Методика анализа результатов отбраковочных испытаний при обеспечении надежности БРЭС Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

Уткина О.Н., Петров Б.М.

МЕТОДИКА АНАЛИЗА РЕЗУЛЬТАТОВ ОТБРАКОВОЧНЫХ ИСПЫТАНИЙ ПРИ ОБЕСПЕЧЕНИИ НАДЕЖНОСТИ БРЭС

Основной задачей сертификации бортовых радиоэлектронных систем (БРЭС), кроме уменьшения потерь изготовителя от выпуска некачественной продукции, сокращения рекламаций за счет проводимых отбраковочных испытаний (ОИ) по повышению надежности на этапах разработки и производства, является содействие экспорту и конкурентности БРЭС.

Эта задача решается при анализе отказов в процессе проведения ОИ. Методика решения этой задачи устанавливает порядок анализа отказов по результатам ОИ БРЭС и проведение анализа причин их возникновения, порядок разработки мероприятий по устранению причин возникновения отказов и взаимодействие между изготовителями составных частей изделий.

Методика регламентирует порядок проведения работ, направленных на:

- систематизацию выявленных неисправностей (отказов, повреждений);

- классификацию неисправностей с целью своевременного принятия мер по устранению каждой установленной причины неисправности;

- выявление наименее надежных составных частей (блоков, узлов, электрорадиоизделий (ЭРИ)) при проведении ОИ и после проведения ОИ;

- разработку мероприятий по предупреждению отказов изделия и определение путей повышения его надежности, за счет изменения режимов ОИ;

- проведение оценки уровня надежности на различных этапах ОИ.

Методика используется при анализе результатов ОИ технических (ТС) и программных средств (ПС). В процессе анализа решаются следующие задачи:

- построение диаграмм причинно-следственных связей для выявления полной группы причин, влияющих на надежность систем;

- построение диаграмм Парето (рис.1) распределения отказов в системе для определения наиболее дефектных блоков при анализе корректирующих действий;

- построение гистограмм (рис. 2) для анализа динамических процессов совершенствования систем при производстве;

- проведение стратификации гистограмм (рис. 3) распределения применяемых ЭРИ в изделии, распределения по всем типам отказов в изделии, распределения отказов по типам ЭРИ;

- построение гистограмм (рис. 4) распределения отказов в изделии по этапам их возникновения до и после проведения отбраковочных испытаний;

- оценка соответствия изделия заданным требованиям по надежности и распределение затрат по основным причинам отказов (ЭРИ, схемно-конструктивным, производственным, эксплуатационным, невыясненным).

Статистические методы анализа отказов при проведении ОИ используются для получения более достоверной и полной информации по отказам ЭРИ, которые позволяет учесть характер работы с изделием при отказе (классифицировать отказы по видам и режимам испытаний, по наработке, по характеру отказа, по причинам отказа, в том числе по технологическому

60%

50%

40%

30%

20%

10%

0%

Блок 1

Блок 2

Блок 3

Блок 4

Блок 5

Блок 6

□ При ОИ О После ОИ

Рис. 1. Распределение количества отказов (в %) в изделии «А» по блокам в процессе отработки в 1

кв. 200 6 г.

50% 40% -

30% -20%

10% -

0%

о о ^ ^ о о

о о

0 0 СЧ СЧ

Рис. 2. Распределение количества отказов (в %) изделия «А» по квартально в процессе отработки с

1999г. по 1 кв. 2006 г.

Анализ и классификация отказов изделия по причинам их возникновения по результатам отбраковочных испытаний (ОИ), проводится с учетом отказов микропроцессоров (МП), аналоговых интегральных схем (АИС), цифровых интегральных схем (ЦИС), СВЧ-приборов (СВЧ), повторяющихся отказов; схемно-конструктивных, производственных и эксплуатационных отказов.

При сертификации очень важно оценить ущерб от отказов БРЭС с учетом технико-экономических мероприятий, направленных на повышение надежности ЭРИ, за счет использования ОИ. Проведение отбраковочных испытаний требует значительных материальных, временных и производственных затрат, поэтому изготовители БРЭС очень неохотно используют ОИ. Ниже приведены некоторые результаты анализа отказов БРЭС при проведении ОИ и после ОИ.

Рис. 3. Распределение применяемых ЭРИ в изделии «А» по типам, распределение отказов по типам ЭРИ,

по всем видам отказов в 1 кв. 2006 г.

5

си

о

35%

30%

25%

20%

15%

10%

5%

0%

□ При ОИ □ После ОИ

я

в К

>> О

я

&

В К г. О

я

в К

=4- °

я

Л

аз К 8 °

ч

о

О 8

и о

Этапы возникновения отказов

Рис. 4. Распределение отказов в изделии «А» по этапам их возникновения в 1 кв. 2006 г.

процессу изготовления продукции, по количественным характеристикам внешних условий, по

электрическим режимам работы ЭРИ).

На диаграмме Парето (рис.1) приведено распределение количества отказов (в %) в изделии «А» по блокам за период с 1999 г. по 1 кв. 2006 г. (с учетом количества выпущенных изделий), из которой видно, что наименее надежным блоком является блок 1 (ЦВМ), в котором произошло почти половина отказов (48 %), из которых 34 % произошло при ОИ и 14 % произошло после ОИ.

Вторым по ненадежности является блок 2 (СВЧ-приемник), в котором произошло 23 % отказов, из них 16 % отказов произошло при ОИ и 7 % произошло после ОИ. Третьем по ненадежности является блок 3 (гиропривод антенны), в котором произошло 17 % отказов, из них 9 % отказов произошло при ОИ и 8 % произошло после ОИ.

Четвертым по ненадежности является блок 4 (вторичной обработки сигнала), в котором произошло 6 % отказов, из них 2 % отказов произошло при ОИ и 4 % произошло после ОИ. Пятым по ненадежности является блок 5 (ПЧ-приемник) , в котором произошло 4 % отказов, из них 3 % отказов произошло при ОИ и 1 % произошло после ОИ.

Шестым по ненадежности является блок 6 (источник питания), в котором произошло 2 % отказов, из них 1 % отказов при ОИ и 1 % произошло после ОИ. По диаграмме можно провести анализ эффективности проведения ОИ для различных типов блоков БРЭС и выработать рекомендации по изменению режимов ОИ (уровней и длительности воздействий).

На гистограмме (рис. 2) приведено распределение количества отказов (в %) изделия «А» по

квартально в процессе отработки при ОИ и после ОИ с учетом количества изготовленных комплектов за период с 1999г. по 1 кв. 2006г. По гистограмме можно определить эффективность отработки различных причин отказов и тренд зависимости отработки изделия от времени (из гистограммы видно, что пока процесс отработки изделия не стабилен и не завершен), можно прогнозировать предположительный момент окончательной отладки БРЭС.

На гистограмме рис. 3 приведено распределение применяемых ЭРИ в изделии «А» по типам и распределение отказов в изделии по типам в 1 кв. 2006г., из которой видно, что 63 % отказов в изделии составляют ЭРИ, из них отказы АИС составляют 18 %, отказы ЦИС составляют 14 %; отказы МП составляют 8 %, отказы резисторов составляют 6 %, отказы СВЧ - приборов составляют 9 %, отказы радиокомпонентов (РК) составляют 5 %, отказы соединений составляют 3 %; производственные отказы составляют 16 %, невыясненные отказы составляют 14 %, эксплуатационные отказы составляют 5%,

схемно-конструктивные отказы составляют 2 %.

Последние четыре вида отказов составляют 37 %, это очень много. Из гистограммы видно

соотношения применяемых ЭРИ в изделии и % отказов этих элементов, можно вычислить интенсивности отказов этих элементов для проведения расчетов надежности и проверки соответствия изделия требованиям НТД, можно определить уровень несоответствия реальной интенсивности отказов ЭРИ, требованиям записанным в ТУ.

На гистограмме рис.4 приведено распределение отказов ЭРИ в изделии «А» по этапам возникновения

отказов в 1-м кв. 2006 г. Из гистограммы видно, что 43 % отказов произошло в нормальных условиях

(НУ), из них 32 % при ОИ и 11 % после ОИ; при положительной температуре возникло 17 % отказов, из них 13 % отказов при ОИ и 4 % после ОИ; при отрицательной температуре возникло 28 % отказов, из них 18 % отказов при ОИ и 10 % после ОИ; 12 % отказов на произошло на широкополосных случайных вибрациях (ШСВ), все при ОИ; а всего после ОИ произошло 25 % отказов, это очень много. По

результатам приведенным на гистограмме можно определить коэффициенты ускорения (ужесточения) режимов ОИ для различных воздействий (НУ, «+», «-», «ШСВ»), для различных элементов (МП, АИС, ЦИС и т.п.), а также оценить эффективность отбраковочных испытаний по отказам при ОИ и после ОИ.

Управление надежностью разрабатываемых БРЭС представляет собой сложный информационный процесс, состоящий в переработке информации и организации на ее основе управляющих воздействий.

Особенность состоит в том, что на всех этапам разработки БРЭС, независимо от ее назначения, применяются одни и те же статистические методы анализа и принятия решения.

Основная трудность состоит в том, что сегодня мы используем отечественную и зарубежную элементную базу без каких-то гарантий качества. Предприятия, выпускающие ЭРИ, чаще всего имеют:

устаревшую технологию, которая выработала все возможные ресурсы и сроки службы; старое

измерительное, контрольное и испытательное оборудование, которое имеет большую метрологическую погрешность; старые технологические линии с большими допусками; разрушенную систему анализа отказов ЭРИ.

У предприятий, выпускающих БРЭС на основе ненадежных ЭРИ, имеется единственная возможность обеспечить необходимую надежность БРЭС за счет проведения жестких ОИ с предельными коэффициентами ускорения (утяжеления) режимов ОИ. Кроме того, только использование статистических методов на всех этапах жизненного цикла изделий, позволяет разрешать постоянные споры с поставщиками ЭРИ, о реальных причина отказов, при анализе процесса производства и оценки качества продукции при испытаниях, а также на этапе эксплуатации для оценки правильности использования изделий.

Статистические методы анализа отказов при проведении ОИ применяются с целью установления свойств случайного процесса в конкретных условиях внешних воздействующих факторов, влияющих на качество разработки из-за: широкой номенклатуры используемой элементной базы; предельных по ТУ

электрических, климатических, механических, тепловых воздействий внешних факторов на ЭРИ; жестких ограничениях в изделиях по массе, объему, потребляемой мощности и методам повышения качества; различной квалификации разработчиков изделий.

Статистические методы анализа отказов при проведении ОИ используются для оценки степени влияния тех или иных факторов (электрических, тепловых, климатических, механических, степени интеграции применяемой элементной базы, степени отработки технических и программных средств) на численные значения показателей надежности и установления характера этих влияний.

С целью построения зависимостей изменения интенсивности отказов от степени интеграции и рабочей температуры предлагается использовать «метод кубических сплайн-функций дефекта один», а для построения зависимости изменения интенсивности отказов от степени отработки ТС и ПС использовать метод наименьших квадратов, который позволяет прогнозировать при проектировании показатели надежности опытных и серийных образцов.

Для анализа изменений интенсивности отказов при различных уровнях воздействующих факторов и проверки автомодельности процесса дефектообразования используется «вейвлет-анализ» (вейвлет-

преобразование), который позволяет раскладывать интенсивность отказов по компонентам (воздействиям), хорошо локализованным по уровням и частоте отказов, ортогональным базисам за линейное (преобразованное) время.

Этот метод позволяет описывать, в отличие от преобразования Фурье, нестационарные процессы дефектообразования и отслеживать изменение механизма отказа (коэффициент автомодельности). Вычисление коэффициента корреляции позволяет проверить адекватность используемых данных, статистическим характеристикам по отказам, полученным при ОИ.

При анализе структуры реального процесса ОИ, который имеет очень сложное фазовое пространство состояний и описывается полумарковским процессом целесообразно перейти к построению более простого процесса, изоморфного исходному процессу.

Это позволяет, во-первых использовать метод укрупнения фазового пространства состояний для значительного упрощения анализа влияния различных режимов ОИ на различные подсистемы, входящие в БРЭС (приемо-передающие модули СВЧ, гироприводы, микропроцессорные системы обработки информации), имеющие различные законы дефекторобразования; во-вторых использовать аппарат вложенных марковских процессов для анализа и расчета показателей надежности БРЭС с учетом различных видов отказов (сбоев, перемежающихся, постепенных и внезапных).

Для этого сложное фазовое пространство состоянии БРЭС, расщепляется на конечное число непересекающихся классов, состояния каждого из классов укрупняются (склеиваются) в одно состояние. В новом укрупненном фазовом пространстве, состоящем из конечного числа состояний, строится укрупненная система. Расщепление фазового пространства основывается на физике отказов и последствий влияния основных видов отказов БРЭС, а также на предположении о высоконадежности системы (когда среднее время нахождения канала (системы) в отказовом состоянии значительно меньше, чем среднее время нахождения в работоспособном состоянии. Это позволяет провести анализ и построить структурную схему надежности с учетом различных видов отказов.