Материал: Методы и средства испытаний электронных систем. Никитин Л.Н

1.9. Матричные испытания

Широкое применение граничных испытаний оказывается практически невозможным из-за того, что каждый параметр какоголибо элемента или РЭА связан сложной функциональной зависимостью с остальными параметрами элемента или схемы, а также зависит от влияния различных внешних факторов. Метод матричных испытаний, являющийся дальнейшим развитием граничных испытаний, заключается в том, что при испытании осуществляют моделирование рабочей области радиоустройства при всех возможных значениях первичных параметров, находящихся в пределах допусков. Для моделирования параметров схемы, лежащих в границах, предусмотренных техническим заданием, составляют матрицу состояний (матрицей называют систему тп чисел, расположенных в прямоугольную таблицу из т строк и п столбцов). В общем случае работоспособность и надежность РЭА зависят от большого числа параметров элементов схемы и внешних факторов, воздействующих на величину этих параметров. Для удобства ограничимся рассмотрением матричных испытаний устройства, работоспособность которого зависит лишь от двух параметров, и имеется необходимая информация о характере случайных воздействий, о сигнале и некоторых других закономерностях. Условимся все параметры, от которых зависит работа РЭА, называть определяющими и считать, что диапазон их возможных значений ограничен интервалами (x1мин, х1макс),(х2мин, х2макс).

Эти интервалы определяются допусками в соответствии с техническими требованиями, предъявляемыми к РЭА и его элементам. Разобьем эти интервалы на одинаковые участки (кванты), число которых соответственно будет l(1) и l(2). Значения параметров, соответствующие серединам участков будем называть представителями квантов. Состояние РЭА, при котором определяющие параметры находятся в заданном кванте и принимают значения представителя кванта, называют ситуацией состояния схемы. При двух параметрах, определяющих работоспособность схемы, число возможных ситуаций РЭА равно:

36

Индекс 2 при N означает, что рассматривается двумерный случай, т. е. имеются два определяющих параметра. В общем случае при n. определяющих параметрах число возможных ситуаций равно:

j 1

Каждая ситуация состояния соответствует определенным значениям параметров элементов. Под действием различных причин изменяются параметры и ситуации. Для учета одновременного изменения всех определяющих параметров пользуются последовательностью ситуаций a1, a2,…, aj,…, am.С целью моделирования возможных состояний составим матрицу ситуаций:

где первый индекс при а характеризует параметр, а второй показывает какому кванту данного параметра он принадлежит.

Наличие матрицы комбинаций случайных величин, характеризующих входные параметры РЭА, позволяет численным методом определить возможные реализации случайных значений входных параметров. Перебор всех возможных ситуаций для данного устройства может быть осуществлен путем приведения матричных испытаний, а также методом физического моделирования. Очевидно, что некоторые из ситуации будут отказовыми, последовательность которых обозначим:

1 , 2 ,..., ,..., .

Знание вероятности появления отказовых ситуаций P1(t), P2(t), ..., Р(t),..., P (t),... позволяет определить область работоспособности. Вероятность того, что в момент времени t схема окажется неработоспособной, выразится так:

37

Вероятность работоспособности схемы в момент включения можно определить, предположив t=0. В этом случае вероятность отказа схемы после сборки (Рсб) определится:

Итак, в случае знания законов «старения» отдельных элементов схемы и начального значения вероятности постоянных отказов Рсб можно определить вероятность появления отказовых ситуаций Р(t).

С целью некоторого уменьшения трудоемкости матричных испытаний возможно производить перебор не всех несовместных ситуаций устройства N, а только части Nм, выбираемых в соответствии с методом Монте-Карло по случайному закону.

Необходимое число испытаний Nм при заданной достоверности 1— и ошибки испытаний может быть определено из соотношения

l - число участков (квантов), на которые разбит диапазон изменения параметров (xjмин, хjмакс ).

Предполагается, что для всех параметров РЭА диапазон разбивается на одинаковое число участков l(1)=l(2)=…=l(j)=l, каждый из которых представлен в испытаниях равной вероятностью. На конкретном примере можно показать, что применение метода МонтеКарло сокращает объем испытаний по сравнению с методом последовательного перебора. Так, например, при l=4, =0,05и =0,01 получаем:

Табл. 2 показывает, что при числе определяющих параметров n=20 необходимое число испытаний Nм при применении метода Монте-Карло в 25* *105 раз меньше.

Совместное применение статистического и матричного методов испытаний значительно сокращает объем испытания, позволяет использовать не математическую, а физическую модель РЭА, с помощью которой можно проследить случайные изменения параметров в соответствии с определенным статистическим законом. Значительная трудоемкость матричных испытаний привела к необходимости разработки и применения специальных приборов, позволяющих автоматизировать процесс испытаний. Эти приборы (автоматы) позволяют в соответствии с матрицей ситуаций автоматически переключать элементы, реализующие значения представителей квантов, определяющих параметры испытуемой РЭА, т. е. осуществлять перебор ситуаций; проверять работоспособность РЭА в каждой ситуации в соответствии с заданными критериями отказа; регистрировать количество и характер отказов.

В настоящее время в России группой инженеров разработан автомат статистических и матричных испытаний, позволяющий оценивать вероятность безотказной работы РЭА в определенный момент времени, а также осуществлять оптимизацию надежности схемы путем выбора оптимальных значений, определяющих параметры.

Достоинством метода матричных испытаний является возможность оптимизации надежности РЭА, т. е. возможность получения информации о степени надежности РЭА (соотношение отказовых и неотказовых ситуаций в пределах рабочей области). К недостаткам метода, ограничивающим его применение, относятся отсутствие информации о соотношении рабочей области и области функционирования, исключающей оценку запаса надежности, а также невозможность количественной оценки надежности.

Следует отметить, что автоматы матричных испытаний хотя и ускоряют процесс перебора ситуаций, но весьма сложны и трудоемки в налаживании.

39

1.10.Испытания РЭА в процессах проектирования

ипроизводства

Радиоэлектронная аппаратура подвергается испытаниям как в процессах производства и эксплуатации, так и в процессе проектирования. Процесс проектирования РЭА и ее элементов в основном складывается из научно-исследовательских (НИР) и опытно-конструкторских (ОКР) работ.

В ходе НИР разрабатывают техническое задание, в котором устанавливают основные параметры РЭА и условия его эксплуатации. Кроме того, выполняют прикидочный расчет надежности, определяют основные параметры элементов, изготовляют и испытывают экспериментальные образцы. Испытания образцов производят с целью определения направления последующих конструкторских работ по их усовершенствованию. В заключение испытаний оформляются протоколы и на основании приводимых в них выводов разрабатывается проект методики проведения испытаний на последующих этапах. На основании полученных при выполнении НИР данных приступают к проведению ОКР.

Первоначальным этапом ОКР является эскизный проект, в процессе выполнения которого осуществляют лабораторные испытания макета РЭА. В заключение эскизного проекта даются рекомендации по объему и методике испытаний, разрабатываются технические задания на испытательное и измерительное оборудование.

Следующим этапом является технический проект, в ходе которого изготовляют опытные образцы, подвергающиеся испытаниям с целью выявления ошибок проектирования, определения слабых мест, которые могут приводить к недостаточной надежности РЭА, а также установления и проверке допусков. При этом образцы РЭА должны испытываться в условиях, соответствующих реальным условиям эксплуатации.

Заключительным этапом ОКР является изготовление опытной партии. На этапе опытного производства испытывают образцы опытной партии: проектируют и изготовляют контрольноиспытательное оборудование. При проведении испытаний опытной партии необходимо иметь комплект конструкторских документов,

40