CC BY
26
решения определим из выражения как
Р = СгР(«)Р + С2Р(&2)Р2 , в котором Р(«), Р(«2) -
априорные вероятности для цветов. Учитывая тот факт, что Р^ = 1 — J /(%)<%% получим формулу поиска
классов и априорное описание их на языке этого признака, а также обеспечить рациональное разделение цветовых классов. Поскольку распределение признаков по классам (цвета) носит стохастический характер, то априорное описание последних можно представить в виде функций условных плотностей вероятностей признака /(%) по цветовым классам. Пусть первый класс светло-зеленого цвета (например, трава на поле), а второй класс - темно-зеленый (например, БМП на поле), которые подчинены нормальному закону (см. рис. 3)
Рисунок 3
- Схематизация распознавания образов объекта) по цветовой гамме
Задача распознавания образов (цвета объекта-цели) в ИИУС [3,4] сводится к статистической оценке и проверкой гипотез для двух альтернатив 01 и 02 , а алгоритм распознавания для одномерного пространства признака следующий:
Гг %>%о; (9)
[г е^,
где 2 - образ по цвету, поступающий на вход распознающего устройства ИИУС; % - решающее правило для идентификации признака. Т. о., само определение алгоритма распознавания образов, по существу, сводится к обоснованию оптимального значения %0 • Разделим значение признака % на
рис. 6) R : Z е Ц, R : Z еЦ
в ИИУС объекта-цели допу-ошибки первого рода -
R
риска:
р = С1Р1 + J [CpQfz) - CPQfzWx .
Решающее правило, которое минимизирует риск, заключается в том, что к области Е.2 относят те цвета, для которых подинтегральное выражение в формуле будет отрицательным, условие
ср^ЛС*)—ср(аош) < 0 . Или
Щ) , С1Р(П1)
(11)
/(%) С 2 («2)
Оптимальное значение признака % должно пре вращать формулу в равенство
Л( %о) _ С1 ( «1) ,
12)
Полагая
/г( Zo) =
1
С1=С2 (*0~ Хг )2
C2( Q2)
и учитывая,
f/Жо) = -
1
(Ж0-Ж1)
2 у[2яо"1
которых (, ( - СКО признака % для соответствующих классов О1 и О2 ; %2 - средние значения алгоритмом обработки информации будет
признаков таким
exp-
(Zo
-Z2)2
2œ2
(Z0 Z1) 2
. Р(Zl)&2 ' Р(Z2)^1
(13)
Разрешив выражение относительно и подста-
вив ранее известные априорные численные значения для вероятностей цветовых классов получим алгоритм для принятия решения, который обеспечивает
в
две части Я1 и Е.2 (см. . При распознавании стимы два вида ошибок: цвет, принадлежащий классу 01 относится к классу О2; б) ошибки второго рода - это темно-зеленый цвет отнесен к классу О1. Вероятности ошибок определим как
Р = J /)(%>% и Р2 = J /2 (%У1х ■ (10)
Я) Я2
За допущенные ошибки сторона, включающее распознающее устройство, несет убытки, которые еще называют штрафом [1,2,4]. Соответственно этим ошибкам обозначим и штрафы С1 и С2. Причем, если считать в модели ИИУС штрафы за правильное решение равными нулю, тогда сам риск для принятия
минимальный риск Z е Ц2 Z > Zo * , т. Z Z<Zo*
Р(Ц ) = 0,12, Р(Ц ) = 0,28 Z еЦ
блоке
распознавания
при
Z> 0,458,
априорных
(14)
[г е«, %< 0,458.
Заключение
Основы математической обработки информации связаны с преобразованием ее формы или содержания. С развитием ЭВМ стало возможным более достоверно контролировать информационные процессы. В то же время, рост объема информации и ее потоков требует постоянно совершенствовать и сами алгоритмы ее обработки.
к задачам автоматического управления.
ЛИТЕРАТУРА
1. Пугачев В.С. Теория случайных функций и ее применение М., Физмат, 1963, 887 с.
2. Казаков И.Е., Мальчиков С.В. Анализ стохастических систем в прост-ранстве состояний.- М.: Наука, 1983.
3. Полтавский А.В. Модель измерительной системы в управлении БЛА // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2009. №10. С.73-77.
4. Кибернетика в системах / Ред. В.Н. Захарова. - M.: Воениздат, 1979.- 263 с.
что
УДК 621.396.96:658.274
Медведев1 А.М., Мвтов2 Г.В., Юрков3 Н.К.
1ФГБОУ ВО «Московский авиационный институт», Москва, Россия
2ОА «Государственный Рязанский приборный завод», Рязань, Россия
3ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
К ПРОБЛЕМЕ СОЗДАНИЯ КРИТЕРИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ СОЕДИНЕНИЙ
Проводится анализ существующих видов контроля электронных средств ответственного назначения, таких, как бортовая радиоэлектронная аппаратура ракетно-космической и авиационной техники. Показано, что повышение качества изделий электроники возможно только при полном соблюдении технологических режимов ее производства, при осуществлении контрольных операций, предусмотренных по технологическому процессу, а также в условиях дополнительного допускового контроля латентных (скрытых) дефектов, проявление которых возможно в условиях длительной эксплуатации. Подчеркнута важность осуществления дополнительного контроля элементов печатных узлов, в которых в наибольшей степени проявляется совместное действие механических и температурных нагрузок, значительно снижающих остаточный ресурс изделия Ключевые слова:
контроль, печатный узел, надежность, латентные дефекты
Простейший вид контроля - электрическая «про-звонка» цепей - функциональный контроль правильности монтажа. Этот вид контроля выявляет только ошибки проектирования и грубые дефекты производства. Его преимущества состоят в возможности использования транзисторных ключей в системе коммутации контролируемых цепей и за счет этого -большой производительности контроля.
Белее достоверная оценка качества соединений осуществляется контролем цепей по сопротивлению. Однако наиболее опасные виды дефектов соединений: утонения печатных проводников, кольцевые трещина в металлизации отверстий, дефекты внутренних соединений - не обнаруживаются при контроле целей по электрическому сопротивлению, так как изменения, вносимые ослаблениями в общее сопротивление цепи, во много раз меньше изменений сопротивлений, вызванных допустимыми изменениями геометрии печатных элементов.
Кроме того, в соответствии с известными теоретическими представлениями электрически «надежный» контакт создается не только при полном соприкосновении контактируемых поверхностей, но и в случае частичного соприкосновения квазиметаллических поверхностей, покрытых тонкими слоями окислов и/или адсорбированной газовой пленкой толщиной в несколько молекул. При малых значениях переходного сопротивления получить достоверную информацию о надежности элемента соединения практически невозможно. Даже методы нелинейных искажений и сигнатурного анализа, но позволяют решить эту проблему, так как при большом числе зон туннелирования искажения сигнала столь малы, что не могут быть обнаружены стандартными средствами.
Недостатки существующих методов контроля соединений можно обойти, используя проверку устойчивости цепей к токовой нагрузке. Сущность метода состоит в нагружении контролируемого соединения током, регистрации температуры нагрева по приращению падения напряжения и оценке его качества по характеру развития термодинамического процесса разогрева. Этот метод имеет диагностический характер и высокую достоверность оценки качества соединений [1].
Применяемые для изготовления печатных плат композиционные диэлектрики имеют сравнительно низкие электроизоляционные характеристики. Неблагоприятны также для изоляции печатных плат относительно высокое влагопоглощение и пористость диэлектрических оснований, способствующие поглощению диэлектриком продуктов химической обработки на стадиях изготовления, монтажа и эксплуатации [2].
Для оценки качества электрической изоляции в первую очередь используют такие параметры, как электрическое сопротивление и электрическая прочность. Нормы на допустимый уровень сопротивления изоляции создаются из расчета возможности неблагоприятного сочетаний условий окружения контролируемых цепей, когда токи утечек по изоляции цепей складываются.
Поскольку при испытании на электрическую прочность разрушение изоля-ции может начаться, но не завершиться за время приложения испытательного напряжения, контроль изоляции по этому критерию проводится в обязательной последовательности: контроль сопротивления изоляции -контроль электрической прочности - повторный контроль качества по сопротивлению изоляции. Такая последовательность контроля предотвращает пропуск возможного разрушения изоляции при частичном (незавершенном) пробое.
Одним из определяющих элементов надежности смонтированной печатной платы служат посадочные места РЭ. Правильно разработанное (с учетом технологии пайки и монтажа, разброса размеров РЭ) посадочное место обеспечит минимум брака при сборке изделия. На практике широко используется стандарт 1РС-7351. Желательно согласовывать с
конструкторами и технологами сборочного производства рекомендации по допускам и зазорам (например, для операции автоматического монтажа). Необходимо предусмотреть грамотную маркировку посадочных мест. Необходимая информация в слое маркировки значительно упрощает процесс монтажа, ремонта и обслуживания.
При разработке посадочного места массивных компонентов необходимо принять меры по их дополнительному креплению. Это значительно повышает надежность печатного узла при механических перегрузках (удары и вибрации). Крайне важен выбор точек закрепления печатной платы.
До сих пор, несмотря на широкое распространение CAD и FEM, которые позволяют проводить предварительный надежностный анализ (хотя бы оценочный), этот расчет используется крайне редко. Во многих случаях достаточно по электрической принципиальной схеме определить номенклатуру РЭ, их общую массу и провести проверочный расчет при условии равномерного распределения массы РЭ по всей поверхности печатной платы. Даже такой далеко не точный расчет позволяет выявить явные предпочтения конструкции будущего изделия, а в случае необходимости провести компоновку с учетом возможных ударных и вибронагрузок руководствуясь опытом, прикидочными расчетами и здравым смыслом. Для аппаратуры, работающей в условиях значительных механических перегрузок, возможно предстоит пересмотреть элементную базу, отдав предпочтение, например, РЭ с лучшими массогабаритными показателями (обладающие естественно и меньшими моментами инерции, что благоприятно скажется на вибростойкости электронного узла). Этот предварительный процесс значительно снижает издержки проектирования изделия, т.к. внесение изменений в конструкцию платы после сборки неосуществим, в основном, по причине отсутствия времени на перекомпоновку и перетрассировку печатной платы [3].
С процессом проектирования печатной платы, неразрывно связан и вопрос компоновки, связанный также с дизайном изделия. Часто можно встретить такие огрехи компоновки, как: неудачное расположение РЭ, теплоотводов, подсоединительных терминалов и интерфейсных разъемов, затрудняющие монтажные или ремонтные работы, нарушающие технологические зазоры (например, для высоковольтных цепей), создающие неблагоприятный терморежим уже собранного в корпусе устройства и т.д.
Особое внимание следует уделить вопросам обеспечения нормальных терморежимов РЭ в смонтированном устройстве. Оптимальное размещение элементов на печатной плате позволяет избежать многих неприятных эффектов, например градиента температур (особенно важно для прецизионных узлов). В приведенном на рис. 1 примере, взятого из работы [2], показано как градиент температур, вызванный неудачной компоновкой может привести к ухудшения характеристик схемы. Разница между элементами R3 и R4 достигает 20 °С, что для резисторов общего назначения значит уход сопротивлений от номинала на единицы процентов.
Можно привести еще десятки примеров компоновок, неудачных с точки зрения обеспечения терморежимов. Современные полупроводниковые приборы представляют собой сложные многокомпонентные системы, в состав которых входят контактные пары металл-полупроводник, объемные проводники в виде металлических проволок, а также паяные соединения типа металл-припой-диэлектрическая подложка. Они используются для передачи электрического сигнала от внешних источников к полупроводнику. Поэтому, в момент включения и выключения приборов, как и при их импульсном режиме работы, токовое импульсное воздействие приводит к образованию значительных тепловых возмущений [9-10]. В критических режимах работы это приводит к деградации соединений, что требует дополнительного исследования. Постоянное совершен-
ствование современной технологии приводит к росту плотности тока, увеличению количества уровней межэлементных соединений, а также к применению новых материалов и структур с низкой диэлектрической проницаемостью, что в итоге приводит к увеличению тепловыделения в слоях метал-лизаций, контактах металл-полупроводник, металл-окисел-полупроводник, а также приконтакт-ных областях. Влияние электротепловых эффектов приводит к тепловой деградации таких структур. Поэтому исследования в данной области являются актуальной задачей.
Не менее важным, чем обеспечение терморежимов, является и вопрос электромагнитной совместимости (ЭМС). Необходимо проектировать ЭС с точки зрения ЭМС так, чтобы не создавать благоприятных условий для возникновения перекрестных электромагнитных связей.
Наилучшим способом борьбы с импульсными и ВЧ помехами, является локализация цепей, генерирующих помеху. Хорошим методом является минимизация трасс на печатной плате и соединительных проводов для цепей с протекающими импульсными и ВЧ токами, а так же шунтирование емкостями по питанию тех узлов схемы, которые потребляют большие импульсные мощности. Если же источник помех локализовать не удалось, то нужно защищать подверженные помехам цепи и узлы схемы.
Касательно слаботочных и прецизионных цепей есть ряд методов, описанных в литературе, например [8 - 9]. Еще одним действенным методом защиты от помех является экранирование. Экранировать можно как источник помех, так и подверженные влиянию помех чувствительные узлы схемы. Экранирование может осуществляться как экранами (электромагнитными и электростатическими), так и элементами конструкции, а также полигонами и специальными слоями на печатной плате.
Следующим важным моментом, особенно для сильноточных, импульсных, прецизионных схем, и в самом тяжелом случае их сочетанием, является разводка «питания» и «земли». Часто разводке этих цепей не уделяется должного внимания, в результате резко снижается надежность схем, повышается вероятность сбоев в работе, ухудшаются характеристики, вплоть до полной неработоспособности удачно работающего «в макете» изделия [4].
Для обеспечения разводки цепей «земли» и «питания» необходимо выделить функциональные блоки схемы, потребляющие большие токи, а также блоки, чувствительные к помехам по питанию. Выделив такие участки схемы, необходимо развести питающие и «земляные» цепи таким образом, чтобы получились независимые контуры протекания питающих токов для каждого блока.
При этом «земли» всех блоков, а также общего источника питания, должны быть эквипотенциальны, причем как для постоянного тока, так и для ВЧ (для импульсных схем можно ориентироваться на частоту 3-й, а лучше 5-й гармоники самого короткого импульсного сигнала). Конструктивно, экви-потенциальность обычно достигается за счет разводки «земли» трассами наименьшей длины и наибольшего возможного сечения.
Кроме снижения индуктивности и омического сопротивления проводников и печатных трасс, посредством вариации их «геометрии», довольно эффективным известным средством снижения импеданса по ВЧ является применение шунтирующих конденсаторов по питанию, которые позволяют нивелировать эти паразитные параметры. Исключив протекание импульсных токов по трассам питания и «земли», мы тем самым не допустим работы этих проводников в качестве «антенн», передающих помехи.
Достигается это с помощью грамотной топологии и применения шунтирующих (в данном случае можно сказать «накопительных») емкостей по цепям питания. Термин «накопительный» уместнее применять для емкостей, стоящих в непосредственной близости от узлов, потребляющих большие импульсные токи, при этом питание узла происходит именно за счет энергии накопленной в конденсаторе, исключая, таким образом, протекание импульсных токов по длинным подводящим трассам питания и «земли».
Если блоки связаны аналоговыми сигналам относительно общей «земли», то вариант с эквипотенциальными «землями» из возможных в реализации, является единственно простым. Как альтернативный вариант - возможно построение схемы с гальванической развязкой по управляющим сигналам, но для аналоговых систем это ведет к серьезному усложнения схемотехники. Для цифровых систем, в большинстве случаев, гальваноразвязка делается гораздо проще.
Другой путь решения проблемы развязки по питанию - применение ФНЧ более сложен в реализации, но иногда и более эффективен, позволяя в некоторых случаях упростить разводку питания (чаще применяется в ВЧ схемах), правда в этом случае также встает проблема обеспечения экви-потенциальности «земель».
На практике часто приходится применять оба метода (истина, как обычно лежит где-то посередине).
Вообще говоря, практически все меры по улучшению ЭМС направлены на минимизацию длин трасс протекания импульсных и ВЧ токов. Можно также сказать, что оптимальным решением будет локализация этих токов в контурах минимальных размеров, образованными компонентами блока и элементами монтажа [5].
Таким образом, для обеспечения высокой надежности межсоединений в печатных проводниках необходим анализ терморежимов силовых ЭРЭ и прецизионных узлов. Необходимо обеспечить грамотную разводку земляной шины, силовых, прецизионных и высокоимпедансных цепей. Нужно проанализировать схему на стойкость к кондуктивным помехам по входам/выходам и другим цепям внешних связей. Также следует проверить стойкость изделия к ударам и вибрациям, в случае сомнений, провести хотя бы прикидочный статический и модальный анализ.
Необходима верификация посадочных мест, маркировка печатной платы, дополнительное закрепление массивных ЭРЭ, а так же проработка компоновки изделия.
ЛИТЕРАТУРА
1. Производство гибких и гибко-жестких плат. Часть 6. Специальные средства контроля и испытания печатных плат/ Г.В. Мылов и др.//Технологии в электронной промышленности, № 1, 2009 - С. 11-21.
2. Мылов, Г.В. Модели, методы и инструментальные средства автоматизированного проектирования трехмерных электрических межсоединений в системах авионики/ Г.В.Мылов//Докт. диссерт. Рязань, 2017,
- 286 с.
3. Методы обнаружения и локализации латентных технологических дефектов бортовой радиоэлектронной аппаратуры (Монография)/ В.Б.Алмаметов, А.В.Затылкин, А.В.Григорьев, И.И. Кочегаров, Н.К.Юрков// Пенза: Изд-во ПГУ, 2013. - 184 с.
4. Юрков, Н.К. Технология производства электронных средств/Н.К.Юрков//СПб. - 2014. - 460 с.
5. Оценка надежности непаяных прессовых соединений по омическому сопротивлению/Ф.В.Васильев, С.В.Ванцов, А.М.Медведев, М.А.Степанова, О.В.Хомутская//Надежность и качество сложных систем//2 016, № 3(15), - С. 85 - 91.
