ПРОБЛЕМЫ ПРИ ПРОГНОЗИРОВАНИИ НАДЕЖНОСТИ ПОСЛЕ УСКОРЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ БЛОКОВ РЭА

ПРОБЛЕМЫ ПРИ ПРОГНОЗИРОВАНИИ НАДЕЖНОСТИ ПОСЛЕ УСКОРЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ БЛОКОВ РЭА

Научная статья

Иванов. А.И.

Аспирант, кафедра проектирования и безопасности информационных систем, Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики – СПб НИУ ИТМО

Аннотация

В статье выполнен аналитический обзор проблем, которые существуют на сегодняшний день, при прогнозировании параметров надежности блоков радиоэлектронной аппаратуры после ускоренных испытаний, а так же возможные пути их решения.

Ключевые слова: Надежность, ускоренные испытания.

Key words: Reliability, accelerated testing.

В состав элементной базы современной радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) входят изделия электронной техники, интегральные микросхемы различной интеграции, конденсаторы, резисторы и др., обладающие высокой надежностью – интенсивность отказов в переделах 10^-9…10^-6 1/ч. С одной стороны, высокая надежность является важнейшим положительным качеством изделий, а с другой представляет сложности для расчета надежности блоков РЭА. Для получения статистических данных об отказах необходимо проведение испытаний продолжительностью 5-10 лет (при нормальных условиях), за это время результаты будут уже не актуальны, а сами испытания потребуют больших денежных затрат. В целях сокращения времени испытаний используют форсированные режимы при повышенных температуре, давлении и влажности и т.д., что позволяет сократить время испытаний и сохранить актуальность результатов. Основное требование, предъявляемое к ускоренным испытаниям, — идентичность процессов старения и износа по отношению к испытаниям в нормальных условиях, что означает идентичность законов распределения отказов.

Между ускоренными испытаниями и испытаниями в нормальных условиях должно быть найдено соответствие, для чего вводят коэффициенты ускорения. Под коэффициентом ускорения понимают отношение времени испытаний в обычных условиях t_H к времени испытаний в форсированных режимах t_y при условии равенства значений вероятностей безотказной работы λ в обоих случаях:

.

Коэффициент ускорения играет важную роль в последующем прогнозировании надежности РЭА, точность его определения влияет на итоговый результат прогноза. Выбор методики определения коэффициента [1-2] ускорения осуществляется в зависимости от способа ускоренных испытаний [3-5], объема выборки и необходимой точности его определения.

Хоть ускоренные испытания и позволяют ускорить процесс в 2 - 3,5 раз [5], они все равно занимают достаточно большое количество времени. В случае еще большего ужесточения режима испытаний (применяется при контрольных и сравнительных испытаниях) существует риск невозможности перевода полученных результатов к нормальным условиям, для определения количественных показателей надежности. В целях экономии времени результаты ускоренных испытаний используют совместно с методами прогнозирования. Стоит отметить, что во время ускоренных испытаний производится измерение основного параметра, приводящего к отказу, во времени, изделия при этом не доводятся до момента отказа.

Этапы прогнозирования надежности на основе ускоренных испытаний:

1.​ Прогнозирование времени выхода τотк основного параметра за пределы допустимых значений;

2​. Расчет необходимых параметров надежности;

3.​ Моделирование отказов.

На первом этапе, на основе полученных за время испытаний значений изменения основного параметра во времени, производится «обучение», т.е. нахождение коэффициентов функции, выбранного метода прогнозирования и затем строится прогноз до момента времени τ_отк выхода основного параметра за пределы допустимого значения.

Приведенная методика использует статистические методы прогнозирования, а они имеют свои недостатки:

• не учитывают физику отказа;
• дают краткосрочный прогноз;
• не обладают высокой достоверностью и устойчивостью;
• для адекватности результатов прогноза требуются данные испытаний большой выборки, что является дорогостоящим.

На втором этапе ведется расчет необходимых параметров надежности (среднее время наработки на отказ, интенсивность отказов и др.), с учетом коэффициента ускорения.

На последнем этапе, для проверки соответствия надежности предъявляемым требованиям, в целях экономии средств, вместо проведения контрольных испытаний, целесообразно прибегнуть к средствам моделирования отказов для оценки наработки на отказ блоков РЭА. Для этих целей используют индивидуальные модели распределения интенсивности отказов собственной разработки, либо универсальные уже существующие.

Разработка собственной модели распределения интенсивности отказов РЭА является наукоемким, долгосрочным и дорогостоящим проектом, но с другой стороны позволяет учитывать процессы, происходящие в конкретном изделии, и получать наиболее точное моделирование отказов. Разработка собственной модели распределения отказов может быть оправдана только в случае крупносерийного производства блоков РЭА, к которым предъявляются высокие требования по надежности.

На практике чаще применяют уже существующие модели распределения отказов. На сегодняшний день существует большое количество моделей, которые могут применяться как на этапе моделирования, так и на этапе прогнозирования времени τ_отк. В статьях [7-8] показано, что двухпараметрические DN, DM и LN-распределения, в отличие от однопараметрических экспоненциального, нормального и др., наилучшим образом описывают деградационные процессы и способны делать более адекватный дальний прогноз параметров надежности электронной техники. В связи с этим, их применение увеличит достоверность прогнозирования τ_отк блоков РЭА, по сравнению со статистическими методами, и позволяет моделировать отказы, используя разработанные алгоритмы [8].

Ускоренные испытания блоков РЭА являются весьма дорогостоящими, поэтому, при любой возможности, необходимо заменять испытания компьютерным моделированием с использованием передовых исследований в области надежности электронных изделий, тем самым сокращая время и объем испытаний, а так же затраты на них.

К сожалению, на сегодняшний день нет готовых автоматизированных систем, позволяющих полностью заменить испытания компьютерным моделированием. Для ее создания необходимо произвести наукоемкие исследования в области деградационных процессов, происходящих в электронных изделиях в зависимости от различных воздействующих факторов. Такая система позволила бы значительно сократить время и затраты на испытания блоков РЭА.

Список литературы / References

1.​ Эфрос В.Я., Сапрынский В.В. Способ измерения коэффициента ускорения для испытаний на надежность твердотельных модулей и радиоэлектронных устройств, патент № 2079854.

2.​  Хэвиленд Р. Инженерная надежность и расчет на долговечность. - М.: Энергия, 1966.

3.​ РД 50–424–83, Надежность в технике, ускоренные испытания. Основные положения

4.​ ГОСТ Р 51372-99 Методы ускоренных испытаний на долговечность и сохраняемость при воздействии агрессивных и других специальных сред для технических изделий, материалов и систем материалов.

5.​ Организация и технология испытаний : в 2 ч. Ч. 1: Методы и приборы испытаний : учебное пособие / М.Ю. Серегин. – Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2006. – 84 с. – 100 экз. – ISBN 5-8265-0546-Х.

6.​ Стрельников В.П. О методических погрешностях прогнозирования ресурса высоконадежных изделий электронной техники / П.В. Стрельников // Математические машины и системы. – 2004. – № 3 – С. 164 – 167.

7.​ Стрельников В.П. Новая технология исследования надежности машин и аппаратуры / В.П. Стрельников // Математические машины и системы. – 2007. – № 3,4 – С. 227-238.

8.​ Иванов А.И. Разработка программы для прогнозирования интенсивности отказов модулей РЭА / А.И. Иванов // Аннотированный сборник выпускных квалификационных работ среди специалистов НИУ ИТМО. – 2012. – С. 60-62