CC BY
32
УДК 517.958:52/59
А. Г. Дмитриенко, Ю. Л. Арзуманов, Л. С. Медушевский, С. И. Корко, М. Ю. Ерофеев, С. У. Увайсов
МЕТОДИКА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ КОНТРОЛЕПРИГОДНОСТИ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ НА ЭТАПЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ1
Аннотация. Предложена методика обеспечения тепловой контролепригодности радиотехнических устройств на этапе проектировнаия. Показаны результаты численных экспериментальных исследований радиотехнической аппаратуры по тепловому полю на примере блока питания БП641. Анализ полученных результатов показывает, что предложенное программное обеспечение выявляет производственные дефекты достоверно.
Ключевые слова: тепловое поле, неразрушающая диагностика, радиотехнические устройства, производственные дефекты.
Abstract. The article suggests a technique providing heat controllability for wireless devices at the design stage. The study shows the results of numerical experimental examination of thermal field around radio equipment by the example of a power supply БП641. Analysis of the results shows that the proposed software reliably identifies manufacturing defects.
Key words: thermal field, non-destructive diagnostics, radio engineering devices, manufacturing defects.
Введение
В настоящее время решение задач диагностирования радиотехнических устройств (РТУ) выходит на новый качественный уровень из-за мощного развития двух направлений, которые активно используются в задачах диагностирования. Первое - это появление мощной вычислительной техники, позволяющей решать сложные задачи моделирования. Второе - технические средства измерения (тепловизионные технологии), которые возможно сопрягать с вычислительной техникой, оперативно получая точные результаты измерения.
Таким образом, процесс диагностирования переживает качественно новый скачок, что выражается в совместном использовании современных технических средств измерения (чувствительные тепловизионные камеры совместно с компьютером) и применении мощных программ моделирования.
1. Роль методов термографии в диагностировании РТУ
Любое РТУ, имея на входе X(t) с влиянием внешних факторов Z(t), преобразует их в выход Y (t ). Преобразование осуществляется с помощью функции преобразования f (X (t ), qt е Q ) = Y (t ), где qt - параметр устройства
1 Статья подготовлена в рамках реализации проекта «Разработка программного комплекса, позволяющего повысить качество радиотехнических устройств за счет своевременного выявления скрытых дефектов» ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России (2009-2013 гг.)», Гос. контракт № 14.740.11.0840 от 1 декабря 2010 г.
со своими верхним дв и нижним дн допусками из множества <2нОрМ - электрических, геометрических, теплофизических, физических и других параметров, причем д [ 2 (г)] = уаг = бнорм •
Если параметр дг- й
Ял , Ял
, то РТУ неисправно.
Сейчас используются разнообразные методы диагностирования (электрический, функциональный, визуальный, рентгеноскопический и др.), но имеются такие производственные дефекты Qпр , которые известными методами не выявляются.
Эти дефекты, как правило, оказывают влияние на температуру элементов РТУ, следовательно, их можно выявлять по значению температуры.
Среди всех методов диагностирования тепловые методы (или методы термографии) занимают особое положение. До 95 % всех форм энергии в РТУ, в конечном счете, превращается в тепловую энергию. Любое отклонение теплофизических и геометрических параметров материалов конструкции от номинальных значений, а также изменение электрического режима работы РТУ, обусловлено отклонением параметра какого-либо элемента от номинала, приводит к изменению температурного поля РТУ [1].
Таким образом, для выявления производственных дефектов в РТУ применение методов термографии весьма актуально.
2. Методика обеспечения тепловой контролепригодности РТУ на этапе проектирования
На основе существующего метода теплового диагностирования РТУ разработан программный комплекс теплового диагностирования (ПКТД), подробно рассмотренный в [2]. Для обеспечения его эффективной работы (решение задачи обеспечения тепловой контролепригодности РТУ) нами предлагается методика, блок-схема которой представлена на рис. 1.
Содержание блоков следующее:
Блок 1. Запуск программы моделирования, построение в ней математической модели диагностируемого РТУ. Используется руководство пользователя для программы моделирования и техническая документация РТУ. Сохранение описания построенной математической модели в текстовый файл.
Блок 3. Запуск программного комплекса теплового диагностирования. Выбор в меню - создание «составляющих КА». Формирование составляющих конечного автомата (КА), ориентированных на структуру выходного файла используемой программы моделирования. Сохранение созданных составляющих (это выполняется в том случае, если для используемой программы моделирования не сформированы составляющие КА).
Блок 4. Загрузка составляющих КА в ПКТД. Настройка ПКТД на автоматическую загрузку составляющих КА в пункте меню «настройка».
Блок 5. Составление списка неисправностей, которые возможны в данном РТУ и описаны в базе производственных дефектов. Загрузка в ПКТД текстового файла, описывающего математическую модель. Запуск КА. Назначение типов электрорадиоэлементов (ЭРЭ) для каждого ЭРЭ РТУ. Запуск автоматизированного формирования «списка дефектов», свойственных данному РТУ.
Рис. 1. Блок-схема методики обеспечения тепловой контролепригодности РТУ на этапе проектирования
Блок 6. На основе разброса теплофизических параметров используемых материалов и геометрических параметров элементов конструкции проводится расчет предельно допустимых значений температур ЭРЭ по методу Монте-Карло. Ввод в ПКТД для всех ЭРЭ РТУ полученных допусков на значение температуры.
Блок 7. Ввод в ПКТД для всех ЭРЭ, которые попали в «список дефектов», значений надежности и коэффициента тепловой нагрузки. Ввод ограни-
чения на количество контрольных точек, если оно имеется. Запуск автоматизированного формирования «списка контрольных точек».
Блок 8. Запуск моделирования тепловых процессов РТУ в исправном состоянии и получение термограммы со значениями температур в контрольных точках.
Блок 9. Подключение опытного образца к стенду (ввод образца в рабочий режим). После выхода теплового поля РТУ на стационарный режим выполняется измерение температур в нескольких контрольных точках.
Блок 10. Уточнение тепловой модели проводится следующим образом. Сравнение измеренных значений температур со значениями полученных при моделировании. На основе полученных расхождений выполняется уточнение параметров математической модели.
Блок 11. Повторение операций, описанных в блоках 7 и 8.
Блок 13, 14. Внесение в конструкцию опытного образца дефекта из «списка дефектов», этот же дефект вносится в математическую модель РТУ путем внесения соответствующего изменения параметра.
Блок 15. Моделирование тепловых процессов РТУ, используя измененную математическую модель (в неисправном состоянии). Получение соответствующей термограммы со значениями температур в контрольных точках.
Блок 16. Выполнение аналогичных действий с дефектным образцом, описанных в блоке 8.
Блок 17. Устранение внесенного в конструкцию опытного образца дефекта. Устранение внесенного в математическую модель РТУ изменения, соответствующего дефекту.
Блок 18. Ввод пути, где располагается программа моделирования и указание соответствующих ей составляющих КА.
Блок 19. Запуск автоматизированного формирования термограмм с дефектами путем моделирования тепловых процессов РТУ (при заданных всех данных, описанных в методике выше).
Блок 20. Сохранение полученных термограмм в базе неисправностей для данного типа РТУ.
Блок 21. Запуск анализа базы неисправностей на наличие причинноследственных связей. Получение списка причинно-следственных связей. Сохранение списка в базу. Определение списка кратных дефектов, которые оказывают влияние друг на друга.
Блок 23. Запуск автоматизированного формирования термограмм с кратными дефектами по полученному списку в блоке 21.
Блок 24. Добавление полученных термограмм в базу неисправностей. Сохранение расширенной базы неисправностей.
При формировании составляющих КА необходимо иметь описание структуры входного файла программы моделирования.
3. Экспериментальное подтверждение эффективности разработанной методики
Численные экспериментальные исследования проводятся на блоке питания БП641. При построении тепловой модели функциональную ячейку разбиваем на компоненты. Блок состоит из двух печатных узлов и рамы-радиатора.
В результате моделирования печатного узла ТЮ5-087-780 была получена термограмма (рис. 2).
Рис. 2. Термограмма печатного узла ТЮ5.087.780 (без дефектов)
После внесения производственного дефекта (отсутствие пасты в ЭРЭ У10) в печатный узел ТЮ5-087-780 произведено измерение значений температур в контрольных точках. В результате получено следующее множество температур (табл. 1)
Таблица 1
Измеренные значения температур рамы-радиатора
С5 С6 Б1 Б5 Б6 У7 У9 У10
29,27 28,27 32,63 32,47 32,63 32,47 33,47 41,72
Заносим полученные значения температуры в программный комплекс теплового диагностирования. Запускаем процедуру диагностирования рамы-радиатора, в результате чего получаем диагноз в окошке ПКТД (рис. 3). Сопоставив внесенный дефект и полученный результат диагностирования, подсистема дала верный результат «отсутствие пасты в элементе У10».
Измерение теплового поля проводилось как с помощю контактных датчиков, так и с помощью отечественного тепловизора «Радуга». Перед снятием тепловой картины проводилась калибровка тепловизора по излучателю температуры (абсолютно черное тело).
В результате проведенной серии экспериментов с различными производственными дефектами была получена табл. 2, в которой перечислены все дефекты, с которыми проводились эксперименты, и результаты, выводимые ПКТД.
Заключение
В процессе выполнения эксперимента методика работала успешно. Анализ полученного диагноза говорит о том, что ПКТД выявлял производственные дефекты достоверно. Практическое использование ПКТД на этапе
проектирования позволяет обеспечить контролепригодность радиоэлектронных устройств, средств для возможности его дальнейшего диагностирования на этапах производства и эксплуатации.
Рис. 3. Вывод результатов в ПКД
Таблица 2
Проводимые эксперименты с БП-641
Наименование производственного дефекта, который вносили в исследуемый образец Выявлено
Без дефекта успешно
Обрыв в Б1 отрицательно
Отсутствие пасты Б1 успешно
Обрыв в Б5 отрицательно
Попадание мусора между Б6 и радиатором успешно
Отсутствие пасты Б6 успешно
Попадание мусора между У10 и радиатором успешно
Отсутствие пасты У10 успешно
Попадание мусора между У7 и радиатором успешно
Отсутствие пасты У7 успешно
Отсутствие пасты У9 успешно
Плохое крепление Б6 успешно
Плохое крепление У7 успешно
Плохое крепление У10 успешно
Плохое крепление Б5 - отсутствие пасты У7 успешно
Плохое крепление У7 - мусор в Б1 успешно
Плохое крепление У9 - мусор в Б1 успешно
Плохое крепление У10 - мусор в Б1 успешно
Список литературы
1. Исследование тепловых характеристик РЭС методами математического моделирования : моногр. / В. И. Коваленок и др. ; под ред. А. В. Сарафанова. - М. : Радио и связь, 2003. - 456 с.
2. Программный комплекс Diaterm мониторинга качества печатных узлов / С. П. Сулейманов, С. У. Увайсов, Р. И. Увайсов, И. А. Иванов // Качество и ИПИ (CALS) - технологии. - 2006. - № 1. - С. 38-42.
Дмитриенко Алексей Геннадиевич
кандидат технических наук, генеральный директор Научно -исследовательского института физических измерений (г. Пенза)
E-mail: [email protected]
Арзуманов Юрий Леонович доктор технических наук, профессор, генеральный директор - генеральный конструктор конструкторского бюро «Арматура», Научно-исследовательский институт космических систем имени А. А. Максимова - филиал Государственного космического научно-производственного центра имени М. В. Хруничева (г. Юбилейный Московской обл.)
E-mail: [email protected]
Медушевский Люциан Станиславович
доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник отдела, Научно-исследовательский институт космических систем имени А. А. Максимова - филиал Государственного космического научно-производственного центра имени М. В. Хруничева (г. Юбилейный Московской обл.)
E-mail: [email protected]
Корко Сергей Иосифович начальник отдела, Научноисследовательский институт космических систем имени А. А. Максимова - филиал Государственного космического научно-производственного центра имени М. В. Хруничева (г. Юбилейный Московской обл.)
E-mail: [email protected]
Dmitrienko Aleksey Gennadievich Candidate of engineering sciences, director general of Research Institute of Physical Measurements (Penza)
Arzumanov Yury Leonovich Doctor of engineering sciences, professor, director general - chief designer, “Armatura” design department, Research Institute of Space Systems named after A. A. Maksimov - branch of the State Space Research and Production Center named after M. V. Khrunichev (Yubileyny, Moscow region)
Medushevsky Lyutsian Stanislavovich Doctor of engineering sciences, professor, research department manager, Research Institute of Space Systems named after A. A. Maksimov - branch of the State Space Research and Production Center named after M. V. Khrunichev (Yubileyny, Moscow region)
Korko Sergey Iosifovich Department manager, Research Institute of Space Systems named after A. A. Maksimov - branch of the State Space Research and Production Center named after M. V. Khrunichev (Yubileyny, Moscow region)
Ерофеев Михаил Юрьевич
ведущий научный сотрудник отдела, Научно-исследовательский институт космических систем имени А. А. Максимова - филиал Государственного космического научно-производственного центра имени М. В. Хруничева (г. Юбилейный Московской обл.)
E-mail: [email protected]
Увайсов Сайгид Увайсович доктор технических наук, профессор кафедра радиоэлектронных и телекоммуникационных устройств и систем, Московский институт электроники и математики
E-mail: [email protected]
Erofeev Mikhail Yuryevich Research manager, Research Institute of Space Systems named after A. A. Maksimov - branch of the State Space Research and Production Center named after M. V. Khrunichev (Yubileyny, Moscow region)
Uvaysov Saygid Uvasovich
Doctor of engineering sciences, professor,
sub-department of radioelectronic
and remote control devices and systems,
Moscow institute of electronics
and mathematics
УДК 517.958:52/59
Методика обеспечения тепловой контролепригодности радиотехнических устройств на этапе проектирования / А. Г. Дмитриенко, Ю. Л. Арзуманов, Л. С. Медушевский, С. И. Корко, М. Ю. Ерофеев, С. У. Увайсов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2012. - № 2 (22). - С. 138-145.
