Способы защиты рэа от механических воздействий. Способ проведения анализа долговечности радиоэлектронной аппаратуры

Текущая страница: 9 (всего у книги 14 страниц) [доступный отрывок для чтения: 10 страниц]

11.5. Защита от воздействия пыли

Пыль – смесь твердых частиц малой массы, находящаяся в воздухе во взвешенном состоянии. Различают пыль естественную или природную, всегда присутствующую в воздухе, и техническую, которая является следствием износа оборудования, обработки материалов, сжигания топлива и пр.

При относительной влажности воздуха выше 75 % и нормальной температуре наблюдается рост числа частиц пыли, их коагуляция, увеличивается вероятность притяжения пыли к неподвижным поверхностям. При низкой влажности частицы пыли электрически заряжаются, неметаллические – положительно, металлические – отрицательно. Заряд частиц чаще всего возникает из-за трения.

Загрязненность воздуха пылью снижает надежность работы РЭА. Пыль, попадая в смазочные материалы и прилипая к скользящим поверхностям деталей электромеханических узлов, приводит к ускоренному их износу. Под воздействием пыли изменяются параметры и характеристики магнитных лент, дискет, магнитных головок, царапается и приходит в негодность магнитный слой. Пыль в зазорах контактов препятствует замыканию контактов реле.

Оседающая на поверхности некоторых металлов пыль опасна из-за своей гигроскопичности, поскольку уже при относительно небольшой влажности пыль существенно повышает скорость коррозии. Пыль с поглощенными ею растворами кислот разрушает достаточно быстро даже очень хорошие краски. В тропических странах пыль часто является причиной роста плесени.

Слежавшаяся в процессе длительной эксплуатации на поверхности компонентов пыль снижает сопротивление изоляции, особенно в условиях повышенной влажности, приводит к появлению токов утечек между выводами, что очень опасно для микросхем. Диэлектрическая проницаемость пыли выше диэлектрической проницаемости воздуха, что определяет завышение емкости между выводами компонентов и, как следствие, увеличение емкостных помех. Оседающая пыль снижает эффективность охлаждения изделия, образует на поверхностях печатных плат, не защищенных лаковым покрытием, токопроводящие перемычки между проводниками.

Пыленепроницаемость РЭА или отдельных ее устройств может быть достигнута установкой их в герметичные корпуса. Однако при этом возрастает стоимость РЭА и ухудшается температурный режим работы. Если корпус РЭА выполнен с перфорациями, пыль вместе с воздухом проникнет внутрь РЭА естественным путем либо вместе с воздушными потоками от вентиляторов. Уменьшить попадание пыли внутрь РЭА возможно установкой на вентиляционные отверстия мелкоячеечных сеток и противопыльных фильтров.

11.5.1. Герметизация аппаратуры

Герметизация РЭА является надежным средством защиты от воздействия от пыли, влажности и вредных веществ окружающей среды.

Модули конструкции первого уровня защищают покрытием лаком, заливкой эпоксидной смолой, пропиткой, особенно моточных изделий, опрессовкой герметизирующими компаундами на основе органических (смол, битумов) или неорганических (алюмофосфатов, металлометафосфатов) веществ. Герметизация компаундами улучшает электроизоляционные и механические характеристики модуля. Однако низкая теплопроводность большинства компаундов ухудшает отвод теплоты и делает невозможным ремонт.

Полная герметизация путем помещения изделия в герметичный кожух является самым эффективным способом защиты, но и дорогим. При этом возникает необходимость в разработке специальных корпусов, способов герметизации внешних электрических соединителей, элементов управления и индикации. Стенки герметизируемых изделий должны противостоять значительным усилиям из-за разницы давлений внутри и снаружи изделия. В результате увеличения жесткости конструкции возрастает ее масса и размеры.

Существует большое разнообразие способов герметизации. Широко применяются упругие уплотнительные прокладки для всех элементов конструкции по периметру изделия. Проход воздуха через уплотнения при сжатии прокладки на 25…30 % от ее первоначальной высоты происходит только за счет диффузии. В качестве материала прокладок используют резину, обладающую высокой эластичностью, податливостью и способностью проникать в мельчайшие углубления и неровности. Влага со временем проникает через все органические материалы, поэтому изделия с прокладками из органических материалов обеспечивают защиту от водяных паров лишь на протяжении нескольких недель.

Постоянства относительной влажности в определенных пределах внутри герметичного аппарата можно добиться введением внутрь изделия веществ, активно поглощающих влагу. Подобными веществами являются силикагель, хлористый кальций, фосфорный ангидрид. Они впитывают влагу до определенного предела. Например, силикагель поглощает около 10 % влаги от своей сухой массы.

В особых случаях в качестве материалов прокладок применяют медь и нержавеющую сталь с алюминиевым или индиевым покрытием. Такие прокладки чаще всего выполняются трубчатыми с внешним диаметром 2–3 мм при толщине стенок 0,1–…0,15 мм. Усилие поджатия при герметизации металлическими прокладками составляет 20…30 кг на 1 см длины прокладки.

При жестких требованиях к герметичности корпуса изделия герметизацию выполняют сваркой или пайкой по всему периметру корпуса. Конструкция корпуса изделия должна допускать неоднократное выполнение операций разгерметизации/герметизации. В углубление корпуса устанавливается прокладка из жаростойкой резины, на которую укладывается стальная луженая проволока, которая припаивается к корпусу, образуя шов. При разгерметизации изделия шов нагревают, и припой вместе с проволокой удаляется.

При герметизации внутренний объем герметизируемой аппаратуры заполняется инертным газом (аргоном или азотом) с небольшим избыточным давлением. Закачка газа внутрь корпуса осуществляется через клапаны-трубки с последующей герметизацией. Продувка азотом обеспечивает очистку полости корпуса от водяных паров.

Элементы управления и индикации герметизируются резиновыми чехлами, мембранами, электрические соединители – установкой на прокладки, заливкой компаундами.

Выбор способа герметизации определяется условиями эксплуатации, применяемыми материалами и покрытиями, требованиями к электрическому монтажу. Окончательное решение о выборе способа герметизации принимается после проведения натурных испытаний РЭА в камерах влажности .

Контрольные вопросы

1. Влияние климатических факторов на конструкцию.

2. Перечислите виды защиты РЭС.

3. Тепловой режим работы аппаратуры.

4. Способы защиты от воздействия пыли.

5. Для чего применяется герметизация аппаратуры?

Глава 12. Защита от механических воздействий

12.1. Виды механических воздействий на РЭА

Механические воздействия на РЭА появляются под действием внешних нагрузок (вибрации, удары, ускорения, акустические шумы) и могут возникнуть, как в работающей РЭА, если она установлена на подвижном объекте, так и при ее транспортировке в нерабочем состоянии.

Механические воздействия имеют место в работающей РЭА, если она установлена на подвижном объекте, или только при транспортировке ее в нерабочем состоянии, как в случае стационарной и некоторых видов возимой РЭА. Количество переданной энергии определяет уровень и характер изменения конструкции. Допустимые уровни механического изменения конструкции определяются ее прочностью и устойчивостью к механическим воздействиям.

Под прочностью конструкции понимается способность аппаратуры выполнять функции и сохранять параметры после приложения механических воздействий. Устойчивость конструкции – способность РЭА сохранять функции и параметры в процессе механических воздействий.

Откликом, или реакцией, конструкции на механические воздействия называют трансформацию и преобразование энергии механического возбуждения. К ним относятся механические напряжения в элементах конструкции, перемещения элементов конструкции и их соударения, деформации и разрушения конструктивных элементов, изменения свойств и параметров конструкции .

Механические воздействия могут приводить к взаимным перемещениям деталей и узлов, деформации крепежных, несущих и других элементов конструкций, их соударению. При незначительных механических воздействиях в элементах конструкций возникают упругие деформации, не сказывающиеся на работоспособности аппаратуры. Увеличение нагрузки приводит к появлению остаточной деформации и при определенных условиях разрушению конструкции. Разрушение может наступить и при нагрузках, много меньших предельных значений статической прочности материалов, если конструкция окажется подверженной знакопеременным нагрузкам .

Отказы аппаратуры бывают восстанавливаемыми после снятия или ослабления механического воздействия (изменение параметров компонентов, возникновение электрических шумов) и невосстанавливаемыми (обрывы и замыкания электрических соединений, отслаивание проводников печатных плат, нарушение элементов крепления и разрушение несущих конструкций).

На РЭА, установленную на подвижных объектах, в процессе ее эксплуатации воздействует вибрации, ударные нагрузки и линейные ускорения. Гармонические вибрации характеризуются частотой, амплитудой, ускорением. Ударные нагрузки характеризуются числом одиночных ударов или их серией (обычно оговаривают максимальное число ударов), длительностью ударного импульса и его формой, мгновенной скоростью при ударе, перемещением соударяющихся тел. Линейные ускорения характеризуются ускорением, длительностью, знаком воздействия ускорения. Возникающие при вибрациях, ударах и ускорениях перегрузки оценивают соответствующими коэффициентами. Для уменьшения воздействия вибраций и ударов аппаратуру устанавливают на амортизаторы или применяют демпфирующие материалы.

Воздействие линейных ускорений эквивалентно увеличению массы аппаратуры и при значительной длительности воздействия требует увеличения прочности конструкции.

Как показывает опыт эксплуатации транспортируемой РЭА, наибольшее разрушающее воздействие на конструкцию оказывают вибрации. Как правило, конструкция аппарата, выдержавшая воздействие вибрационных нагрузок в определенном частотном диапазоне, выдерживает ударные нагрузки и линейные ускорения с большими значениями соответствующих параметров (для космической РЭА – до 12g, g – ускорение свободного падения).

12.2. Понятие виброустойчивости и вибропрочности

В отношении конструкции РЭА различают два понятия: вибрационная устойчивость и вибрационная прочность .

Вибрационная устойчивость – свойство объекта при заданной вибрации выполнять заданные функции и сохранять значения своих параметров в пределах нормы. Вибрационная прочность – прочность при заданной вибрации и после прекращения ее.

Воздействие транспортной тряски складывается из ударов и вибраций. Введение амортизаторов между РЭА и объектом в качестве среды, уменьшающей амплитуду передаваемых колебаний и ударов, снижает действующие на РЭА механические силы, но не уничтожают их полностью. В некоторых случаях образованная с введением амортизаторов резонансная система влечет за собой возникновение низкочастотного механического резонанса, который приводит к увеличению амплитуды колебаний РЭА.

Понятие жесткости и механической прочности конструкции. При разработке конструкции РЭА необходимо обеспечить требуемую жесткость и механическую прочность ее элементов.

Жесткость конструкции есть отношение действующей силы к деформации конструкции, вызванной этой силой. Под прочностью конструкции понимают нагрузку, которую может выдержать конструкция без остаточной деформации или разрушения. Повышение прочности конструкции РЭА связано с усилением ее конструктивной основы, применением ребер жесткости, контровки болтовых соединений и т. д. Особое значение имеет повышение прочности несущих конструкций и входящих в них узлов методами заливки и обволакивания. Заливка пеноматериалом позволяет сделать узел монолитным при незначительном увеличении массы.

Конструкция как колебательная система. Во всех случаях нельзя допускать образования механической колебательной системы. Это касается крепления монтажных проводов, микросхем, экранов и других частей, входящих в РЭА.

Рис. 12. Колебательная модель механической системы

Основными параметрами любой конструкции с позиций реакции на механические воздействия являются масса, жесткость и механическое сопротивление (демпфирование). При анализе влияния вибраций на конструкции модулей последние представляют в виде системы с сосредоточенными параметрами, в которой заданы масса изделия m, элемент жесткости в виде пружины и элемент механического сопротивления в виде демпфера, характеризующиеся параметрами k и r соответственно , .

Когда частота собственных колебаний системы близка к частоте вынужденных, в колебательной системе возникает явление механического резонанса, что может привести к повреждению конструкции.

Амортизация конструкции РЭА. Один из эффективных методов повышения устойчивости конструкции, как транспортируемой, так и стационарной, к воздействию вибраций, а также ударных и линейных нагрузок – использование амортизаторов. Действие амортизаторов основано на демпфировании резонансных частот, т. е. поглощении части колебательной энергии. Аппаратура, установленная на амортизаторах, в общем случае может быть представлена в виде механической колебательной системы с шестью степенями свободы: совокупностью связанных колебаний, состоящих из линейных перемещений, и вращательных колебаний по каждой из трех координатных осей.

Эффективность амортизации характеризуется коэффициентом динамичности или передачи, числовое значение которого зависит от отношения частоты действующих вибраций f к частоте амортизированной системы f o .

При разработке схемы амортизации необходимо стремиться к тому, чтобы система имела минимальное число собственных частот и чтобы они были в 2–3 раза ниже наименьшей частоты возмущающей силы.

Для амортизированной аппаратуры следует как можно больше уменьшать собственную частоту, а для неамортизированной, напротив, увеличивать, приближая ее к верхней границе возмущающих воздействий или превышая ее.

Схемы размещения амортизаторов. Конструирование системы амортизации РЭА обычно начинается с выбора типа амортизаторов и схемы их размещения. Выбор амортизаторов производят исходя из допустимой нагрузки и предельных значений параметров, характеризующих условия эксплуатации. К таким параметрам относятся: температура окружающей среды, влажность, механические нагрузки, присутствие в атмосфере паров масла, дизельного топлива и т. д.

Рис. 13. Схемы расположения амортизаторов

Выбор схемы расположения амортизаторов зависит от расположения аппаратуры на носителе и условий динамического воздействия. На рис. 13 представлены основные схемы расположения амортизаторов .

Вариант "а " довольно часто используется для амортизации сравнительно небольших по габаритам блоков. Такое расположение амортизаторов удобно с позиций общей компоновки блоков на объекте. Однако при этом расположении амортизаторов принципиально невозможно получить совпадение центра тяжести (ЦТ) с центром масс (ЦМ) и не получить рациональной системы. То же можно сказать про вариант размещения "б ". Вариант размещения "в " позволяет получить рациональную систему, однако такое расположение амортизаторов не всегда удобно при размещении на объекте. Размещение типа "г " и "д " является разновидностью варианта "в " и используется в том случае, если лицевая панель блока размещается вблизи амортизатора, расположенного снизу. Размещение амортизаторов типа "е " используется в стоечной аппаратуре, когда высота РЭА значительно больше глубины и ширины стойки. Чтобы ослабить колебания стойки вокруг осей х и у, ставят дополнительно два амортизатора сверху стойки.

Прочность конструктивных элементов. Механическую прочность элементов конструкции проверяют методами сопротивления материалов и теории упругости для простейших конструкций с распределенной и смешанной нагрузкой. В большинстве практических случаев конструкции деталей РЭА имеют более сложную конфигурацию, затрудняющую определение в них напряжений. При расчетах сложную деталь заменяют ее упрощенной моделью: балкой, пластиной, рамой.

К балкам относят тела призматической формы, длины которых значительно превышают все прочие геометрические размеры конструкции. Концы балок защемляются (сваркой, пайкой), опираются шарнирно-подвижно (установкой в направляющие) или шарнирно-неподвижно (одиночное винтовое соединение). Пластинами считают тела прямоугольной формы, толщина которых мала по сравнению с размерами основания. К подобным конструкциям относят печатные платы, стенки кожухов приборов, стоек, панелей и прочих подобных конструкций. Жесткое закрепление края пластин осуществляется пайкой, сваркой, зажимом, винтовым соединением; шарнирное закрепление – установкой пластин в направляющие, гнездовой соединитель. Рамными конструкциями моделируются многовыводные компоненты: микросхемы, реле, микропроцессоры, ПЛИС .

При проектировании конструкции выполняют моделирование, при котором осуществляются:

– проверочные расчеты, когда форма и размеры детали известны (выявлены при конструировании);

– проектные расчеты, когда размеры опасных сечений неизвестны и их определяют на основе выбранных допустимых напряжений;

– расчеты допускаемых нагрузок по известным опасным сечениям и допустимым напряжениям.

При проведении проверочных расчетов на упругие колебания с учетом направления воздействия вибраций выделяют детали и узлы, имеющие наибольшие деформации, выбирают расчетные модели, рассчитывают собственные частоты, определяют нагрузки и сравнивают полученные значения с пределами прочности выбранных материалов, при необходимости принимают решение о повышении прочности конструкции.

Для увеличения вибропрочности в конструкции отдельных элементов вводятся дополнительные крепления, ребра и рельефы жесткости, отбортовки, выдавки, используются материалы с высокими демпфирующими свойствами, демпфирующие покрытия.

Внешние вибрационные воздействия часто задаются довольно узким диапазоном частот. В правильно сконструированной аппаратуре собственная частота f o конструкции не должна находиться в спектре частот внешних воздействий. Хотя любая конструкция обладает несколькими значениями собственных частот, однако расчет выполняется только для низших значений f o , поскольку деформации конструкций в этом случае будут максимальными. Если низшее значение собственной частоты входит в диапазон внешних воздействий, то конструкцию дорабатывают с целью увеличения f o и выхода из спектра частот внешних воздействий.

Под жесткостью конструкции понимается способность системы (элемента, детали) противостоять действию внешних нагрузок с деформациями, не допускающими нарушение ее работоспособности. Количественно жесткость оценивается коэффициентом жесткости

где Р – действующая сила; δ – максимальная деформация.

Жесткость конструкции зависит от длины, формы и размеров поперечного сечения балки.

Вибрации, направленные ортогонально к плоскости печатной платы, попеременно изгибают ее и влияют на механическую прочность установленных на ней микросхем и компонентов. Если компоненты считать жесткими, то изгибаться будут их выводы. Большинство отказов компонентов происходит из-за поломки паяных соединений выводов с платой. Наиболее жесткие воздействия имеют место в центре платы, а для прямоугольных плат еще и при ориентации тела элемента вдоль короткой стороны платы. Приклеивание компонентов к плате значительно улучшает надежность паяных соединений. Защитное лаковое покрытие толщиной 0,1…0,25 мм жестко фиксирует компоненты и увеличивает надежность РЭА.

Механические напряжения на паяные соединения от воздействия вибраций можно уменьшить: увеличением резонансных частот, что позволяет уменьшить прогиб платы; увеличением диаметра контактных площадок, что повышает прочность сцепления контактной площадки с платой; подгибом и укладыванием выводов элементов на контактную площадку, что увеличивает длину и прочность сцепления паяного соединения; уменьшением добротности платы на резонансе ее демпфированием многослойным покрытием лака.

Фиксация крепежных элементов. При воздействии вибраций возможно отвинчивание крепежных элементов, для предотвращения которого вводят фиксаторы, увеличивают силы трения, устанавливают крепеж на краску и пр. При выборе методов фиксации крепежных элементов должны учитываться следующие соображения: обеспечение прочности соединения при заданных нагрузках и климатических воздействий; быстрота выполнения соединения, его стоимость; последствия, к которым приведет отказ соединения; срок службы.

Следует принимать во внимание возможность замены износившихся или поврежденных деталей, использовать вместо винтовых пар быстро сочленяемые элементы: петли, защелки, собачки и пр. Болты должны быть ориентированы головкой вверх, чтобы при отвинчивании гайки болты оказывались на установочном месте. Рекомендуется применять несколько больших крепежных деталей вместо большого числа маленьких. Число оборотов, необходимых для затягивания или отпускания винта, должно быть не менее 10.

Срок службы конструкции. При колебаниях в конструкциях возникают переменные напряжения и конструкции могут разрушаться при нагрузках, значительно меньших предельной статической прочности материалов из-за появления микротрещин, на рост которых влияют особенности кристаллической структуры материалов, концентрации напряжений в углах микротрещин, условий окружающей среды. По мере развития микротрещин поперечное сечение детали ослабляется и в некоторый момент достигает критической величины – конструкция разрушается.

Если масса изделия не является критическим фактором, то конструкцию упрочняют, используя материалы с запасом, избегают введения отверстий, надсечек, сварных швов, ведут расчеты конструкций методом наихудшего случая.

Защиту от механических воздействий обеспечивает конструкционный материал, который должен удовлетворять заданными механическими и физическими свойствами, обладать легкостью в обработке, коррозионной стойкостью, низкой стоимостью, иметь максимальное отношение прочности к массе и пр. В зависимости от сложности несущую конструкцию выполняют в виде единой детали либо составной, включающей несколько деталей, объединенных в единую конструкцию разъемными или неразъемными соединениями. Основной путь к снижению массы изделий – облегчение несущих конструкций при одновременном обеспечении ими требований прочности и жесткости.

Срок службы конструкции при вибровоздействиях определяется числом циклов до разрушения, которое может выдержать конструкция при заданном уровне механической нагрузки. Усталостные характеристики материалов выявляются на группе образцов при знакопеременной повторяющейся нагрузке.

Решать задачи повышения механической прочности конструкций следует с учетом оптимизации размещения РЭА в отсеках носителей.

Контрольные вопросы

1. Перечислите виды механических воздействий на РЭА.

2. Дайте понятия виброустойчивости и вибропрочности.

3. Понятие жесткости и механической прочности конструкции.

4. Амортизация конструкции РЭА.

5. Перечислите виды амортизаторов.

Изобретение относится к области информационных технологий и может быть использовано при конструировании на компьютере сложных электротехнических изделий. Технический результат заключается в сокращении временных и вычислительных ресурсов, затрачиваемых на конструирование таких изделий, а также в повышении надежности проектируемых изделий за счет раннего выявления дефектов конструкции при проведении анализа долговечности радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) и унифицированных электронных модулей (ЭМ) в ее составе. Способ проведения анализа долговечности РЭА основан на анализе напряженно-деформированного состояния и подробной расчетной модели (РМ), которая включает подробные модели электрорадиоизделий (ЭРИ) и элементов конструкции. Анализ долговечности РЭА осуществляют с использованием тепловых, деформационных и прочностных РМ РЭА последовательно в четыре этапа: подготовительный этап, этап глобального анализа, этап промежуточного анализа и этап локального анализа. На подготовительном этапе создают тепловые РМ без детализации моделей элементов конструкции, деформационные РМ с детализацией ЭРИ и элементов конструкции, оказывающих влияние на жесткость конструкции, и подробные прочностные РМ конкретных элементов. На этапе глобального анализа проводят расчет температур РЭА, когда используют тепловые РМ. На этапе промежуточного анализа проводят расчет деформаций (перемещений) в РЭА по результатам теплового расчета РЭА этапа глобального анализа, при этом проводят выбор конкретного узла РЭА с использованием деформационных РМ. Затем выполняют локальный анализ, когда проводят расчет напряженно-деформированного состояния ЭРИ и элементов конструкции узла РЭА, по окончании расчета напряженно-деформированного состояния проводят расчет долговечности элементов РЭА, при этом используют прочностные РМ. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Рисунки к патенту РФ 2573140

Изобретение относится к области информационных технологий и может быть использовано при конструировании на компьютере сложных электротехнических изделий. Реализация изобретения позволяет сократить временные и вычислительные ресурсы, затрачиваемые на конструирование таких изделий, а также повысить надежность проектируемых изделий за счет раннего выявления дефектов конструкции при проведении анализа долговечности радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) и электронных модулей (ЭМ) в ее составе.

Известен способ проведения анализа долговечности ЭМ. (Прогнозирование надежности узлов и блоков радиотехнических устройств космического назначения на основе моделирования напряженно-деформируемых состояний: моногр. / С.Б. Сунцов, В.П. Алексеев, В.М. Карабан, С.В. Пономарев. - Томск: Изд-во Томск, гос. ун-та систем упр. и радиоэлектроники, 2012. - 114 с.). Детализация используемой при этом расчетной модели (РМ) определяется анализом напряженно-деформированного состояния (НДС) и, как правило, соответствует подробной РМ ЭМ, которая включает: подробные модели электрорадиоизделий (ЭРИ), клеевые соединения, герметизацию, пайку, печатные проводники, переходные отверстия и их металлизацию и др. Данный способ взят за прототип.

Данный способ имеет существенные недостатки:

Использование единой РМ ЭМ с высокой степенью детализации приводит к значительному увеличению временных и вычислительных ресурсов, необходимых для проведения расчета;

Использование нескольких РМ для каждого типа проводимого анализа (тепловой, деформационный, прочностной) создает значительные трудности при формализации краевой задачи и передачи результатов с одной РМ на другую в связи с тем, что имеется большое расхождение в количестве узлов и элементов.

Задачей предлагаемого в изобретении способа проведения анализа долговечности является устранение указанных выше недостатков, а именно:

Снижение временных затрат при проведении расчетов;

Сокращение требуемых вычислительных ресурсов;

Облегчение формализации краевой задачи.

Предлагается проведение анализа долговечности выполнять в четыре этапа, при этом:

Использовать расчетные модели, оптимизированные под конкретный анализ;

Использовать интерполяцию результатов анализов для облегчения формализации краевой задачи и повышения точности передачи результатов с одной РМ на другую.

Поставленная задача решается за счет того, что анализ долговечности РЭА, заключающийся в прогнозировании надежности узлов и блоков РЭА космического назначения, осуществляют поэтапно с использованием созданных тепловых, деформационных и прочностных РМ РЭА, оптимизированных для проведения последующих этапов анализа долговечности, при этом на подготовительном этапе проводят создание тепловых РМ с игнорированием детализации моделей базовых несущих конструкций (скругления, отверстия), печатного узла (электрорадиоизделий, паяное соединение, печатные проводники, переходные отверстия и их металлизация), деформационных РМ с детализацией конкретных ЭРИ, базовых несущих конструкций (металлическая рамка, печатный узел), а также прочих конструктивных элементов РЭА (разъемы, заглушки и пр.), оказывающих влияние на жесткость конструкции; в качестве прочностной РМ используют подробную (детализированную) РМ конкретных элементов конструкции ЭМ, когда учитывают пайку, печатные проводники, металлизацию переходных отверстий; затем на этапе глобального анализа проводят расчет температур ЭМ в составе РЭА, когда используют тепловые РМ ЭМ, при этом учитывают переизлучение с соседних поверхностей ЭМ и теплопередачу теплопроводностью (кондукция) с соседних ЭМ; далее на этапе промежуточного анализа проводят расчет деформаций (перемещений) в ЭМ по результатам теплового расчета РЭА этапа глобального анализа, при этом проводят выбор конкретного ЭМ с последующей передачей температур посредством интерполяции с использованием деформационных РМ ЭМ; затем выполняют локальный анализ, когда проводят расчет напряженно-деформированного состояния элементов печатного узла ЭМ (ЭРИ, пайка, печатные проводники, переходные отверстия) посредством интерполяции результатов расчета деформаций (перемещений) ЭМ, полученных на этапе промежуточного анализа, по окончании расчета напряженно-деформированного состояния проводят расчет долговечности элементов ЭМ, при этом используют прочностные РМ ЭМ.

Суть изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен алгоритм расчета посредством интерполяции, на фиг. 2 и 3 представлены изображения плоских линейных треугольного и четырехугольного элементов соответственно.

На фиг. 1 изображен алгоритм расчета посредством интерполяции, где:

Этап 0. Подготовительный.

Этап 1. Глобальный анализ.

Этап 2. Промежуточный анализ.

Этап 3. Локальный анализ.

Расчет можно произвести с применением метода конечных элементов. При этом расчетная область аппроксимируется системой элементов. В пределах элемента функция F(x,y,z) определяется следующим выражением:

где N i - функции формы элемента, f i - значение функции F в i-м узле элемента, f i =F(x i ,y i ,z i).

Таким образом, если известны функции формы элементов и узловые значения функции, то можно определить значение функции F в произвольной точке x * , y * , z * расчетной области. Если точка x * , y * , z * совпадает с узловой точкой x j , y j , z j , то:

Для определения функции F(x * ,y * ,z *) точки x * , y * , z * , располагаемой внутри или на границе элемента, используется выражение (1).

Рассмотрим методику определения функции F в точке x * , y * , z * на примере элементов первого порядка - плоского треугольного элемента и плоского четырехугольного элемента.

1. Плоский линейный треугольный элемент

Функция F(x,y) на таком элементе (фиг. 2) представляется линейным полиномом:

где i - коэффициенты полинома. Коэффициенты полинома (2) определяются по узловым значениям функции F(x,y). Для этого записывается система линейных алгебраических уравнений:

По правилу Крамера:

где ; ;

Детерминанты i можно раскрыть по столбцу, содержащему узловые значения функции:

где d ij - соответствующие детерминанты из (5).

При подстановке (4) и (6) в полином (2) получается:

В результате приходим к выражению (1), где функции формы элемента имеют вид:

Имея функции формы (8) элемента и узловые значения функции, можно вычислить значение функции в произвольной точке внутри элемента.

2. Плоский линейный четырехугольный элемент

Четырехугольный элемент (фиг. 3) в пространстве X, Y отображается на прямоугольник в пространстве , . Функции формы в пространстве , имеют вид:

Если для точки с координатами x * , y * , лежащей внутри четырехугольника, известны соответствующие координаты * , * , то по (1), используя (9), можно определить значение функции F(x( ,), y( ,)) в этой точке.

Зная координаты , , можно легко найти соответствующие им координаты x, y по формулам:

где x i , y i - координаты узлов четырехугольника. Однако обратный переход:

не имеет простого аналитического представления. Поэтому для выполнения этого перехода следует использовать численные методы. Возможно применение метода, аналогичного методу деления отрезка пополам. Его алгоритм содержит следующие этапы:

1. Среди координат x, y узлов четырехугольника существуют значения X min , X max и Y min , Y max , между которыми лежат величины x * и y * .

2. В пространстве , прямоугольник делится на четыре прямоугольника. Для каждого вновь получившегося прямоугольника с помощью формулы (10) определяются X min , X max и Y min , Y max .

3. Используя значения X min , X max и Y min , Y max находим прямоугольник, в который попадает точка с координатами x * , y * .

4. Если условия:

не выполняются, то возвращаются к п. 2. Если же условия выполняются, то переходят к п. 5.

5. Определяется координата * как среднеарифметическое координат по всем узлам прямоугольника. Таким же образом определяется координата * .

6. По формуле:

определяется значение функции в точке с координатами x * , y * .

Способ проведения анализа долговечности РЭА с использованием автоматического построения расчетных моделей в системе геометрического моделирования программно проработан и прошел отладку при конструировании бортовой РЭА космических аппаратов. Практическое применение данного способа позволяет уменьшить сроки конструирования РЭА, что подтверждает эффективность предложенного способа проведения анализа долговечности ЭМ РЭА на основе компьютерного моделирования термопрочностных процессов.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ проведения анализа долговечности радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), основанный на анализе напряженно-деформированного состояния и подробной расчетной модели (РМ), которая включает подробные модели электрорадиоизделий (ЭРИ) и элементов конструкции, отличающийся тем, что анализ долговечности РЭА осуществляют с использованием тепловых, деформационных и прочностных РМ РЭА последовательно в четыре этапа: подготовительный этап, этап глобального анализа, этап промежуточного анализа и этап локального анализа, при этом на подготовительном этапе создают тепловые РМ без детализации моделей элементов конструкции, деформационные РМ с детализацией ЭРИ и элементов конструкции, оказывающих влияние на жесткость конструкции, и подробные прочностные РМ конкретных элементов, затем на этапе глобального анализа проводят расчет температур РЭА, когда используют тепловые РМ, далее на этапе промежуточного анализа проводят расчет деформаций (перемещений) в РЭА по результатам теплового расчета РЭА этапа глобального анализа, при этом проводят выбор конкретного узла РЭА с использованием деформационных РМ, затем выполняют локальный анализ, когда проводят расчет напряженно-деформированного состояния ЭРИ и элементов конструкции узла РЭА, по окончании расчета напряженно-деформированного состояния проводят расчет долговечности элементов РЭА, при этом используют прочностные РМ.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что анализ долговечности РЭА проводят с использованием РМ, оптимизированных под конкретный глобальный, промежуточный, локальный анализ.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что анализ долговечности РЭА проводят с использованием интерполяции результатов температур и деформаций (перемещений) РЭА.

Данный способ имеет существенные недостатки:

Снижение временных затрат при проведении расчетов;

Сокращение требуемых вычислительных ресурсов;

Облегчение формализации краевой задачи.

Предлагается проведение анализа долговечности выполнять в четыре этапа, при этом:

Использовать расчетные модели, оптимизированные под конкретный анализ;

На фиг. 1 изображен алгоритм расчета посредством интерполяции, где:

Этап 0. Подготовительный.

Этап 1. Глобальный анализ.

Этап 2. Промежуточный анализ.

Этап 3. Локальный анализ.

где N i - функции формы элемента, f i - значение функции F в i-м узле элемента, f i =F(x i ,y i ,z i).

1. Плоский линейный треугольный элемент

Функция F(x,y) на таком элементе (фиг. 2) представляется линейным полиномом:

где α i - коэффициенты полинома. Коэффициенты полинома (2) определяются по узловым значениям функции F(x,y). Для этого записывается система линейных алгебраических уравнений:

По правилу Крамера:

где ; ;

Детерминанты δ i можно раскрыть по столбцу, содержащему узловые значения функции:

где d ij - соответствующие детерминанты из (5).

При подстановке (4) и (6) в полином (2) получается:

В результате приходим к выражению (1), где функции формы элемента имеют вид:

2. Плоский линейный четырехугольный элемент

Четырехугольный элемент (фиг. 3) в пространстве X, Y отображается на прямоугольник в пространстве ξ, η. Функции формы в пространстве ξ, η имеют вид:

Если для точки с координатами x * , y * , лежащей внутри четырехугольника, известны соответствующие координаты ξ * , η * , то по (1), используя (9), можно определить значение функции F(x(ξ,η), y(ξ,η)) в этой точке.

Зная координаты ξ, η, можно легко найти соответствующие им координаты x, y по формулам:

где x i , y i - координаты узлов четырехугольника. Однако обратный переход:

2. В пространстве ξ, η прямоугольник делится на четыре прямоугольника. Для каждого вновь получившегося прямоугольника с помощью формулы (10) определяются X min , X max и Y min , Y max .

3. Используя значения X min , X max и Y min , Y max находим прямоугольник, в который попадает точка с координатами x * , y * .

4. Если условия:

не выполняются, то возвращаются к п. 2. Если же условия выполняются, то переходят к п. 5.

5. Определяется координата ξ * как среднеарифметическое координат ξ по всем узлам прямоугольника. Таким же образом определяется координата η * .

6. По формуле:

определяется значение функции в точке с координатами x * , y * .

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам и устройствам для автоматизированного проектирования территориальной компоновки промышленного объекта. Техническим результатом является повышение надежности и достоверности получаемых результатов при автоматизированном проектировании территориальной компоновки промышленного объекта.

Изобретение относится к области обеспечения предприятий прогнозной информацией о выпуске значительного количества продукции одной разновидности. Технический результат - создание виртуальной системы управления выпуском однородной продукции предприятия, позволяющей повысить достоверность прогноза количества выпускаемой продукции и, таким образом, улучшить эффективность управления производством.

Группа изобретений относится к способу и устройствам управления датацентром для моделирования нестандартного функционирования элемента датацентра. Техническим результатом является повышение эффективности моделирования нестандартного функционирования элемента датацентра.

Изобретение относится к средствам проектирования объектов самонаведения, стабилизированных вращением с многими неизвестными. Технический результат заключается в моделировании в реальном времени как цифровых, так и аналоговых форм квадратурных опорных сигналов.

Изобретение относится к области геологии и может быть использовано при исследовании процессов карстообразования. Предложен способ моделирования процессов карстообразования в карстовой области, в котором задают решетчатую геологическую модель карстовой области для моделирования множества сред, содержащих первую среду, описываемую значениями по меньшей мере одного параметра геологической решетки, и вторую среду, описываемую значениями параметров кромки между двумя узлами решетки.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для анализа подземной структуры. Заявлен способ моделирования геологического процесса, в результате которого формируется геологическая область, содержащий этапы, на которых: а/ определяют (200) модель геологической области, b/ получают (201) результат наблюдения (Kobs) за заданным параметром геологической области, с/ определяют (202) зону модели, называемую релевантной зоной, для которой результат наблюдения, полученный на этапе b/, является соответствующим, d/ моделируют (203) геологический процесс на основании модели геологической области, определенной на этапе а/, е/ выполняют оценку (204) значения заданного параметра для релевантной зоны модели, используя результаты моделирования, f/ сравнивают (205) результат наблюдения (Kobs) за заданным параметром, полученный на этапе b/, с оценкой (K ^) упомянутого параметра, полученной на этапе е/, и g/ модифицируют параметр моделирования для коррекции влияния моделирования по меньшей мере на часть модели на основании результатов сравнения на этапе f/.

Группа изобретений предназначена для автоматического определения набора параметров для проектирования турбомашин. Технический результат - создание алгоритма оптимизации определения набора параметров настройки/калибровки для проектирования турбомашин.

Изобретение относится к способам получения характеристик трехмерных (3D) образцов породы пласта, в частности к укрупнению масштаба данных цифрового моделирования. Технический результат - более точное моделирование потока. Модели в масштабе скважины используют МТС (многоточечную статистику) для комбинирования сеток минипроницаемости и сканограмм традиционной КТ полноразмерного керна с электрическими изображениями скважины для создания 3-мерных численных псевдокернов для каждого ТПП (типа породы пласта). Эффективные свойства САК (специальный анализ керна), вычисленные из различных реализаций или моделей МТС в масштабе скважины, используются для заполнения моделей в межскважинном масштабе для каждого ТПП. В межскважинном масштабе сейсмические параметры и вариограммная статистика из данных КВБ (каротаж во время бурения) используются для заполнения цифровых моделей породы. Эффективные свойства, вычисленные из моделирования потока для межскважинных объемов, используются для заполнения моделей в масштабе всего месторождения. 8 н. и 26 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к области моделирования процессов управления. Технический результат - моделирование выполнения на пункте управления (ПУ) второго уровня функций сбора, обработки, анализа и доопределения данных об объектах воздействия, оценки возможностей своей группы технических средств (ТС) и принятие решения на осуществление воздействия, а на ПУ первого уровня - доопределения данных об объектах воздействия и оценки эффективности осуществления воздействия своих ТС на все объекты воздействия. Система, выполняющая способ моделирования процессов двухуровневого управления, содержит модель: пунктов управления, линий связи, устройств хранения баз данных, блоков сбора и анализа данных, доопределения данных, идентификации, классификации, определения приоритетов, оценки эффективности, формирования списка ТС по эффективности, распределения объектов между ТС, формирования целеуказаний ТС, пультов управления, устройств отображения информации, устройств приема команд и адресной выдачи управляющих сигналов и устройств управления техническим средством. 5 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области изготовления трехмерного объекта методом стереолитографии. Технический результат - обеспечение моделирования формы и размера соединительного элемента, за счет чего повышается качество изготовляемого трехмерного объекта. Способ изготовления трехмерного объекта, содержащего множество опор, присоединенных к телу указанного объекта посредством соединительных элементов, в каждом из которых можно выделить оформленную область, заглубленную относительно наружной поверхности указанного соединительного элемента и имеющую нижний угол, разграничивающий предварительно заданную область разрыва для отделения указанной опоры, в котором каждый из указанных соединительных элементов содержит первое тело, выступающее из наружной поверхности, определяющей границы тела указанного объекта, и второе тело, выступающее из указанной опоры, указанное первое и указанное второе тело имеют наружную поверхность, изогнутую и выпуклую и присоединены друг к другу таким образом, что формируют указанную оформленную область, нижний угол которой определяет границы указанной предварительно заданной области разрыва, методом стереолитографии, включающим компьютерное графическое моделирование соединительных элементов опор для тела. 6 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к области судостроения и касается, в частности, монтажа блоков остова корабля в судовом плавучем доке. Предложена система управления степенью проведения монтажа в судовом плавучем доке, которая включает в себя: узел наблюдения, включающий в себя датчик осадки, расположенный в доке и измеряющий степень изгибания днища дока, и узел фотографирования, расположенный снаружи дока и измеряющий состояние боковых стенок дока; узел измерения, который размещается в доке и измеряет состояние блоков остова корабля, смонтированных в доке, в реальном времени; узел управления степенью монтажа, который размещается в доке и управляет степенью проведения монтажа в доке, которая изменяется согласно воздействию блоков остова корабля, смонтированных в доке; и контроллер, который анализирует текущую ситуацию дока и текущую ситуацию степени монтажа на основе информации, измеренной посредством узла наблюдения и узла измерения, и управляет узлом управления степенью монтажа, чтобы управлять степенью проведения монтажа в доке согласно результату анализа. Технический результат заключается в повышении эффективности проведения монтажных работ в судовом плавучем доке. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для создания гидродинамической модели резервуара. Раскрываются система и способ локального измельчения сетки в системах моделирования резервуара. В одном аспекте раскрытия способ направлен на способ моделирования геологического образования, реализуемый с использованием компьютера. Способ включает применение к целевому геологическому образованию крупной сетки, содержащей множество ячеек крупной сетки, и идентификацию целевой структуры, расположенной в геологическом образовании. Далее способ включает определение зоны мелкой сетки вокруг структуры на основании периода времени для моделирования потока геологического образования и геологической характеристики геологического образования в соседней со структурой локальной области и применение мелкой сетки к ячейкам крупной сетки, накрытым зоной мелкой сетки. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 4 н. и 20 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и связи. Технический результат заключается в расширении спектра моделирования видов сетевого трафика. Устройство имитации сетевого трафика содержит первый и второй генераторы шума, первый и второй элементы выборки и хранения, первый и второй элементы сравнения, перестраиваемый генератор тактовых импульсов, генератор линейно-изменяющегося напряжения, первую, вторую и третью регулируемые линии задержки, управляющий элемент, первый и второй электронные ключи, блок коррекции параметров трафика, причем управляющие входы первого и второго электронных ключей подключены соответственно к управляющим выходам «Фронт» и «Спад» блока коррекции параметров трафика, управляющие входы первой, второй и третьей регулируемых линий задержки соответственно подключены к управляющим выходам «Задержка 1», «Задержка 2» и «Задержка 3» блока коррекции параметров трафика, управляющие входы первого и второго генераторов шума объединены и подключены к управляющему выходу «Закон распределения» блока коррекции параметров трафика, управляющий вход перестраиваемого генератора тактовых импульсов подключен к управляющему выходу «Скорость трафика» блока коррекции параметров трафика. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

Крыло с естественным ламинарным обтеканием для сверхзвукового летательного аппарата, в котором форма поперечного сечения крыла в направлении по хорде крыла в каждой точке по размаху крыла выбирается таким образом, что кривизна вблизи передней кромки имеет заранее заданное значение 1/3 или менее по сравнению с нормальной формой поперечного сечения в области линейного элемента 0,1% длины хорды крыла. Кривизна в области линейного элемента 0,2% длины хорды крыла от области линейного элемента к задней кромке крыла дополнительно уменьшается до 1/10. Выбирают требуемые распределения давления для верхней и нижней поверхностей крыла на основании полученного распределения давления. Изобретение направлено на максимальное смещение назад по потоку точки турбулизации. 5 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к области обработки и интерпретации данных геоструктур. Предложен способ оценивания возможности коллекторной системы, содержащий этапы, на которых измеряют критический риск и критическую возможность целевой переменной для коллекторной системы с использованием компьютерной системы. Для этого строят график "торнадо" с использованием всех внутренних параметров, используемых для вычисления целевой переменной, значения для риска и значения для возможности. Далее вычисляют критический риск и критическую возможность с использованием одного из внутренних параметров из графика "торнадо", который оказывает наибольшее влияние на целевую переменную, и оценивают возможность коллекторной системы для целевой переменной на протяжении различных временных горизонтов с использованием критического риска и критической возможности. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 10 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области планирования движения железнодорожного транспорта. Способ заключается в формировании графика движения поездов, где дополнительно учитывается допустимое изменение ординаты пересечения пакетов поездов во встречных направлениях относительно элемента профиля с максимальной рекуперацией, при этом выбор вариантов графика осуществляется на основе тяговых расчетов для унифицированных масс поездов и серий электроподвижного состава, обращающихся на участке, положенных в основу расчетов электрических нагрузок в системе тягового электроснабжения на основе графика движения поездов, для этого в качестве первоначального варианта графика для моделирования принимается базовый нормативный график, далее по результатам моделирования работы системы тягового электроснабжения полученный результат для графика движения сравнивается с базовым вариантом. Причем в случае если достигнутый результат относится к вариантам с лучшей энергоэффективностью, он заносится в базу данных энергоэффективных вариантов для последующего выбора по критерию минимального отклонения параметров графика от базового графика. Достигается снижение расхода электроэнергии на перевозки. 3 ил.

Изобретение относится к способу автоматического конфигурирования салона транспортного средства, в частности летательного аппарата (ЛА). Салон ЛА подразделен на несколько зон, в котором предусмотрены зона параметров и динамичная зона, прилегающие друг к другу. При конфигурировании выбирают отдельный модуль или несколько отдельных модулей, автоматически размещают в зоне параметров в соответствии с предварительно заданными параметрами для полного конфигурирования зоны и выбирают отдельные компоненты. Затем автоматически рассчитывают конфигурации отдельных компонентов динамичной зоны в соответствии с размещением модуля в зоне параметров и автоматически размещают отдельные компоненты в динамичной зоне в соответствии с их рассчитанной конфигурацией. Причем из совокупности отдельных модулей выбирают два отдельных модуля и автоматически соединяют их с образованием комплекта модулей перед размещением в зоне параметров. Достигается эффективное и быстрое конфигурирование салона ЛА. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области информационных технологий и может быть использовано при конструировании на компьютере сложных электротехнических изделий. Технический результат заключается в сокращении временных и вычислительных ресурсов, затрачиваемых на конструирование таких изделий, а также в повышении надежности проектируемых изделий за счет раннего выявления дефектов конструкции при проведении анализа долговечности радиоэлектронной аппаратуры и унифицированных электронных модулей в ее составе. Способ проведения анализа долговечности РЭА основан на анализе напряженно-деформированного состояния и подробной расчетной модели, которая включает подробные модели электрорадиоизделий и элементов конструкции. Анализ долговечности РЭА осуществляют с использованием тепловых, деформационных и прочностных РМ РЭА последовательно в четыре этапа: подготовительный этап, этап глобального анализа, этап промежуточного анализа и этап локального анализа. На подготовительном этапе создают тепловые РМ без детализации моделей элементов конструкции, деформационные РМ с детализацией ЭРИ и элементов конструкции, оказывающих влияние на жесткость конструкции, и подробные прочностные РМ конкретных элементов. На этапе глобального анализа проводят расчет температур РЭА, когда используют тепловые РМ. На этапе промежуточного анализа проводят расчет деформаций в РЭА по результатам теплового расчета РЭА этапа глобального анализа, при этом проводят выбор конкретного узла РЭА с использованием деформационных РМ. Затем выполняют локальный анализ, когда проводят расчет напряженно-деформированного состояния ЭРИ и элементов конструкции узла РЭА, по окончании расчета напряженно-деформированного состояния проводят расчет долговечности элементов РЭА, при этом используют прочностные РМ. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Надежность работы радиоэлектронной аппаратуры.

Номенклатура показателей ремонтопригодности медицинской техники.

Выбор показателей ремонтопригодности медицинской техники должен основываться на следующих принципах:

1.Возможность увязки показателей ремонтопригодности медицинской техники с другими показателями ее надежности и технологичности при техническом обслуживании и ремонте.

2.Отсутствие избыточных показателей.

3.Возможность проверки показателей.

Надежностью радиоэлектронной аппаратуры называется свойство приборов выполнять заданные функции с сохранением эксплуатационных показателей в определенных пределах в течение требуемого промежутка времени.

Зависимость интенсивности отказов элементов радиоэлектронной аппаратуры можно выразить следующим способом:

Участок I – характеризует время приработки элементов электронной аппаратуры (характер изменения отказов).

Участок II – характеризует установившийся период эксплуатации приборов, когда интенсивность отказов постоянна.

Участок III – характеризует увеличивающуюся интенсивность отказов, когда прибор достигает своего предельного состояния.

Совокупность свойств продукции обуславливающих ее пригодность удовлетворять определенным свойствам и требованиям называется качеством радиоэлектронной аппаратуры .

Основным параметром, определяющим качество радиоэлектронной аппаратуры, является безотказность их работы. Безотказность можно определить как:

P – количество приборов исправно работающих за время t к общему количеству приборов пущенных в эксплуатацию. Безотказность работы медицинских приборов характеризуется интенсивностью отказов λ .

Интенсивность отказов λ – вероятность отказов неремонтируемого прибора в единицу времени после некоторого промежутка эксплуатации t при условии, что за это время отказ данного прибора не возникал. Рассматривая кривую интенсивности отказов можно утверждать, что характер интенсивности отказов элементов изменяется примерно по этой зависимости.

Для большинства радиоэлектронных устройств характерна постоянная интенсивность отказов в период нормальной работы. Это указывает на то, что у материала элементов не закончился период старения, и они работают нормально.

Частота отказов отдельных элементов радиоэлектронной аппаратуры указывает на то, как часто выходят из строя отдельные его элементы:

, где – количество элементов вышедших из строя (отказавших в работе), – общее количество изделий

На надежность работы радиоэлектронной аппаратуры оказывают большое влияние многочисленные факторы, которые можно объединить в три основные группы:

1) Конструктивные

2) Производственно-технические

3) Эксплуатационные

Для повышения конструктивной надежности при конструировании необходимо:

1) Разрабатывать новые схемы узлов и блоков повышенной надежности с применением высоконадежных элементов.

2) Размещать элементы схемы таким образом, чтобы обеспечивалась надежная их защита при воздействии внешних и внутренних факторов.

3) Осуществлять правильный выбор режима работы деталей устанавливаемых в аппаратуре.

Режим работы элементов определяется электромеханическими факторами. Опыт эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры показывает, что правильный выбор оптимального режима нагрузки способствует повышению их надежности и безотказности в работе. Коэффициент нагрузки не должен превышать 0,5.

Конструктивным фактором, влияющим на надежность радиоэлектронной аппаратуры, является выбор конструктивных решений, а также качество и разработка технической документации.

К эксплуатационным факторам относятся:

тепло, влага, холод, коррозия, биологическая среда, электромагнитное излучение.

Методы повышения надежности можно разделить на структурные и информационные.

Структурные методы повышения надежности. Абсолютной надежности технических устройств добиться принципиально невозможно, а максимально повысить показатели их надежности реально, и это является важнейшей научной и технической задачей. Повышение уровня надежности РЭА достигается, прежде всего, устранением причин, вызывающих в ней отказы, т. е. сведением к минимуму конструкторских, технологических и эксплуатационных ошибок.

Значительного повышения надежности РЭА достигают созданием новых элементов. Так, применение интегральных схем для построения РЭА привело к значительному повышению надежности аппаратуры третьего и четвертого поколений.

Однако повышением надежности элементов не удается полностью решить проблему построения надежных РЭА, что вызвано значительным опережением роста сложности вновь разрабатываемых РЭА, большими затратами при получении элементов высокой надежности, а также существованием элементов, надежность которых довольно низка и трудно поддается повышению. Поэтому один из путей повышения надежности РЭА - введение схемной избыточности.

Повышение надежности РЭА резервированием. Резервирование - способ повышения надежности аппаратуры, заключающийся в дублировании РЭА в целом или отдельных ее модулей или элементов. Резервирование предполагает включение в схему устройства дополнительных элементов, которые позволяют скомпенсировать отказы отдельных частей устройств и обеспечить его надежную работу. Но резервирование эффективно только в том случае, когда неисправности являются статистически независимыми. Различают следующие виды резервирования: постоянное (резервные элементы включены вместе с основным и функционируют в тех же режимах); резервирование замещением (обнаружение отказавшего элемента и замена его резервным); скользящее резервирование (любой резервный элемент может замещать любой отказавший).

Если P c (t) - вероятность безотказной работы системы, то установка и включение параллельно нескольких таких же систем приводит к увеличению результирующей вероятности безотказной работы резервированной системы P(t), которую можно определить из выражения:

P(t) = 1 - m+1 ,

где m - число резервных систем, включенных параллельно основной. Так, например, при вероятности безотказной работы модуля 0,7 включение одного резервного модуля повысит вероятность безотказной работы до 0,91, а двух - до 0,973.

В РЭА применяется общее (резервируются отдельные модули), и поэлементное резервирование на уровне микросхем или отдельных элементов. При одинаковом количестве резервных элементов поэлементное резервирование эффективнее общего, но требует большого числа дополнительных электрических связей.

Постоянное резервирование в РЭА производят по следующей схеме: входные сигналы поступают на n логических схем, причем n> k, где k -- число логических схем в нерезервированной схеме. Выходные сигналы всех n логических схем далее подают на решающий элемент, который согласно функции решения по этим сигналам определяет значения выходных сигналов всей схемы. Функция решения - правило отображения входных состояний решающего элемента на множество его выходных состояний.

Простейший и наиболее распространенный вид функции решения - «закон большинства», или мажоритарный закон. Решающий элемент обычно называют мажоритарным элементом. Работа мажоритарного элемента состоит в следующем: на входы элемента поступают двоичные сигналы от нечетного количества идентичных элементов; выходной сигнал элемента принимает значение, равное значению, которое принимает большинство входных сигналов. Наиболее широко используют мажоритарные элементы, работающие по закону «2 из З». В этих элементах значение выходного сигнала равно значению двух одинаковых входных сигналов.

Кроме того, известны мажоритарные элементы, работающие по закону «З из 5», «4 из 7» и т. д. Схема мажоритарного элемента, работающего по закону «2 из З» и построенного из логических элементов И и ИЛИ, основана на выражении z = x 1 x 2 + x 2 x 3 + x 1 x 3 и имеет вид, изображенный на рис. 7.4.1.

Рис. 5.3.1.

По способу включения резервных элементов функциональных устройств различают три вида резервирования: постоянное, замещением и скользящее.

При постоянном резервировании предполагают, что любой отказавший элемент или узел не влияет на выходные сигналы и поэтому его прямого обнаружения не производится. Постоянное резервирование наиболее распространено в невосстанавливаемых устройствах. Кроме того, оно является единственно возможным в устройствах, где недопустим даже кратковременный перерыв в работе.

Постоянное резервирование вводится или с помощью решающего блока, или в виде однотипных элементов или блоков, включенных последовательно, параллельно или, например, согласно законам k-кратной логики.

В качестве решающего блока можно использовать мажоритарные элементы с постоянными или переменными весами, кодирующие - декодирующие устройства и схемы из логических элементов И, ИЛИ, НЕ.

Резервирование замещением предполагает обнаружение отказавшего элемента или узла и подключение исправного. Замещение может происходить либо автоматически, либо вручную.

Резервирование замещением имеет следующие достоинства. Для многих схем при включении резервного оборудования не требуется дополнительно регулировать выходные параметры, вследствие того, что электрические режимы в схеме не меняются. Резервная аппаратура до момента включения в работу обесточена, что повышает общую надежность системы за счет сохранения ресурса электронных устройств. Имеется возможность использования одного резервного элемента на несколько рабочих.

Вследствие сложности аппаратуры для автоматического включения резерва резервирование замещением целесообразно применять к крупным блокам и отдельным функциональным частям РЭА.

При скользящем резервировании любой резервный элемент может замещать любой основной элемент. Для осуществления этого резервирования необходимо иметь устройство, которое автоматически находит неисправный элемент и подключает вместо него резервный. Достоинство такого резервирования в том, что при идеальном автоматическом устройстве будет наибольший выигрыш в надежности по сравнению с другими методами резервирования. Однако осуществление скользящего резервирования возможно лишь при однотипности элементов.

Информационные методы повышения надежности РЭА. Основное применение информационные методы находят в вычислительной технике. Реализуются они в виде корректирующих кодов. Назначение этих кодов состоит в том, чтобы обнаруживать и исправлять ошибки в РЭА без прерывания их работы.

Корректирующие коды предусматривают введение в изделия некоторой избыточности. Различают временную и пространственную избыточность. Временная избыточность характеризуется неоднократным решением задачи. Полученные результаты сравниваются, и если они совпадают, то делается вывод, что задача решена правильно. Временная избыточность вводится в РЭА программным путем.

Пространственная избыточность характеризуется удлинением кодов чисел, в которые вводят дополнительно контрольные разряды. Суть обнаружения и исправления ошибок с помощью корректирующих кодов состоит в следующем. В конечном множестве А выходных слов устройства выделяют подмножество В разрешенных кодовых слов (т. е. В А). Эти слова могут появиться лишь в том случае, если все арифметические и логические операции, выполняемые РЭА, осуществляются правильно. Тогда очевидно, что подмножество А - В = С(A B = С) будет характеризовать запрещенные кодовые слова. Последние имеют место только при наличии ошибок.

Далее все слова на выходе устройства анализируют. Например, если слово b i относится к подмножеству разрешенных кодовых слов (т. е. b B), то это означает, что процесс идет нормально; слово b i считают правильным и его можно декодировать.

Если на выходе устройства появляется запрещенное кодовое слово с i (c i C), то это свидетельствует о наличии ошибки, и она фиксируется.

Для устранения обнаруженных таким образом ошибок все запрещенные кодовые слова разбиваются на группы. Каждой такой группе ставится в соответствие только одно разрешенное кодовое слово. При декодировании запрещенные кодовые слова с i автоматически заменяются разрешенными кодовыми словами из той группы, к которой принадлежит c i .

Таким образом, корректирующие коды в состоянии не только обнаруживать ошибки, но и устранять их.

Расчет надежности РЭА . Определив из ТЗ требуемую вероятность безотказной работы аппаратуры, конструктор распределяет эту вероятность по составляющим РЭА модулям, подбирает элементы с необходимыми интенсивностями отказов, выявляет потребность и глубину резервирования, принимает меры по защите аппаратуры от воздействий дестабилизирующих факторов.

Расчет надежности РЭА состоит в определении числовых показателей надежности P(t) и Т ср по известным интенсивностям отказов комплектующих РЭА элементов. При этом считается, что, если выход из строя любого элемента приводит к выходу из строя всей РЭА, то имеет место последовательное включение элементов. Усредненные данные по интенсивностям отказов микросхем, электрорадиоэлементов, узлов и электрическим соединениям известны /2/.

При конструировании необходимы данные об ожидаемых изменениях характеристик элементов в течение всего срока службы РЭА. Например, если разрабатывается аппаратура со сроком службы 10 лет, то необходимо предварительно в течение 10 лет, если не используется какой-либо метод ускоренных испытаний, собирать данные об изменении параметров комплектующих элементов, что в общем случае нереально, так как за это время может устареть как элементная база, так и сама разрабатываемая РЭА

Поэтому трудно ожидать совпадения реального и рассчитанного поведения системы, но расчеты надежности необходимо выполнять, так как в ТЗ на разработку всегда указываются требуемые показатели надежности.

Вероятность безотказной работы системы обычно вычисляется с использованием выражений:

P c (t) = exp(-(t) dt), (t) =? i (t),

где? i (t) - интенсивность отказов i-го модуля, n - число модулей системы.

Модули одного иерархического уровня имеют приблизительно равную надежность. Тогда для системы из К групп модулей одного уровня:

P c (t) = exp(- n i ? i (t) dt), (t) =n i ? i (t),

где n i - число модулей i-го уровня иерархии.

Для экспоненциального закона распределения, когда интенсивность отказов можно считать величиной постоянной:

(t) = = const, P c (t) = exp(-t).

В общем случае надежность конструкции зависит от соотношения прочности и устойчивости к нагрузке, которую приходится выдерживать аппаратуре в процессе эксплуатации. Под прочностью здесь понимается способность аппаратуры выдерживать без разрушений внешние температурные, механические, влажностные и прочие воздействия, под устойчивостью - способность к работе при тех же воздействиях

Создание аппаратуры без излишних запасов прочности - важная и сложная задача, поскольку конструктор не всегда имеет четкие количественные параметры внешних воздействий, отсутствуют или имеются неточные математические модели, позволяющие весьма ориентировочно произвести указанную оценку. Это приводит к внесению в конструкцию завышенных запасов прочности и устойчивости, так называемых коэффициентов незнания, уточнение которых - условие успешного обеспечения заданной надежности при минимальной себестоимости.