CC BY
83
Министерство образования и науки РФ
Правительство Пензенской области Академия информатизации образования Академия проблем качества РФ Российская академия космонавтики им. К.Э.Циолковского Российская инженерная академия Вычислительный центр РАН им. А.А.Дородницына Институт испытаний и сертификации ВВТ ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л.Минца» ОАО «УПКБ ДЕТАЛЬ», ОАО «РУБИН» ОАО «НИИФИ», ОАО «ПНИЭИ», ФГУП ФНПЦ «ПО СТАРТ», НИКИРЭТ, ЗАО «НИИФИиВТ» ОАО «ППО ЭЛЕКТРОПРИБОР», ОАО «РАДИОЗАВОД» Пензенский филиал ФГУП НТЦ «АТЛАС» ОАО «ТЕХПРОММАШ», МИЭМ НИУ ВШЭ, Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева Сургутский институт мировой экономики и бизнеса «ПЛАНЕТА» Пензенский государственный университет
АадижУ{%шсж
ТРУДЫ
МЕЖДУНАРОДНОГО СИМПОЗИУМА
НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО
II то^
ПЕНЗА 2015
УДК 621.396.6:621.315.616.97:658:562 Т78
Труды Международного симпозиума «НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО»:
T78 в 2 т. - Пенза : ПГУ, 2015. - 2 том - 384 с.
ISBN 978-94170-818-5(т.1) ISBN 978-94170-818-8
В сборник трудов включены доклады юбилейного ХХ-го Международного симпозиума «Надежность и качество», проходившего с 25 по 31 мая 2015 г. в городе Пензе.
Рассмотрены актуальные проблемы теории и практики повышения надежности и качества; эффективности внедрения инновационных и информационных технологий в фундаментальных научных и прикладных исследованиях, образовательных и коммуникативных системах и средах, экономике и юриспруденции; методов и средств анализа и прогнозирования показателей надежности и качества приборов, устройств и систем, а также анализа непараметрических моделей и оценки остаточного ресурса изделий двойного назначения; ресурсосбережения; проектирования интеллектуальных экспертных и диагностических систем; систем управления и связи; интерактивных, телекоммуникационных сетей и сервисных систем; экологического мониторинга и контроля состояния окружающей среды и биологических объектов; исследования физико-технологических процессов в науке, технике и технологиях для повышения качества выпускаемых изделий радиопромышленности, приборостроения, аэрокосмического и топливно-энергетического комплексов, электроники и вычислительной техники и др.
Оргкомитет благодарит за поддержку в организации и проведении Международного симпозиума и издании настоящих трудов Министерство образования и науки РФ, Правительство Пензенской области, Академию проблем качества РФ, Российскую академию космонавтики им. К. Э. Циолковского, Российскую инженерную академию, Академию информатизации образования, Вычислительный центр РАН им. А. А. Дородницына, Институт испытаний и сертификации ВВТ, ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л. Минца», ОАО «УПКБ ДЕТАЛЬ», ОАО «НИИФИ», ФГУП «ПНИЭИ», ОАО «РУБИН», ОАО «РАДИОЗАВОД», ОАО «ППО ЭЛЕКТРИПРИБОР», ФГУП «ПО «СТАРТ», НИКИРЭТ - филиал ФГУП «ПО «СТАРТ», Пензенский филиал ФГУП НТЦ «АТЛАС», ОАО «ТЕХПРОММАШ», МИЭМ НИУ ВШЭ, Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Сургутский институт мировой экономики и бизнеса «ПЛАНЕТА»,Пензенский государственный университет.
Сборник статей зарегистрирован в Российском индексе научного цитирования (РИНЦ) с 2005 г.
Р е д а к ц и о н н а я к о л л е г и я :
Юрков Н. К. - главный редактор Трусов В. А. - ответственный секретарь Баннов В. Я. - ученый секретарь Волчихин В. И., Абрамов О. В., Авакян А. А., Дивеев А.И., Иофин А. А., Каштанов В. А., Майстер В. А., Острейковский В.А., Петров Б. М., Писарев В. Н., Роберт И. В., Романенко Ю. А., Северцев Н. А., Садыков С. С., Садыхов Г. С., Увайсов С. У.
ISBN 978-94170-818-5(т.1) ISBN 978-94170-818-8
© Оргкомитет симпозиума, 2015 © ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», 2015
7. Синтез оптимального закона управления потоками транспорта в сети автодорог на основе генетического алгоритма / Дивеев А.И., Северцев Н.А. // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2003. № 3. С. 87.
8. Северцев, Н.А. Минимизация обобщенного риска угроз безопасности / Н.А. Северцев // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. 2005. № 7. С. 3-10.
9. Критерии и показатели безопасности / Дедков В.К., Северцев Н.А., Петухов Г.Б., Тихон Н.К. // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. 1999. № 1. С. 33-54.
10. Баранов, Н.А. Управление состоянием готовности системы безопасности к отражению угрозы / Н.А. Баранов, Н.А. Северцев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 8-10.
11. Дедков, В.К. Компьютерное моделирование характеристик надежности нестареющих восстанавливаемых объектов / В.К. Дедков, Н.А. Северцев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. I. С. 368-370.
12. Кочегаров И.И. Методы контроля дисперсности порошков / Кочегаров И.И., Трусов В.А., Юрков Н.К. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 475-477.
УДК 629.73.08
Мягков Н.Ю., Кирдяев М.М.
ФГОУ ВПО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
ПРОБЛЕМЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ
Электромагнитная совместимость (ЭМС) определяет способность технических средств функционировать «в предусмотренном режиме, в заданной электромагнитной обстановке и при этом не создавать электромагнитных помех другим технических средствам» [1]. Электромагнитные помехи (ЭМП) могут вызывать нарушения функционирования электротехнических и электронных систем, затруднять использование радиочастотного спектрального ресурса, вызывать возгорание легковоспламеняющихся газообразных средств, воздействовать на ткани тела человека. Одним из эффективных средств обеспечения ЭМС радиоэлектронных средств и защиты их от ЭМП является экранирование. Наряду с такими методами как зонирование, фильтрация, заземление и ограничение перенапряжения, экранирование остаётся в ряде случаев единственно возможным решением задачи снижения уровня воздействующих полей на радиоэлектронные средства или устранение поме-хоэмиссии от технических средств. С повышением быстродействия электронных средств, применение схемотехнических методов (фильтрация, установка ограничителей) не всегда представляется возможным из-за их влияния на быстродействие систем. Поскольку быстродействие является приоритетным показателем при создании самого широкого класса перспективных электронных средств, значение экранирования резко возрастает [2].
Эффекты ЭМП в технических средствах вызывают постоянно растущее беспокойство разработчиков и конструкторов из-за повышения чувствительности компонентов систем к электромагнитным воздействиям,
расширения частотного диапазона и уровня мощностей этих воздействий, а также лавинообразного роста источников помех самой разнообразной природы. Для радиоэлектронных средств специального применения следует учитывать определённую вероятность наличия преднамеренных мощных сверхширокополосных электромагнитных воздействий. Это ставит перед разработчиками аппаратуры еще более сложные задачи по ее защите.
В концепции ЭМС выделяются источники и рецепторы помех, а также среда распространения помех от источника к рецептору. Электромагнитной помехой может являться практически любое электромагнитное явление в рамках широкого диапазона частот. Источник помеховых электромагнитных возмущений может располагаться вне рассматриваемой электронной системы, но он также может располагаться и внутри этой системы. В данном случае одна часть системы является источником, а другая - рецептором [3].
Источники помех бывают природного и искусственного происхождения. Наиболее мощными природными источниками помех являются разряды молний, генерирующие значительные токи в системе мол-ниезащиты, и электрические поля высокой напряженности. Источниками искусственного происхождения могут быть самые разнообразные устройства
и системы, начиная от мощных радиопередающих устройств и заканчивая микропроцессором. Наиболее мощными искусственными источниками электромагнитного излучения являются ядерные взрывы. С возрастанием высоты взрыва, увеличивается пробег всех излучений, выходящих из зоны взрыва. Возрастает область ионизации. [4] При взрывах на высотах 80 - 100 км пробег рентгеновского излучения (электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между гамма- и ультрафиолетовым излучением в пределах длин волн от 10-8 до 0,1 мкм) в горизонтальном направлении составляет
несколько километров, а на больших высотах десятки и сотни километров. 80% энергии космического взрыва идёт на образование рентгеновского излучения. Существуют лазеры с ядерной накачкой, которые фокусируют рентгеновское излучение в узкий пучок энергии и направляют на объект, например на головную часть баллистической ракеты [5]. При этом происходит механическое повреждение ракеты. Поражающее действие высотных ядерных взрывов рассматривают, как правило, на воздушные и космические цели, а на наземные объект (личный состав, радиоэлектронную и электротехническую аппаратуру) - только воздействие ЭМИ. Характер поражающего действия электромагнитного импульса высотных ядерных взрывов сходен с характером поражающего действия ЭМИ наземных и воздушных взрывов. Отличие высотного ядерного взрыва состоит в том, что большие токи напряжения наводятся на кабельных, воздушных линиях и других элементах. Они расположены не только вблизи эпицентра взрыва, но и на расстоянии сотен километров от него. [6] Вследствие этого, личный состав, радиоэлектронная и электротехническая аппаратура могут быть выведены из строя от воздействия ЭМИ высотного ядерного взрыва, находясь на безопасных удалениях от поражения другими поражающими факторами.
В любом случае источник возбуждает электромагнитное поле с определенной частотой или, что наиболее типично, в широком диапазоне частот. При взаимодействии переменного электромагнитного поля с цепями электронного средства, имеющими вполне конкретную физическую реализацию, в этих цепях возникают токи и напряжения соответствующих интенсивностей. При превышении наведенными токами и напряжениями определенных пороговых уровней в рецепторе происходят события, приводящие к нарушениям функционирования.
Вероятность превышения наведенными токами и напряжениями пороговых уровней зависит от многих факторов, основными из которых являются:
• уровни электромагнитного возмущения источника помех;
• уровень восприимчивости рецептора помех;
• ослабление электромагнитного возмущения при его распространении от источника до чувствительных цепей рецептора;
• степень совпадения частотного диапазона источника и рецептора помех;
• степень совпадений поляризаций электромагнитного возмущения источника и приемных цепей рецептора.
— = 0 г
1 г = СО 2
а)
Возможное расположение барьера v
Непроницаемый барьер
СИ)
В)
Рисунок 1 - Обобщённое представление взаимодействия источника и рецептора помех: а) разнесение источника и рецептора; б) изменение поляризации; в) создание защитных барьеров (1 -источник помех, 2 - рецептор помех)
На рис. 1 дано обобщенное представление взаимодействия источника и рецептора помех. [7]
Для снижения степени взаимодействия возможны следующие основные подходы:
• увеличение расстояния между источником и рецептором помех в случае, когда место их расположения известно и координаты установки могут быть изменены в нужном направлении (рис. 1,а). Это возможно, если источник, рецептор и среда распространения сигнала контролируются авторами проекта;
• выбор поляризации сигналов источника, ортогональной к принимаемым сигналам рецептора (рис. 1,б), что, например, имеет место при ориентации магнитных полей источника и рецептора с целью уменьшения их взаимодействия. В общем случае поляризация источника помех неизвестна, что затрудняет или вообще делает невозможным применение данного подхода;
• установка около рецептора или источника помех искусственного барьера в виде экрана (рис. 1,в), который предотвращает воздействие
источника на рецептор в необходимом частотном диапазоне. Этот вариант не требует доступа ко всей системе «источник - среда - рецептор» и может быть реализован независимо при проектировании источника или рецептора, опираясь на показатели восприимчивости и параметры внешних воздействий.
Как видно, система экранирования рецептора может быть спроектирована без детальных знаний параметров источника помех, но повышение эффективности экранирования более экономными средствами достигается только при знании этих параметров. В ряде случаев следует экранировать заведомо мощный источник, что улучшит электромагнитную обстановку и снизит затраты на разработку системы [8].
Зоны действия источников электромагнитных помех
Существуют 3 зоны действия источников электромагнитных помех (рис. 2): ближняя, переходная и дальняя. Граница между ближней и дальней зоны определяется следующим образом (1):
г=Х/2п (1)
• Ближняя зона - зона, в которой расстояние до источника меньше г
• Дальняя зона - зона, в которой расстояние до источника больше г
• Переходная зона - это зона, в которой формируется плоская волна
Ъ, Ом
3000
дальняя зона
Рисунок 2 - Зоны действия источников помех
На рисунке (рис. 2) относительные значения Z являются верными для области, располагающейся в непосредственной близости от излучателя электромагнитных помех. Если взять большие расстояния, то основной составляющей поля будет являться составляющая, которая имеет большее значение и которая быстрее убывает, чем дополнительная составляющая. И в результате волновое сопротивление 2 принимает значение 377 Ом, а именно волновому сопротивлению свободного пространства
ЛИТЕРАТУРА
1. Bill Sheldon, Billy Hollis. Professional Visual Basic 2010 and .NET 4. Wrox. 2010.
2. усева Ю.А., Кармашев В.С., Кечиев Л.Н. Основы технического регулирования в области ЭМС. -М.: "Европейский центр по качеству", 2004. - 149 с.
3. ОСТ 2789-73, Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики
4. Уильямс Т. ЭМС для разработчиков продукции. - М.: Издательский дом "Технологии", 2004. -540 с.
5. Christopoulos, Christos. Principles and techniques of electromagnetic compatibility / Christos Christopoulos. -- 2nd ed. 536 p.
6. Ott H.W. Electromagnetic Compatibility Engineering, WILEY, 2009. - 862 p.
7. Bill Sheldon, Billy Hollis. Professional Visual Basic 2010 and .NET 4. Wrox. 2010.
8. Roy, A.K., and Kim, R.Y. "Experimental Determination of Transverse Shear Stiffness of a Thick Laminate." 1989 SEM Spring Conference on Experimental Mechanics. May 29-June 1, Cambride, Mass., 1989.
9. Северцев, Н.А. К вопросу об утрате работоспособности систем / Н.А. Северцев, А.В. Бецков, А.М. Самокутяев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 268-270.
10. Универсальные оценки безопасности. Монография / Дивеев А.И., Северцев Н.А. // Москва,
2005.
11. Синтез оптимального закона управления потоками транспорта в сети автодорог на основе генетического алгоритма / Дивеев А.И., Северцев Н.А. // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2003. № 3. С. 87.
12. Северцев, Н.А. Минимизация обобщенного риска угроз безопасности / Н.А. Северцев // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. 2005. № 7. С. 3-10.
13. Критерии и показатели безопасности / Дедков В.К., Северцев Н.А., Петухов Г.Б., Тихон Н.К. // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. 1999. № 1. С. 33-54.
14. Баранов, Н.А. Управление состоянием готовности системы безопасности к отражению угрозы / Н.А. Баранов, Н.А. Северцев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 8-10.
15. Дедков, В.К. Компьютерное моделирование характеристик надежности нестареющих восстанавливаемых объектов / В.К. Дедков, Н.А. Северцев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. I. С. 368-370.
16. Кочегаров И.И. Методы контроля дисперсности порошков / Кочегаров И.И., Трусов В.А., Юрков Н.К. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 475-477.
УДК 629.73.08
Панасик Д.С., Иванов И.А., Семененко А.Н., Увайсов С.У. НИУ ВШЭ, Москва, Россия
ЗАВИСИМОСТЬ КОНТАКТНОГО ТЕПЛОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ОТ СИЛЫ ПРИЖИМА ТЕРМОПАРЫ К ЭЛЕКТРОРАДИОЭЛЕМЕНТУ
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 14-07-00422)
На сегодняшний день проблема обеспечения надежности и качества аппаратуры является наиболее актуальной при производстве электрорадиоэлементов (ЭРЭ). Одним из дестабилизирующих факторов, влияющих на работоспособность электронного средства (ЭС), является температура.
Существуют различные методы контроля температур, среди которых можно выделить контактный и бесконтактный. При измерении температуры бесконтактным методом используются пирометры и тепловизоры, которые обладают высокой точностью измерения и способны отображать температурную карту рабочих режимов изделия. Однако ими невозможно измерить температуру внутри закрытого блока, т.е. контролировать температуры отдельных ЭРЭ внутри блока, не разрушая его. Поэтому в таких случаях более рационально применять контактный метод определения температуры с использованием различных температурных датчиков, например, термопары.
Однако и тут разработчики встречаются с рядом проблем, связанных с недостаточной точностью результатов измерений, вызванной неучитываемым контактным тепловым сопротивлением (КТС) между рабочим концом термопары и исследуемым ЭРЭ и многое другое.
Для того, чтобы компенсировать систематическую погрешность и повысить точность измерения температур, необходимо определять КТС.
Согласно ОСТ4 Г0.012.014 (Расчет контактного теплового сопротивления элементов и узлов) КТС определяется по следующему выражению:
где:
Яфк - тепловое сопротивление фактического
г м2- С
контакта в газовой или жидкой среде,[ -] ;
Вт
Кср - тепловое сопротивление межконтактной
г м2- С
газовой или жидкой среды, [ -].
Вт
Тепловое сопротивление фактического контакта равно:
«ФК = ^фк0 ' Ш=1 = ^ФК0 ' ^Р ' ' ^Н ' , (2)
Кр (у) Р (х), [Н/мл2]
15 1000000
12,5 1250000
10 1700000
7,5 2250000
5 ЗЗООООО
2,5 5800000
2 7000000
1,5 9000000
1 14500000
0,75 21500000
где: Кфк0 = 0,815-10 4 - базовое значение теплово-
л, г м2- С
го сопротивления фактического контакта, [ -];
Вт
Кр - коэффициент, зависящий от контактного давления;
Кя - коэффициент, зависящий от приведенного коэффициента теплопроводности материалов контактирующей пары. Приведенный коэффициент теплопроводности определяется по формуле: Я= 2 ^1^2 ; я1+я2;
- коэффициент, зависящий от суммарной величины микровыступов контактирующих материалов;
^ - коэффициент, зависящий от предела прочности менее твёрдого материала контактной пары;
Тепловое сопротивление межконтактной газовой среды, согласно ОСТ4 Г0.012.014, равно:
«СР = ^ср0 ' Ш=1 = ^ср0 ' ^Н ' ^ ' *яСР , (3)
где: Кф0 = 4,375- 10-4 - базовое значение теплового сопротивления межконтактной газовой среды, [
м2 •°С _ Вт ] ;
- коэффициент, зависящий от суммарной величины микровыступов контактирующих материалов;
^ - коэффициент, который зависит от температуры газовой среды;
КЯср - коэффициент, зависящий от коэффициента теплопроводности межконтактной газовой среды.
Рисунок 1 - Зависимость коэффициента КР от контактного давления Р (ОСТ4 Г0.012.014)
Рисунок 2 - Зависимость коэффициента КЕ от контактного давления Р
