідність електричного струму через матеріал дискретного пристрою або
повну відсутність.
10
Оцінюючи розмірність величини концентрації суміші матеріалу
міжфазового прошарку у площині перерізу елементу дискретного пристрою
будемо говорити про лінійну залежність властивостей утвореного матеріалу від
його складових.
Рис. 4. Алгоритм формування критерію оцінки рівня надійності роботи
дискретного пристрою
Вибір значень відсоткового співвідношення в межах
, та відповідає 10 % , 20% та
30%. Вибір такого відсоткового співвідношення обумовлено фізичними
умовами існування міжфазового прошарку. При збільшенні концентрації
розчинності одного матеріалу в іншому призводить до знищення композитної
системи.
Аналогічно було обрано співвідношення для ширини міжфазового
прошарку.
Розрахунок коефіцієнтів 0.1, 0.2 відповідає площі міжфазового прошарку
для моделей елементів дискретного пристрою у одиницях виміру площі.
Площа міжфазового прошарку є головним параметром для обчислення
сили струму, тому будемо говорити про вплив міжфазового прошарку на
формування критерію оцінки рівня надійності дискретного пристрою К (рис.4).
Початок
Визначення фізичних
характеристик матеріалів основи
елемента та включення елемента
дискретного пристрою
Визначення
значення
електричного
струму як
зовнішнього
навантаження
Розрахунок характеристик
міжфазового прошарку
Розрахунок сили струму для
міжфазового прошарку
Аналіз результатів та
формування критерію
надійності К
Кінець
11
Рис.5. Алгоритм прогнозування надійності дискретних пристроїв
Алгоритм реалізації методу прогнозування надійності дискретних
пристроїв на основі моделювання процесу деградації (рис.5) складається з
наступних кроків.
Крок 1. Вибір типу елементу дискретного пристрою. Відповідно до типу
елементу дискретного пристрою визначаються фізичні характеристики
матеріалів складових композитної системи.
Крок 2. Визначення технології виробництва дискретного пристрою.
Відповідно до технології виробництва визначається початковий стан
міжфазового прошарку та, враховуючи крок 1, отримаємо еталонні значення
роботи дискретного пристрою без врахування міжфазового прошарку.
Крок 3. Вибір та розрахунок необхідних фізичних характеристик
матеріалу для розрахунку: константа надпровідності кристалів.
Крок 4. Розрахунок усереднений розрахунок значення функції
характеристики матеріалів пристрою під дією зовнішнього навантаження.
Початок
вибір типу
елементу ДП
вибір технології
виробництва
константа
надпровідності
кристалів
пристрою p
усереднене
значення
функції U
час відповіді
пристрою на
тестове
завдання
розрахунки коефіцієнтів
прогнозування та значень
функції надійності
аналіз
коефіцієнтів
прогнозування
при
прогнозуванні
вивід
результату
так
Кінець
ні
зміна умов
застосування
12
Крок 5. Еталонне тестування. На даному етапі проводиться порівняння
значень напруження електричного поля з тестовим завданням.
Крок 6. Проведення розрахунків для отримання значень оцінки критерію
надійності дискретного пристрою.
Крок 7. Аналіз коефіцієнтів прогнозування. Якщо еталонне відхилення
від отриманих значень не перевищує 7-10%, то отримані значення критерію
надійності мають допустимі відхилення. Якщо еталонне відхилення перевищує
значення в 10%, то необхідно виконати повторне дослідження.
Розроблена структура інтелектуальної підсистеми прогнозування
надійності дискретних пристроїв, що функціонує згідно описаного алгоритму
подана на рис.6.
База знань та банк тестових завдань наповнюються за рахунок значень
функції надійності дискретних пристроїв G та її складових.
Прогноз надійності пристрою формується блоком прийняття рішень та
паралельно можлива команда «Процедура Place and Route», яка дозволить
виправити несправності.
Механізм
формуван-
ня тестів
База
знань
Банк тестовихзавдань
Інженер-
ний аналіз
Діагностич-
ний тест
Блок
прийняття
рішень
Процедура
Place and
Route
Інтерфейс
Рисунок 6 - Структура інтелектуальної підсистеми прогнозування
надійності дискретних пристроїв
Набір
можли-
вих
варіантів
деграда-
ції
13
Проблема прогнозування надійності дискретних пристроїв пов’язується з
проблемою створення матеріалів з наперед заданими властивостями: міцністю,
пластичністю, стійкістю до високих та низьких температур,електропровідністю,
що вимагає створення композитних матеріалів.
Композити при вдалому технологічному створенні можуть витримувати
високий тиск та різкі перепади температур. Але для створених матеріалів
постає питання про поводження різних компонент композитної системи при
різних механічних навантаженнях.
Тому в подальшому необхідно проводити дослідження фізичної складової
дискретних пристроїв для більш точного прогнозування поведінки матеріалів,
що допоможе уникнути певних причин деградації.
Четвертий розділ присвячено програмній реалізація методу
прогнозування фізичного стану дискретних пристроїв та оцінки його
ефективності за допомогою інтелектуальної підсистеми прогнозування
дискретного пристрою.
Отримано значення функції напруження як основної характеристики
поведінки матеріалу U дискретного пристрою від товщини міжфазового
прошарку на основі моделі фізичного стану дискретного пристрою, яка
описується формулами (1) – (5).
Таблиця 2
Значення функції напруження матеріалу дискретного пристрою U
Відповідно до правил фізичної інтерпретації надійності проаналізовано
отримані значення.
14
За статистичними обрахунками отримано значення функції надійності G та
будуються графіки прогнозування функції надійності від компонент.
Приклад графіків для функції надійності G=f (Gi, p, U, t ) для товщини
міжфазового прошарку 0,15 при зовнішньому навантаженні 2 наведено на
рис.7. Для даного прикладу можна стверджувати, що значення сім’ї функцій
надійності G1(U), G2(U), G3(U), що характеризує фізичний стан матеріалу,
повторює функціональну залежність надійності G(Gi) надану виробником,
враховуючи при цьому особливості поведінки матеріалу дискретного
пристрою, що забезпечує практичну оцінку технічного стану комп’ютерних
систем та компонентів.
0 0.2 0.4 0.6 0.80.6
0.8
1
1.2
1.4
1.32
0.625
G Gi( )
0.81 10
4
Gi
0 0.2 0.4 0.6 0.80.6
0.8
1
1.2
1.4
1.282
0.615
G1 U( )
G2 U( )
G3 U( )
0.81 10
4
U
а) б)
0 20 40 60 80 1001
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0.182
1
G p( )
10010 p 0 10 20 30
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.18
0
G t( )
29.50.1 t в) г)
Рис. 7. Графіки а),б), в) ,г) прогнозування функції надійності
G=f (Gi, p, U, t ) від змінних Gi, p, U, t відповідно
Точність розрахунків значення надійності (рис.7а) за результатами
використання методу прогнозування надійності дискретних пристроїв на основі
моделювання процесу деградації комп'ютерних компонентів (рис.7б)
підвищено на 7%, що підтверджено результатами практичного впровадження.
У додатках наведені документи, що підтверджують практичне значення і
застосування одержаних результатів.
15
ВИСНОВКИ
У дисертаційній роботі вирішена важлива науково-практична задача, яка
полягає в підвищенні якості прогнозування технічного стану дискретного
пристрою на основі моделювання процесу деградації комп’ютерних
компонентів.
Удосконалена модель дискретного пристрою на основі використання
моделей композитних матеріалів та тонких оболонок з включеннями шляхом
врахування міжфазового прошарку, що забезпечує підвищення точності в
розрахунку коефіцієнта напруження матеріалу дискретного пристрою який є
значенням змінної функції надійності.
Отримана модель прогнозування відмови дискретного пристрою на
основі залежності коефіцієнта напруження матеріалу дискретного пристрою
шляхом врахування зміни властивостей міжфазового прошарку, що забезпечує
практичну оцінку технічного стану комп’ютерних систем та компонентів;
Отримали подальший розвиток методи прогнозування технічного стану
дискретного пристрою на основі використання запропонованої моделі шляхом
врахування фізичних властивостей композитних матеріалів, що забезпечило
можливість побудови алгоритмічного та програмного забезпечення для оцінки
надійності та прогнозування технічного стану засобів обчислювальної техніки.
Практичним результатом дисертаційного дослідження є інтелектуальна
підсистема прогнозування надійності, що реалізована на програмному рівні.
Практичне впровадження програмного продукту забезпечило підвищення
точності аналізу стану дискретних пристроїв на 7-10%, що зменшило простої
техніки на 3-5%, що підтверджено актом впровадження.
Результати дисертаційної роботи впроваджено в виробничу діяльність
ТОВ «Сенсорна електроніка», ТОВ «ЦЕНТР ЛОГІСТИКИ» та навчальний
процес Черкаського державного технологічного університету і Черкаського
національного університету.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Кравченко О. В. Моделювання процесу деградації комп’ютерних
компонентів дискретних пристроїв /О.В.Кравченко //Технологічний аудит та
резерви виробництва. –2015. – 5/2(25), 2015.- м. Харків. – С.23-26 DOI:
10.15587/2312-8372.2015.51795.
2. Кравченко О. В. Математична модель міжфазової взаємодії в
композитах та уточнення моделі методами обчислювальної математики
/О.В.Кравченко// Вісник Східноукраїнського національного університету ім. В.
Даля. – Луганськ, 2003. – 7(65). – С.84–88.
3. Кравченко О. В. Прогнозування надійності дискретних пристроїв на
основі моделювання процесу деградації матеріалу/О.В.Кравченко//
16
Технологічний аудит та резерви виробництва, – 2015. – 1/2(21) . – м. Харків. –
С.57 –60.
4. Кравченко О. В. Обчислення коефіцієнта рівня засвоєння знань у
системі адаптивного навчання / О.В. Кравченко, Ж.М.Плакасова// Штучний
інтелект. – ІПШІ МОН і НАН України «Наука і освіта», 4' 2011 С. 443 – 448.
5. Кравченко О. В. Аспекти формування тестів для контролю знань в
системі адаптивного навчання /О.В. Кравченко, Ж.М.Плакасова// Штучний
інтелект. – ІПШІ МОН і НАН України «Наука і освіта», 2010. – 4, С.576-583.
6. Кравченко О. В. Прогнозирование надежности дискретных устройств
на основе моделирования процессов деградации кампозитных материаллов
компьютерных/О.В.Кравченко//Научно-теоретический и практический журнал
Современный научный вестник. – 2015. – 9 (256). – г. Белгород, Россия. –
C.77-82.- ISSN 1561-6886.
7. Златкін А. А. Аналіз причин деградації матеріалів дискретних
пристроїв комп’ютерних систем /А.А.Златкін, О.В.Кравченко,
О.С.Вовчановський// Технологічний аудит та резерви виробництва. – 2014. –
5/3 (19). – Харків. – С. 37-41. doi:10.15587/2312-8372.2014.27934.
8. Кравченко О. В. Чисельне дослідження нелінійних крайових задач
теорії композитних пластин на деформівній основі /О.В.Кравченко// Вісник
Львівського університету. Серія: Прикладна математика та інформатика. –
Львів, 2004. – Вип. 9. – С. 172–181.
9. Кравченко О. В. Апроксимація фінітними функціями міжфазових
областей в композитах /О.В.Кравченко// Вісник Черкаського університету.
Серія: Фізико-математичні науки. – Черкаси, 2003. – Вип. 53. – С.152–158.
10. Кравченко О. В. Апріорна оцінка розв’язку крайової задачі
масопереносу в композитних матеріалах /О.В.Кравченко// Вісник Черкаського
університету. Серія: Математика. Прикладна математика. – Черкаси, 2004. –
Вип.63. – С.69 – 73.
11. Кравченко О. В. Модель інтелектуальної підсистеми контролю
знань з багаторівневим адаптивним тестуванням/О.В.Кравченко,
Ж.М.Плакасова //Східно-європейський журнал передових технологій 4/2(46),
Харків. – 2010. – С.21-25.
12. Кравченко О. В. Оцінювання рівня знань студентів в підсистемі
контролю знань моделі адаптивного навчання/ О.В. Кравченко, Ж.М.
Плакасова//Східно-європейський журнал передових технологій 6/3' (48),
Харків. – 2010. – С. 34 – 39.
13. Кравченко О. В. Вибір розрахунку часу тестування в моделі
інтелектуальної підсистеми контролю знань /О.В.Кравченко,Ж.М. Плакасова //
Східно-європейський журнал передових технологій,- Харків. – 2/2' (56)
2012.– С. 60–62.
17
14. Кравченко О. В. Кручення пружного круглого валу з
неконцентричною круглою порожниною /О.В.Кравченко//Вісник Київського
університету. Серія: фізико-математичні науки. – Київ, 2007.– Вип. 3.–С.89–93.
15. Кравченко О. В. Исследование причин деградации материала
дискретных устройств для обеспечения их надежности/О.В.Кравченко//
Materiály XI mezinárodní vědecko - praktická konference «Věda a technologie: krok
do budoucnosti – 2015». – Díl 17. Technické vědy.Matematika. Moderní informační
technologie. Výstavba a architektura.: Praha. Publishing House «Education and
Science» s.r.o – 112 Stran Р.77 –80.
16. Kravchenko O.V. Research the causes of degradation of the material
discrete devices to ensure their reliable/O.V.Kravchenko//Матеріали ІІІ
міжнародної науково-технічної конференції «Обчислювальний інтелект», Київ-
Черкаси, 2015. – С.283-284, ISBN 978-966-493-975-8.
17. Кравченко О. В. Аналіз залежності надійності роботи дискретного
пристрою від фізичного стану матеріалу його компонент /О.В. Кравченко//
Тези доповідей третьої міжнародної науково-технічної конференції «Проблеми
інформатизації». – Черкаси: ЧДТУ; Баку: ВА ЗС АР; Бельсько-Бяла: УТіГН;
Полтава: ПНТУ, 2015. – С.37.
18. Кравченко О. В. Математична модель міжфазової взаємодії
компонентів та уточнення моделі методами обчислювальної математики
/О.В.Кравченко// Збірник наук. праць V Всеукраїнської н.-прак. конференції
«Комп’ютерне моделювання та інформаційні технології в науці, економіці та
освіті». – Черкаси: Брама. ІСУЕП, 2003. – С.64.
19. Кравченко О. В. Апріорна оцінка розв’язку крайової задачі
масопереносу в композитах /О.В.Кравченко// Матеріали VI міжнар. н.-прак.
конференції «Наука і освіта 2003». Серія: Фізико-математичні науки. –
Дніпропетровськ, 2003. – Т.7. – С. 41– 43.
20. Кравченко О. В. Методи обчислювальної механіки дослідження
моделей міжфазової взаємодії в композитах /О.В.Кравченко// Матеріали IV
Всеукраїнської конференції молодих науковців ІТОНТ-2004. – Черкаси:ЧНУ,
2004.- Частина 1.- С. 65.
21. Кравченко О. В. Моделювання напружено-деформівного стану
прямокутної області з врахуванням міжфазової взаємодії /О.В.Кравченко//
Матеріали всеукраїнської наукової конференції «Актуальні проблеми аналізу та
моделювання складних систем». – Черкаси:ЧНУ, 2007. – С.22.
18
АНОТАЦІЯ
Кравченко О.В. МЕТОД ПРОГНОЗУВАННЯ НАДІЙНОСТІ
ДИСКРЕТНИХ ПРИСТРОЇВ НА ОСНОВІ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ
ДЕГРАДАЦІЇ КОМП'ЮТЕРНИХ КОМПОНЕНТІВ. – На правах рукопису.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за
спеціальністю 05.13.05 – комп’ютерні системи та компоненти. – Черкаський
державний технологічний університет, Черкаси, 2016.
Дисертаційна робота присвячена вирішенню важливого наукового
завдання з розробки методу прогнозування надійності дискретних пристроїв,
що враховує фізичні властивості матеріалу при дослідженні процесу деградації.
Удосконалено фізичну модель дискретного пристрою на основі
використання моделей композитних матеріалів та тонких оболонок з
включеннями шляхом врахування міжфазового прошарку, що забезпечує
підвищення точності в розрахунку коефіцієнта крихкості матеріалу
дискретного пристрою. Удосконалена модель враховує властивості матеріалів
композитної комп’ютерної системи, які змінюють свої властивості за рахунок
впливу напруги та температури в процесі експлуатації.
Розроблено та удосконалено теоретичний метод прогнозування
технічного стану дискретного пристрою який використано його для
запропонованої моделі композитних комп’ютерних систем, що забезпечило
можливість побудови алгоритмічного та програмного забезпечення для оцінки
надійності та прогнозування технічного стану засобів обчислювальної техніки.
Отримано залежності значення функції характеристики поведінки
матеріалу дискретного пристрою від товщини міжфазового прошарку на основі
моделі фізичного стану дискретного пристрою шляхом врахування зміни
властивостей міжфазового прошарку, що забезпечує практичну оцінку
технічного стану комп’ютерних систем та компонентів.
Практичним результатом дисертаційного дослідження є інтелектуальна
підсистема прогнозування надійності. Точність прогнозування підвищена на 7-
10%.
Ключові слова: надійність, деградація, дискретний пристрій, композитний
матеріал, алгоритм,метод, прогнозування.
АННОТАЦИЯ
Кравченко О.В. МЕТОД ПРОГНОЗИРОВАНИЯ НАДЕЖНОСТИ
ДИСКРЕТНЫХ УСТРОЙСТВ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ
ПРОЦЕССА ДЕГРАДАЦИИ КОМПЬЮТЕРНЫХ КОМПОНЕНТОВ. - на
правах рукописи.
19
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по
специальности 05.13.05 - компьютерные системы и компоненты. - Черкасский
государственный технологический университет, Черкассы, 2016.
Диссертация посвящена решению важной научной задачи в разработке
метода прогнозирования надежности дискретных устройств, при учете
физических свойств материала в процессе исследовании процесса деградации.
В настоящее время недостаточное внимание уделяли вопросам
прогнозирования и оценке надежности и работоспособности дискретных
устройств за счет изменения физического состояния материалов микросхем в
процессе их деградации. Исходя из этого тема диссертационного исследования
«Метод прогнозирования надежности дискретных устройств на основе
моделирования процесса деградации компьютерных компонентов» является
актуальной.
Построено усовершенствованную физическую модель дискретного
устройства на основе использования моделей композитных материалов и
тонких оболочек с включениями путем учета межфазного слоя, что
обеспечивает повышение точности в расчете коэффициента хрупкости
материала дискретного устройства. Усовершенствованная модель учитывает
свойства материалов композитной компьютерной системы, изменяющие свои
свойства за счет воздействия напряжения и температуры в процессе
эксплуатации.
Разработано и усовершенствовано теоретический метод прогнозирования
технического состояния дискретного устройства.
Даний метод использован для предложенной модели композитных
компьютерных систем. Модель учитывает свойства материалов дискретного
устройства как от производителя, так и тех что образовались в процессе
эксплуатации. Для решения данной задачи было разработано программное
обеспечение, с помощью которого получены оценки надежности и
прогнозирования технического состояния средств вычислительной техники.
Полученные зависимости значения функции характеристик поведения
материала дискретного устройства от толщины межфазного слоя на основе
модели физического состояния дискретного устройства путем учета изменения
свойств межфазного слоя, что обеспечивают практическую оценку
технического состояния компьютерных систем и компонентов. Практическим
результатом исследования является интеллектуальная подсистема
прогнозирования надежности. При проведенных испытаниях разработанной
системы на основе метода прогнозирования надежности дискретных устройств
на основе моделирования процесса деградации компьютерных компонентов
получены значения функции надежности с точностью прогнозирования 7-10%,
что подтверждено актами внедрения.
20
Ключевые слова: надежность, деградация, дискретный устройство,
композитный материал, алгоритм, метод, прогнозирование.
ABSTRACT
Kravchenko O.V. METHODS OF FORECASTING RELIABILITY
DISCRETE DEVICES BY MODELING THE DEGRADATION OF
COMPUTER COMPONENTS. - The manuscript.
The thesis for the degree of candidate of technical sciences, specialty 05.13.05 -
Computer Systems and Components. - Cherkasy State Technological University,
Cherkassy, 2016.
The thesis is devoted to solving important scientific challenges in developing a
method of forecasting reliability discrete devices, taking into account the physical
properties of the material in the study of the process of degradation.
Built improved physical model of a discrete device through the use of models of
composite materials and thin shells with inclusions consideration by interfacial layer
that provides increased accuracy in the calculation of the fragility of the material
discrete device. The improved model takes into account the material properties of the
composite computer system, change their properties due to the influence of pressure
and temperature during operation.
Developed and refined theoretical method of forecasting technical condition of a
discrete device, which is used for its proposed model of the composite computer
system, which provided the opportunity to build algorithms and software to evaluate
the reliability and forecasting technical condition of computer equipment
The dependences of the function behaviors material discrete unit of interfacial
layer thickness based on the model of discrete physical condition of the device by
taking into account changes in the properties of interfacial layers, providing a
practical assessment of the technical state of computer systems and components. The
practical result of the research is the intelligent subsystem reliability prediction.
The accuracy of predicting increased by 7-10%.
Keywords: reliability, degradation, discrete device, composite material,
algorithm, method of forecasting.
Формат 60х84/16 Гарнітура Таймс. Папір офсет.
Ум.друк арк. 0,9. Тираж 100 пр.
Зам. 350 від 27.05.2016р.
Друк ФОП Савенко О.В.
Україна, м.Черкаси, вул.. Богдана Хмельницького,389
тел: (067)87-87-185
e-mail:[email protected]
