CC BY
12В. К. Гойденко
Адъюнкт, Военная академия связи им. Маршала Советского Союза С. М. Буденного
МЕТОДИКА ТЕПЛОВОГО КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫХ КОМПЛЕКСОВ СВЯЗИ
АННОТАЦИЯ. Предложена методика диагностирования и контроля современных программно-аппаратных комплексов связи, представляющих собой сложные системы. Приведены данные о статистике причин отказов в них. Показана степень влияния температурного режима на интенсивность отказов. Сформулированы противоречия в теории и практике диагностирования и контроля современных технических систем. Предложен обобщенный алгоритм работы методики диагностирования и модель работы программно-аппаратных комплексов связи.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: диагностика, неразрушающий контроль, тепловой режим, коэффициент технического использования.
Современный уровень развития техники создает предпосылки для значительного увеличения использования программно-аппаратных комплексов связи (ПАКС) в вооружениях, военной и специальной технике (ВВСТ). Обеспечение высоких показателей качества и надежности ПАКС в настоящее время невозможно без применения разнообразных методов и средств диагностирования на каждом этапе эксплуатации. На всех уровнях конструктивного структурообразования в ПАКС могут появляться дефекты, приводящие к нарушению их работоспособности [1].
Трудоемкость и временные затраты на выявление и устранение дефектов в местах их возникновения достаточно велики. Особую ценность представляет собой возможность диагностирования и прогнозирования, отдельных элементов печатных узлов с целью скорейшей замены на исправные и возвращению печатного узла в работу. Не обнаруженные своевременно дефекты могут вызвать появление вторичных еще более «дорогих» дефектов [1,2].
Процесс поиска дефектов является весьма трудоемким. Обычно к наладке сложных электронных узлов и блоков привлекаются квалифицированные специалисты, которые осуществляют отладку, основываясь на своем опыте. С ростом сложности и увеличением количества
ПАКС в ВВСТ такой подход становится малоэффективным, а зачастую дает негативные результаты. Например, в некоторых случаях, не найдя дефекта, который можно устранить, не прибегая к дорогостоящему ремонту, для устранения дефекта вызывают представителей промышленности или отправляют изделие на завод [1].
Рост степени интеграции комплектующих элементов и плотности монтажа приводит к тому, что ПАКС оказываются весьма чувствительными к тепловым и токовым перегрузкам [3].
На рис. 1 изображено распределения причин отказов элементов в ПАКС.
График характеризующий изменение интенсивности отказов элементов при изменении температуры окружающей среды на 10 градусов [3] показан на рис. 2.
На графике видно, что при изменении температуры на 10° интенсивность отказов блоков в температурном диапазоне (20—60 °С) изменяется примерно на 15—50 %.
Также, из расчетных данных известно, что при изменении температуры воздуха внутри блока на 10 °С интенсивность отказов в среднем увеличивается на25 %.
Изменение температуры окружающей среды влияет на параметры электрорадиоэлементов [4]: снижается коэффициент усиления транзисторов;
Превышение допустимых температурных и электрических режимов
Нарушение требований по технологическим процессам монтажа (по температуре и времени пайки)
■ Нарушение допустимых условий эксплуатации (по мех. нагрузкам, влажности и др.)
■ Другие причины
Рис. 1. Диаграмма распределения причин отказов элементов в ПАКС
увеличиваются обратные токи полупроводниковых переходов;
возрастает величина проводимости утечки;
293 303 20 30
313 323 40 50
333 Т, К 60 1, "С
Рис. 2. Изменение интенсивности отказов с температурой для ПАКС с воздушным охлаждением
Рис. 3. Виды неразрушающего контроля
изменяется емкость конденсаторов из-за изменения величины проводимости утечки и снижается их электрическая прочность;
высыхают и коробятся изоляционные материалы и прокладки, снижается термомеханическая прочность термореакгивных пластмасс;
растут величины сопротивления металлических резисторов и потерь на перемагничивание ит. д.;
увеличивается внутреннее сопротивление полупроводников, снижается электрическое сопротивление металлов.
Для диагностики состояния элементов ПАКС используются в основном электрические методы контроля. Тепловой контроль относится к одному из видов неразрушающего контроля [5], известны также научные работы по реализации магнитного контроля радиоэлектронных изделий, но из-за низкой помехоустойчивости этот метод широкого применения не получил. В рамках разрабатываемой методики планируется использовать тепловое диагностирование в дополнение к электрическим видам контроля. На рис. 3 показаны различные методы неразрушающего контроля.
На данный момент при растущей сложности современных ПАКС, увеличении числа контролируемых параметров, миниатюризации размеров элементов, а также низкого уровня использования систем, выполняющих функции прогнозирования и распознавания преда-варийного состояния, в связи снеобходимостъю уменьшения трудоемкости и времени диагностирования, актуальными являются задачи прогнозирования отказов в рабочем режиме, снижения времени восстановления, уменьшения ресурсов сил и средств, требуемых для диагностирования.
Наука располагает существующими методами внутрисхемного диагностирования и контроля, методиками теплового диагностирования в энергетике и промышленном производстве электроники [6], но в теории отсутствуют унифицированные формы представления ПАКС как объектов диагностирования или их моделей пригодных для решения задач теплового диагностирования. Поэтому необходима разработка адекватной модели тепловых процессов, происходящих в ПАКС иметодики теплового диагностирования ПАКС.
Выполнение вышеприведенных требований позволит повысить коэффициент технического
использования [7,8], путем уменьшения времени ремонта и времени технического обслуживания.
Т
КТИ - ■
Т + Т + Т
(1)
т.о
где Т — суммарное время пребывания в работоспособном состоянии; Тв — время ремонта; Тто — время технического обслуживания.
Время ремонта рассчитывается по формуле:
В большинстве случаев для электронной техники время диагностирования составляет не менее 80 % от времени восстановления.
В общем виде алгоритм методики теплового диагностирования изображен на рис. 4.
Начало
Получение температурной информации от датчиков
X,
Обработка температурной информации Х,нор"
Распознование состояния на основе базы неисправностей
нет Прогнозирование состояния да
Рис. 4. Алгоритм методики теплового диагностирования
Определяются на основе теплового диагностирования
неисправностей. Если техническое состояние диагностировано однозначно, то информация о неисправности выводится на экран индикации.
Затем происходит сравнение с пороговыми значениями [9]
Ттах|тт (Бт ) _ {Т тах|тт (Бт )' Т тах|тт (Бт )>•••> Тп тах|тт (Бт )}
для данного режима функционирования Бт.
Определяются на основе программной информации
Рис. 5. Граф состояний ПАКС
В качестве исходных данных для определения состояния ПАКС выбираются значения температур в контрольных точках, и формируется вектор входных значений ДО = {Хх(0>
После регистрации температуры происходит обработка и нормирование значений, получаемых от датчиков, в зависимости от коэффициента излучения элемента, вида охлаждения, типа температурного датчика. На основе нормированных значений определяется текущее техническое состояние и режим работы, с помощью ряда критериев и процедур.
Сначала происходит проверка по простому пороговому критерию, если значение температуры соответствует заданным порогам для текущего режима, то проводится статистический анализ флуктуаций значений, на основе которого происходит прогнозирование и вывод информации о исправности объекта.
Если значения температуры превысили установленные пороговые значения, вычисленные средствами имитационного моделирования, но это произошло по причине изменения режима работы ПАКС, то дальше вывод информации происходит по вышеописанному алгоритму.
Если же значения температуры вышли за пороговые значения не по регламентированным причинам, то начинается процесс распознавания технического состояния на основе базы
£ =
БИ'Тшт (Бт )< Х(Бт )< Ттах (Бт БНИ> {Х (Бт )< Ттт (Бт
VIX (Бт )> Тшях (Бт )}.
(3)
В том случае, если температура выходит за пороговые значения, то начинается распознавание технического состояния изделия на основе данных библиотеки неисправностей *(^) = * (^),* (^),...,* (Бт)} .
В качестве модели работы ПАКС используется граф состояний ПАКС. Для каждого режима работы рассчитаны пороговые значения температуры элементов.
На рис. 5 обозначены следующие состояния ПАКС: Б — запуск, Б2 — ненагруженный режим, — нагруженный режим, £4 — предотказ-ное состояние, — энергосбережение, — отключение, Б7 —неработоспособное состояние.
На основе данного графа осуществляется контроль переходов состояний ПАКС (4), и выводится индикация о исправном — £и, аварийном — Ба или неисправном состоянии — Бни ПАКС.
Б(Xз]
(4)
Предложенная методика направлена на повышение коэффициента технической готовно-стии позволит снизить затраты на ликвидацию и предупреждение развития дефектов. Путем выполнения своевременных регулировок и замены блоков, элементов с ухудшающимися параметрами, на основании контроля постепенных изменений технического состоянияи текущей оценки параметров ПАКС.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сулейманов С. П. Метод и средства теплово-годиагностирования радиотехнических устройств: дис. ... канд. тех. наук: 05.12. 04 — М., 2005,— 201 с.
2. ДолматовА. В., Сулейманов С. П., Увайсов С.У., Алкадарский С. У. Программно-методический инструментарий мониторинга производственных де-
фектов радиотехнических устройств // Надежность и качество: труды Международного симпозиума.— 2005. -Т.1.- С. 335-336.
3. Увайсов С. У., Юрков Н. К. Методика обеспечения тепловой контролепригодности радиотехнических устройств на этапе проектирования // Вестник Самарского государственного университета. 2012. № 7.С. 16-21.
4. Давыдов П. С. Техническая диагностика радиоэлектронных устройств и систем. — М.: Радио и связь, 1988,- 256 с.
5. Роткоп Л. Л., Спокойный Ю. Е. Обеспечение тепловых режимов приконструировании радиоэлектронной аппаратуры. — М.: Советскоерадио, 1976. - С. 25-40.
6. Неразрушающий контроль. В 7 т. Т. 5. Тепловой контроль / Под ред. В. В. Клюева. — М.: Машиностроение, 2004.— 679 с.
7. ГОСТ 27.002-2015 Надежность в технике, 2015.
8. Бочкарев С. В., ЛыковА. А., Марков Д. С. Методика комплексной оценки показателей эффективности систем технического диагностирования и мониторинга // Развитие элементной базы и совершенствование методов построения устройств железнодорожной автоматики и телемеханики. — 2014. - С. 14-23.
9. Долматов А. В., Увайсов С. У., Увайсов Р. И., Алкадарский А. М. Синтез температурных допусков на комплектующие элементы электронных приборов // Надежность и качество: труды Международного симпозиума. — Пенза, 2005. — С. 334—335.
10. Воронин В. В., Давыдов О. А. Встроенные средства систем диагностирования локальных вычислительных сетей // Электротехнические и информационные комплексы и системы. — 2014. — № 1. - С. 73-78.
