Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ методов отработки и испытаний бортовых радиоэлектронных средств летательных аппаратов на надежность и стойкости к воздействию внешних факторов 12
1.1 Характеристика внешних факторов, действующих на бортовые радиоэлектронные средства летательных аппаратов 12
1.2 Анализ методов испытаний бортовых радиоэлектронных средств летательных аппаратов на стойкость к воздействию ВФ на этапах разработки и производства 15
1.3 Виды и причины отказов бортовых радиоэлектронных средств летатель ных аппаратов, обусловленные воздействием ВФ 19
1.4 Обоснование направлений исследований 22
1.4.1 Повышение надежности и стойкости бортовых радиоэлектронных средств на основе разработки метода и стенда их испытаний и отработки 22
1.4.2 Роль и место проведения отбраковочных испытаний в процессе разра ботки и производства бортовых радиоэлектронных средств 24
1.4.3 Методические особенности внедрения испытаний бортовых радиоэлек тронных средств на комплексное воздействие механических и климатических факто ров 28
Глава 2. Разработка унифицированных метода и технического средства отработки бортовых радиоэлектронных средств летательных аппаратов 38
2.1. Разработка унифицированного метода эквивалентных испытаний 38
2.2 Разработка автоматизированного стенда обеспечения режимов функционирования бортовых радиоэлектронных средств при испытаниях 50
2.3 Результаты внедрения разработанного унифицированного метода испытаний в производство 52
Глава 3. Разработка метода проведения отбраковочных испытаний бортовых радиоэлектронных средств летательных аппаратов 62
3.1 Эффективность внедрения отбраковочных испытаний в процесс разработки и производства высоконадежной аппаратуры 62
3.2 Выбор состава внешних факторов для отбраковочных испытаний 65
3.3 Обоснование режимов проведения отбраковочных испытаний 72
3.3.1 Эмпирический метод определения уровней ВФ для отбраковочных испы таний 73
3.3.2 Метод определения уровней внешних факторов, основанный на оценке мощности отбраковки 76
3.4 Рекомендации по внедрению отбраковочных испытаний в процесс произ водства бортовых радиоэлектронных средств летательных аппаратов 88
Глава 4. Обоснование методов проведения испытаний бортовых радиоэлек тронных средств летательных аппаратов на комплексное воздействие механических и климатических факторов 94
4.1 Разработка алгоритма формирования состава и режимов испытаний бортовых радиоэлектронных средств летательных аппаратов на комплексное воздействие ВФ 94
4.2 Метод определения состава и последовательности приемочных испытаний на основе проведения сравнительных исследовательских испытаний 111
4.3 Расчетно - экспериментальный метод обоснования комплексных испыта ний па основе многофакторного эксперимента 121
Выводы по главе 4 132
Заключение 134
Список литературы 139
- Анализ методов испытаний бортовых радиоэлектронных средств летательных аппаратов на стойкость к воздействию ВФ на этапах разработки и производства
- Разработка автоматизированного стенда обеспечения режимов функционирования бортовых радиоэлектронных средств при испытаниях
- Выбор состава внешних факторов для отбраковочных испытаний
- Метод определения состава и последовательности приемочных испытаний на основе проведения сравнительных исследовательских испытаний
Введение к работе
Повышение технического уровня, качества, надежности и, как следствие, конкурентоспособности продукции, выпускаемой отечественной промышленностью (в том числе вооружения и военной техники) невозможно без перестройки производства и, прежде всего, без пересмотра традиционных взглядов на организацию контроля качества продукции вообще и, в частности, на испытательную деятельность, регламентируемую отечественными стандартами.
Типичные недостатки, присущие этой деятельности, и их отрицательные последствия для экономики предприятий, выпускающих аппаратуру военного назначения, должны существенно возрасти в новых условиях. Уже в настоящее время требования научно-технического прогресса вызывают необходимость проведения непомерно больших объемов испытаний для обеспечения качества и надежности традиционными методами.
В процессе разработки и производства радиоэлектронная аппаратура (РЭА) подвергается различным видам испытаний на воздействие внешних факторов (ВФ). Эти испытания являются одной из наиболее трудоемких и дорогостоящих процедур программы обеспечение качества и надежности. Так, например, в комплексе государственных военных стандартов (КС) "Мороз-б" (введен в действие с 1999 года) включены 5 категорий контрольных испытаний (предварительные и государственные опытных образцов периодические, приемо-сдаточные и типовые серийной продукции), и 55 видов испытаний, в том числе 22 на воздействие климатических и 19 механических факторов, а также испытания на надежность безотказность, долговечность и сохраняемость [62]. Главными, основополагающими принципами, внедренным в КС "Мороз-6" является принцип гибкого подхода при установлении требований и принцип эквивалентности испытательных режимов режимам эксплуатации. И это очевидно, поскольку если методы испытаний неадекватно описывают условия эксплуатации, то принятие решения о качестве аппаратуры (надежность и стойкость к воздействию внешних факторов) в любом случае (недоиспытанность или переиспытание) приведет к неоправданным экономическим потерям, а иногда и к катастрофам.
В процессе выполнения программы Spase Shuttle в специализированной лаборатории ВВС США были проведены исследования, которые показали, что средняя наработка на отказ электронного оборудования, определяемая в заводских условиях, может в 20 раз превышать фактические значения, полученные в условиях эксплуатации (в сред-
нем - в 6 раз) [24,42,43], т.е. аппаратура может в 20 раз раньше выходить из строя, чем планируется. Поэтому в промышленно развитых странах непрерывно и целенаправленно в специально созданных центрах проводятся исследования и теоретические проработки по созданию новых, более эффективных методов обеспечения надежности и стойкости к воздействию внешних факторов непрерывно развивающейся техники.
В соответствии со сложившейся практикой при обеспечении контроля достигнутого уровня качества оборонной продукции основное внимание уделялось контролю и испытаниям готовой продукции. Подтверждение достигнутого уровня качества основывалось на вероятностно-статистических методах и не учитывало уровень обеспечения качества на различных этапах разработки и производства. Это приводило к увеличению объемов испытаний при их низкой экономической эффективности.
Проблема достижения требуемых показателей надежности и стойкости РЭА к воздействию внешних факторов в настоящее время обостряется и в связи резким снижением качества комплектующих изделий, что выдвигает на первый план задачу совершенствования входного контроля изделий и методов отработки РЭА на этапах разработки и производства.
Сокращение ассигнований на оборону и конверсия военного производства при неизменном требовании поддержания на высоком уровне оборонного потенциала страны, обусловили необходимость разработки новых подходов к методологии обеспечения надежности и стойкости РЭА военного назначения к воздействию внешних факторов, основанных на сокращении объемов испытаний при повышении значимости методов математического моделирования и учете возможных эффектов в аппаратуре, обусловленных указанными воздействиями.
Очевидно, что решение этой проблемы должно проводиться на концептуальной основе, затрагивающей вопросы совершенствования методологии обеспечения качества, надежности и стойкости РЭА. Основой такой концептуальной основы в настоящее время является подход, связанный с переносом центра тяжести в области обеспечения и оценки достигнутого уровня качества продукции с этапа контроля и испытаний готовой продукции на этап испытаний и отработки продукции в процессе разработки и производства [84].
Отечественный и международный опыт свидетельствуют, что основная доля потенциально "слабых" мест в аппаратуре, которые могут привести к их отказам в эксплуатации, формируется на ранних стадиях разработки, планирования и освоения производства. Поэтому особое место в достижении стойкости РЭА к воздействию внешних факторов должно отводиться проведению исследовательских и отбраковоч-
7 ных испытаний, проводимых на этапах разработки и производства, позволяющих выявить потенциальные дефекты в аппаратуре.
Практика показывает, что совершенствованию контрольных (приемочных) испытаний в настоящее время идет по пути приближения испытательных режимов к эксплуатационным [86,89] и, в первую очередь по пути внедрения методов испытаний РЭА на комплексное воздействие механических и климатических факторов.
Следует отметить, что вышеуказанные направления совершенствования методологии испытаний являются особенно актуальными для бортовых радиоэлектронных средств летательного аппарата которые в условиях эксплуатации подвергаются действию большого количества внешних факторов (повышенная и пониженная температура, изменения температуры, повышенная влажность, пониженное давление, широкополосная случайная вибрация, виброударные нагрузки и др.) с практически с предельными для их стойкости уровнями воздействия. Существующая методология проведения контрольных испытаний (имеются только общие рекомендации, без привязки к конкретным условиям эксплуатации) не позволяет построить (выбрать) испытательные режимы, соответствующие эксплуатационным.
Кроме того, существующая практика испытаний на надежность и стойкость к воздействию внешних факторов фактически не учитывает влияние различных вариантов работоспособности летательного аппарата и, следовательно, не учитывает влияние взаимодействия различных блоков между собой, а также наличие "паразитных" связей в электрических цепях, что, естественно, сказывается на надежности и стойкости бортовых радиоэлектронных средств. Таким образом, указанная практика проведения испытаний не позволяет выявлять потенциальные дефекты бортовых радиоэлектронных средств в процессе производства, что приводит к значительным затратам при их установлении, анализе причин возникновения и разработки способов исключения этих дефектов в процессе эксплуатации летательных аппаратов.
Поэтому выбранная для исследований тема диссертационной работы, посвященная обоснованию методов и средств отработки и испытаний бортовых радиоэлектронных средств летательных аппаратов на надежность и стойкости к воздействию внешних факторов на этапах разработки и производства, является актуальной.
По указанной проблеме в настоящее время имеется ряд работ, прежде всего таких авторов, как Доминич А.П., Мырова И.О., Оржаховский М.Л., Писарев В.Н., Постнов В.Н., Чернов В.Г. и других [46, 51, 52, 115, 119], в которых исследованы вопросы построения методов испытаний на комплексное воздействие ВФ, обоснование методов оптимизации испытаний РЭА и др. Этим же вопросам уделяется пристальное внимание
8 за рубежом, о чем свидетельствует значительное количество публикаций по этой проблеме, например [49, 50].
Несмотря на значительное количество публикаций по этим вопросам, в них не отражена специфика эксплуатации бортовых радиоэлектронных средствах летательного аппарата. В частности, в них не нашли отражения вопросы обоснования методов испытаний РЭС на комплексное действие только климатических факторов, на комплексное действие повышенной влажности и вибрации (ударов), вопросы учета электрических режимов и сигналов, наведенных в бортовых радиоэлектронных средствах летательного аппарата при испытании конкретного РЭС.
Об актуальности выбранной для исследований темы свидетельствует и тот факт, что в план важнейших работ Минобороны была включена научно-исследовательская работа "Колесник-2" "Совершенствование методов испытаний и обеспечения стойкости РЭА объектов вооружения и военной техники к воздействию климатических и механических факторов на этапах ее разработки и производства" (1996-1999), а с 2000 г. ведется НИР "Колесник-3" «Исследование методов оценки и испытаний РЭА на стойкость к воздействию внешних факторов в обеспечение требований нового поколения КГВС "Мороз-6"», направленные на совершенствование методологии отработки и испытаний РЭА военного назначения.
Целью диссертационной работы является обеспечение надежности и стойкости бортовых радиоэлектронных средств летательных аппаратов к воздействию внешних факторов на этапах их разработки и производства на основе создания и внедрения в практику разработки и производства РЭС методов их отработки и испытаний, позволяющих выявлять скрытые производственные дефекты, и совершенствования методов проведения приемочных испытаний путем внедрения испытаний на комплексное воздействие внешних факторов, эквивалентных по эффективности действия реальным условиям эксплуатации.
Для достижения вышеуказанной цели в работе для решения были поставлены следующие научные задачи:
Оценить действие внешних факторов, в максимальной степени влияющих на надежность и стойкость бортовых радиоэлектронных средств летательных аппаратов в условиях эксплуатации, исследовать статистику и установить причины их отказов при испытаниях на этапах разработки и производства;
Разработать метод и устройство для проведения эквивалентных стендовых испытаний бортовых электронных средств на надежность стойкость к воздействию внеш-
9 них факторов, учитывающих реальные воздействия и электрические режимы эксплуатации РЭС.
3. Обосновать рекомендации по выбору состава внешних факторов для прове
дения отбраковочных испытаний и разработать методы установления режимов прове
дения этих испытаний.
4. Обосновать алгоритм формирования режимов испытаний бортовых РЭА на
комплексное воздействие ВФ и разработать методы проведения исследовательских ис
пытаний РЭА для определения состава и последовательности приемочных испыта
ний при проверке их соответствия заданным требованиям по стойкости к воздействию
ВФ.
Основные положення, выносимые на защиту:
Метод и устройство для проведения эквивалентных стендовых испытаний бортовых электронных средств летательных аппаратов на надежность стойкость к воздействию внешних факторов, позволяющие максимально приблизить режимы стендовых испытаний к реальным условиям эксплуатации в составе летательного аппарата путем комплексного моделирования воздействия ВФ, а также внутренних электрических нагрузок для всех вариантов эксплуатации;
Алгоритм выбора состава внешних факторов для проведения отбраковочных испытаний (циклически изменяющаяся температура, широкополосная случайная вибрация, электротермотренировка), основанный на оценке эффективности их действия с точки зрения выявления дефектов в аппаратуре;
Методы установления режимов проведения отбраковочных испытаний:
- эмпирический метод определения уровней ВФ для отбраковки, основанный
на использовании итерационного процесса и оценке выбора оптимального режима ис
пытаний по критерию «эффективность - стоимость»;
- метод определения уровней ВФ, основанный на оценке мощности отбраковки
путем использования математических выражений, связывающих эффективность от
браковки с основными параметрами воздействующих факторов.
4. Алгоритм формирования режимов испытаний РЭА на комплексное воздействие ВФ и методы проведения исследовательских испытаний РЭА для обоснования состава и последовательности приемочных (раздельных или комплексных) испытаний (метод сравнительных испытаний и расчетно - экспериментальный метод с использованием теории многофакторного эксперимента).
Научная новизна. В работе выдвинуты, теоретически обоснованы и доведены до практического применения принципиально новые положения:
Обоснование рекомендаций по формированию модели эксплуатации для установления режимов испытаний бортовых РЭС летательных аппаратов на воздействие внешних факторов, в определяющей степени влияющих на их надежность и стойкость в условиях эксплуатации (пониженная и повышенная и пониженная температура, изменения температуры, повышенная влажность, пониженное давление, широкополосная случайная вибрация и виброударные нагрузки, электрические нагрузки), а также обоснование классификации причин отказов РЭС и рекомендаций по их устранению
Обоснование рекомендаций по выбору состава внешних факторов и режимов проведения отбраковочных испытаний бортовых радиоэлектронных средств летательных аппаратов, основанные на предложенных в работе эмпирическом методе и методе оценки мощности отбраковки.
3. Разработка унифицированных методов обоснования состава и режимов установления приемочных испытаний для РЭС любых объектов, основанных на оценке эффективности раздельных или комплексных испытаний.
Практическая значимость работы заключается в разработке и внедрении в организациях Минобороны России и на предприятиях промышленности методов испытаний (унифицированный, отбраковочный, приемочный), позволяющих повысить надежность и стойкость бортовых электронных средств летательных аппаратов к воздействию внешних факторов на этапах их разработки и производства. Указанные методы являются унифицированными и могут быть использованы для испытаний РЭА любых объектов (акты внедрения НИИ АО, ПО «Прибор», 22 ЦНИИИ МО).
Достоверность научных положений и выводов, содержащихся в работе, обеспечивается:
корректностью использования математического аппарата теории вероятности и математической статистики, теории испытаний и измерений;
апробацией и публикациями основных результатов исследований;
проверкой их соответствия теоретическим проработкам по исследуемой проблеме и подтверждение соответствия на большом статистическом материале;
проведением сопоставительного анализа с данными других исследований.
Реализация и внедрение результатов работы: Основные теоретические и практические результаты диссертационной работы реализованы при выполнении научно-исследовательских работ по анализу причин выхода из строя блоков бортовых радиоэлектронных средств, изготовления Курского ПО "Электроприбор" (4 отчета в период 1988-93 г.г.) и научно-исследовательских работ "Колесник-2" и "Колесник-3", выполненных по заказам Минобороны и проводимых в
период 1999 -2002 г.г. в НИИИСТ, а также при разработке руководящего документа Минобороны России (РД В 319.02.24-99) и Руководство по восстановлению изделия 10ПМ ( Курское ПО "Электроприбор", 1998 г.).
Эффект от внедрения нормативных документов, содержащих разработанные автором методы, ожидается за счет повышения надежности и стойкости РЭС, снижения затрат на проведение испытаний и доработку.
Результаты диссертационной работы обсуждались на научно-техническом совете ФГУП МНИРТИ. Основные положения и результаты исследований, включенных в диссертацию, докладывались на Международном симпозиуме "Надежность и качество -2002", г. Пенза.
По теме диссертации имеется 7 научных трудов, в том числе 2 Руководящих документа.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 118 наименований. Общий объем диссертации (включая рисунки и список литературы) составляет 146 страниц, иллюстрируется 27 рисунками и 27 таблицами.
Анализ методов испытаний бортовых радиоэлектронных средств летательных аппаратов на стойкость к воздействию ВФ на этапах разработки и производства
В соответствии с ГОСТ 16504 -81 для обеспечения качества продукции, в том числе и РЭС, она в процессе разработки и изготовления подвергается различным видам испытаниям.
Указанные виды испытаний, которым подвергается РЭС ЛА соответствуют вполне определенной стадии жизненного цикла радиоэлектронных средств и, в конечном итоге, направлены на подтверждение выполнения этими радиоэлектронными средствами вполне определенных функций с заданной степенью надежности в течение назначенного ресурса [2,14].
На этапе разработки радиоэлектронного средства проводится наибольшее количество испытаний, а именно: исследовательские, определительные, доводочные, квалификационные, предварительные, межведомственные, государственные и др. Причем, как правило, большинство из перечисленных испытаний отличаются видами ВФ и результатами воздействий.
На этапе производства радиоэлектронных средств определяющими являются отбраковочные (технологические тренировки, эквивалентно - циклические испытания и др.), приемосдаточные и типовые испытания.
На этапе передачи в эксплуатацию и серийного выпуска радиоэлектронных средств необходимы испытания, подтверждающие их качество - периодические испытания, испытания на надежность и подтверждение заданного ресурса [15,16].
Эти виды испытаний отличаются по целям, этапам применения по жизненному циклу, продолжительностью, количеством испытываемых изделий, уровнями воздействия и критериями эффективности [24]. Характеристика видов испытаний приведена в таблице 1.1.
Следует отметить, что условия лабораторных и стендовых испытаний радиоэлектронных средств, в основном, отличаются от условий реальной эксплуатации, так как при их проведении не всегда представляется возможным моделировать случайную совокупность всех внешних воздействий одновременно, как это имеет место при реальной эксплуатации [2,14,17,18] летательного аппарата. Обычно при лабораторных и стендовых испытаниях радиоэлектронных средств их подвергают воздействию одной или нескольких граничных по величине нагрузок [3, 19-23].
Эти различия приводят к значительным расхождениям между показателями надежности, получаемыми в условиях эксплуатации и при всех видах испытаний в лабораторных и производственных условиях. Указанные расхождения обусловлены следующими основными причинами:1) несоответствие внешних воздействий, моделируемых при испытаниях в производстве, реальным внешним воздействием на радиоэлектронные средства;2) наличием различных методик установления отказов, что связано прежде всего с использованием различных критериев установления отказов при испытаниях в производстве и реальной эксплуатации;3) отличие реальных эксплуатационных режимов работы радиоэлектронных средств от режимов при испытаниях в производстве.Поэтому в процессе разработки, серийного производства и особенно эксплуатации радиоэлектронных средств при исследовании влияния внешних воздействующих факторов обязательно, наряду с лабораторными и стендовыми испытаниями, проводят также их испытания в составе летательного аппарата, для которого они предназначены.
В зависимости от условий и места проведения таких испытаний различают полигонные и натурные испытания радиоэлектронных средств летательных аппаратов.
Полигонные испытания радиоэлектронных средств осуществляют на специально оборудованном полигоне при воздействии соответствующих климатическому району применения внешних климатических факторов.При проведении натурных испытаний радиоэлектронных средств предполагается выполнение трех основных условий:- испытаниям подвергаются радиоэлектронные средства, а не их модели или составные части;- испытания радиоэлектронных средств проводятся в условиях и при воздействиях ВФ, соответствующих условиям и воздействиям ВФ при эксплуатации;определяемые характеристики объекта испытаний измеряются непосредственно, без использования аналитических зависимостей, отражающих физическую структуру объекта испытаний и его составных частей. При этом, как правило, допускается применять математический аппарат для статистической обработки экспериментальных данных [25-32].
Целью натурных испытаний является исследование комплексного влияния реальных внешних воздействующих факторов на надежность, изменение параметров, свойств и механизмов отказа радиоэлектронных средств, при их реальной эксплуатации и хранении. Эти испытания позволяют путем анализа статистики отказов исследовать характер реальных физических процессов, протекающих в элементах конструкции и элементной базе радиоэлектронных средств, при воздействии реальных внешних воздействий [33].
В конечном итоге по результатам натурных испытаний разрабатываются конструктивные и схемотехнические решения по приведению в соответствие величин внешних факторов, определяющих (доминирующих) с предельно допустимыми значениями на применяемые элементы конструкции и элементной базы.
Спецификой натурных испытаний являются их продолжительность, сложность и высокая стоимость. Поэтому, для ограничения объема натурных испытаний программа их проведения должна базироваться на анализе результатов [34-37] эксплуатации, лабораторных и стендовых испытаний, а также требований, предъявляемых к радиоэлектронным средствам и, следовательно, к конструктивным элементам и элементной базе. Это позволяет проводить испытания радиоэлектронных средств в составе летательного аппарата только в тех случаях реальных условий, при которых влияние дестабилизирующих факторов наиболее значительно.
Условия проведения натурных испытаний радиоэлектронных средств необходимо максимально приблизить к реальным условиям эксплуатации, для которых характерно чередование рабочих и нерабочих периодов. Поэтому проводят натурные испытания двух видов: под электрической нагрузкой - для определения надежности радиоэлектронных средств при их функционировании и без электрической нагрузки - для определения надежности радиоэлектронных средств в процессе хранения. Одним их основных видов таких испытаний является опытная эксплуатация.
Несмотря на проведения значительного объема испытаний радиоэлектронных средств летательных аппаратов имело место большое количество отказов РЭС в процессе их эксплуатации.
Проведенные исследование статистики отказов, выявления их причин и разработка методов и рекомендаций по обеспечению (повышению) стойкости РЭС к воздействию ВФ в работе проводилось применительно к бортовым радиоэлектронным средствам систем управления оружием летательных аппаратов.
Так, например, для самолета Т8 на начальном периоде эксплуатации (серийное изготовление промышленностью бортовых радиоэлектронных средств - 1985 год) имели место отказы различных блоков в процессе проведения с ними регулировочных работ и приемо-сдаточных испытаний /38/. После проведения исследований по установлению причин отказов блоков бортовых радиоэлектронных средств все отказы были разделены на 3 группы:1. Отказы вследствие схемно-конструкторских дефектов;2. Отказы вследствие выхода их строя комплектующих электрорадиоэлементов;3. Отказы, вызванные производственными дефектами.Фактическое количество отказов блоков при испытаниях радиоэлектронных средств, обу
Разработка автоматизированного стенда обеспечения режимов функционирования бортовых радиоэлектронных средств при испытаниях
Проведение комплексной проверки всех блоков, входящих в систему управления оружием, по разработанной унифицированной методике, должна включть имитацию всех типов загрузки вооружения летательного аппарата с отработкой предусмотренных режимов:- встроенного контроля.- работа с бомбовой загрузкой.- работа с пушечным вооружением.- работа с топливными подвесными баками.- работа с ракетным вооружением.
При этом, наряду с контролем прохождения команд в автоматическом режиме, предусмотрен визуальный контроля за работоспособностью на пульте индикации в зависимости от манипуляций с выключателями пультов выбора режима работ и управления ими.
Учитывая значительный объем информации, которую надо перерабатывать в ходе испытаний первоначально был разработан стенд, позволяющий разместить все пульты и системные блоки таким образом, чтобы имитировать их расположение в кабине самолета и в соответствующих отсеках. Затем в соответствии с бортовыми фидерными схемами была разработана схема жгута, позволяющая стыковать все блоки, входящие в систему управления оружием.
Для отработки существующих различных вариантов загрузки (формирования необходимых признаков), моделирования алгоритмов работы и контроля прохождения команд использовались 4 штатные проверочные установки системы управления вооружением (СУВ), включенные в общую схему посредством изготовленного имитатора бортового жгута (рис.2.6). Кроме того, была разработана и внедрена в производство методика 6Ж 1.330.019-01И проверки системы управления оружием в ручном режиме в комплекте.
Накопленный положительный опыт испытаний с использованием указанного стендапроверки комплекта блоков и унифицированной методики испытаний для отработки РЭСлетательных аппаратов был положен в основу разработки и внедрения в производство методики автоматизированного учета наработки РЭС и "Аппаратуры контроля унифицированной" системы управления оружием6Ж1.330-019-01ИЭ (рис.2.7) с использованием программного материала (децимальный номер 6Ж1.330.019-01Д1).
Рис.2.6 Структурная схема стенда проверки комплекта блоков с помощью четырех проверочных установок и имитатора бортового жгута.
Разработка унифицированного эквивалентного метода испытаний и его внедрение на Курском ПО «Прибор» при проведении приемо-сдаточных испытаний блоков позволили значительно, как показано в следующем подразделе, эффективно выявлять скрытые потенциальные дефекты и, следовательно, повысить качество изготавливаемой продукции, за счет моделирования в лабораторных условиях реальной работы составных частей бортовых радиоэлектронных средств.
Разработанный унифицированный метод испытаний был внедрен в серийное производство на предприятии-изготовителе бортовых электронных средств (Курское ПО «Прибор») в 1993 году. При отработке этого метода удалось выявить скрытые конструктивно схемные дефекты электрорадиоизделий (ЭРИ) и предложить рекомендации по их исключению.
Например, Ереванское предприятие "Радиореле", выпускающее реле РЭН34, начиная с 1992 года, перешло на изготовление модернизированного варианта реле с незначительно уменьшенным сопротивлением обмотки.
При установке данного реле в блоке коммутации и проверки его в составе всего электронного средства по разработанной методике был выявлен схемно-конструктивный недостаток, связанный с непрохождением команды "Обнуление СУО". Проведенный анализ причин отказов выявил, что при снятии питания команды +27В "АЗР Автоматика" в блоке коммутации модернизированное реле РЭН34 через обмотку другого реле РЭН34 запитывалось напряжением 9 вольт от шины питания "Накал", что приводило к сбою прохождения команды "Обнуление СУО". Выявление данного дефекта в условиях предприятия позволило сразу же принять эффективные меры по его устранению.
При отсутствии предложенного в работе унифицированного метода испытаний, указанные дефекты могли бы быть выявлены только после проведения исследовательских работ на основных объектах в эксплуатирующих организациях Минобороны, что потребовало бы значительных материальных затрат и сокращения парка самолетов, находящихся в эксплуатации. В целом, это могло привести к поставке на предприятия-изготовители основных объектов и в организации Минобороны фактически неработоспособной продукции. Причем с учетом значительного годового объема внутренних поставок (200-250 штук) и широкой географии мест отгрузки продукции (от Комсомольска на Амуре до Тбилиси), а также значительного объема экспортных поставок, не выявления данного схемно-конструктивного недостатка, привело бы к значительным материальным затратам, связанных с его идентификации и устранению особенно в эксплуатации.
Внедрение в практику унифицированной методики испытаний позволили ежемесячно выявлять 2-3 случая скрытых производственных дефектов.
В таблице 2.3 приведены данные по статистике выявления скрытых конструктивно-схемных дефектов, обнаруженных в результате проведения испытаний с использованием унифицированного метода. Использование разработанного унифицированного метода испытаний стало особенно необходимым после 1992 года, когда значительно возросли все расходы, связанные с установлением причин забракования продукции и устранением отказов.
После проведения на предприятии-изготовителе всех регулировочных работ и приемосдаточных испытаний блоки бортовых радиоэлектронных средств направлялись на предприятия-изготовители основных объектов, и после отработки и прохождения приемо-сдаточных летных испытаний передавались в составе летательных аппаратов в эксплуатирующие организации.
Кроме того, указанный метод эквивалентных испытаний радиоэлектронных средств систем управления оружием был также внедрен на следующих предприятиях отрасли:- Курском ОАО "Прибор";
Комсомольском на Амуре авиационно-производственном объединении, а также использовался на других предприятиях и в эксплуатации.
Ниже приведены соответствующие материалы по статистике выявленных отказов и причин их возникновения.
Установлено, что за 1992 год на предприятиях-потребителях и в эксплуатации было забраковано 212 блоков. По результатам исследований было принято 129 претензий, т.е. 60,7 % от числа забракованных, при этом, неисправности по причинам дефектов распределялись
производственных дефектов - 14, т.е. 10,9% от числа принятых; отказов комплектующих - 108, т.е. 83,6% от числа принятых; конструктивных дефектов - 7, т.е. 5,5% от числа принятых. Отклонено 83 претензии по качеству, что составляет 39,3%) от числа предъявленных, из них:ошибочных забракований - 47, т.е. 22,2% от числа предъявленных; отказов из-за превышения режимов - 36, т.е. 17,1%) от числа предъявленных.
Причем, если учитывать забракования блоков вследствие превышения режимов по цепям ЭРИ, то согласно результатов анализа их изготовителей, общее число выведенных из строя блоков увеличивается на 27 шт., т.е. суммарный процент будет составлять 29,7 % от числа предъявленных.Распределение выявленных дефектов за 1991-92 г.г. представлено в таблице 2.4. Распределение выявленных дефектов в течение 1991-1992 г.г.
Выбор состава внешних факторов для отбраковочных испытаний
Для обоснования состава ВФ для отбраковочных испытаний оценим эффективность воздействия различных внешних факторов по выявлению дефектов производства аппаратуры и ее составных частей. При этом воспользуемся отечественными данными [86] и данными ряда компаний США, обобщенных IES - Institute of Environmental Sciences [87].
Эффективность воздействия различных ВФ с точки зрения выявления дефектов аппаратуры показана на диаграмме [87], приведенной нарис. 3.1. Как следует из диаграммы, наиболее эффективным видом воздействия для выявления дефектов электронной аппаратуры является циклическое изменение температуры, затем случайная вибрация и повышенная температура.
Различные виды воздействий ускоряют проявление разнотипных дефектов. Поэтому для правильного выбора наиболее эффективного воздействия необходимо знать типы дефектов, которые преобладают в аппаратуре и ее составных частях. На начальном этапе организации технологии отбраковки для выбора воздействий и режимов можно использовать накопленный к настоящему времени опыт, однако, в дальнейшем опытным путем необходимо определять наиболее эффективные воздействия применительно к конкретной аппаратуре и технологическому процессу.
В качестве примера в таблице 3.3 приведены виды производственных дефектов, выявляемые при воздействии основных внешних факторов [88]. Как правило, скрытые дефекты комплектующих изделий выявляются при тепловых воздействиях, а технологические дефекты изготовления, некачественная работа при сборке, а также перемежающиеся отказы - при воздействии вибрации.
Ранее было отмечено, что наиболее эффективным воздействием при отбраковке радиоэлектронной аппаратуры является циклическое изменение температуры. Действительно, при циклическом изменении температуры возникают деформации и термические напряжения, которые способствуют проявлению механических по своему характеру: дефектов растрескивания и расслаивания покрытий, растрескивания герметизирующих компаундов, разрыва уплотнений и швов в корпусе, изменение электрических характеристик из-за механического смещения изолирующих материалов и т.д. Эти деформации возрастают с ростом градиентов температуры, особенно в случаях сопряженных деталей из различных материалов с различными коэффициентами линейного расширения.
Вибрация способствует выявлению дефектов механического типа, связанных с неудовлетворительными конструктивными решениями и недостатками технологического процесса. Вибрационное воздействие возбуждает в конструкции РЭС знакопеременные механиче-;кие колебания, которые приводят к возникновению в материалах конструкции напряжений и накоплению усталостных повреждений. В практике вибрационного нагружения используются 3 вида воздействий:- синусоидальные колебания на фиксированных частотах;- синусоидальные колебания с плавно изменяющейся частотой;- широкополосная случайная вибрация.
Многочисленные теоретические и экспериментальные исследования, проводимые в рамках отработки методов стендовых испытаний РЭС, показывают, что наиболее эффективно для выявления дефектов целесообразно использовать широкополосную случайную вибрацию [89]. Это связано с тем, что она возбуждает колебания во всем заданном диапазоне частот, т.е. одновременно проявляются все резонансы изделия. Например, два соседних изделия с разными резонансными частотами входят в резонанс одновременно. Этого никогда не происходит при синусоидальной вибрации на фиксированных частотах. При синусоидальной сканирующей вибрации изделие на короткое время испытывает высокие напряжения (на резонансе), а затем во внерезонансной области частот практически не испытывает напряжений. Поэтому синусоидальная вибрация скорее может привести к повреждению исправного изделия и в то же время не обеспечить накопления требуемых усталостных напряжений в нем.
При электротертренировке выявляются дефекты, связанные с химическими процессами и процессами миграции частиц в полупроводниках. Поэтому термотренировки используют для выявления дефектов, связанных с загрязнением и повреждением барьеров в полупроводниковых ЭРИ. Такие дефекты легче всего устраняются на уровне комплектующих изделий, так как на этом уровне можно задавать более высокие уровни температуры, чем на более высоких уровнях сборки.
Опытным путем было показано, что скрининг как по тепловым, так и по вибрационным нагрузкам эффективнее, если вибрационный скрининг проводится после температурного. Однако однозначных правил нет. Наиболее эффективные воздействия или их сочетания необходимо подбирать опытным путем.
Таким образом, из вышеизложенного можно сделать следующие практические выводы.1. При отбраковочных испытаниях целесообразно РЭС подвергать действию циклически изменяющейся температуры, случайной вибрации, а также воздействию повышенной температуры.2. Отбраковочные испытания необходимо проводить на всех уровнях монтажа РЭС (плата, модуль, блок, стойка), поскольку эффективность устранения дефектов значительно выше (стоимость значительно ниже) на самых ранних уровнях производственного цикла - на уровне комплектующих изделий, чем на уровне модуля, блока или РЭС в целом.3. При отбраковочных испытаниях аппаратуры, составных частей и сборочных единиц режимы воздействия ВФ рекомендуется выбирать максимально жесткими. Допускается превышать уровни воздействия ВФ, которые установлены в НД на аппаратуру в целом или на ее составные части и сборочные единицы, что должно быть согласовано с заказчиком, а также разработчиком (изготовителем) составных частей, сборочных единиц. При этом должны быть приняты меры, исключающие внесение новых видов дефектов, обусловленных воздействием ВФ. Например. комплектующие изделия можно выдерживать при температуре 150-240оС не опасаясь за ухудшение качества. Но такое же воздействие выведет из строя печатную плату из-за разных коэффициентов расширения материалов этой платы.4. При выборе конкретного воздействия необходимо также оценивать сложности практической реализации отбраковки для различных уровней сборки и эффективность воздействия конкретных ВФ с точки зрения выявления конкретных дефектов. Например, изменение напряжения питания и действие вибрации проще реализовать на уровне блока, поскольку нет необходимости в разработке специальной контрольно-измерительной аппаратуры (КИА), устройств монтажа на стенде и т.д. В то же время, наиболее эффективные режимы тепловых воздействий (например. тепловой удар) не могут быть реализованы на уровне блока или РЭА в целом.В таблице 3.4 приведены преимущества и недостатки использования стресс-скрининга наразличных уровнях сборки.
Преимущества и недостатки использования стресс-скрининга на различных уровнях сборки РЭС
Метод определения состава и последовательности приемочных испытаний на основе проведения сравнительных исследовательских испытаний
Суть метода заключается в проведении испытаний нескольких выборок (образцов)РЭС, одни из которых подвергаются раздельному, а другие комплексному воздействию определенных ВФ. По результатам испытаний определяется их эффективность и, на основании этого, определяется оптимальный состав контрольных (приемочных, периодических, приемо-сдаточных и др.) испытаний РЭС. Для испытаний выбираются опытные образцы РЭС со стадии их разработки или серийные.
Количество изделий для испытаний должно соответствовать планируемому числу испытаний на раздельное и комплексное воздействие ВФ. Объем выборок на каждое испытание устанавливается из условия обеспечения заданной достоверности результатов испытаний.Методики проведения испытаний РЭС на воздействие конкретных ВФ должны соответствовать требованиям стандартов [54,63,64]. Кроме того, при разработке указанного метода использовались методики испытаний, приведенные в [55-57].
Состав и последовательность действия ВФ [63] при оценке эффективности испытаний на раздельное и комплексное воздействие ВФ приведены в таблице 4.4.
Выбор комплексируемых ВФ определялся с учетом их максимального влияния на РЭС (изменение значений параметров, появление отказов и др.). В качестве комплексируемых ВФ были выбраны рекомендуемые ранее такие факторы, как вибрация, температура (повышенная и пониженная) и повышенная влажность.
Нормы испытаний на воздействие ВФ (раздельное или комплексное) выбирались в соответствии с требованиями, установленными для раздельных ВФ в [106] (для электрорадиоизделий) и [54,64] (для аппаратуры).В качестве примера рассмотрим оценку эффективности воздействий ВФ (раздельных или комплексных) при испытаниях шести выборок РЭА. Три выборки РЭА подвергались последовательному действию вибрации (широкополосной случайной или синусоидальной) и одному из следующих климатических факторов: повышенной температуры, пониженной температуры и повышенной влажности. Три другие выборки РЭА подвергались комплексному воздействию вибрации и одного из вышеприведенных климатических факторов.
Состав ВФ для испытаний каждой выборки РЭС, номера НТД, в которых описаны методы испытаний, приведены в табл.4.5.при кратковременных испытаниях РЭС на воздействие климатических факторов по сравнению с продолжительностью испытаний на вибрацию, по окончании действия климатических факторов КК выводят из рабочего режима, продолжая испытывать РЭС на воздействие вибрации с требуемой продолжительностью испытаний;если продолжительность воздействия на РЭС климатических факторов превышает продолжительность воздействия вибрации, то выключение средств испытаний проводится в обратной последовательности.4. После окончания испытаний РЭС извлекают на КК и выдерживают в нормальных климатических условиях в течение времени, установленного в ПИ, проводят визуальный осмотр и измерение параметров.5. Если РЭС в соответствии с ПИ должны подвергаться воздействию вибрации в трех или двух взаимно перпендикулярных направлениях, тогда испытания выборок РЭС № 4-6 состоит из трех или двух циклов соответственно, в каждом из которых РЭС, занимая определенное пространственное положение, подвергаются комплексному воздействию вышеуказанных факторов. В таких случаях КК соответственно три или два раза вводится (выводится) в рабочей режим (из рабочего режима). Продолжительность каждого конкретного цикла испытаний устанавливается в ПИ.
Оценка результатов испытаний проводится путем сравнения эффективности воздействия последовательных и комплексных испытаний, на основании которой принимается решение о выборе состава и последовательности контрольных испытаний РЭС на воздействие ВФ.
Под эффективностью испытания на воздействие ВФ понимается способность указанного ВФ влиять на появление большего количества дефектов в РЭС (изменение параметров, появление отказов), по сравнению с количеством дефектов, возникающим в РЭС при воздействии другого (их) ВФ.
Эффективность испытаний, основанная на контроле изменения параметров РЭС, оценивается либо по амплитуде изменения параметра, либо по скорости его изменения. При оценке эффективности испытаний по амплитуде изменения параметра РЭС вычисляется среднее значение амплитуды параметра "Q", его среднеквадратическое отклонение "G " и определяется оценка ухода параметра при воздействии (ях) ВФ "Q",
К - толерантный коэффициент, зависящий от объема выборки " п " РЭС и показывающий с достоверностью "у " , что определенная часть "Р" распределения лежит в пределах Q + К G . который выбирается из таблиц при заданных значениях "Р" и "у" [36].
Если значения "Р" и "у " не заданы, то рекомендуемыми значениями являются Р=0,95 и у =0,9.Знак "+" в выражении (4.1) берется при увеличении параметра РЭС при воздействии ВФ, нак "-" - при уменьшении параметра РЭС при воздействии ВФ.
Если оценка эффективности испытаний проводится по скорости изменения параметра РЭА, то в выражении (4.1) вместо значений "Q" подставляется значенияу = dQ/dt. в остаїьном обработка результатов испытаний проводится аналогично случаю, когда эффективность оценивается по амплитуде изменения параметра РЭС.
Для обработки результатов испытаний выбираются значения параметров, которые претерпели изменение за одинаковый промежуток времени испытаний. Время испытаний должно соответствовать значению, установленному в ПИ на основании требованийнтд.
Допускается сократить время испытаний, если параметры РЭС в выборке изменились не менее чем на 30%.Эффективность испытаний, основанная на анализе появления отказов, оценивается либо по числу отказов, либо по результатам обработки времени появления отказов.
Первый случай не исключает ошибочного приема решения при наличии в выборке дефектных изделий.
При оценке эффективности испытаний по времени появления отказов испытания необходимо проводить как граничные (до выхода из строя всех образцов в выборке), либо ограничиться определенным назначенным числом отказов в выборке, например 20%. В этом случае эффективность оценивается по выражениюT = T + (n,P,y) GT, (4.2)в котором обозначения имеют ту же смысловую нагрузку, что и в выражении (4.1).
При оценке эффективности по выражениям (4.1) и (4.2) допускается иметь различное число РЭС (ЭРИ) в выборках. Для повышения достоверности испытаний при обработке их результатов необходимо оценивать по правилам математической статистики принадлежность результатов статистическому ряду.
