Рис. 30-6. Распределение Вейбулла.

а - график плотности распределения; 6 - график вероятности безотказной

работы.

ся по формулам:

* О-в

p(t) = e-tk/T0B.

(30-59) (30-60)

На рис. 30-6 приведены графики, характеризующие распределение Вейбулла.

На практике параметры распределения Вейбулла определяются различными способами. Например, пусть по опытным данным получены статистические значения Г0ио, Определив отношение ct /Т 0 по данным табл. 30-2, можно найти соответствующее значение параметра k (если величина k близка к единице, то распределение времени безотказной работы является экспоненциальным) . По известным значениям 70 = -Тъ и k вычисляется и второй параметр распределения ТВв.

В последнее время параметры распределения Вейбулла стали определять путем нанесения опытных данных на специальную вероятностную бумагу [Л. 11].

30-6. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ НАДЕЖНОСТЬ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ

Надежность РЭА зависит от большого числа факторов, которые могут быть разделены на три основных вида: 1) конструктивные; 2) производственные; 3) эксплуатационные.

Конструктивные факторы

Основные конструктивные факторы, накладывающие ограничения на надежность, связаны:

с установкой в аппаратуру малонадежных, устаревших типов элементов; 1 с недостатками схемного и конструктивного решений, принятых в процессе проектирования;

с неправильным применением комплектующих элементов и, прежде всего, с постановкой элементов в тяжелые (электрический, тепловой, ударно-вибрационный и Др.) режимы работы или недостаточным применением мер защиты от тяжелых режимов работы.

Следует подчеркнуть, что этап проектирования РЭА является наиболее ответственным этапом на пути к обеспечению высокой надежности. Недооценка вопросов надежности в процессе проектирования приводила в недалеком прошлом к тому, что до 75-85% всех отказов и неисправностей РЭА в процессе ее эксплуатации происходило из-за ошибок разработчиков и недостатков технологии производства [Л. 12, 24].

Типовые комплектующие элементы, устанавливаемые в аппаратуру, в значительной степени влияют на уровень надежности. При этом электронная промышленность каждый год выпускает новые, как правило, более надежные элементы. Однако разработчики не всегда используют во вновь проектируемой аппаратуре новые типы элементов. Важнейшим условием создания надежно работающей аппаратуры является тщательный анализ схемно-конструктивных решений.

Электронные схемы, выполняющие одни и те же функции, но имеющие схемно-конст-руктивные различия, имеют часто существенное различие в показателях надежности. . Надежнее работают схемы:

более простые по принципу действия и имеющие меньшее число элементов;

допускающие достаточно широкий диапазон изменений параметров, отдельных элементов (не рекомендуется применять схемы, требующие подбора элементов);

выходные параметры которых незначительно зависят от изменения питающих напряжений;

имеющие минимальное число органов регулировки и управления.

Надежность РЭА в сильной степени зависит от конструктивного решения и прежде всето от:

Таблица 30-3

Интенсивность отказов функциональных узлов от вида конструкции

. типа конструкции (крупно- и мелкоблочная; микромодульная; выполненная на твердых схемах и т. д.);

типа монтажа (навесной, пакетный, печатный и т. д.);

способов защиты от вибраций и ударов, перегрева и т. д.

Большей надежностью обладают конструкции, выполненные на стандартизированных узлах (микромодули, интегральные схемы, гибридные схемы и др.).

Преимущества подобных конструкций определяются возможностями унификации типовых узлов, автоматизации их производства и защиты от внешних факторов. Особенно большим преимуществом обладают тонкопленочные и твердые схемы. Конструирование РЭА на этих схемах наряду -с уменьшением веса и габаритов позволяет значительно повысить надежность. Обычно . считают, что микроминиатюризация большинства узлов РЭА позволяет повысить надежность по сравнению с аппаратурой, выполненной на обычных элементах при навесном монтаже, не менее чем на два порядка (табл. 30-3) [Л. 201.

Основными причинами, определяющими существенное повышение надежности РЭА, выполненной на микроминиатюрных схемах, являются: снижение до минимума числа контактов и.внутренних соединений; сравнительно небольшое число технологических операций при изготовлении схем; герметизация и защита от внешних климатических воздействий; высокая устойчивость к ударно-вибрационным нагрузкам (малые вес и жесткость конструкции) и др. Имеются основания ожидать, что конструирование РЭА на твердых схемах позволит получить еще более высокие показатели надежности.

Большим преимуществом конструирования микросхем является фактически независимость интенсивности отказов узла от вида . схемы при одинаковой в среднем их сложности (см. табл. 30-3), что позволяет значительно упростить процедуру расчетов на-

дежности и повысить их точность. Это обстоятельство в будущем, в свою очередь, приведет к значительному упрощению методов испытаний на надежность сложной РЭА, когда в целом ряде случаев можно будет ограничиваться испытаниями только слабых звеньев аппаратуры, расчет надежности которых не позволяет с высокой вероятностью ожидать совпадения показателей надежности с требуемым уровнем:

Обычно конструктор при проектировании РЭА просматривает и оценивает ряд вариантов, чтобы удовлетворить требованиям технического задания. На этом этапе важно оценить инадежность каждого из вариантов конструкции, поскольку в условиях процесса усложнения РЭА (за счет возложения на нее все более трудных функциональных задач) надежность конструкции является одной из наиболее важных характеристик. Предварительный анализ надежности различных конструкций должен проводиться службой (группой) надежности предприятия совместно с разработчиками. Методика расчета надежности излагается ниже. Следует подчеркнуть, что при современном состоянии теории надежности, опирающейся на вероятностные методы оценки, наиболее эффективным является сравнительный анализ различных вариантов конструкций. Недостаточная точность н полнота исходных статистических данных при сравнительной оценке надежности во многих случаях мало сказываются на окончательных результатах и позволяют вместе с тем получить представление о наиболее слабых звеньях конструкции и выработать рекомендации по их усилению.

После того, как определены окончательная структура конструкции и план размещения узлов (элементов), а также выбраны комплектующие элементы или унифицированные узлы, служба надежности проводит подробный расчет надежности схем, позволяющий в большинстве случаев ответить на вопрос: удовлетворяет ли каж-

дая схема предъявляемым к ней требованиям.

При подробном (полном) расчете надежности удается определить необходимую степень облегчения электрических режимов, а также целесообразность резервирования внутри схемы.

После подробного расчета надежности схем проектировщики совместно со службой надежности должны тщательно рассмотреть варианты компоновки узлов (элементов), имея в виду при этом прежде всего защитить узлы от влияния внешних факторов (климатические, ударно-вибрационные, радиационные и др.).

При анализе способов компоновки узлов (элементов) восстанавливаемой РЭА (особенно многократного применения) следует учитывать необходимость выполнения профилактических и восстановительных операций. При этом наиболее легкий доступ должен быть обеспечен к тем узлам, которые относятся к слабым звеньям .

Только после проведения всех указанных этапов становится возможным провести окончательный анализ надежности образца в целом. Если полученные при этом показатели надежности превышают данные технического задания, можно с достаточной уверенностью приступить к изготовлению аппаратуры. Если же окажется, что показатели надежности ниже требуемых, то целесообразно провести повторный анализ надежности, главным образом по линии слабых звеньев , например, изменить конструкцию узлов или компоновку для уменьшения нагрузок от внутренних и внешних факторов (улучшить систему терморегулирования за счет большего теплоотвода или охлаждения, изменить расположение узлов, усилить или изменить конструкцию амортизирующих устройств и т. д.).

Конечно, реальные физические нагрузки, такие как, например, электрические, тепловые и ударно-вибрационные, становятся окончательно известными только после соответствующих испытаний опытных образцов. На этом завершающем этапе оценки надежности может оказаться необходимым внести изменения в конструкцию РЭА, вплоть до изменений в компоновке узлов (элементов).

Рассмотренный порядок анализа и оценки надежности, к сожалению, не всегда выполняется, что приводит в последующем, при эксплуатации РЭА, к серьезным и систематическим отказам, вызывающим необходимость многократной доработки аппаратуры.

Остановимся более подробно иа внутренних и внешних факторах, которые важно учитывать на этапе проектирования.

Рабочий режим элементов (узлов). Рабочий режим элементов (узлов) определяется степенью их электрической и механической нагрузок, а также окружающей температурой. В ряде случаев (аппаратура космических летательных аппаратов, аппаратура на судах с источниками

ядерной энергии) режим работы элементов (узлов) зависит от интенсивности ионизирующих излучений (гамма-нейтронная радиация, потоки заряженных частиц).

Одним из важнейших показателей, определяющих рабочий режим элементов электрической схемы, является коэффициент нагрузки (kB). который в общем случае представляет отношение рабочей нагрузки, действующей на элемент в схеме (ЛСх), к номинальному значению нагрузки (Дном), предусмотренному техническими условиями:

fc =7-. (30-61)

Для электровакуумных ламп (ЭВП) коэффициент электрической нагрузки составляет:

Ра + Рн + Рс

Ра-макс + Рн -ном ~Ь Ромакс где ра, ря И рс-

(30.62)

- мощности, рассеиваемые соответственно на аноде, в цепи накала и на экранной сетке; Рн.ном-номинальная мощность накала;

Ра-макс И Рс.макс- максимально допустимые мощности рассеивания соответственно на аноде и экранной сетке. Коэффициент электрической нагрузки

конденсаторов равен:

fc = -, (30-63)

кном

где ир - напряжение, приложенное к конденсатору;

Ином- номинальное напряжение.

Коэффициент электрической нагрузки резисторов равен:

Ррас

Рнс

(30-64)

Ррас и Рном-рассеиваемая и номинальная мощности соответственно. Коэффициент электрической нагрузки полупроводниковых приборов (ППП) определяется в соответствии с (30-61) по току, по напряжению и по рассеиваемой мощности (для транзисторов).

Для полупроводниковых диодов значение feH определяется произведением отношений:

, ?д обр

(30-65) д.ном ыобр.ном

где /д и ы0бр - ток через р-п переход

и обратное напряжение соответственно; /д.ном и обр.ном - номинальные значения тока через р-п переход и обратного напряжения соответственно.