КЛАСИФІКАЦІЯ ВИПРОБУВАНЬ І СПОСОБІВ ЇХ ПРОВЕДЕННЯ
Лекція 1.
Призначення випробувань, впливаючі фактори при експлуатації РЕМА і ЕОЗ.
1.1. ВИПРОБУВАННЯ ЯК ЗАСІБ ПІДВИЩЕННЯ ЯКОСТІ ВИРОБУ
Якість радіоелектронної і електронної апаратури (ЕА) складається з цілої системи показників (критеріїв якості). До них відносяться: електричні параметри апаратури, габаритні розміри, маса, вартість, надійність і ін. Вони, у свою чергу, визначаються сукупністю, конструктивних, технологічних і експлуатаційних чинників схемотехніка. Під якістю розуміється міра досконалості виробів ЕА, що оцінюється відповідністю вимог споживача і можливостям виробництва.
Якість ЕА, що виготовляється в конкретному виробництві, в основному визначається досконалістю її конструкції і загальним рівнем (точністю, пошкодженості) технологічного процесу її виготовлення. Основне завдання розробників (конструкторів, технологів) і виготівників — забезпечити необхідні показники якості і надійності апаратури в умовах, близьких до умов експлуатації. Для вирішення цього завдання фахівцям потрібна інформація, що розроблені конструкція, технологія, встановлені правила і режими експлуатації і створені умови виробництва забезпечують вимоги за якістю і надійності.
Таку інформацію отримують за результатами експлуатації виробів. Але не всі параметри апаратури, необхідна для оцінки її якості, вимірюється в умовах експлуатації. Не можна також отримати повні відомості про якість виробів, що знаходяться на етапі розробки. Іншим джерелом визначення показників якості є теоретичні розрахунки. Проте розрахункові оцінки показників якості і надійності потребують експериментального підтвердження, оскільки вихідні дані і моделі є наближеними. Тому істотну долю інформації про якість ЕА отримують проводячи контроль і випробування виробів на всіх етапах їх «життєвого» циклу — при проектуванні, виробництві, експлуатації.
|
|
|
Розрізняють технічний контроль і контроль якості продукції. Технічний контроль — це перевірка відповідності об'єкту встановленим технічним вимогам. Контроль якості продукції — це контроль кількісних і (або) якісних характеристик властивостей продукції.
Об'єктом технічного контролю може бути продукція або технологічний процес. На стадії розробки виробу технічний контроль полягає у перевірці відповідності дослідного зразка технічному завданню, а розробленій на нього технічній документації — правилам оформлення. Розрізняють виробничий і експлуатаційний контроль. Контроль, здійснюваний на етапі виробництва, є виробничим. Контроль, здійснюваний на етапі експлуатації виробів, є експлуатаційним.
|
|
|
Виробничий контроль охоплює якість, комплектність, упаковку, маркіровку виробу, що виготовляється, і кількість продукції, що пред'являється, стан виробничих процесів. Об'єктами експлуатаційного контролю є експлуатована ЕА і процес експлуатації.
Під випробуваннями розуміють експериментальне визначення кількісних і (або) якісних характеристик властивостей об'єкту: як результату дій на нього, при його функціонуванні, при моделюванні об'єкту і (або) дій. Слід виділити три групи завдань, вирішуваних проведенням випробувань: здобуття емпіричних даних, необхідних для проектування апаратури; встановлення відповідності виробу проектним вимогам; визначення граничного стану ЕА. Цілі випробувань не постійні: вони міняються на різних етапах проектування і виготовлення апаратури.
Перерахуємо основні цілі випробувань ЕА :
1. Експериментальне підтвердження теоретичних розрахунків, прийнятих допущень і гіпотез, заданих показників якості розробленої апаратури, що працює в умовах, близьких до експлуатаційних, а також здобуття оцінок резервів підвищення показників якості конструктивно-технологічного варіанту виробу і запасів якості (надійності) розробленого варіанту виробу.
|
|
|
2. Контроль умов виробництва, дотримання виконавцями вимог технічної документації
3. Усунення дефектів взаємодії різних виробів у складі системи.
Проведення випробувань повинне виявляти:
· недоліки конструкції і технології виготовлення апаратура, яка не дозволить їй виконати цільову функцію в умовах експлуатації;
· відхилення від конструкції або технології, допущені виробництвом;
· приховані випадкові дефекти матеріалів, елементів конструкції, непіддатливі виявленню при існуючих методах технічного контролю;
· резерви підвищення якості і надійності конструктивно-технологічного варіанту виробу, що розробляється.
В результаті контролю і випробувань виробу накопичується інформація, яка після її обробки, систематизації і узагальнення використовується для організації керуючих дій. Механізм управління пояснюється рис. 1.5.
Рис. 1.4 Схема забезпечення контролю і управління якістю
На виході керованого процесу (проектування або виробництва) виробляють контроль і (або) випробування виробу. Отримані результати порівнюють з нормами технічної документації (технічне завдання на стадії проектування; конструкторська документація на стадії виробництва). За наявності відхилень після відповідного аналізу інформації подаються дії, що управляють, на вхід керованого процесу.
|
|
|
1.2. КЛАСИФІКАЦІЯ ВПЛИВАЮЧИХ ЧИННИКІВ
Всі процеси, що відбуваються в частинах, складових апаратури, по характеру впливу на ЕА можна розділити на оборотних і необоротних. Процеси є оборотними, якщо при відновленні умов, що впливають на ЕА, її параметрів набувають первинні значення. Якщо властивості ЕА не відновлюються при повному відтворенні умов, то у фізичній структурі компонентів ЕА протікають помітні необоротні процеси. У реальних умовах в ЕА відбуваються як оборотні, так і необоротні процеси. Електрична схема, конструкція і технологія виготовлення ЕА повинні забезпечувати таке протікання процесів, при якому зміна її властивостей в певних умовах протягом необхідного часу напрацювання не повинна приводити ні до тимчасової, ні до постійної втрати працездатності ЕА.
Всі впливаючі чинники класифікуються по характеру їх походження на дві великі групи: об'єктивні і суб'єктивні (рис. 1.6). До об'єктивних відносяться чинники, що характеризують дію зовнішніх умов, тобто умов, в яких здійснюються зберігання, транспортування і експлуатація ЕА. Суб'єктивні чинники обумовлені дією людини на етапах проектування, виробництва і експлуатації ЕА.
Розрізняють прямі і непрямі об'єктивні чинники. До прямих відносяться чинники, що характеризують дії природних (природних умов (кліматичних, біологічних, космічних); до непрямих відносяться чинники, що характеризують умови вживання ЕА у складі об'єкту або системи (механічні і теплові дії, дії проникаючої радіації, характеристики електризації і т. д.). Умови на об'єкті характеризуються чинниками пов'язаними з процесами: функціонування об'єкту (вібрація); зміни природних умов залежно від руху об'єкту або знаходження його різних зонах.
Теплові дії виявляються як високі або низькі. Температури, що постійно діють, і як плавні або різкі тимчасові зміни температури (швидкості зміни температури).
Швидка зміна температури можлива також при включенні і виключенні теплових джерел об'єкту або електричних навантажень самої апаратури, при русі об'єкту через теплові зони або зони ІЧ- променів і так далі .
Дія проникаючої радіації можлива при використанні ЕА в зонах, заряджених радіоактивними речовинами. Дії даних радіоактивних випромінювань приводять до необоротних змін структури і складу речовин компонентів ЕА. В результаті змінюються їх фізико-механічні і електромагнітні властивості, що зрештою обумовлює втрату працездатності ЕА. До більшою мірою вказаних змін схильні органічні матеріали. Стійкішими є неорганічні матеріали: кварц, слюда, скло, кераміка. Радіація сильно впливає на властивості напівпровідників основних матеріалів для ІС. Потужність дози у- проміння
Суб'єктивні чинники [9] підрозділяють на схемно-конструкторсько-технологічні, виробничі і експлуатаційні (рис. 1.6). Цим розділенням підкреслюється розподіл суб'єктивних чинників по етапах повного циклу створення і застосовування ЕА (проектування, виробництво, експлуатація). Результатом дії суб'єктивних чинників є помилки проектування, виробництва і експлуатації, що приводять при дії об'єктивних чинників до часткової або повної втрати властивостей ЕА. . До помилок проектування відносяться: недоліки електричних схем, конструктивно-технологічних рішень, неправильний облік можливостей операторів, обслуговуючих спроектовану ЕА.
Рис. 1.6 Класифікація діючих факторів
Помилки виробництва — це дефекти механічної збірки, помилки електричного монтажу і налаштування апаратури, зниження якості вживаних деталей і матеріалів.
Якщо значення впливаючих чинників перевищують гранично допустимі (високий рівень дії), то в компонентах ЕА і матеріалах конструкції протікатимуть помітні необоротні процеси. Дія таких процесів зрештою приводить до старіння і зносу як окремих компонентів ЕА, так і деталей її конструкції [8].
Під старінням розуміють природний процес необоротної зміни властивостей фізичної структури виробів, складових ЕА, в процесі її зберігання, перевезення і експлуатації.
Знос — це особливий вигляд руйнування елементів компонента ЕА унаслідок їх механічного тертя один об одного або унаслідок дії електричного струму. Наприклад, порушення контакту з'єднувача або обрив металізації в БІС.
1.3. УМОВИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ
Різноманіття цільових призначень ЕА визначає широту умов її вживання. Електронна апаратура використовується на суші, в морях і океанах, в космосі і під землею. Вона ставиться на всілякі об'єкти: кораблі, засоби пересування, космічні апарати, і так далі . Вказані умови вживання апаратури характеризуються широким набором чинників, що впливають на її працездатність, і повинні враховуватись при проектуванні та виготовленні ЕА у виробництві.
Стабільність (безперебійність) функціонування ЕА пов'язана із стійкістю складових її компонентів (елементів) до дій різного роду навантажень, і в першу чергу електричних і механічних. Величина вказаних навантажень визначає терміни напрацювання виробів.
Умови існування ЕА можна підрозділити на умови зберігання, транспортування її до місця вживання і умови експлуатації.
Всі види дій на ЕА можна класифікувати по джерелу їх виникнення на зовнішніх і внутрішніх (рис. 1.7). Зовнішні дії не пов'язані з режимами експлуатації ЕА. Вони визначаються умовами зберігання, транспортування і експлуатації ЕА. Внутрішні дії, обумовлені режимами експлуатації апаратури, електричними навантаженнями, що характеризуються, на елементи і ланцюги, що формують і перетворюють електричний сигнал; механічними навантаженнями на елементи конструкції і елементи електромеханічного і механоелектричного перетворень сигналу. Під умовами експлуатації ЕА розуміють сукупність зовнішніх і внутрішніх дій, що роблять вплив на її працездатність.
Зовнішні дії по первинних причинах їх виникнення розділяють на дії природних умов і на дії умов вживання ЕА на об'єкті (у системі). Під природними умовами розуміють комплекс кліматичних, механічних, біологічних і космічних дій, обумовлених поляганням довкілля в місці знаходження ЕА .
Рис. 1.7 Види дій на ЕА
Під умовами вживання ЕА на об'єкті (у системі) розуміють дії на ЕА, пов'язані з функціонуванням об'єкту, у складі якого знаходиться ЕА. Це можуть бути механічні дії, дії теплом, тиском, електричними і магнітними полями, радіаційними потоками часток штучної природи.
Внутрішні дії на ЕА виявляються через електричні і механічні навантаження, обумовлену функціонуванням апаратуру. Електричні навантаження обумовлені необхідністю: формування і перетворення електричного сигналу в ланцюгах ЕА; подачі живлячої напруги, що забезпечує нормальну роботу компонентів і електрорадіоелементів (ЕРЕ) ЕА. Механічні навантаження пов'язані з використанням в ЕА пружинних перемикачів, пьезоперетворювачів, контактних з'єднань.
За умовами експлуатації ЕА підрозділяють на наземну, корабельну і літакову. До літакової ЕА відноситься також і космічна ''[13].
Наземна апаратура згідно ГОСТ 16019-78 ділиться на:
· стаціонарну, працюючу в наземних і підземних опалювальних і вентильованих приміщеннях;
· стаціонарну, працюючу на відкритому повітрі і в неопалювальних приміщеннях або укриттях;
· що перевозиться в кузовах і кабінах автомобілів різного призначення і працює на ходу;
· що перевозиться на річкових судах з установкою у внутрішніх приміщеннях і що працюють на ходу;
· що перевозиться в рухливому залізничному транспорті і працює на ходу;
· ношену і портативну, призначену для тривалого перенесення людьми на відкритому повітрі або в неопалювальних приміщеннях,
· працюючу і не працюючу на ходу.
Корабельна апаратура підрозділяється по об'єкту її розміщення.
Літакова (бортова) апаратура підрозділяється за умовами її розміщення.
Дії зовнішніх умов на наземну, корабельну і літакові ЕА різні. Граничні значення параметрів зовнішніх умов для кожного виду ЕА встановлені в ГОСТ 16019—78 і ГОСТ 22579—77. Ці значення в кожному випадку вказуються в ТУ на ЕА, що розробляється. Узагальнені параметри зовнішніх дій і межі їх змін для вищеописаних груп ЕА приведені в таблиці. 1.1 .Ці норми служать критерієм для перевірки конструкції апаратури. Конструктивні особливості ЕА кожною з даних груп забезпечують її стійкість до зовнішніх дій в межах вказаних норм.
Таблиця 1.1. Узагальнені параметри зовнішніх взаємодій на ЕА
| Зовнішній вплив | Межі змін впливаючого параметра на обладнання | ||
| наземне | корабельне | літакове | |
| Вібрація: · частота, Гц · прискорення, g | 10 – 70 1 – 4 | 0 – 120 1,5 – 2 | 5 –2000 до 20 |
| Ударні струси: · прискорення, g · тривалість, мс | 10 – 15 5 –10 | 15 5 – 10 | 6 – 12 до 15 |
| Одиничні зіткнення: · прискорення, g · тривалість, мс | 50 – 1000 0,5 – 10 | до 1000 0,5 – 2 | – – |
| Максимальна температура: · робоча, К · гранична, К | 323 333 | 303 – 333 338 | 333 – 473 353 – 523 |
| Мінімальна температура: · робоча, К · гранична, К | 233 223 | 233 223 | 213 213ё |
| Відносна вологість: · насиченість, % · температура, К | 80 – 93 213 | 98 – 100 308 – 323 | 93 – 100 320 – 330 |
| Акустичний шум: · рівень, дБ · частота, Гц | 85 – 125 50 –1000 | 75 – 140 50 – 1000 | 130 – 150 50 – 1000 |
| Атмосферний тиск: · максимальний, Па · мінімальний, Па | 10,6·104 5,7·104 | 10,6·104 8,8·104 | 10,6·104 0,2·104 |
| Лінійне прискорення: · сповільнення, g · відцентрове, g | 2 – 4 2 – 5 | – – | 4 – 6 4 – 10 |
| Вітрове навантаження: · робоче, м/с · граничне, м/с | до 50 до 70 | до 50 до 70 | – – |
Зовнішні впливи.
1.4 КЛІМАТИЧНІ ДІЇ
Кліматичні умови експлуатації ЕА є сукупністю природних і штучних кліматичних дій. Природні кліматичні дії на ЕА обумовлюються погодними умовами, що включають температуру, вологість, вітер, атмосферний тиск і ін. Штучні кліматичні дії створюються унаслідок функціонування ЕА і розташованих поряд з нею технічних об'єктів.
У міжнародній технічній кліматології, класифікації макрокліматичних умов, що займається питаннями, з точки зору їх впливу на технічні вироби, приведена класифікація клімату Землі. У основу цієї класифікації покладені усереднені за багато років значення екстремальної (максимальною і мінімальною) температури в році, максимальній абсолютній вологості повітря, а також максимальної температури, що поєднується з відносною вологістю повітря, що рівною або перевищує 95%. У таблиці. 2.1 приведені групи клімату, що визначають категорію вживання комплектуючих виробів (або скорочено виробів) ЕА згідно даної класифікації, а також дана узагальнена характеристика природних кліматичних умов вживання виробів (на відкритому повітрі) в зонах, що відносяться до даних груп клімату.
Таблиця 2.1. Групи клімату та узагальнена характеристика природних умов застосування виробів (на відкритому повітрі)
| Кліматична група | Значення (усереднене за багато років) | Сфера застосування | ||||||
| мінімальної температури, оС | мінімальної температури, оС | максимальної температури, яка поєднується з відносною вологістю, що дорівнює чи перевищує 95%, оС | максимальної абсолютної вологості, г·см-3 | максимальної зміни температури повітря протягом 8год., оС | максимальної інтегральної густини потоку сонячної радіації, Вт·м2 | максимальної інтенсивності дощу, мм·хв-1 | ||
| Теплий помірний | - 20 | 35 | 25 | 22 | 40 | 1125 | 3 | Обмежена |
| Холодний помірний, теплий помірний, теплий сухий | -33 | 40 | 27 | 24 | 40 | 1125 | 3 | Загальна |
| Всі типи клімату Землі за винятком екстремального холодного та екстремально теплого | -50 | 40 | 33 | 36 | 40 | 1125 | 5 | Універсальна в будь-якій точці земної кулі |
| Всі типи клімату Землі | -65 | 55 | 33 | 36 | 40 | 1125 | 5 | |
Основними причинами зміни температури є широта місця, міра континентальності і топографічні умови. Вплив перших двох причин приводить до плавної і послідовної зміни температури. Топографічні умови (висота над рівнем морить і форма рельєфу) порушують цей плавний хід.
1.5 БІОЛОГІЧНІ УМОВИ
При виробництві, зберіганні, транспортуванні і експлуатації ЕА піддається дії біологічних чинників. Відповідно до ГОСТ 9.102—78 біологічний чинник (біочинник) — це організми або їх колонії, що викликають порушення справного або працездатного стану об'єкту. Біологічні умови, в яких знаходиться апаратура, її компоненти і елементи, визначаються сукупністю впливаючих біологічних чинників. Подія, що полягає у виході якого-небудь параметра ЕА під дією фактору за межі, вказані в нормативно-технічній документації, називають біологічним пошкодженням (біопошкодженням).
Переважна більшість мікропошкоджень ЕА обумовлена дією мікроорганізмів і плісневих грибів. Мікроорганізмом називають будь-який організм, що має мікроскопічні розміри і невидимий неозброєним оком.
Можливість виникнення біопошкоджень слід враховувати у всіх випадках контакту організмів з ЕА.
Проблема боротьби з біопошкодженнями ЕА включає вирішення наступних взаємозв'язаних завдань:
1) виявлення організмів збудників (або джерел) біопошкоджень і їх співтовариств;
2) дослідження процесів і механізмів біопошкодженні, характеру руйнувань і впливу їх на матеріали;
3) виявлення мікрокліматичних і технологічних зв'язків процесів здобуття матеріалів, виробництва, зберігання і експлуатації виробів ЕА з шкідливою діяльністю організмів;
4) випробування виробів і матеріалів з метою визначення їх стійкості до дії біочинників;
5) розробка методів захисту матеріалів і виробів;
6) розробка екологічних основ і методів біологічного руйнування і переробки відходів виробництва.
В процесі життєдіяльності організму необхідне постійне поступлення енергії від зовнішніх джерел або середовища, яке він отримує з живленням і диханням. Під час живлення організми взаємодіють один з одним і з довкіллям, беручи участь в кругообігу речовин в біосфері. Основними постачальниками органічних речовин в біосферу є фотосинтезуючі рослини, а основними споживачами є біоредуценти (бактерії і плісневі гриби) і тварини (комахи, птиці, гризуни і т. д.). Біоредуценти руйнують органічні речовини, здійснюючи їх мінералізацію і перетворення на прості речовини.
Аналіз біопошкоджень дозволяє згрупувати їх в чотири види (мал. 2.4): механічні макроруйнування при контакті, погіршення експлуатаційних параметрів, біохімічне руйнування і фізико-хімічна корозія на кордоні матеріал-організм.
Механічні руйнування викликаються в основному макроорганізмами, тобто організмами, що мають розміри, порівнянні з габаритами виробів. Макроруйнування при контакті може статися із-за зіткнення, прогризання і знищення. Прогризання матеріалів виробів гризунами (щурами, зайцями, білками, слепишамі і т. д.), а також комахами (головним чином різними видами термітів і мурашок) виникає у тому випадку, коли виріб перегороджує їм дорогу до корму.
Погіршення експлуатаційних параметрів ЕА викликається біозабрудненням, біозасміченням або біообростанням. Біозабрудненням називають залишки виділень організмів і продуктів їх життєдіяльності, які надалі, змочуючись водою або вбираючи вологу з повітря, змінюють характеристики і параметри виробів.
Біозасмічення ЕА пов'язане з наявністю пор грибів і бактерій, насіння рослин, конідій, частин міцелія грибів, посліду птиць, виділень організмів, відмираючих організмів. Відомі випадки споруди комахами (бджолами, мурашками і ін.) житла в розрядниках високочастотних трактів станцій радіолокацій.
Біохімічне руйнування є найширше розповсюдженим виглядом біопошкоджень, але в той же час і що найважче піддається вивченню, оскільки викликається в основному мікроорганізмами і плісневими грибами. Цей вигляд руйнування розділяють на два підвиди: біологічний вжиток в процесі живлення і хімічна дія речовин, що виділяються в процесі живлення. Біологічний вжиток пов'язаний з попереднім хімічним руйнуванням ферментом вихідного матеріалу інколи лише одного компонента, зазвичай низькомолекулярного з'єднання, наприклад пластифікатора, стабілізатора і так далі .Таке руйнування відкриває дорога фізико-хімічної корозії, приводить до погіршення термодинамічних властивостей матеріалу і його механічного руйнування під дією експлуатаційних навантажень. Хімічна дія продуктів обміну речовин зводиться до агресивної дії на матеріали органічних кислот.
Фізико-хімічна корозія на кордоні матеріал — організм викликається дією аміно- і органічних кислот, а також продуктів гідролізу. У основі цього біопошкодження лежать електрохімічні процеси корозії металів.
Мікроорганізми і плісневі гриби. Необхідно враховувати хорошу пристосовність мікроорганізмів до змін параметрів довкілля, вплив на їх зростання температури, вологості, тиску, кислотності і інших чинників. Найбільш сильний вплив на зростання організмів надає температура.
По відношенню до використання повітря для вироблення клітинної енергії розрізняють аеробні (основними є окислювальні реакції, в яких акцептор водню — кисень) і анаеробні (без вільного кисню) умови життя і розвитку організмів.
Бактерії — найчисленніша і поширеніша група мікроорганізмів, що мають одноклітинну будову. Більшість видів бактерій існують за рахунок мертвих органічних залишків.
Однією з особливостей мікроорганізмів є їх здібність до спороутворення. Спори у бактерій утворюються за несприятливих умов існування (недоліку живильних речовин, висушуванні, зміні рН середовища і т. д.).
Плісневі гриби відрізняються від бактерій складнішою будовою і досконалішим способом розмноження спорами. Клітки грибів (гіфи) утворюють переплетення і галуження, звані міцелієм.
Гриби здатні виробляти клітинну енергію лише за рахунок енергії хімічних реакцій. Міцелій і спори грибів утворюють добре забарвлені колонії, помітні неозброєним оком.
Мікроорганізми володіють багатим ферментативним апаратом. Вони здатні залежно від умов синтезувати потрібний фермент або використовувати ферменти іншого організму за відсутності потрібного власного. Пошкоджуючи діяльність мікроорганізмів в основному пов'язана з виділенням екзоферментів і продуктів метаболізму: аміно- і органічних кислот [14].
Дія мікроорганізмів на матеріали і вироби ЕЛ. Найбільш агресивними метаболітами мікроорганізмів є органічні кислоти (відомо близько 30 органічних кислот, що синтезують плісневими грибами), окислювально-відновні і гідролітичні екзоферменти. Завдяки мікроскопічним розмірам гіфи і спори проникають в поглиблення і тріщини матеріалу, викликаючи зміни маси, водопоглинання і міри гідрофобності. Обростання мікроорганізмами залежить від хімічного складу і будови матеріалу, мікрофлори довкілля, наявність забруднень (органічних і неорганічних) в повітрі, кліматичних умов і вибірковості дії співтовариств організмів.
Поверхнева дія плісневих грибів за рахунок конденсування вологи і підвищення температури приводить до коротких замикань між струмоведучими частинами плат. Органічні кислоти і інші метаболіти володіють високою провідністю. В результаті знижуються питомі об'ємний і поверхневий опори, збільшується tg δ, зменшуються межі механічної міцності матеріалів на розтягування і вигин. Обростання сплавів свинцю, алюмінію і сталі веде до інтенсивного розчинення зерен металів.
Оптичні вироби із скла піддаються руйнуванню плісневими грибами із-за розчинення продуктами метаболітів. На абсолютно чистій поверхні скла зростання грибів не спостерігається, проте у виробництві неможливо досягти високої чистоти. Зростання плісневих грибів краще йде на нейтральних стеклах (наприклад, кварцевому) і гірше на склі з лужною реакцією. Навіть помірне зростання мікроорганізмів представляє серйозну проблему, оскільки знижує контрастність зображення, створює небажане розсіювання світла.
Найбільший вплив роблять мікроорганізми на органічні субстрати, оскільки використовують їх як джерела вуглецю. Це можуть бути пластмаси, фарби, сліди мастила, залишки флюсів, розчинників, поту рук, адсорбовані органічні частки з повітря цеху або складу. Відзначимо, що в повітрі виробничих приміщень число колон мікроорганізмів в 5 разів менше, ніж при зберіганні на відкритому повітрі, і в 3 рази менше, ніж на складах. Сприятливу дію надає аерація повітря виробничих приміщень.
Зростання плісневих грибів на полімерах відбувається в основному за рахунок низькомолекулярних з'єднань: пластифікаторів, стабілізаторів і наповнювачів. Краще протистоять грибам молекули великого розміру і гідрофобної природи. Важкі метали (мідь, нікель, кобальт і т. д.) токсичні для мікроорганізмів. Найшвидше руйнуються фенопласти з органічним наповнювачем.
Останні дослідження виявили вплив мікроорганізмів на ситали. Дослідженнями в електронній промисловості встановлено, що 45% готових ІС містить спори плісневих грибів 19 видів, джерелами яких є руки робітників, технологічні середовища і повітря приміщень. Заростання ІС колоніями «чорної цвілі» дало 40,7% браку. Аналогічні дослідження в радіопромисловості вказали на значну поразку грибками пластмасових деталей. Вживання гарячих операцій на початкових стадіях технічного процесу сильно понижує кількість колоній.
Комахи. Серед комах найбільшою шкідливою діяльністю відрізняються терміти.
Терміти руйнують всілякі, в першу чергу целюлозні (дерево, картон, папір) і м'які синтетичні матеріали і вироби з пенополіуретана, губчастого поліетилену, пінополістиролу, фенопластів з целюлозними наповнювачами, полівінілхлоридних трубок, гуми на основі натурального каучуку, склопластика на основі ЕДМ-2-2, склотканини, просоченої клеєм БФ-2, і так далі Окрім прогризання і знищення в процесі живлення слід враховувати біозасмічення, що викликається термітами, і біозабрудненими виробами.
Серед інших видів комах найбільш небезпечні міль (ушкоджує натуральні і штучні тканини, нитки, засмічує апаратуру), жуки-шкіроїди (ушкоджують кабелі і покриття), мурашки (псують вироби, засмічуючи і забруднюючи їх).
Гризуни. Гризуни наносять в основному механічні пошкодження, що викликають обриви, замикання і порушення герметизації.
Найчастіше гризунами ушкоджуються лінії радіофікації, підземні кабелі. Гризуни здатні перекушувати дріт перерізом 0,05—0,1 мм2 і ушкоджувати обплетення кабелів (наприклад, РК 75-7-21, РК 75-4-12).
Апаратура в металевому корпусі без отворів стійка до дії гризунів. З полімерів стійкими до дії гризунів є металлопласти і деякі види органічного скла (СОЛ-10-ЭМ). Такі матеріали, як фторопласти, текстоліту, склотекстоліту, гетінакси, ушкоджуються гризунами на 10—80%. Покриття зазвичай нестійкі до дії гризунів.
Захист виробів і матеріалів від біопошкоджень полягає в розробці і вживанні матеріалів з такими властивостями, які лежать далеко за адаптивними можливостями живих організмів.
1.6 Вплив вакууму на матеріали і компоненти ЕА.
Вплив вакууму прискорює протікання різних фізичних процесів і приводить до ряду специфічних явищ. Глибокий вакуум здібний до поглинання необмеженої кількості газів і пари, яка може виділятися з ЕА.
Вакуум може викликати сублімацію поверхневих шарів матеріалів ЕА. Для матеріалів, що знаходяться в вакуумі, слід підбирати матеріали з низькою швидкістю сублімації Мс.
Втрати поліциклічних полімерних з'єднань відбуваються не лише шляхом сублімації і випару. Головним чином вони відбуваються за рахунок розкладання з'єднань в простіші леткі речовини.
В результаті газовиділення і втрат компонентів при тривалому перебуванні в умовах розрідженого середовища можуть змінюватися властивості, пов'язані з теплофізичними і діелектричними характеристиками матеріалів ЕА (теплопровідність, електрична провідність). Видалення захисних газових і оксидних плівок, а також сублімація поверхневих шарів, що мають товщину, кратну декільком довжинам хвиль випромінювання, мінятимуть шорсткість поверхні і, як наслідок, — їх оптичні характеристики. Спільну дію глибокого вакууму і ультрафіолетового випромінювання викликає ефект «вибілювання», внаслідок чого зростає відбивна здатність поверхні і полегшуються умови охолоджування апаратури.
У вакуумі майже відсутній конвективний теплообмін і теплопровідність середовища, а обмін тепла може відбуватися лише за рахунок випромінювання. Крім того, утруднена передача тепла через дотичні поверхні частин ЕА із-за мікронерівностей поверхні і вакуумних проміжків між ними.
У вакуумі зустрічаються ситуації, при яких поверхні твердих тіл стають вельми чистими (аж до атомно-чистих, коли на 1000 атомів основної речовини доводиться один атом забруднення). Це приводить до посилення адгезії дотичних матеріалів, а за наявності пластичних деформацій, наприклад при терті, можуть виникати явища холодної зварки в точках контакту.
1.7. МЕХАНІЧНІ ДІЇ
Залежно від свого призначення ЕА може піддаватися різним механічним впливам. Основними механічними навантаженнями для ЕА при експлуатації є вібраційні ударні лінійні дії, а також звуковий тиск. Це відноситься як до спеціальних наземних пристроїв і транспортних засобів в яких застосовується ЕА. При цьому слід зазначити, що вимоги по механічних діях на ЕА, що працює в нестаціонарних умовах, наприклад на рухливих об'єктах, постійно посилюються.
Одним з найнебезпечніших видів механічних дій є вібрація, що часто зустрічається на практиці. У загальному випадку під вібрацією ЕА розуміють коливання самої апаратури або яких-небудь частин її конструкції. Вібрація викликає механічну напругу і деформацію як комплектуючих виробів, так і конструктивних елементів ЕА.
Залежно від характеру коливань ЕА розрізняють детерміновану і випадкову вібрації. Детермінована вібрація може бути гармонійною і періодичною, залежно від фізичної природи її виникнення. Спектр такої вібрації складається з однієї складової (рис. 2.14,6). Періодична вібрація отримала свою назву тому, що функція, що описує її, міняє свої значення через однакові інтервали часу в разі гармонійних коливань крива в цих інтервалах має строго синусоїдальну форму, а в разі періодичних — абсолютно довільну (мал. 2.15).
На практиці найбільш поширеною є періодична вібрація.
Випадкова вібрація на відміну від детермінованої не може бути описана точними математичними співвідношеннями. По вигляду такій вібрації (рис. 2.16) неможливо точно передбачити значення її параметрів в найближчий момент.
При проектуванні ЕА має бути закладена необхідна механічна міцність для нормального її функціонування в час і після дії різних вібраційних навантажень. Тому на цьому етапі застосовують аналітичні методи розрахунку її механічних характеристик, розглядаючи ЕА як механічну систему.
У механізмі абсолютно твердого тіла явище удару розглядається як деякий стрибкоподібний процес, тривалість якого нескінченно мала. Під час удару в точці зіткнення вдаряючих тіл виникають великі, але миттєво діючі сили, що приводять до кінцевої зміни кількості руху. У реальних системах завжди діють кінцеві сили протягом кінцевого інтервалу часу і зіткнення двох рухомих тіл пов'язано з їх деформацією поблизу точки зіткнення. Тривалість удару залежить від багатьох фізичних чинників: пружних характеристик матеріалів тіл, їх форми і розмірів, відносній швидкості зближення і так далі.
Зміна прискорення в часі прийнято називати імпльсом ударного прискорення або просто ударним імпульсом, а закон зміни прискорення в часі — формою ударного імпульсу.
Ударний імпульс є неперіодичною функцією, що має суцільний частотний спектр,
До основних параметрів ударного імпульсу відносяться: пікове ударне прискорення (перевантаження), тривалість дії ударного прискорення і форма ударного імпульсу. Результати дії удару на вироби ЕА залежать від їх динамічних властивостей. Останні характеризуються масою, жорсткістю і частотою власних коливань виробів. При дії ударного імпульсу розрізняють декілька основних видів реакцій виробів: квазіамортизаційний (або балістичний), квазірезонансний ( або статичний).
Деякі види вібрації також супроводяться виділенням енергії звукової частоти. Це явище прийнято називати акустичним шумом або акустичною вібрацією.
Коливальний рух часток середовища при поширенні звукової хвилі характеризується також коливальним зсувом їх від положення спокою, яке відбувається з коливальною швидкістю, вимірюваною в метрах в секунду.
Таким чином, дія акустичного шуму приводить до механічного збудження деталей і вузлів конструкцій ЕА, а також різних радіоелементів. Різні конструктивні елементи по-різному реагують на звукову (акустичну) потужність шумового спектру. Під дією енергії коливань звукової частоти в електронних лампах виникає мікрофонний ефект, починають вібрувати реле і окремі малогабаритні елементи схем, а також об'ємні провідники.
На відміну від чисто механічних дій, коли вібрація передається виробам головним чином через точки кріплення, звуковий тиск збуджує корпуси радіоелементів за допомогою розподіленого зусилля, величина якого залежить не лише від рівня тиску, але і площі кожної деталі. Це приводить до того, що засоби захисту від дії вібрацій в даному випадку виявляються неефективними. Найбільш критичною дією є спільна дія вібрацій і звукового тиску (акустичного шуму), при якій можуть виникати резонансні явища. Для зменшення впливу звукового тиску служать наступні заходи:
1. Розміщення деталей і вузлів ЕА в кожух з матеріалів з високим коефіцієнтом загасання, а також забезпечення їх ефективної амортизації. При цьому амортизатори встановлюють між критичними елементами і шасі або вузлом, на якому передбачено їх кріплення.
2. Опорні елементи конструкцій і кожуха виконують з матеріалів, що володіють високими демпфуючими властивостями.
3. Жорстке закріплення всіх малогабаритних радіодеталей (резисторів, конденсаторів, діодів, транзисторів і т. д.) на друкарських платах.
4. Використання багатошарового друкарського монтажу з метою скорочення об'ємних провідників.
5. Заливка компаундами окремих груп елементів на друкарських платах.
Лекція 2.
КЛАСИФІКАЦІЯ ВИПРОБУВАНЬ І СПОСОБІВ ЇХ ПРОВЕДЕННЯ
2.1. КЛАСИФІКАЦІЯ ВИПРОБУВАНЬ
Всі застосовані методи випробувань класифікуються на дві великі групи: фізичні випробування реальної ЕА або її макетів і випробування з використанням моделей (мал. 4.1).
Фізичні випробування можуть проводитися як при зовнішніх впливаючих чинниках, створюваних штучним шляхом з допомогою випробувальних стендів (стендові випробування) або спеціальних методів і засобів, застосованих в лабораторних умовах (лабораторні випробування), так і при природних зовнішніх впливаючих чинниках.
Рис. 4.1. Класифікація методів випробувань ЕА
Лабораторні і стендові випробування ЕА відрізняються від реальної експлуатації тим, що при їх проведенні поки що не представляється можливим моделювати всі зовнішні дії одночасно в тій випадковій сукупності, яка має місце при реальній експлуатації. Звичайно при лабораторних і стендових випробуваннях апаратура піддається дії однієї або декількох певних навантажень. Це приводить, як наголошувалося в гл. 3, до результатів, дещо відмінних від одержаних при реальній експлуатації. Тому при дослідженні впливу зовнішніх впливаючих чинників разом з лабораторними і стендовими випробуваннями проводяться також випробування ЕА в природних умовах навколишнього середовища.
Залежно від умов і місця проведення випробувань при дії природних зовнішніх чинників розрізняють полігонні і натурні випробування ЕА.
Полігонні випробування об'єкту проводять на спеціально обладнаному полігоні. Широко поширені полігонні випробування ЕА, що проводяться при дії зовнішніх кліматичних чинників. При цьому випробування ЕА, призначеної для експлуатації і зберігання тільки в обмежених кліматичних районах, проводять на полігонах, розташованих в пунктах, що характеризують кліматичну дію цих районів.
Натурні випробування об'єкту реалізуються при виконанні трьох основних умов:
1) випробуванням піддається безпосередньо виготовлена ЕА (тобто об'єкт випробування) без вживання моделей або складових частин апаратури;
2) випробування проводяться в умовах і при діях на ЕА, відповідних умов і дій при їх використовуванні за цільовим призначенням;
3) визначені характеристики властивостей об'єкту випробувань вимірюються безпосередньо без використовування аналітичної залежності, що відображає фізичну структуру об'єкту випробувань і його складових частин. При цьому допускається вживання математичного апарату статистичної обробки експериментальних даних.
Мета полігонних і натурних випробувань — дослідження комплексного впливу природно впливаючих чинників на зміну параметрів, властивостей і механізми відмов ЕА при її експлуатації і зберіганні. Ці випробування забезпечують отримання якнайповнішої і достовірної інформації про комплексний вплив чинників навколишнього середовища на параметри, характеризуючі ЕА; дозволяють досліджувати характер реальних физико-хімічних процесів, що протікають в матеріалах і комплектуючих виробах ЕА при дії природних зовнішніх чинників; дають можливість уточнювати дані, одержані при випробуванні об'єкту під впливом зовнішніх чинників, створюваних штучним шляхом, а також норми на допустимі зміни параметрів (критерії придатності). За наслідками полігонних і натурних випробувань розробляють рекомендації за способами захисту ЕА від зовнішніх впливаючих чинників.
Проте специфіка натурних випробувань полягає в їх великій тривалості, складності і високій вартості. Ці випробування вимагають чіткої їх організації і оптимального планування. З метою обмеження об'єму випробувань програма їх проведення повинна базуватися на аналізі результатів експлуатації, лабораторних і стендових випробувань, а також вимог, що пред'являються до ЕА. Це дозволяє проводити випробування об'єкту тільки в тих природних умовах, в яких вплив чинників, що дестабілізували, найбільш інтенсивний.
До фізичних випробувань при природних зовнішніх впливаючих чинниках слід віднести також експлуатаційні випробування, тобто випробування об'єкту, що проводяться при експлуатації. Одним з основних видів експлуатаційних випробувань є досвідчена експлуатація ЕА. Іноді проводиться підконтрольна експлуатація, яка умовно може бути віднесена до експлуатаційних випробувань. При підготовці до підконтрольної експлуатації спеціально призначений для її проведення персонал, керуючись спеціально розробленою документацією, здійснює збір, облік і первинну обробку інформації.
Випробування з використанням моделей здійснюються методами фізичного і математичного моделювання [1]. Вживання цих методів дозволяє відмовитися від ряду складних фізичних випробувань реальної ЕА або її макетів.
Фізичне моделювання полягає в тому, що первинний параметр об'єкту випробувань (процес в елементі схеми або яка-небудь зовнішня дія) замінюється простою фізичною моделлю, здатною імітувати зміни даного параметра. Фізичне моделювання може здійснюватися також наступними статистичними методами випробувань.
1. Метод статистичних випробувань (метод Монте-Карло). Полягає в тому, що за допомогою багатократних випадкових випробувань (обчислень, виконаних над випадковими числами) визначають вірогідність появи деякої випадкової події (математичного очікування випадкової величини). Даний метод дозволяє визначити характеристики надійності виходячи з припущення, що відомий механізм відмов при різних поєднаннях значень параметрів ЕА, вибраних випадковим чином згідно заданої статистичної моделі.
2. Метод статистичних випробувань фізичним моделюванням об'єкту передбачає проведення випробувань на реальних об'єктах або їх електронних моделях. При випробуваннях на реальних об'єктах проводять дослідження можливих причин виникнення відмов ЕА і їх наслідків шляхом штучного введення в схему обривів, коротких замикань або установки комплектуючих елементів з параметрами, що виходять за допустимі норми. Проведення випробувань на електронних моделях об'єкту полягає в тому, що певні комплектуючі елементи схеми замінюються фізичними моделями, що дозволяють змінювати величини характеризуючих їх параметрів. Моделювання різних елементів здійснюють на спеціальних стендах, де відтворюють випадкові процеси зміни параметрів комплектуючих елементів.
Математичне моделювання базується на використовуванні рівнянь, що зв'язують вхідні і вихідні параметри об'єкту випробувань. (В попередньому методі такий зв'язок реалізується безпосередньо у фізичній моделі.) Ці рівняння виводять на підставі вивчення конкретної ЕА і її внутрішніх функціональних зв'язків, після чого і здійснюють математичний опис встановлених зв'язків з урахуванням дії різних чинників на ЕА.
Основний недолік методу — необхідність проведення величезного об'єму теоретичних і експериментальних досліджень для визначення співвідношень, що характеризують математичну модель об'єкту, що вимагає застосування ЕОМ з високою швидкодією і великим об'ємом пам'яті, а також знання характеристик вірогідності первинних * (вхідних) параметрів.
Окремим видом статистичних методів випробувань, вживаному на практиці, є граничні випробування ЕА.
Граничні випробування проводяться для визначення залежності між гранично допустимими значеннями параметрів об'єкту і режимом експлуатації. Вони є експериментальним методом, заснованим на фізичному моделюванні області значень первинних параметрів, при яких вихідні параметри ЕА знаходяться в межах допуску, тобто в області безвідмовної роботи ЕА при змінах первинних параметрів. Проте визначити область безвідмовної роботи ЕА при одночасній зміні багатьох первинних параметрів не представляється можливим. Тому часто на практиці знаходять граничні точки області безвідмовної роботи ЕА при зміні якого-небудь одного первинного параметра ЕА (параметр граничних випробувань), зберігаючи значення інших незмінними. В цьому і полягає значення граничних випробувань [19].
Для реалізації методу граничних випробувань використовують зміну вихідного параметра ЕА за допомогою штучних прийомів, наприклад міняють одну з живлячих напруг, вибране як первинний параметр граничних випробувань. Границі області, в межах якої ЕА працює безвідмовно, визначаються при зміні напруги до моменту відмови ЕА по досліджуваному вихідному параметру у разі, коли решта первинних параметрів ЕА має номінальні (або задані) значення. Потім при деякому відхиленні одного з первинних параметрів ЕА від номінального (або заданого) значення знову спостерігають за вихідним параметром ЕА при зміні напруги. Ясно, що при відхиленні первинного параметра в обидві сторони від номінального значення вихідний параметр виходитиме за межі допуску при різних значеннях напруги.
Недоліком методу граничних випробувань є неможливість кількісної оцінки надійності, а також велика трудомісткість проведення експериментів, що не дозволяє одержати дані про зміну вихідних параметрів ЕА при зміні комплексу зовнішніх дій і взаємодії елементів.
Види випробувань. Всі випробування класифікують за наступними принципами: призначення, рівня проведення, етапу розробки випробування готової продукції, умовам і місцю проведення, тривалості, результату дії, визначуваним характеристикам об'єкту (мал. 4.4). Деякі види випробувань цієї класифікації були розглянуті вище.
Залежно від призначення випробування можна розділити на дослідницькі, визначальні, порівняльні і контрольні.
Дослідницькі випробування проводяться для вивчення певних характеристик властивостей об'єкту, і їх метою є:
визначення або оцінка показників якості функціонування випробовуваного об'єкту в певних умовах його вживання;
вибір якнайкращих режимів роботи об'єкту або якнайкращих характеристик властивостей об'єкту;
порівняння безлічі варіантів реалізації об'єкту при проектуванні і атестації;
побудова математичної моделі функціонування об'єкту (оцінка параметрів математичної моделі);
відбір істотних чинників, що впливають на показники якості функціонування об'єкту;
вибір виду математичної моделі об'єкту (із заданої безлічі варіантів).
Прикладом дослідницьких випробувань можуть бути розглянуті випробування моделей. Особливістю дослідницьких випробувань є факультативний характер їх проведення, і вони, як правило, не застосовуються при здачі готової продукції.
Визначальні випробування проводять для визначення значень характеристик об'єкту із заданими значеннями показників точності і достовірності.
Порівняльні випробування проводять для порівняння характеристик властивостей аналогічних або однакових об'єктів. На практиці іноді виникає необхідність порівняти якість аналогічної по характеристиках або навіть однакової ЕА, але що випускається, наприклад, різними підприємствами. Для цього випробовують порівнювані об'єкти в ідентичних умовах.
Порівняльні випробування проводять для порівняння характеристик властивостей аналогічних або однакових об'єктів.
Контрольні випробування проводяться для контролю якості об'єкту. Випробування цього вигляду складають найчисленнішу групу випробувань.
Як вже наголошувалося в гл. 1, цілі і задачі випробувань міняються у міру проходження виробом етапів «життєвого» циклу. У зв'язку з цим зрозуміле виділення в даній класифікації груп випробувань по етапах проектування і виготовлення готової продукції.
На етапі проектування проводять довідкові, попередні і приймальні випробування.
До видів випробувань готової продукції відносять кваліфікаційні, пред'явницькі, приймальноздавальні, періодичні, інспекційні, типові, атестаційні, сертифікаційні.
Випробування, класифіковані по етапу проектування івиготовлення готової продукції, по своєму призначенню можуть бути дослідницькими, контрольними, порівняльними, визначальними.
Так, доведенні випробування — це дослідницькі випробування, що проводяться при проектуванні виробів з метою оцінки впливу змін, що вносяться в неї, для досягнення заданих значень показників якості, а попередні випробування є контрольними випробуваннями дослідних зразків і (або) досвідчених партій продукції з метою визначення можливості їх пред'явлення на приймальні випробування. Приймальні випробування також є контрольними випробуваннями. Це випробування дослідних зразків, досвідчених партій продукції або виробів одиничного виробництва, що проводяться для вирішення питання про доцільність постановки цієї продукції (ЕА) на виробництво і (або) використовування її за призначенням.
Приймальні випробування дослідних зразків або партій ЕА проводяться, як правило, для вирішення питання про доцільність постановки апаратури на виробництво, а приймальні випробування виробів одиничного виробництва — для вирішення питання про доцільність передачі цих виробів в експлуатацію.
Кваліфікаційні випробування проводяться вже на настановній серії або першій промисловій партії ЕА, тобто на стадії освоєння виробництва ЕА. Метою їх є оцінка готовності підприємства до випуску продукції даного типу в заданому об'ємі.
Пред'явницькі випробування ЕА проводяться обов'язково службою технічного контролю підприємства-виготівника перед пред'явленням її для приймання представником замовника, споживачем або іншими органами приймання.
Приймально-здавальні випробування проводяться в освоєному виробництві. Це контрольні випробування виготовленої продукції при приймальному контролі. Приймально-здавальні випробування, як правило, проводяться виготівником продукції. Якщо на підприємстві-виготівнику є представник замовника, приймально-здавальні випробування проводяться їм у присутності представника — виготівника.
З метою контролю стабільності якості продукції і можливості продовження її випуску проводять періодичні випробування продукції в об'ємі і в терміни, встановлені нормативно-технічними документами (НТД). Цей вид контрольних випробувань звичайно проводиться кожного місяця або квартала, а також на початку випуску ЕА на заводі-виготівнику і при відновленні виробництва після тимчасового його припинення. Результати періодичних випробувань розповсюджуються на всі партії, випущені протягом певного часу. Періодичні випробування включають такі випробування, при яких виробляється частина ресурсу ЕА (тривала вібрація, багатократні удари, термоцикли); це порівняльно дорогі випробування, тому вони завжди є вибірковими.
Інспекційні випробування — це особливий вид контрольних випробувань. Вони проводяться у вибірковому порядку з метою контролю стабільності якості встановлених видів продукції спеціально уповноваженими організаціями.
Типові випробування — це контрольні випробування продукції, що випускається, що проводяться з метою оцінки ефективності і доцільності змін, що вносяться, в конструкцію, рецептуру або технологічний процес.
Випробування, що проводяться для оцінки рівня якості продукції при її атестації по категоріях якості, називаються атестаційними. Сертифікаційні випробування — це контрольні випробування продукції, що проводяться з метою встановлення відповідності характеристик її властивостей національними (або) міжнародним НТД.
Залежно від тривалості всі випробування підрозділяються на нормальні, прискорені, скорочені. Під нормальними випробуваннями ЕА розуміються випробування, методи і умови проведення яких забезпечують отримання необхідного об'єму інформації про характеристики властивостей об'єкту в такий же інтервал часу, як і в передбачених умовах експлуатації. У свою чергу прискорені випробування — це такі випробування, методи і умови проведення яких забезпечують отримання необхідної інформації про якість ЕА в більш короткий термін, ніж при нормальних випробуваннях. В НТД на методи випробувань конкретних видів ЕА указуються значення впливаючих чинників і режими функціонування, відповідні нормальним умовам випробувань.
Скорочені випробування проводяться за скороченою програмою. Залежно від рівня значущості випробувань ЕА їх можна розділити на державні, міжвідомчі і відомчі. До державних випробувань відносяться випробування встановлених найважливіших видів ЕА, що проводяться головною організацією по державних випробуваннях, або приймальні випробування, що проводяться державною комісією або випробувальною організацією, якій надано право їх проведення. Міжвідомчі випробування — це випробування ЕА, що проводяться комісією з представників декількох зацікавлених міністерств і відомств, або приймальні випробування встановлених видів ЕА для приймання складових її частин, що розробляються сумісно декількома відомствами. Відомчі випробування проводяться комісією з представників зацікавленого міністерства або відомства.
Випробування ЕА відповідно до зовнішніх впливаючих чинників ділять на механічні, кліматичні, теплові, радіаційні, електричні, електромагнітні, магнітні, хімічні (дія спеціальних середовищ), біологічні (дія біологічних чинників).
Очевидно, що не всі зовнішні дії можливо імітувати, і вони, як вже наголошувалося, не завжди можуть бути прикладені спільно, як це буває в реальних умовах. Тому необхідно встановити, яким зовнішнім діям повинна піддаватися ЕА, який буде рівень, періодичність, послідовність зміни цих дій, а також тривалість роботи ЕА в різних режимах. При виборі зовнішніх впливаючих чинників при випробуваннях ЕА необхідно враховувати:
вид техніки, в якій використовується апаратура (наземна, літакова, морська і т. п.);
рівень узагальнення об'єкту випробувань (радіотехнічні комплекси і функціональні системи, електронна апаратура, радіоелектронні блоки, що комплектують вироби, матеріали), залежно від якого число вибраних для випробування зовнішніх впливаючих чинників може зменшуватися або збільшуватися;
кліматичний район подальшої експлуатації об'єкту випробувань;
умови вживання за призначенням, транспортування і зберігання об'єкту випробувань.
Випробування називаються руйнуючими, якщо в процесі них застосовуються руйнуючі методи контролю або впливаючі на об'єкт зовнішні чинники приводять до непридатності його для подальшого вживання.
Випробування, в результаті яких оцінюється закладена в ЕА надійність, називаються випробуваннями на надійність. При цих випробуваннях фіксуються: напрацювання; моменти виникнення відмов; загальне число відмов; режими роботи ЕА, при яких з'явилися відмови; час відновлення працездатності; причини виникнення відмов. Результатами визначальних випробувань на надійність користуються для оцінки фактичних показників надійності і порівняння їх із заданими в ТЗ і ТУ.
Випробування на надійність, у свою чергу, включають випробування об'єкту на безвідмовність, збереження, ремонтопридатність, довговічність і транспортабельна.
Під безвідмовністю розуміють властивість ЕА безперервно зберігати працездатність протягом заданого часу в певних режимах і умовах експлуатації. При випробуваннях на безвідмовність оцінюють середнє напрацювання повністю і вірогідність безвідмовної роботи ЕА по встановленій методиці при роботі апаратури протягом заданого інтервалу часу в певних умовах.
Збереження — властивість ЕА безперервно зберігати справний і працездатний стан протягом зберігання ЕА в заданих умовах і після нього. Зберігання є одним з елементів експлуатації ЕА. Умови зберігання і його тривалість можуть помітно позначитися на зміні в гіршу сторону характеристик ЕА при її подальшій експлуатації.
Під ремонтопридатністю розуміється властивість ЕА, що виражається в пристосованості її до відновлення справності і підтримки заданого технічного ресурсу шляхом попередження, виявлення і усунення несправностей і відмов. Кількісно ремонтопридатність оцінюється трудомісткістю відновлення працездатності ЕА, що визначається витратами часу і засобів на діагностику відмов з урахуванням необхідної кваліфікації обслуговуючого персоналу, рівня технічної оснащеності і системи організації ремонту. Під ремонтопридатністю невідновного виробу розуміється його пристосованість до перевірки технічного стану і зручної заміни.
Під довговічністю ЕА розуміють її властивість зберігати працездатність до настання граничного стану при встановленій системі технічного обслуговування і ремонтів. Граничний стан — це такий стан ЕА, при якому подальша її експлуатація повинна бути припинена із-за неусувного виходу заданих параметрів за встановлені норми або зниження ефективності експлуатації ЕА нижче допустимою. Критерії граничного стану встановлюються НТД. Напрацювання ЕА від початку експлуатації до настання граничного стану називається технічним ресурсом.
Дослідження на транспортабельність обумовлені вимогами по пристосованості ЕА до перевезення різними видами транспорту і типами транспортних засобів, а також вимогами збереження надійної роботи ЕА після транспортування.
2.2. СПОСОБИ ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ
В даний час в лабораторних і стендових дослідженнях застосовуються наступні способи проведення досліджень: послідовний, паралельний, послідовно-паралельний і комбінований.
При послідовному способі один і той же об'єкт дослідження послідовно піддається всім передбаченим програмою видам досіджень. Виняток становлять дослідження, що проводяться при дії більшості хімічних і біологічних зовнішніх впливаючих чинниках. Ці дослідження, як правило, проводяться на різних вибірках. Послідовність досліджень передбачає зазвичай першочергове виявлення найбільш грубих дефектів апаратури, таких як помилки маркування, наявність коротких замикань і обривів при проведенні, наприклад, приемосдаточных досліджень.
Важливою умовою проведення послідовних досліджень є дотримання певного порядку дії зовнішніх чинників. Іноді при складанні програми передбачають таку послідовність зовнішніх впливаючих чинників на об'єкт, згідно якої спочатку діють найбільш зовнішні чинники, що сильно впливають на даний об'єкт. Це робиться для швидкого виявлення потенційно ненадійних зразків з метою скорочення часу досліджень. Проте при цьому втрачається велика частина інформації про вплив інших видів чинників, яка могла бути отримана при їх дії. Тому частіше на практиці рекомендується починати дослідження з дії на ЕА найменш жорстких зовнішніх чинників, при яких дія буде найменшою. Такий спосіб досліджень дозволяє точніше визначити причини спостережуваних відмов і скласти повнішу картину про наявність в ЕА потенційних дефектів. З іншого боку, якщо найбільш небезпечні для об'єкту зовнішні впливаючі чинники розташувати в кінці послідовних досліджень, то значно збільшується час їх проведення.
При паралельному способі проведення досліджень зразок піддається одночасній дії різних зовнішніх впливаючих чинників одночасно (паралельно) на декількох вибірках. Такий спосіб дозволяє отримати великий об'єм інформації за значно коротший проміжок часу, ніж послідовний, при мінімальному зносі досліджуваних зразків. Проте паралельний спосіб вимагає істотно більшого числа досліджуваних виробів, ніж послідовний.
Компромісним між послідовним і паралельним способами проведення досліджень є послідовно-паралельний спосіб, що дозволяє у кожному конкретному випадку ефективніше використовувати переваги того або іншого способу і знаходити найбільш оптимальні варіанти їх поєднання. При послідовно-паралельному способі всі вироби, відібрані для досліджень, розбиваються на декілька груп, які досліджуються паралельно. У кожній з груп дослідження проводять послідовним способом.
| Таблиця 4.1.Приклад групування різних видів досліджень при послідовно-паралельному способі їх проведення | |
| Група | Вид досліджень |
| I | 1. Вібростійка 2. Віброміцність при тривалій дії 3. Ударна міцність 4. Ударна стійкість 5. Стійкість до дії відцентрового прискорення 6. Дія одиночних ударів з великим прискоренням 7. Циклічна дія температури 8. Висотность 9. Дія сонячної радіації 10.Дія пилу(порохостійкість і порохозахищеність) |
| II | 1. Теплостійкість при тривалій дії 2. Дія морського туману |
| III | 1. Вологостійкість при тривалій дії 2. Холодостійкість 3. Дія інію і роси |
| IV | 1. Грибостійкість |
Кожен з розглянутих способів проведення досліджень передбачає, як правило, роздільну дію на об'єкт зовнішніх чинників, що є істотною відмінністю від реальних умов його експлуатації.
Проблеми випробувань
2.3. ЗРОСТАННЯ ТРУДОМІСТКОСТІ ВИПРОБУВАНЬ
Складність ЕА і її функціональне навантаження постійно зростають.
Підвищення функціональної щільності сучасних виробів ЕА досягається за рахунок розширення номенклатури використовуваних, в ній ІС і ЕРЕ і вживання високоінтегрірованних виробів мікроелектроніки. Цей процес породжує дві обставини, пов'язані з вартістю випробувань.
1. Розширення номенклатури вживаних в ЕА виробів і зниженні їх обсягу випуску істотно підвищують трудомісткість проведення випробувань і особливо випробувань по визначенню показників надійності.
2. Для проведення випробувань багатофункціональної ЕА по умовам , близьким до умов її експлуатації, потрібна більш обємна програма випробувань і досконаліше випробувальне устаткування.
Вживання ЕА в складних системах різного призначення пов'язане із збільшенням числа і діапазону впливаючих факторів. Обидві обставини приводять до необхідності розширення об'єму випробувань, що проводяться, і вдосконалення випробувального устаткування.
При розгляді питань, пов'язаних з трудомісткістю вопробувань, слід виділити проблему трудомісткості випробувань по визначенню показників надійності ЕА. Перш за все необхідно підкреслити, що можливість створення надійно функционуючих електронних систем є слідством істотного покращення показників надійності комплектуючих ці системи виробів мікроелектроніки. Орієнтовний розподіл витрат по видах випробувань ЕА даний в таблиці. 3.1 [2]. Приведені витрати включають витрати по зарплаті і по амортизації устаткування для контролю і випробувань, а також собівартість готових виробів, підданих випробуванням і що внаслідок цього не підлягають реалізації. Найбільші витрати йдуть на проведення випробувань ЕА на надійність. Під надійністю ЕА розуміють її властивість виконувати певні функції, зберігаючи в часі встановлені експлуатаційні показники в заданих межах, відповідним режимам і умовам експлуатації, технічного обслуговування, зберігання і транспортування апаратури.
Таблица 3.1. Розприділення витрат по видам випробувань
| Вид випробувань | Процент вартості всіх випробувань | Вид випробувань | Процент вартості всіх випробувань |
| Виявлення резонансних частот | 2,4 | Водостійкість тимчасова | 2,7 |
| Вібростійкість | 3,2 | Водостійкість тривала | 3,6 |
| Віброміцність | 5,0 | Дія підвищиного тиску | 0,8 |
| Ударна міцність | 0,5 | Дія пониженого тиску | 0,9 |
| Випадкова вібрація | 5,7 | ||
| Дія поодиноких ударів | 1,7 | Дія сонячної радіації | 2,7 |
| Дія лінійних прискорень | 0,7 | Термоудар | 4,5 |
| Холодостійкість | 0,7 | Грибостійкість | 1.7 |
| Теплостійкість | 0,7 | Дія соляного туману | 2,4 |
| Термоцикл. | 3,6 | Надійність в тому числі довговічність | 56,6 49,0 |
Вартість таких випробувать дуже велика, а отримана інформація про надійність ІС із-за великого проміжку часу випробувань втрачає цінність. Якщо врахувати, що отриманий показник надійності характеризує виріб одного типу і поширення результатів випробувань на інші типи виробів не завжди правомірно, то стане ще очевидніше недоцільність вживання статистичних методів для оцінки показників високонадійних виробів. Недостатком статистичного методу оцінки надійності є також і те, що при цьому методі не можна допускати помилки в визначенні наявності відмови з вини вимірювальної техніки і обслуговуючого персоналу.
Зараз методи ймовірно-статистичної оцінки надійності виробів мікроелектроніки застосовують не для визначення їх фізичної надійності, а для оцінки її нижньої прийнятної межі. Фактичну надійність виробів визначають за даними експлуатації ЕА і на основі узагальнення великого статистичного матеріалу по різних випробуваннях і інших дослідженнях.
Намітилися наступні напрями по подоланню відзначених вище труднощів визначення показників надійності виробів:
розвиток физико-статистичних методів моделювання фізики відмов;
подальше вдосконалення методів ймовірно-статистичної оцінки надійності з одночасним вдосконаленням технічних засобів оцінки показників якості багатофункціональних пристроїв, комплектуючих МЕА.
Основні початкові положення першого напряму зводяться до наступного [17].
1. Будь-який реальний прилад, пристрій, ІС безперервно змінюються і змінюватимуться унаслідок глобального принципу зростання ентропії, тому що вони є конкретними термодинамічними нестійкими системами. Тому завжди необхідно оцінювати стійкість виробу як физико-хімічної системи. Оцінку слід починати з визначення термодинамічної нестійкості, тобто відхилення ізобарного потенціалу системи від його рівноважного значення, потім повинна бути проведена оцінка швидкостей реакції взаємодії при реальних значеннях температур і електричних навантажень з урахуванням наявності конкретних дефектів, властивих фізичній структурі виробу. При цьому досліджуються такі реакції, які приводять до зміни властивостей, що визначають виконання виробом функціональних задач.
2. Вивчення відмов в часі виявило залежність, показану на мал. 3.2. Стадія 1 у вказаній залежності пов'язана з виявленням дефектних приладів, стадія 3 — з природним старінням матеріалів або фізичним зносом приладів, а стадія 2— це стадія випадкових відмов. При цьому розрахунок часу «життя» будь-якого елемента виробу означає визначення часу до стадії 3. Відмовивиробів у стадії 2 відбуваються через неявні дефекти виробів.
Рис. 3.2. Характерна залежність інтенсивності відмов виробів від часу
Знання про протікання физико-хімічних процесів, що відбуваються в реальній фізичній структурі виробу ЕА, дозволяють ухвалювати нові рішення по вдосконаленню конструкції або технології виготовлення виробу, створювати методики таких випробувань, в яких вказані процеси швидшають різними по вигляду навантаженнями, характерними для умов експлуатації виробу. Вказані випробування для збільшення інтенсивності физико-хімічного дегроадаційного процесу проводять під підвищеними навантаженнями. Такі випробування називають прискореними.
Другий напрям по подальшому вдосконаленню методів ймовірносно-статистичної оцінки надійності і вдосконаленню технічних засобів оцінки показників якості грунтується на установці статичних звязків відображаючих складні багатофакторні процеси . Розвиток вказаного напряму зумовлюється одночасним прогресом в обчислювальній техніці як технічному засобі реалізації статистичних обчислень. При цьому розв'язуються наступні задачі:
Створення більш економічних програм випробувань за визначенням показників надійності випробовуваних виробів;
Оптимізвція випробувань за вартістю;
автоматизация випробувального устаткування;
врахування ідентичності властивостей виробів, що виготовляються по сучасних технологічних процесах.
Створення більш економічних програм випробувань забезпечується або обліком додаткової апріорної інформації, або введенням додаткових обмежень на умови і порядок проведення випробувань.
Знизити вартість випробувань ЕА на надійність, зберігаючи ефективність їх проведення, дозволяє оптимізація випробувань. Основними параметрами ефективності випробувань є вартість і точність оцінки показника надійності. Вартість — це витрати, пов'язані з випробуванням одного зразка ЕА, тривалістю випробувань, а також із здійсненням контролю функціонування випробовуваної ЕА.
Понизити трудомісткість, а отже, і собівартість випробувань можна шляхом автоматизації випробувального устаткування на базі вбудованих мікропроцесорів. До числа основних вимог до устаткування відносяться гнучкість автоматичної перебудови на різні режими і об'єкти випробувань, виконання основного циклу випробувань без втручання оператора, автоматичний контроль і документування режимів випробувань, можливість роботи у складі децентралізованих ієрархічних систем, необхідність організації нарощуваного виконавчого рівня в автоматизованих ділянках випробувань.
Ідентичність властивостей виробів, що виготовляються груповими методами обробки, слід розглядати як об'єктивну передумову скорочення об'єму випробувань. Вживання групових методів при виробництві виробів мікроелектроніки забезпечила ідентичність умов виготовлення виробів в одній партії. Більш висока ідентичність в партії, розташованій на одній підкладці (пластині), менш висока — в партії пластин.
Підвищенню надійності виробів сприяє також і автоматизація технологічних операцій. Вживання автоматів забезпечує більш високу відтворність параметрів технологічного процесу і відповідно поліпшені характеристики фізичної структури виробу, формовані на цій операції. Як правило, для випробувань вибираються найскладніші, тобто самі насичені елементами вироби.
2.4. АДЕКВАТНІСТЬ УМОВ ВИПРОБУВАННЬ РЕАЛЬНИМ УМОВАМ ЕКСПЛУАТАЦІЇ
Дослідження, аналіз і досвід експлуатації ЕА показують, що існує значна розбіжність між показниками надійності, спостережуваними в умовах експлуатації, і показниками, одержуваними розрахунковим шляхом або при випробуваннях в лабораторних і виробничих умовах. Наприклад, середній час між відмовами (T), одержаний в реальних умовах експлуатації, як правило, у декілька разів менше розрахункового значення або значення, одержаного при випробуваннях.
Зокрема, основною причиною недосконалості плану випробувань є обмежена вибірка зразків ЕА, що піддаються випробуванням в лабораторії, що є причиною зростання трудомісткості випробувань. Відмінність критеріїв відмови ЕА полягає в тому, що в лабораторних умовах не враховуються залежні відмови, тоді як при експлуатації залежна відмова викликає необхідність проведення операції по технічному обслуговуванню і, отже, буде врахований на рівні з незалежних відмов.
Відмінність між значеннями польового і демонстраційного часу пов'язана також з особливостями конструктивних і функціональних властивостей ЕА (призначення, маси і об'єму, способу охолоджування, характеристик складових частин елементів, густини їх компоновки) і з конструктивними і функціональними особливостями устаткування.
Причина відмов апаратури при включеннях і виключеннях полягає в тому, що під час перехідних процесів в комплектуючих елементах ЕА виникають дуже велика сила струму і перенапруження, величини яких часто набагато перевищують (хоч би і короткочасно) допустимі по ТУ значення, тобто коефіцієнт навантаження стає більше одиниці. Як показує практика, надійність ЕА, працюючої при великій частоті включень і виключень (більше одного включення в годину), може бути у багато разів нижче надійності апаратури, що працює безперервно протягом встановленого часу (наприклад, 10 ч безперервної роботи в доба).
Ступінь відповідності умов випробувань умовам експлуатації визначається не тільки повнотою знань по багатофакторних умовах експлуатації, але і можливостями випробувального устаткування. Вдосконалення устаткування здорожує проведення випробувань і відповідно вартість виробів. Тому на практиці при конструюванні устаткування ухвалюються компромісні рішення між прагненням забезпечити адекватність умов випробувань і створити дешеве випробувальне устаткування.
Основною метою розробки нових методів лабораторних випробувань на надійність є максимальне наближення умов випробувань до умов реальної експлуатації. Для цього пропонується:
випробування проводити за програмами, що дозволяють моделювати зовнішні дії з урахуванням конкретного типу системи, на якій буде встановлена ЕА, типа ЕА і місця її установки в системі, а також характерних режимів роботи системи;
перейти до випробувань за програмами, що імітують роботу
ЕА не тільки в русі (у польоті, в плаванні, в переміщенні по землі), але і на стоянці; ввести в програму цикли з вимкненою ЕА;
проводить випробування за програмами, що враховують характерні особливості кліматичних зон, в яких проводиться експлуатація системи;
при складанні програм випробувань широко використовувати дані про зовнішні дії, одержані при випробуваннях систем аналогів, а також шляхом математичного моделювання.
2.5. ПРИСКОРЕНІ ВИПРОБУВАННЯ
Прискорені випробування ЕА засновані на методах прогнозування і вживання форсованих режимів.
Прогнозувати надійність ЕА можна при її проектуванні, виробництві і експлуатації. Математичні основи прогнозування на всіх трьох етапах залишаються загальними, проте конкретні методики і алгоритми різні. Початковими даними для прогнозування надійності є:
на етапі проектування передбачені характеристики, робочі режими і умови експлуатації ЕА;
на етапі виробництва допуски на параметри якості, кореляційні зв'язки між параметрами якості процесу виготовлення і параметрами готової апаратури, вимоги по виробничій надійності готової продукції.
На практиці існує багато різних методів прогнозування надійності ЕА. Проте всі вони поділяются на математичні і фізичні.
Найпоширенішими є математичні методи прогнозування надійності, які залежно від прогнозованих параметрів і мети прогнозу, у свою чергу, підрозділяються на детерміновані, вірогідність (стохастичні) і методи, засновані на вживанні математичного апарату теорії розпізнавання образів.
Детермінований метод прогнозування застосовується при відомому характері зміни значень прогнозованого параметра в часі,
Можливі методи прогнозу припускають визначення довірчого інтервалу значень параметра в заданому часовому інтервалі, в якому із заданою вірогідністю параметр не вийде за допустимі межі його змін.
Фізичний або причинний підхід до прогнозу надійності ЕА базується на аналізі фізичних і физико-хімічних процесів. Різноманіття процесів, що протікають в РЕА під впливом різних дестабілізуючих чинників, і їх взаємна залежність вимагають створення для цілей прогнозу вельми складних фізичних моделей надійності*. Проте процеси зносу і руйнування в реальній ЕА, як правило, локалізовані, конкретні і залежать від конкретних причин. Відповідно до цього найприйнятнішою моделлю надійності є модель, заснована на принципі підсумовування компонентів надійності.
При прогнозі надійності ЕА результати фізичних досліджень повинні доповнюватися даними аналізу відмов і даними статистичного характеру. Тому одним з перспективних методів прогнозу надійності ЕА є такий, в основі якого лежать математична статистика і глибоке знання фізичної суті процесів, що протікають в ЕА. До таких методів відноситься метод прискорених випробувань. Форсовані режими роботи ЕА лежать в основі методу прискорених випробувань. Суть методу полягає у відшуканні залежності між статистичними показниками надійності і умовами, експлуатації, що характеризуються температурою, електричною нагрузкою та іншими параметрами. В цьому випадку створюються моделі для визначення показників надійності при різних рівнях нагрузки і умовах навколишнього середовища.
Побудова таких моделей здійснюється за допомогою аналізу физико-хімічних процесів, що протікають в ЕА, проведення спеціальних випробувань і використовування закономірностей, яким підкоряються процеси деградації. Физико-хімічні процеси, що приводять до відмови, можна прискорити за рахунок підвищення рівня впливаючих зовнішніх чинників: температури, напруги, струму, тиску, швидкості вібрації, частоти циклів і т.д. В цьому і полягає значення прискорених випробувань, заснованих на вживанні форсованих режимів роботи ЕА. Строго кажучи, прискореними випробуваннями ЕА називаються випробування виробів у форсованих режимах з подальшою екстраполяцією результатів до умов випробування при нормальних навантаженнях.
При проведенні прискорених випробувань встановлюють зв'язки між рівнями навантажень і вірогідністю безвідмовної роботи, які потім можуть екстраполюватися в ту або іншу сторону; виявляють впливи різних технологічних чинників на надійність ЕА; розробляють оптимальні методи контрольних випробувань на надійність, що забезпечують отримання вичерпних відомостей при мінімальних термінах і витратах.
Фізичне значення прискорених випробувань полягає в прискоренні тільки того механізму відмов, який є характерним для випробовуваних виробів при їх роботі під нормальним навантаженням. Тому при збільшенні навантажень, що прикладаються до ЕА нагрузок з метою скорочення часу випробування на надійність необхідно завжди мати на увазі, що механізми відмов повинні зберігатися незмінними. Це є в прискорених випробуваннях найскладнішою проблемою, бо виявити сам механізм відмов іноді дуже важко, а складена на підставі аналізу відмови гіпотеза може виявитися помилковою.
Вибір величини навантаження, що прикладається, для прискорення випробування виробу визначається не тільки вимогою збереження механізмів відмов, характерних для нормальних навантажень, але і надійними характеристиками випробовуваної апаратури. Навантаження, застосоване при прискорених випробуваннях, визначається тією інформацією про відмови, яку необхідно одержати в результаті прискорених випробувань, причому характер старіння комплектуючих елементів ЕА залежно від конкретного навантаження (або поєднання декількох навантажень) буде, звичайно, різним.
Лекція 3.
Дата добавления: 2018-05-09; просмотров: 928; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!