Вплив рiзноманiтних факторiв на показники надiйностi електронних апаратiв

Вплив рiзноманiтних факторiв на показники надiйностi електронних апаратiв (ЕА)

Вступ

У процесi виробництва та експлуатацii на апаратуру дiють рiзнi фактори, якi впливають на ii надiйнiсть. Цi фактори умовно можна подiлити на двi групи: субтАЩiктивнi та обтАЩiктивнi.

СубтАЩiктивнi фактори тiiю або iншою мiрою залежать вiд дiяльностi людини. До них вiдносяться всi заходи, повтАЩязанi з вибором схемного та конструктивного рiшень пiд час проектування; вибором елементiв i матерiалiв, забезпеченням нормальних робочих режимiв, органiзацiiю технiчного обслуговування та експлуатацii апаратури.

До обтАЩiктивних факторiв вiдносяться рiзнi несприятливi для роботи апаратури впливи зовнiшнього оточення, повтАЩязанi з клiматичними, метеорологiчними, бiологiчними, механiчними та iншими дiями.

За характером дii фактори можна подiлити на конструктивно-виробничi та експлуатацiйнi.

Подiл за такою ознакою зручний з точки зору рацiонального розподiлу зусиль у забезпеченнi надiйностi мiж розробниками та споживачами апаратури.

До групи конструктивно-виробничих факторiв належать фактори, повтАЩязанi з розробкою, проектуванням та виготовленням апаратури. Вплив цих факторiв на надiйнiсть апаратури i найбiльш сильним та визначальним.

До експлуатацiйних вiдносять фактори, якi впливають на надiйнiсть апаратури в процесi ii практичного використання. Вони включають обтАЩiктивнi фактори, обумовленi впливом зовнiшнього оточення, та субтАЩiктивнi, повтАЩязанi з органiзацiiю системи технiчного обслуговування, ремонту, забезпечення запасними елементами, квалiфiкацiiю обслуговуючого персоналу тощо.

Наведемо данi статистичних дослiджень факторiв, якi впливають на надiйнiсть.

Таблиця 1 тАУ Фактори, якi впливають на надiйнiсть ЕА

Етапи i види робiт

Причини вiдмов

Вiдмови апаратури %

Помилки, зробленi пiд час розробки схеми Е3, принципу дii апаратури та конструкцii

1. Електричнi

1.1 Недолiки схеми Е3

1.2 Хибний вибiр електричних величин

1.3 Неправильне застосування елементiв

2. Механiчнi

2.1 Хибний вибiр елементiв

2.2 Неправильна механiчна конструкцiя

Помилки, допущенi пiд час виробництва (Технологiчнi вiдмови)

1. Виготовлення не вiдповiдаi технiчним умовам

2. Недоброякiсна сировина та напiвфабрикати

Експлуатацiйнi вiдмови

1. Клiматичнi i механiчнi навантаження не вiдповiдають заданим

2.Неправильне обслуговування

3. Хибний режим експлуатацii

РЖншi вiдмови

1.Спрацювання, старiння матерiалiв та елементiв

2. Невстановленi та рiзнi

Ми розглядатимемо фактори обтАЩiктивного i субтАЩiктивного характеру, якi впливають на ЕА в процесi ii експлуатацii. Пiд час розробки та виготовлення елементiв зазвичай передбачаються визначенi, так званi нормальнi умови роботи (ГОСТ 11478-88): температура + (25В±10)В°С, атмосферний тиск тАУ 10⁵Па, номiнальний електричний режим, вiдносна вологiсть (60610)%, вiдсутнi механiчнi навантаження. РЖнтенсивнiсть вiдмов елементiв у номiнальному режимi експлуатацii називають номiнальною iнтенсивнiстю вiдмов λ_нi. РЖнтенсивнiсть вiдмов елементiв при експлуатацii в реальних умовах λi дорiвнюi номiнальнiй iнтенсивностi вiдмов λ_нi, помноженiй на поправочний коефiцiiнт, який враховуi вплив будь-якого фактора

λi=λ_нiВ·К_i.ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа Ва(1)

Розглянемо цi фактори

1 Час експлуатацii та дiяльнiсть обслуговуючого персоналу

Час експлуатацii i одним з основних факторiв, якi визначають надiйнiсть апаратури на всiх етапах. Технологiчнi та конструктивнi недолiки частiше за все виникають за перший перiод експлуатацii, оскiльки за цей перiод виявляються багато явних i прихованих дефектiв апаратури в цiлому та ii елементiв. Цей перiод для рiзноi апаратури може коливатися до 10% довжини перiоду нормальноi експлуатацii.

Пiсля достатньо тривалоi експлуатацii апаратури (другий перiод) настаi останнiй, третiй перiод, який характеризуiться значним зростанням iнтенсивностi вiдмов через старiння та спрацювання елементiв. Зростання iнтенсивностi вiдмов пояснюiться незворотними змiнами параметрiв i характеристик елементiв.

Процеси старiння вiдбуваються безперервно, але можуть пришвидшитися пiд виливом рiзних факторiв (тепло, волога, свiтло тощо).

Причиною старiння i складнi фiзико-хiмiчнi процеси, якi вiдбуваються в елементах апаратури протягом всього часу ii експлуатацii. До них вiдносяться: структурнi змiни в дiелектриках i дротах, хiмiчнi перетворювання в матерiалах, якi i iднальнi i насиченi, порушення електричноi та механiчноi мiцностi матерiалiв та елементiв конструкцii, порушення герметичностi тощо. Швидкiсть старiння також визначаiться режимами роботи.

Значно впливають на надiйнiсть ЕА у процесi ii експлуатацii фактори субтАЩiктивного характеру, повтАЩязанi з дiяльнiстю обслуговуючого персоналу. Основними з них i:

- квалiфiкацiя обслуговуючого персоналу;

- дотримування правил технiчноi експлуатацii;

- ступiнь органiзованостi системи технiчного обслуговування.

Одним з важливих факторiв i квалiфiкацiя обслуговуючого персоналу.

Квалiфiкацiя вiдбиваiться на якостi пiдготовки ЕА до роботи, а також на процесi поновлення ii працездатностi пiсля вiдмов. Чiтке виконання правил технiчноi експлуатацii сприяi утриманню ЕА у справному станi, оскiльки цi правила передбачають саме такi дii обслуговуючого персоналу, якi забезпечують якiсну експлуатацiю ЕА.

Ступiнь органiзованостi i системи обслуговування визначаi кращi методи i форми органiзацii експлуатацii ЕА, при яких забезпечуiться висока безвiдмовнiсть i довговiчнiсть апаратури. Вона передбачаi органiзацiю ряду заходiв (профiлактика, ремонт, постачання запасних елементiв), спрямованих на забезпечення експлуатацii з найбiльш високим значенням коефiцiiнта готовностi.

Слiд зазначити, що полiпшенню експлуатацii сприяi надiйне збирання та опрацювання даних експлуатацii ЕА.

Отриманi статистичнi данi та iх аналiз допомагаi краще органiзувати систему технiчного обслуговування, забезпечення запасними елементами та прогнозувати можливi вiдмови. Цi результати також кориснi i пiд час розробки новоi апаратури, оскiльки допомагають заздалегiдь врахувати особливостi експлуатацii i недолiки попереднiх розробок.

2 Електричнi режими

електронний апарат надiйнiсть

Всi елементи ЕА характеризуються припустимими навантаженнями за потужнiстю розсiяння, струмом, напругою тощо. Отже, робота елементiв при гранично припустимих навантаженнях скорочуi термiн iх служби i не гарантуi надiйноi роботи. Зменшення навантаження до оптимального збiльшуi надiйнiсть роботи.

Про значення реального навантаження роблять висновки за систематичними даними експлуатацii та замiром режимiв роботи елементiв. Для оцiнки режиму роботи використовують коефiцiiнт навантаження за потужнiстю i за напругою.

Коефiцiiнт навантаження за потужнiстю:

К_р=Р_р/Р_нВаВаВа ,ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (2)

де Р_р тАУ робоче значення потужностi розсiяння;

Р_н тАУ номiнальне значення потужностi розсiяння.

Коефiцiiнт навантаження за напругою:

К_u=U_p/U_нВаВа ,ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (3)

де U_p тАУ робоче значення навантаження;

U_н тАУ номiнальне значення навантаження.

Пiд час проектування зазвичай приймають коефiцiiнт електричного навантаження 0,5-0,6.

3 Температура, вологiсть, атмосфернi опади

РЖстотно впливаi на температуру усерединi апарата та температуру окремих елементiв температура зовнiшнього середовища. Сезонне коливання температури досягаi (60-80)В°С, добове коливання становить (20-40)В°С.

Пiдвищення температури елемента приводить до пiдвищення коефiцiiнта навантаження. Неабияким фактором i швидкiсть i циклiчнiсть змiни температури в апаратi.

Несприятливi дii на надiйнiсть чинять як негативнi, так i позитивнi температури. Особливо помiтне зростання iнтенсивностi вiдмов пiд час дii позитивних температур. Так, наприклад, при збiльшеннi температури вiд +20В°С до 85В°С зростаi iнтенсивнiсть вiдмов германiiвих транзисторiв втричi
(вiд 0,2В·10^-7¹/_год до 0,6В·10^-7¹/_год), а iнтегральних мiкросхем тАУ у 3-5 разiв
(вiд 0,1В·10^-7¹/_год до 0,5В·10^-7¹/_год).

Пiдвищена температура сприяi розпаду органiчних матерiалiв, погiршенню iзоляцiйних властивостей рiзних заливок, обмоток, механiчних властивостей полiмерiв, що приводить до деформування деталей i виходу iх з ладу.

Перiодичнi змiни низьких i високих температур особливо швидко приводить до порушення рiзних обмоток (трансформаторiв, iндуктивностей, дроселiв). При негативних температурах пластмаси втрачають мiцнiсть, гумовi деталi стають крихкими. У трiщини, що виникли в iзоляцii, потрапляi волога, зменшуiться ii електрична мiцнiсть.

Легко руйнуiться зтАЩiднання пластика з металами, сплави метала зi склом, порушуiться пайка, зменшуiться iмнiсть електролiтичних конденсаторiв, зменшуiться коефiцiiнт пiдсилення транзисторiв.

Слiд зазначити, що в результатi пiдвищення вологостi помiтно знижуiться надiйнiсть ЕА:

λ_в= λ_нВ·вВ·К_в,ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (4)

де λ_нВ·в тАУ iнтенсивнiсть вiдмови при нормальнiй вологостi;

К_в тАУ поправочний коефiцiiнт на пiдвищену вологiсть.

Наведемо значення поправочного коефiцiiнта для рiзноi вологостi.

Таблиця 2 тАУ Значення поправочного коефiцiiнта для рiзноi вологостi

Вологiсть, %

Температура, В°С

Поправочний коефiцiiнт

60-70

90-98

20-40

20-25

30-40

2,5

4 Знижений тиск, забрудненiсть повiтря

Вплив зниженого тиску в основному поширюiться на апаратуру, яка використовуiться в лiтаках, гелiкоптерах, космiчнiй апаратурi, ракетах, а також у гiрськiй мiсцевостi на висотi понад 1000 м. Значення атмосферного тиску залежить вiд висоти пiдйому, температури i широти мiсця.

Знижений тиск впливаi на iзоляцiйну властивiсть повiтря, приводить до змiни iмностi повiтряних конденсаторiв та характеристик iнших елементiв, в яких повiтря використовуiться як iзолятор.

При зниженому тиску легко виникаi тлiючий розряд мiж дротами, якi знаходяться пiд високою напругою. При змiнi висоти вiд 1000 м до 1600 м значення пробивноi напруги зменшуiться в чотири рази.

Знижений тиск погiршуi вiдведення тепла вiд елементiв ЕА, що може привести до iх перегрiву, особливо на великих висотах, оскiльки уже на висотi 6 км теплоiмнiсть повiтря зменшуiться вдвiчi порiвняно з його теплоiмнiстю бiля землi.

Знижений тиск приводить до деякого збiльшення iнтенсивностi вiдмов:

λ= λ_НДВ·К_Д,ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа (5)

де λ_НД тАУ iнтенсивнiсть вiдмов при нормальному тиску.

Залежнiсть атмосферного тиску вiд висоти та значення поправочного коефiцiiнта К_Д наведена в табл. 3

Таблиця 3 тАУ Залежнiсть атмосферного та значення поправочного коефiцiiнта

Висота, км

Тиск, мм. рт. ст. (Па)

Поправочний коефiцiiнт, К_Д

0,1

700 (93100)

670 (89110)

520 (69160)