Глава 7 надежность радиоэлектронных устройств

С момента изобретения полупроводниковых приборов, они нашли широкое применение в самой разнообразной аппаратуре. Это связано с их преимуществами перед вакуумными лампами: отсутствие цепей накала, миниатюрное конструктивное оформление, высокая механическая прочность и практически мгновенная готовность к работе, что позволило коренным образом изменить внешний облик и функциональные возможности аппаратуры.

Дальнейшее развитие полупроводниковой электроники пошло двумя путями:

1) по пути интеграции активных дискретных и пассивных элементов в одной гибридной или монолитной схеме;

2) по пути создания принципиально новых полупроводниковых приборов, которые заменяют целые узлы в радиоэлектронной аппаратуре, что многократно уменьшает ее вес, габариты и увеличивает надежность.

В настоящее время создано огромное количество интегральных схем и исследовать их характеристики просто не имеет смысла, так как обычно производители прилагают к своим изделиям подробные описания, но основные элементы микросхем не так многочисленны. Это диоды, стабилитроны, туннельные диоды, диоды с барьером Шоттки, полевые и биполярные транзисторы, теристоры и семисторы, варикапы.

В настоящее время проблема надежности радиоэлектронных устройств (РЭУ) заметно обострилась. Объясняется это следующим:

1. РЭУ заметно усложнились в схематическом отношении.

2. Ожесточились условия, в которых эксплуатируется современная радиоэлектронная аппаратура. Они часто характеризуются большим перепадом температур, высоким или низким давлениями, наличием механических воздействий и т.д.

3. Повысились требования к точности функционирования РЭУ.

4. Повысилась «цена» отказа РЭУ: он может привести к серьезным техническим и экономическим потерям.

5. В ряде случаев человек-оператор не имеет непосредственного контакта с РЭУ (электронные датчики контроля хода технологических процессов в агрессивных средах, РЭУ на непилотируемых летательных объектах).

 

7.1. Основные понятия и определения теории надежности

Теория надежности – это научная дисциплина, занимающаяся вопросами обеспечения высокой надежности технических изделий при наименьших затратах.

Основными понятиями теории надежности являются понятия «надежность» и «отказ».

Под надежностью понимают свойство изделия сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции, в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.

Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения изделия и условий его применения может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определенные сочетания этих свойств. Нередко под надежностью в узком смысле слова понимают безотказность изделия.

Многие понятия и определения теории надежности базируются на таких понятиях, как работоспособность и безотказность.

Безотказность – свойство изделия непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки. Под работоспособным состоянием (кратко – работоспособностью) понимают состояние изделия, при котором оно способно выполнять предписанные ему функции, имея значения выходных параметров в пределах норм, оговоренных в технической документации.

Долговечность – свойство изделия сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Ремонтопригодность – свойство изделия, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.

Сохраняемость – свойство изделия сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность изделия выполнять требуемые функции, в течение и после хранения и (или) транспортирования.

С точки зрения восстанавливаемости различают восстанавливаемые и невосстанавливаемые изделия. Восстанавливаемые изделия в случае возникновения отказа подвергаются ремонту и далее снова используются по назначению. Невосстанавливаемые изделия не подлежат либо не поддаются ремонту по техническим или экономическим соображениям.

В теории надежности различают надежность устройств и надежность входящих в него элементов. Устройства чаще являются изделиями восстанавливаемыми. Элементы – обычно изделия невосстанавливаемые.

РЭУ, как системы с точки зрения надежности, могут быть простыми и сложными. Для системы простой отказ в целом наступает в случае выхода из строя хотя бы одного из элементов (пример – телевизор). Для сложной системы в случае отказа ее составных частей происходит снижение эффективности ее функционирования, так как функцию вышедшего из строя устройства может взять на себя оператор. Например, при отказе устройства автоматического поворота антенны эту функцию берет на себя человек, выполняя операцию поворота вручную.