Адекватность условий испытаний реальным условиям эксплуатации ЭУ.

Существует значительное расхождение между показателями надёжности, получаемыми в условиях эксплуатации и расчётным путём или при испытаниях в лабораторных условиях. Это расхождение обусловлено тремя основными группами причин:

1) несоответствие внешних воздействий, моделируемых при лабораторных испытаниях, реальным внешним воздействиям на ЭУ;

2) наличие различных методик установления отказов, что связано с использованием различных критериев отказов при лабораторных испытаниях и эксплуатации;

3) отличие эксплуатационных режимов работы ЭУ от режимов при испытаниях.

Степень соответствия моделируемых воздействий реальным определяется не только полнотой знаний о многофакторных условиях эксплуатации, но и техническими возможностями используемых для испытаний устройств (испытательные стенды или камеры, служащие для воспроизведения условий испытаний, контрольно-измерительная аппаратура). Совершенствование испытательного оборудования – техническая и экономическая проблема. Так, устройства для испытаний на широкополосную случайную вибрацию, обеспечивающие высокую адекватность условий испытаний и эксплуатации, стоят в 100 раз дороже устройств для испытаний на синусоидальную вибрацию. На практике при конструировании испытательных устройств приходят к компромиссным решениям, стремясь, с одной стороны, создать дешёвые устройства, с другой – обеспечить адекватность условий испытаний реальным условиям эксплуатации. При этом недопустимо упрощать испытания или заменять один вид нагрузки другим. Например, при испытаниях полупроводниковых приборов и ИС под электрической нагрузкой выявляются те отказы, которые обычно не обнаруживаются при термических нагрузках.

При испытаниях предельное значение воздействующей нагрузки устанавливают одинаковым для всех изделий одного типа и равным предельному значению нагрузки того изделия, которое имеет наименьшую прочность по сравнению с другими из данной совокупности. Нагрузка, выбранная с соответствующим запасом и рекомендованная потребителю при эксплуатации, называется предельно допустимой нагрузкой. Контроль ЭУ до испытаний, в процессе производства, производят по производственным (цеховым) нормам. Эти нормы более жесткие, чем установленные в ТУ. Запас по нормам называют производственным. Он используется, чтобы исключить поставку ЭУ, не соответствующих нормам ТУ. Поэтому контрольно- измерительная аппаратура, используемая при производстве ЭУ, должна обладать не большей погрешностью измерений, чем контрольно- измерительная аппаратура, применяемая при сдаче готовой продукции. Иначе фактически негодные изделия будут пропущены как годные и откажут при проведении приёмосдаточных испытаний. (См. "Влияние точности измерительных средств").

Нормы на параметры качества зависят не только от погрешностей контрольно- измерительной аппаратуры. В производстве всегда существует технологический разброс значений параметров, обусловленный разбросом характеристик исходных материалов и технологического оборудования. Кроме того, изменение параметров изделий во времени происходит в связи с протекающими в них физико-химическими процессами, вызываемыми действием нагрузки и окружающей среды. Поэтому для обеспечения заданного показателя надёжности изготовитель при сдаче продукции потребителю вынужден устанавливать нормы – условные критерии – на параметры изделий, отличающиеся от реальных значений в сторону расширения пределов. Нормативный запас зависит от скорости старения и деградации. очевидно, что чем шире установленные допустимые пределы изменения параметров, тем ниже вероятность выхода параметров за эти пределы в течение заданного времени, а следовательно, выше вероятность безотказной работы изделия. Однако, как и при установлении предельно допустимой нагрузки, не следует выбирать чрезмерно большие запасы по параметрам, так как показатель надёжности при этом практически не меняется, а технические характеристики изделия и объекта, в котором оно используется, ухудшаются.

Запас по параметрам, установленный в зависимости от их технологического разброса и конструктивных особенностей изделия, называют конструктивно-технологическим запасом. Он выражается безразмерной величиной – коэффициентом конструктивно-технологического запаса:

Кз=(х-х_ТУ)/(М[X]-x)

где х- максимальное значения параметра в реальном распределении; - х_ТУ значение нормы, оговоренноеоговорённое в ТУ; М[Х] - среднее значение параметра, заданное ТД.

При оценке результатов испытаний с помощью условных критериев можно не рассматривать все параметры изделия. Достаточно выбрать для наблюдения наиболее информативные из них. Параметры изделия, по которым его считают годным или условно отказавшим, называют параметрами - критериями годности (ПКГ). Допустимые изменения значений ПКГ ограничивают односторонними или двусторонними пределами. При этом минимальное и максимальное значения ПКГ могут быть как абсолютными, так и относительными (отношение конечных значений параметров, полученных в результате испытаний, к начальным значениям до начала испытаний). Однако, целью испытаний является оценка надежностинадёжности изделий, характеризующейся изменением ПКГ во времени. В случае выбора абсолютных значений границ измерения ПКГ не учитывается характер изменения этих параметров в пределах данных границ. Абсолютные значения границ допустимых изменений контролируемых параметров применяют при установлении значений критериев годности, рекомендуемых потребителю. Относительными значениями границ изменения критериев годности предпочтительнее пользоваться изготовителю при испытании изделий. Однако различный подход к установлению допустимых границ изменения значений ПКГ для изготовителя и потребителя приводит к различию значений показателей надёжности при испытаниях и эксплуатации ЭУ.

Причины третьей группы, определяющие неадекватность испытаний ЭУ условиям их эксплуатации, связаны с различием режимов работы изделий при испытаниях и эксплуатации. Некоторые ЭУ при эксплуатации в течение длительного времени находятся в неработающем состоянии, именно в этот период происходит от 20 до 60% их отказов. Для многих физических структур (МДМ, МДП, оксидных конденсаторов, нагревательных элементов и др.), устойчивость к возникновению внезапных отказов понижается в момент включения электрической нагрузки.

К большому числу отказов приводит эксплуатация ЭУ в циклическом режиме, связанном с частыми включениями и выключениями. Во время переходных процессов возникают экстратоки и перенапряжения, значения которых намного превышают (хотя бы кратковременно) допустимые по ТУ (нити ламп накаливания и катоды в холодном состоянии имеют сопротивление, отличающееся на порядок от сопротивления в установившемся режиме). Иногда для упрощения испытаний ЭУ, предназначенные для эксплуатации в циклическом режиме, испытывают в непрерывном. Однако, на практике, надежностьнадёжность ЭУ, работающих при большой частоте включений/ выключений (более одного включения/выключения в час), может быть во много раз ниже надёжности изделий, работающих непрерывно в течение установленного времени, например 10 ч в сутки (одно включение НЖМД вырабатывает ресурс » 10 часов непрерывной работы).

При испытаниях ЭУ на них должны воздействовать те же факторы, что и при эксплуатации. Одновременно нужно исключить возможность повреждения испытываемых изделий из-за воздействий, не характерных для условий эксплуатации. Так, при подготовке к испытаниям некоторых типов изделий (например, точных гироскопов) их устанавливают на жесткиежёсткие юстировочные плиты.

Чтобы уменьшить расхождение значений показателей надежностинадёжности на стадиях испытаний и эксплуатации ЭУ, проводят организационные и технические мероприятия. Организационные мероприятия включают установление единообразной процедуры сбора данных об отказах и получение возможно более полной информации о них при испытаниях и эксплуатации ЭУ, использование коррелированных критериев отказов при испытаниях и эксплуатации, а также одинаковых промежутков времени, в течение которых фиксируется число отказов. Технические меры связаны с совершенствованием методов и программ испытаний на надежностьнадёжность, модернизацией имеющихся и разработкой новых устройств для испытаний.

Проблема снижения трудоемкоститрудоёмкости испытаний, прежде всего, связана с экспериментальным подтверждением высоких показателей надежностинадёжности изделий. Для того чтобы определить требуемое для современных изделий значение l>10^-7 ч^-1, необходимо испытывать 1000 изделий в течение 10 лет. ТрудоемкостьТрудоёмкость таких испытаний велика, а полученная информация о надежностинадёжности ЭУ из-за длительного времени испытаний теряет ценность. Решение проблемы идетидёт по тремтрём направлениям:

1) развитие математических, физических и физико-статистических методов прогнозирования надежностинадёжности ЭУ;

2) автоматизация испытаний ЭУ с широким применением микропроцессорной техники;

3) развитие методов неразрушающего контроля.

В первом направлении интенсивно развиваются физико-статистические методы прогнозирования надёжности, основанные на изучении физико-химических процессов, протекающих в реальных структурах. Методика испытаний ЭУ в этом случае предусматривает ускорение протекания физико-химических процессов, обусловливающих деградацию параметров изделия, следовательно, сокращение промежутка времени до отказа. Испытания проводят при повышенных нагрузках в форсированных режимах работы ЭУ и называют ускоренными.

Второе направление обеспечивает снижение стоимости испытаний ЭУ с одновременным повышением достоверности их результатов и связано с широким применением вычислительной техники для автоматизации испытаний, что наиболее эффективно при крупносерийном производстве.

Третье направление предусматривает развитие методов неразрушающего контроля. Диагностический характер этих методов даетдаёт возможность, с одной стороны, отказаться от статистических методов оценки надежностинадёжности, а с другой – оперативно и с высокой достоверностью осуществлять выборочную или сплошную оценку качества и надежностинадёжности материалов, полуфабрикатов и готовых изделий.