Способ оценки параметрических запасов работоспособности электронных устройств

Изобретение относится к контролю параметров электронных устройств. Способ оценки параметрических запасов работоспособности электронных устройств, заключающийся в воздействии на электронные устройства совокупностью эксплуатационных факторов по методологии математического планирования эксперимента. Затем определяют значения параметров электронных устройств в каждом опыте и оценки параметрических запасов относительно заданных ограничений как разности между величиной ограничений и полученными значениями параметров. Математическому планированию эксперимента подвергают выборку электронных устройств. Оценивают полученные запасы работоспособности в каждом опыте для каждого образца электронных устройств и, используя полученные результаты, прогнозируют возможные значения запасов работоспособности при массовом производстве электронных устройств по методу толерантных пределов. Прогнозируются значения работоспособности. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Способ оценки параметрических запасов работоспособности электронных устройств (ЭУ) относится к способам контроля параметров ЭУ и актуален для контроля параметров ЭУ (ПЭУ), используемых в аппаратуре и системах с длительным сроком эксплуатации.

Под параметрическими запасами работоспособности понимают удаленность уровней параметров от ограничений на них (ПЭУminдоп, ПЭУmaxдоп).

Необходимость контроля параметрических запасов работоспособности диктуется следующими обстоятельствами:

- длительное функционирование обуславливает деградационные процессы (старение) в среде любых твердых тел (материалы, комплектующие ЭУ), следствием которых является изменение функциональных параметров ЭУ и смещение их в сторону заданных ограничений (или ПЭУmin, или ПЭУmax);

- знание запасов позволяет из ряда вариантов реализации однотипных ЭУ выбирать те, которые обладают максимальными запасами, что обеспечит их успешную работу в аппаратуре и системах с длительным сроком эксплуатации (долгоживущих);

- знание реальных запасов позволяет принимать упреждающие меры, минимизирующие скорости деградационных процессов (стабилизация температуры, питающих напряжений, использование компенсационных методов и др.);

- знание запасов позволяет при разработке так размещать возможные значения параметров ЭУ, чтобы они были максимально удалены от ограничений на указанные параметры (min, max): введение регулировок, схемные доработки и др.

Известен способ оценки запасов работоспособности, который использует результаты экспериментальных исследований по методу рабочих областей (см. Маслов А.Я., Татарский Ю.В. Повышение надежности радиоэлектронной аппаратуры. М., «Сов. радио», 1972). Известный способ позволяет графически определить область возможных значений ПЭУ относительно существующих ограничений (min, max), но не позволяет получать оценочные соотношения, описывающие границы допустимой рабочей области. Таким образом, каждый раз, когда необходимы изменение номиналов пассивных регулирующих элементов ЭУ или замена активных (транзисторы, микросхемы и др.), это требует повторного экспериментального исследования изменения конфигурации области допустимых значений ПЭУ, т.е. дополнительных временных и других затрат. Есть рекомендация (см. там же), что если нет возможности как-либо оценить запасы, следует таким образом конструировать ЭУ, чтобы возможные разбросы располагались симметрично относительно среднего значения, равноудаленного от заданных ограничений, что практически нереализуемо, так как симметрия при совокупности одних эксплуатационных факторов нарушается при изменении уровней этих факторов.

Известен также метод экспериментального исследования ЭУ (прототип) - математическое планирование эксперимента (МПЭ), позволяющий по результатам исследования восстановить аналитическую зависимость исследуемых параметров (откликов) ЭУ от варьируемых при исследовании воздействий (факторов) - математическую модель (ММ) зависимости ПЭУ от воздействующих факторов (см. Барабащук В.Н., Креденцер Б.П., Мирошниченко В.И. Планирование эксперимента в технике. Киев: Техника, 1984).

Недостатком прототипа является отсутствие инженерной технологии оценки запасов работоспособности ЭУ.

Предлагается способ оценки параметрических запасов работоспособности ЭУ, заключающийся в воздействии на ЭУ совокупностью эксплуатационных факторов по методологии МПЭ, определении значений параметров ЭУ в каждом опыте и оценки параметрических запасов относительно заданных ограничений (по min и max) как разности между величиной ограничений и полученными значениями параметров соответственно.

Технической проблемой предлагаемого способа является прогнозирование возможных значений запасов работоспособности при массовом производстве ЭУ и восстановление ММ запасов работоспособности.

Решение поставленных задач достигается тем, что МПЭ подвергают выборку ЭУ (k), оценивают полученные запасы работоспособности в каждом опыте для каждого образца ЭУ и, используя полученные результаты, прогнозируют возможные значения запасов работоспособности при массовом производстве ЭУ, например, по методу толерантных пределов, а также, используя полученные в МПЭ значения и оценки возможных отклонений запасов работоспособности при массовом производстве, например, толерантные пределы, восстанавливают ММ запасов работоспособности, позволяющие оценивать запасы работоспособности для любых сочетаний уровней воздействующих факторов в пределах значений, варьируемых при реализации МПЭ.

Реализация предлагаемого способа происходит следующим образом.

Существует ЭУ, которое может быть использовано в известных эксплуатационных условиях - факторах (фиг. 1).

Эксплуатационные факторы - совокупность воздействий (входных, внешних и внутренних) {xi}={хвх, хвнш, хвнт}, где

- i=1, 2, 3, …, n - количество воздействующих на ЭУ факторов;

- хвх - входные воздействия (аналоговые, импульсные сигналы и др.);

- хвнш - внешние воздействия (питающие и другие напряжения, определяющие электрические режимы ЭУ, температура, давление и др.);

- хвнт - внутренние воздействия (отклонение уровней внутренних параметров комплектующих, на которых реализуются ЭУ, от образца к образцу однотипных ЭУ, а также одного ЭУ при изменении эксплуатационных условий; взаимовлияния комплектующих в составе ЭУ при функционировании и др.).

ПЭУ - параметры (отклики) ЭУ, определяемые его функциональным назначением (уровни аналоговых сигналов и амплитуды переменных сигналов, величины и длительности импульсов, частоты переменных сигналов и следования импульсов и др.).

Количество воздействующих факторов (n) определяет объем эксперимента при реализации МПЭ с ЭУ, исходным представлением которого является матрица планирования (МП) - фиг. 2. Для простоты рассмотрен случай линейной зависимости ПЭУ(xi).

Результаты МПЭ согласно МП представляют факторограммой (фиг. 3), где по оси абсцисс откладывают номера опытов по МП (1, 2, 3, …, N), а по оси ординат - результаты опытов (П1, П2, П3, …, ПN). Результаты соединены отрезками прямых для наглядности.

Если нанести на факторограмму уровни ограничений для ПЭУminдоп, Пmахдоп), то в каждом опыте будут получены запасы работоспособности относительно каждого ограничения. Например, в первом опыте: - запас относительно нижнего ограничения, - запас относительно верхнего ограничения.

Но это запасы для исследуемого ЭУ (индивидуальные). Следующий образец ЭУ из-за отличия уровней внутренних факторов (параметров комплектующих) даст в опытах другие значения ПЭУ, повторяющие общие закономерности измерения ЭУ (при переходе от условий 1-го к условиям 2-го опыта ПЭУ возрастает, от 2-го к 3-му - уменьшается, и т.д.).

Повторение исследований на ряде ЭУ (k образцов) даст соответствующее количество результатов в каждом опыте (k), а отражение результатов МПЭ согласно МП на факторограмме образует коридор откликов (фиг. 4).

Экономические и временные ограничения не позволяют при отработке использовать количество образцов (k) в объеме статистически представительной выборки, поэтому для оценки возможных границ (min, max) отклонений (разбросов) ПЭУ при массовом производстве используют статистические методы, например, метод толерантных пределов (см. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики. М.: Наука, 1969; Мюллер П., Нойман П., Шторм Р. Таблицы по математической статистике. М.: Финансы и статистика, 1982).

Тогда Пtср±ktS(N), где

- Пt - толерантные пределы ПЭУ в каждом опыте - нижний и верхний соответственно);

- Пср - оценка среднего значения ПЭУ в каждом опыте;

- kt - табулированный толерантный коэффициент;

- S(N) - оценка среднеквадратичного отклонения ПЭУ в каждом опыте.

Нанесенные на факторограмме представленные результирующие (фиг. 4) толерантные значения очерчивают возможные границы отклонения ПЭУ при различных сочетаниях факторов.

Полученные результаты позволяют оценить в каждом опыте для каждого образца электронных устройств запасы работоспособности относительно заданных ограничений: так в опыте 2 (фиг. 4) показаны относительно Пminдоп и соответственно относительно Пmaxдоп, так как возможные результаты распределены между Используя полученные значения, могут быть восстановлены ММ запасов работоспособности ΔПЭУi) при любых сочетаниях уровней воздействующих факторов в интервалах их варьирования, а не только при крайних значениях, устанавливаемых при реализации МПЭ.

При периодических и других проверках ЭУ будут получены новые результаты измерений с реальных устройств, которые пополнят статистическую базу результатов, что каждый раз позволяет уточнять (пересчитывать) толерантные границы и, соответственно, запасы работоспособности.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет прогнозировать возможные значения запасов работоспособности при массовом производстве ЭУ и восстанавливать ММ запасов работоспособности, результаты которых можно использовать для повышения надежности работы ЭУ.

В соответствии с предлагаемым способом получена инженерная технология оценки запасов работоспособности ЭУ, включающая:

- проведение МПЭ на выборке ЭУ с восстановлением для каждого образца ММ зависимости ПЭУ от воздействующих факторов;

- наложение ограничений на уровни параметров (ПЭУminдоп, ПЭУmaxдоп);

- восстановление ММ запасов работоспособности ΔПЭУ и оценка запасов для различных сочетаний уровней воздействующих факторов;

- по результатам оценки запасов работоспособности ΔПЭУ принятие решения о годности ЭУ.

Совокупность признаков, подобная рассмотренной в данном способе, не встречалась ранее для решения поставленных задач и не следует явным образом из уровня технологии контроля параметров ЭУ, что позволяет сделать вывод о соответствии способа критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Применение способа к оценке параметрических запасов работоспособности проиллюстрированы на примере электронной схемы задержки (ЭЗ) скачка напряжения (фиг. 5).

Задержка скачка напряжения была реализована на гибридной интегральной схеме (ГИС) и должна была функционировать в диапазоне температур 0 - +40°С (t°C) и изменения напряжения питания 24-34 В (Еп). Результаты измерений 8-ми образцов ЭЗ (1, 2, 3, …, 8) при варьировании Еп и t°C в пределах min (-), max (+) значений, а также средние значения, S(N) и возможные толерантные значения разбросов при kt=3,73 приведены в таблице (фиг. 6). Так как допустимые пределы (tзmin, tзmax) были заданы в пределах 5-20 с, полученные значения запасов работоспособности во всех опытах были признаны достаточными.

1. Способ оценки параметрических запасов работоспособности электронных устройств, заключающийся в воздействии на электронные устройства совокупностью эксплуатационных факторов {xi}={хвх, xвнш, хвнт} по методологии математического планирования эксперимента, определении значений параметров электронных устройств в каждом опыте и оценки параметрических запасов относительно заданных ограничений (по min и max) как разности между величиной ограничений и полученными значениями параметров соответственно, отличающийся тем, что математическому планированию эксперимента подвергают выборку электронных устройств, оценивают полученные запасы работоспособности в каждом опыте для каждого образца электронных устройств и, используя полученные результаты, прогнозируют возможные значения запасов работоспособности при массовом производстве электронных устройств, например, по методу толерантных пределов.

2. Способ оценки параметрических запасов работоспособности электронных устройств по п. 1, отличающийся тем, что, используя полученные в математическом планировании эксперимента значения и оценки возможных отклонений запасов работоспособности при массовом производстве, например толерантные пределы, восстанавливают математические модели запасов работоспособности, позволяющие оценивать запасы работоспособности для любых сочетаний уровней воздействующих факторов в пределах значений, варьируемых при реализации математического планирования эксперимента.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу обработки пользовательских данных для выполнения платежной транзакции. Техническим результатом является повышение безопасности проведения платежной транзакции.

Изобретение относится к области автоматизированного управления и систем поддержки принятия решений и предназначено для обработки информации. Технический результат направлен на сокращение времени обработки и предоставления данных для дальнейшего стратегического планирования.

Изобретение относится к средствам обработки информации, характеризующей перемещение транспортного средства по маршруту движения. Технический результат заключается в расширении арсенала средств система транспортировки.

Изобретение относится к способу и устройству обеспечения рекомендаций по принятию инвестиционно значимых решений на рынке цифровых активов. Технический результат заключается в расширении арсенала технических средств.

Группа изобретений относится к оборудованию, способу и системе задания арендной платы для электротранспортного средства, содержащего устройство накопления мощности.

Изобретение относится к средствам выпуска новых сертификатов. Техническим результатом является расширение арсенала средств выпуска сертификатов.
Изобретение относится к средствам учета доходов юридических и физических лиц и может быть использовано для выявления причитающихся налогов. Технический результат заключается в оперативности в режиме реального времени учета причитающихся налогов с юридических и физических лиц при оплате проезда.
Изобретение относится к средствам учета доходов юридических и физических лиц и может быть использовано для выявления причитающихся налогов. Техническим результатом является обеспечение оперативного, в режиме реального времени, учета причитающихся налогов с юридических и физических лиц в не стационарных условиях.

Изобретение относится к системе и способу управления строительным материалом. Технический результат заключается в повышении точности определения местоположения строительного материала.

Изобретение относится к средствам для предоставления услуг по техобслуживанию курительных устройств с электрическим управлением. Техническим результатом является расширение арсенала средств обслуживания курительных устройств с электрическим управлением.

Изобретение относится к диагностике систем автоматического управления. В способе поиска неисправного блока в непрерывной динамической системе на основе введения пробных отклонений и анализа знаков передач, фиксируют число блоков системы, определяют время контроля и параметр интегрального преобразования сигналов.

Изобретение относится к диагностике систем автоматического управления. В способе поиска неисправностей динамического блока в непрерывной системе на основе введения пробных отклонений определяют время контроля; определяют число контрольных точек; определяют векторы отклонений сигналов модели в дискретные моменты времени.

Изобретение относится к средствам исследования функционального поведения технической системы. Технический результат заключается в расширении арсенала средств того же назначения.

Изобретение относится к области мониторинга и диагностирования состояния промышленного объекта. Технический результат заключается в повышении точности диагностики промышленного объекта в части выявления предотказных состояний.

Группа изобретений относится к способу и системе анализа состояния функционирования машины, такой как двигатель летательного аппарата. Для анализа состояния производят обучение для предоставления сведений эталонной базе данных о данных пороговых величин, характеризующих функционирование машины, для чего получают сигналы, характерные для нормального функционирования машины, и сигналы, характерные для аномального функционирования машины, вычисляют сигнал отклонения, на основании которого вычисляют индикатор состояния и производят регистрацию порогового значения величины индикатора в эталонной базе данных.

Изобретение относится к архитектуре модуля центрального процессора промышленного контроллера с программируемой логикой. Технический результат заключается в расширении арсенала средств.

Изобретение относится к сложным техническим системам. В способе ремонта сложных технических комплексов включают режим контроля комплекса, по результатам которого определяют местонахождение неисправности.

Для обнаружения отказа датчика температуры в турбинной системе выполняют следующие этапы: получают (102) отдельные значения измерений от каждого датчика температуры в группе датчиков температуры; вычисляют (104) характеристическое значение для каждого датчика температуры в группе на основе значений измерений для соответствующего датчика температуры; выбирают (106) первое характеристическое значение среди вычисленных характеристических значений; определяют (108) первое максимальное значение в качестве максимума характеристических значений за исключением первого характеристического значения; и определяют (110), что датчик температуры, соответствующий первому характеристическому значению, является неисправным, если первое характеристическое значение больше первого максимального значения, умноженного на предварительно определенный коэффициент.

Для обнаружения отказа датчика температуры в турбинной системе выполняют следующие этапы: получают (102) отдельные значения измерений от каждого датчика температуры в группе датчиков температуры; вычисляют (104) характеристическое значение для каждого датчика температуры в группе на основе значений измерений для соответствующего датчика температуры; выбирают (106) первое характеристическое значение среди вычисленных характеристических значений; определяют (108) первое максимальное значение в качестве максимума характеристических значений за исключением первого характеристического значения; и определяют (110), что датчик температуры, соответствующий первому характеристическому значению, является неисправным, если первое характеристическое значение больше первого максимального значения, умноженного на предварительно определенный коэффициент.

Группа изобретений относится к средствам диагностики устройств управления. Технический результат – уменьшение энергопотребления для диагностики устройства управления.

Изобретение относится к средствам исследования функционального поведения технической системы. Технический результат заключается в расширении арсенала средств того же назначения.

Изобретение относится к контролю параметров электронных устройств. Способ оценки параметрических запасов работоспособности электронных устройств, заключающийся в воздействии на электронные устройства совокупностью эксплуатационных факторов по методологии математического планирования эксперимента. Затем определяют значения параметров электронных устройств в каждом опыте и оценки параметрических запасов относительно заданных ограничений как разности между величиной ограничений и полученными значениями параметров. Математическому планированию эксперимента подвергают выборку электронных устройств. Оценивают полученные запасы работоспособности в каждом опыте для каждого образца электронных устройств и, используя полученные результаты, прогнозируют возможные значения запасов работоспособности при массовом производстве электронных устройств по методу толерантных пределов. Прогнозируются значения работоспособности. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Наверх