Диагностика отказов элементов и устройств автоматического управления

Содержание

1. Понятие надежности. 3

2. Отказ. Виды отказов. Дефекты. 7

3. Обзор неразрушающих методов испытания элементов радиоэлектронной аппаратуры. .10

4. Прогнозирование надежности полупроводниковых приборов по уровню собственных шумов. .13

5. Методы измерения НЧ шумов. .15

6. Автоматизация измерения НЧ шумов полупроводниковых приборов и интегральных схем. 17

7. Список литературы. 18

1.Понятие надежности.

Прогресс современной техники, высокие требования к точности, помехозащищенности, быстродействию привели к усложнению электронных узлов и блоков радиоаппаратуры и оборудования.

Усложнение аппаратуры резко снижает надежность современного радиоэлектронного оборудования. Низкая надежность приводит к тому, что стоимость эксплуатации такого оборудования в течение одного года превышает в несколько раз стоимость самого оборудования, что приводит к огромным экономическим потерям и резко снижает эффективность использования радиоэлектронной аппаратуры (РЭА).

Возникновение проблемы надежности по [1] обусловлено, главным образом, следующими причинами:

· ростом сложности электронной аппаратуры;

· отставанием качества элементов радиоэлектроники от их количественного определения;

· повышением ответственности функций, выполняемых аппаратурой (цена отказа); исключением человека-оператора (полным или частичным) при выполнении аппаратурой своих функций;

· сложностью условий. В которых эксплуатируется РЭА.

Основное противоречие современной техники состоит в том. Что если не приняты специальные меры по повышению надежности и чем сложнее и точнее аппаратура управления, тем менее она надежна. Особую остроту приобретает требование безопасной работы РЭА в системе комплексной автоматизации процессов управления с применением сложных многосвязных систем. Отказ подобных систем может привести к катастрофическим последствиям.

Проблема обеспечения надежности элементов и устройств автоматического управления включает в себя множество этапов: от создания элементов и аппаратуры, до ее практического использования. Поэтому все факторы, влияющие на надежность РЭА, условно принято рассматривать применительно к трем этапам: проектирования, изготовления, эксплуатации.

При проектировании учитывают следующие факторы:

· качество и количество применяемых элементов и деталей;

· режимы работы элементов и деталей;

· стандартизация и унификация;

· доступность деталей узлов и блоков для осмотра и ремонта.

К производственным факторам, отрицательно влияющим на надежность относятся:

· отсутствие качественного контроля материалов и комплектующих изделий, поступающих от смежных предприятий;

· нарушение сортности и недоброкачественная замена материала при изготовлении деталей;

· установка в приборах элементов, подвергающихся длительному хранению в неблагоприятных условиях, без предварительной проверки;

· недостаточное внимание к чистоте оборудования, рабочего места, воздуха и т.д. (что особенно важно в производстве микросхем и сборке точных элементов и устройств);

· неполный контроль за ходом операций и при выпуске готовой продукции;

· нарушение режима сложных технических процессов.

К эксплуатационным факторам, влияющим на надежность, относятся следующие:

· квалификация обслуживающего и ремонтного персонала;

· воздействие на приборы и механизмы внешних условий (климатических; механических и т.п.) и факторы времени.

На основе вышеизложенного дается определение надежности по [1].

«Надежность - свойство изделия сохранять способность к выполнению своих Функций в заданных условиях эксплуатации».

К основным фундаментальным понятиям теории надежности относятся надежность и отказ.

Большинство специалистов по теории надежности разделяют характеристики надежности на две группы: количественные и качественные. Количественное определение надежности не может быть принято по тому, что надежность определяется множеством количественных характеристик и ни одна из них не может в полной мере выражать это понятие. Поэтому таким может быть только качественное определение, характеризующее определенные свойства конкретного изделия. Чаще всего же стремятся использовать количественные характеристики, так как качественное определение надежности не позволяет выразить надежность математически (числом). Это вызвало необходимость создать основные критерии, с помощью которых можно было бы количественно оценить надежность различных элементов, дать сравнительную оценку надежности различных изделий. К числу широко применяемых критериев надежности по [1], [3] относятся:

· вероятность безотказной работы за время t

(1)

определяется как вероятность события, когда время безотказной работы T меньше, чем время t;

· вероятность отказов

(2)

представляет собой интегральную функцию распределения случайной величины F(t). Плотность распределения случайной величины определяется как производная от функции распределения

(3)

· среднее время безотказной работы

(4)

понимается как математическое ожидание времени работы изделия до отказа;

· среднее время между соседними отказами (наработка на отказ)

(5)

где tcpi - среднее время исправной работы между двумя соседними отказами i-того образца аппаратуры, М - число испытываемых образцов. Понимается как среднее время ремонтируемого изделия между двумя соседними отказами;

· Интенсивность отказов (опасность отказов)

(6)

Показывает какая доля от работающих в момент времени t элементов отказывает в единицу времени;

· частота отказов

(7)

Понимается плотность вероятности времени работы изделия до первого отказа, статистически оно определяется как отношение числа отказавших изделий в единицу времени к первоначальному числу испытываемых изделий, при условии, что все вышедшие из строя элементы не восполняются;

· средняя частота отказов

(8)

Понимается отношение числа отказавших изделий в единицу времени к числу испытываемых изделий при условии, что все вышедшие из строя изделия заменяются новыми.

Критериями надежности могут быть также и коэффициенты, характеризующие различные показатели надежности РЭА, как то:

· коэффициент готовности

(9)

где tp - время исправной работы РЭА,

tn - время вынужденного простоя,

n - число перерывов в работе за определенный календарный срок.

Кг показывает вероятность того, что изделие будет работоспособно в произвольно выбранный момент времени;

· коэффициент вынужденного простоя

(10)

Показывает вероятность того, что изделие будет работоспособно в произвольно выбранный момент времени;

· коэффициент профилактики

(11)

Показывает отношение числа часов, потраченных на профилактику и ремонт аппаратуры, ко времени ее исправной работы, взятых за один и тот же календарный срок;

· частота профилактики

(12)

где n - число ремонтов РЭА,

m - число профилактических осмотров.

Понимается как отношение числа осмотров и ремонтов РЭА ко времени ее вынужденного простоя и времени ее исправной работы в течение определенного календарного срока;

· коэффициент отказов

(13)

где ni - число отказов РЭА вследствие выхода из строя данного типа элементов (например, диодов, конденсаторов и т.д.);

n - число отказов РЭА, вызываемых выходом из строя любых элементов, входящих в ее состав.

Понимается как отношение числа отказов РЭА из-за выхода из строя данного типа элементов к общему числу отказов РЭА, т.е. отмечает наиболее часто выходящие из строя элементы РЭА;

· относительный коэффициент отказов

(14)

где Ni - число элементов i-того типа РЭА,

N - общее число элементов в РЭА;

· коэффициент расхода элементов

(15)

где ai - число вышедших из строя элементов i-того типа,

вi - число вышедших из строя элементов i-того типа, изъятых в процессе профилактических осмотров и ремонта,

t - время, в течение которого проводится испытание РЭА;

· коэффициент стоимости эксплуатации