Métodos para proteger radios de influencias mecánicas. Métodos para monitorear equipos electrónicos durante la producción.

Introducción

1. Selección y justificación del esquema del circuito eléctrico.

4. Cálculos de confiabilidad al diseñar equipos electrónicos.

Especificación

Literatura

Introducción

La electrónica de semiconductores es un campo progresivo de la ciencia y la tecnología. Ya en la primera década después de la invención de los transistores, los dispositivos semiconductores encontraron una amplia aplicación en una amplia variedad de equipos, desplazando completamente a los tubos de vacío. Esto se debió a sus ventajas sobre estos últimos, como el bajo consumo de energía, la ausencia de circuitos de filamentos, el diseño en miniatura, la alta resistencia mecánica y la disponibilidad casi instantánea para el trabajo, lo que permitió cambiar radicalmente la apariencia y funcionalidad equipo. Sus dimensiones generales y su consumo energético se han reducido significativamente. En particular, se han generalizado las radios portátiles de pequeño tamaño, las grabadoras y los televisores que funcionan con baterías. Las capacidades de la tecnología informática se han ampliado enormemente: la potencia y la velocidad de las computadoras han aumentado considerablemente con una reducción significativa en las dimensiones generales y el consumo de energía. Gracias a los dispositivos semiconductores discretos, los equipos subieron con confianza a bordo de aviones, cohetes y penetraron en el espacio, asumiendo cada vez más las funciones de controlar procesos y diversos objetos, que antes era un área indivisa de la actividad humana.

La introducción de dispositivos semiconductores y circuitos integrados en equipos radioelectrónicos se llevó a cabo superando importantes dificultades. Uno de los principales fue el problema de garantizar una alta confiabilidad del funcionamiento de los dispositivos en el equipo. En teoría, la vida útil de un dispositivo semiconductor ideal era de varios cientos de años. Y tal predicción debe considerarse justificada, ya que se basa en el hecho de que la durabilidad de un dispositivo, en el que no hay partes mecánicas móviles y se utiliza un semiconductor sólido como región activa, está determinada principalmente por la resistencia al desgaste de materiales estructurales y la tasa de degradación de los procesos físicos y químicos estimulados por el paso de la corriente a través del dispositivo y factores externos. En la práctica, predicciones tan prometedoras no se confirmaron. Los dispositivos semiconductores reales que reemplazaron a las lámparas tenían una durabilidad relativamente baja y fallaron.

El surgimiento del problema de la confiabilidad en la electrónica se remonta a principios de los años cincuenta, cuando el desarrollo de la tecnología condujo a la creación de complejos equipo radioelectrónico y transferirle funciones básicas de gestión. Durante este período, los especialistas se enfrentaron a fallas muy frecuentes en los equipos, principalmente debido a imperfecciones en los circuitos y elementos de baja calidad. Para superar las dificultades creadas, se necesitaba un enfoque con base científica que garantizara el alto rendimiento de los diversos equipos y dispositivos incluidos en él. Este enfoque dio lugar a la creación de una nueva dirección científica: la ciencia de la fiabilidad.

Las disposiciones básicas de la teoría general de la confiabilidad son la base para el desarrollo de cuestiones de confiabilidad aplicada en diversos campos de la tecnología, incluida la electrónica de semiconductores.

Una gran cantidad de trabajo destinado a mejorar la confiabilidad de los dispositivos semiconductores y circuitos integrados en nuestro país y en el extranjero, y los éxitos logrados en esta área aseguran, en la mayoría de los casos, el funcionamiento de los dispositivos en funcionamiento con una confiabilidad caracterizada por tasas de falla. Sin embargo, el constante aumento de la complejidad de los equipos electrónicos y la ampliación de las funciones de control que realizan plantean requisitos cada vez más estrictos para los productos componentes. Esto, a su vez, estimula la ampliación del alcance del trabajo en el campo de la confiabilidad y requiere una generalización periódica de los resultados obtenidos.

La base material de todo el sistema es el subsistema para recopilar datos de confiabilidad y analizar fallas de los instrumentos en todas las etapas de su ciclo vital. Consistencia de todos los componentes del sistema de confiabilidad, mejora continua. fundamentos organizacionales Los sistemas deben seguir el ritmo de los avances en el campo de la electrónica de semiconductores.

1. Selección y justificación del diagrama estructural eléctrico.

El bloque de conversión de código está diseñado para convertir código decimal binario. programas tecnológicos a código binario y conversión inversa de código binario a código binario decimal para obtener cintas perforadas corregidas y duplicados utilizando una perforadora PL.

El bloque consta de subbloques:

SB-443 3.082.443 E3 – interfaz;

SB-442 3.082.442 E3 – parte general del convertidor;

SB-441 3.082.441 E3 – conversión de código binario a BCD (2/2-10);

SB-440 3.082.440 E3 – conversión de BCD a binario (2-10/2).

La CPU controla el bloque a través de registros que tienen las direcciones:

166622 – RD 1 palabra;

166624 – RD 2 palabra;

Formato RS, categorías:

2 1 – conversión 2-10/2, escrita, leída por la CPU;

2 2 – conversión 2/2-10, escrita, leída por la CPU;

El intercambio de datos entre la CPU y el bloque se realiza mediante operaciones de software.

Dado que el bloque BOD y el bloque de multiplicación tienen la misma interfaz, el acceso a los bloques está determinado por el bit de dirección AO4. Para el BOD, el bit AO4 es igual a uno, para el bloque de multiplicación es cero.

Las direcciones de los registros BOD, después de pasar por los formadores de bus (chips D1 - D4), se descifran en el SA (chips D9, D10, D15) y se almacenan en el registro de direcciones RA (chips D11, D12 del SB-443 subbloque).

Las señales de control "A00 - A04", "BYTE", "SALIDA" se suministran a la celda común del convertidor de código y se utilizan para escribir información en el RD (chips D5 - D11) y la PC (chips D13, D14).

Los datos del RD ingresan a los convertidores de código, donde, según el tipo de conversión determinada por el estado de los bits RS, se produce la conversión del código.

2. Definiciones básicas de la teoría de la confiabilidad.

Todos los productos industriales, incluidos los dispositivos semiconductores y los circuitos integrados, se caracterizan por un parámetro como la calidad, que es un conjunto de propiedades del producto que determinan su idoneidad para satisfacer determinadas necesidades de acuerdo con su finalidad prevista.

Las propiedades del producto se dividen en simples y complejas. La confiabilidad está determinada por una de las propiedades complejas fundamentales de un producto y se define como la propiedad de un objeto de conservarse en el tiempo, dentro de límites establecidos, que caracteriza la capacidad de realizar las funciones requeridas en determinados modos y condiciones de uso de mantenimiento. reparación, almacenamiento y transporte.

Para describir un dispositivo específico, se utilizan los conceptos de estado operativo y de servicio. Útil significa la condición del dispositivo en la que cumple con todos los requisitos de la documentación reglamentaria o de diseño.

El rendimiento es un estado en el que todos los parámetros que caracterizan la capacidad del dispositivo para realizar funciones específicas cumplen con la documentación reglamentaria, técnica o de diseño, capaz de realizar funciones básicas en este estado, o daños que no afecten los parámetros eléctricos (violación de marcas, astillas, rayones, abolladuras en la carrocería).

El concepto fundamental de la teoría de la confiabilidad es la definición de falla como un evento que consiste en una violación de un estado operativo. En este caso, se entiende por violación de las condiciones de funcionamiento un cese repentino del funcionamiento del dispositivo o cambios significativos. parámetros eléctricos. Una característica de un dispositivo asociada con su funcionamiento es el tiempo de funcionamiento, que es la duración del volumen de funcionamiento del dispositivo. El tiempo de funcionamiento se mide en horas. El tiempo de funcionamiento del dispositivo en horas desde el inicio del funcionamiento hasta el inicio del estado límite se denomina recurso técnico. La duración del calendario desde el inicio de la operación hasta el inicio del estado límite se denomina vida útil. Se entiende por confiabilidad la propiedad que tiene un dispositivo de mantener continuamente un estado operativo durante algún tiempo o algún tiempo de funcionamiento.

De esto se deduce que esta propiedad refleja el contenido principal de confiabilidad, ya que el propósito principal de cualquier dispositivo utilizado para el propósito previsto es realizar correctamente las funciones previstas dentro de un cierto período de tiempo.

En relación con los dispositivos semiconductores y microcircuitos, confiabilidad significa la capacidad de mantener continuamente los parámetros originales cuando se usan en rectificadores, amplificadores, conmutación y otros modos determinados por los circuitos y las condiciones de operación.

3. Características cuantitativas de la teoría de la confiabilidad.

Se utilizan criterios de confiabilidad para evaluar los equipos.

Un criterio de confiabilidad es un signo mediante el cual se evalúa la confiabilidad de varios productos, y una característica es el valor cuantitativo del criterio de confiabilidad de un producto en particular.

Cambiar la relación entre las perturbaciones de frecuencia y la frecuencia natural de la estructura (desafinación resonante).

Amortiguación de vibraciones.

Introducción de amortiguadores en el diseño de REA para impartir aislamiento de vibraciones y golpes al equipo.

Sintonización de resonancia. Destinado a reducir o eliminar oscilaciones resonantes.

Para eliminar las oscilaciones resonantes, es necesario que la primera frecuencia natural de las oscilaciones sea más de una octava mayor que la frecuencia máxima de las oscilaciones perturbadoras. Esto se logra cambiando el método de fijación de la estructura e instalando soportes adicionales.

El espectro de frecuencias naturales de las vibraciones puede verse influenciado cambiando las dimensiones geométricas de las tablas, los métodos de fijación, el material, la configuración y el peso de la estructura.

Amortiguación de vibraciones

Una de las formas de reducir las propiedades de amortiguación (amortiguación de vibraciones) de una estructura, es decir, Mayor disipación de la energía de vibración debido a las fuerzas de fricción.

Uno de métodos efectivos aumentar la estabilidad de la estructura, tanto transportada como estacionaria, a vibraciones, así como a cargas impactantes y lineales: el uso de amortiguadores. La acción de los amortiguadores se basa en amortiguar las frecuencias resonantes, es decir, absorber parte de la energía vibratoria. Los equipos instalados sobre amortiguadores, en el caso general, se pueden representar como un sistema oscilatorio mecánico con seis grados de libertad: un conjunto de oscilaciones acopladas formadas por movimientos lineales y oscilaciones rotacionales a lo largo de cada uno de los tres ejes de coordenadas.

Elementos de fijación. Cuando se exponen a vibraciones, es posible desenroscar los sujetadores, para evitar que se introduzcan sujetadores, aumenten las fuerzas de fricción, se instalen sujetadores sobre pintura, etc. Al elegir los métodos para fijar los sujetadores, se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones: la resistencia de la conexión bajo determinadas cargas e influencias climáticas; velocidad de conexión, su costo; las consecuencias de una falla en la conexión; toda la vida.

Métodos para aumentar la resistencia mecánica de los productos.

El aumento de la resistencia de la estructura REA está asociado con el fortalecimiento de su base estructural, el uso de nervaduras de refuerzo, conexiones atornilladas de bloqueo, etc. De particular importancia es aumentar la resistencia de las estructuras portantes y sus componentes utilizando los métodos de vertido y envolvente. Rellenar con espuma permite que el conjunto sea monolítico con un ligero aumento de masa.

La invención se refiere al campo. tecnologías de la información y se puede utilizar para diseñar productos eléctricos complejos en una computadora. El resultado técnico consiste en reducir el tiempo y los recursos informáticos dedicados al diseño de dichos productos, así como en aumentar la confiabilidad de los productos diseñados debido a la detección temprana de defectos de diseño al analizar la durabilidad de los equipos electrónicos (REA) y unificados. Módulos electrónicos (EM) en su composición. El método para analizar la durabilidad de dispositivos electrónicos se basa en un análisis del estado tensión-deformación y un modelo de cálculo detallado (RM), que incluye modelos detallados de productos eléctricos y radioeléctricos (ERP) y elementos estructurales. El análisis de durabilidad de REA se realiza utilizando RM térmico, de deformación y resistencia de REA de forma secuencial en cuatro etapas: etapa preparatoria, etapa de análisis global, etapa de análisis intermedio y etapa de análisis local. En la etapa preparatoria, los RM térmicos se crean sin detallar modelos de elementos estructurales, RM de deformación con detalles de energía eléctrica y elementos estructurales que afectan la rigidez de la estructura, y RM de resistencia detallados de elementos específicos. En la etapa de análisis global, las temperaturas REA se calculan cuando se utilizan RM térmicos. En la etapa de análisis intermedio, las deformaciones (desplazamientos) en el REA se calculan en base a los resultados del cálculo térmico del REA en la etapa de análisis global, y se selecciona una unidad de REA específica utilizando RM de deformación. Luego se realiza un análisis local, cuando se calcula el estado de tensión-deformación de los componentes electrónicos y los elementos estructurales del conjunto de componentes electrónicos, una vez completado el cálculo del estado de tensión-deformación, se calcula la durabilidad de los elementos de los componentes electrónicos; y se utilizan RM de fuerza. 2 salario mosca, 3 enfermos.

Dibujos para la patente RF 2573140

La invención se relaciona con el campo de la tecnología de la información y puede usarse en el diseño de productos eléctricos complejos en una computadora. La implementación de la invención permite reducir el tiempo y los recursos computacionales dedicados al diseño de dichos productos, así como aumentar la confiabilidad de los productos diseñados debido a la detección temprana de defectos de diseño al analizar la durabilidad de los equipos electrónicos ( REA) y módulos electrónicos (EM) en su composición.

Existe un método conocido para analizar la durabilidad de los vehículos eléctricos. (Previsión de la fiabilidad de componentes y bloques de dispositivos de ingeniería de radio para fines espaciales basándose en el modelado de estados de tensión-deformación: monografía / S.B. Suntsov, V.P. Alekseev, V.M. Karaban, S.V. Ponomarev. - Tomsk: Editorial de Tomsk, Universidad Estatal de Sistemas de Control y Radioelectrónica, 2012. - 114 p.). El detalle del modelo de cálculo (CM) utilizado en este caso está determinado por el análisis del estado tensión-deformación (SSS) y, por regla general, corresponde a un CM EM detallado, que incluye: modelos detallados de productos eléctricos y de radio. (ERP), conexiones adhesivas, sellado, soldadura, conductores impresos, vías y su metalización, etc. Este método se toma como prototipo.

Este método tiene importantes desventajas:

Usando un solo RM EM con alto grado el detalle conduce a un aumento significativo del tiempo y de los recursos informáticos necesarios para realizar el cálculo;

El uso de varios RM para cada tipo de análisis (térmico, deformación, resistencia) crea dificultades significativas para formalizar el problema del valor límite y transferir los resultados de un RM a otro debido al hecho de que existe una gran discrepancia en el número de nodos y elementos.

El método de realización del análisis de durabilidad propuesto en la invención tiene como objetivo eliminar los inconvenientes antes mencionados, a saber:

Reducir el tiempo dedicado a los cálculos;

Reducción de los recursos informáticos necesarios;

Facilitar la formalización del problema del valor límite.

Se propone realizar un análisis de durabilidad en cuatro etapas, con:

Utilice modelos de cálculo optimizados para un análisis específico;

Utilice la interpolación de los resultados del análisis para facilitar la formalización del problema del valor límite y aumentar la precisión de la transferencia de resultados de un PM a otro.

El problema se resuelve debido a que el análisis de la durabilidad de REA, que consiste en predecir la confiabilidad de conjuntos y bloques de REA para fines espaciales, se realiza por etapas utilizando los RM térmicos, de deformación y de resistencia creados de REA. optimizado para las etapas posteriores de análisis de durabilidad, mientras que en la etapa preparatoria la creación de RM térmicos ignora el detalle de modelos de estructuras de soporte de carga básicas (redondeos, orificios), ensamblaje de circuitos impresos (productos de radio eléctricos, uniones soldadas, conductores impresos, vías y su metalización), RM de deformación con detalle de componentes electrónicos específicos, estructuras básicas de soporte (estructura metálica, conjunto de circuitos impresos), así como otros elementos estructurales de equipos electrónicos (conectores, enchufes, etc.) que afectan la rigidez de la estructura; como RM de resistencia, se utiliza un RM detallado (detallado) de elementos específicos del diseño EM, cuando se tienen en cuenta la soldadura, los conductores impresos y la metalización de vías; luego, en la etapa de análisis global, las temperaturas de los EM en la composición de REA se calculan cuando se utilizan EM térmicos, teniendo en cuenta la rerradiación de las superficies EM vecinas y la transferencia de calor por conductividad térmica (conducción) de los EM vecinos; luego, en la etapa de análisis intermedio, el cálculo de deformaciones (desplazamientos) en el EM se realiza con base en los resultados del cálculo térmico del REA en la etapa de análisis global, mientras se selecciona un EM específico con la posterior transferencia de temperaturas mediante interpolación utilizando RM de deformación del EM; luego se realiza un análisis local, cuando se calcula el estado tensión-deformación de los elementos del conjunto de circuito impreso EM (EDI, soldadura, conductores impresos, vías) interpolando los resultados del cálculo de las deformaciones (desplazamientos) del EM, obtenidos en la etapa de análisis intermedio, una vez finalizado el cálculo del estado tensión-deformación, se realizan cálculos de la durabilidad de los elementos EM, utilizando EM de RM de resistencia.

La esencia de la invención se ilustra mediante dibujos, en los que en la Fig. 1 muestra el algoritmo de cálculo por interpolación; 2 y 3 muestran imágenes de elementos triangulares y cuadrangulares lineales planos, respectivamente.

En la Fig. 1 muestra el algoritmo de cálculo por interpolación, donde:

Etapa 0. Preparatoria.

Etapa 1. Análisis global.

Etapa 2. Análisis intermedio.

Etapa 3. Análisis local.

El cálculo se puede realizar mediante el método de los elementos finitos. En este caso, el dominio computacional se aproxima mediante un sistema de elementos. Dentro de un elemento, la función F(x,y,z) se define mediante la siguiente expresión:

donde N i es la función de forma del elemento, f i es el valor de la función F en i-ésimo nodo elemento, f i =F(x i,y i,z i).

Por lo tanto, si se conocen las funciones de forma de los elementos y los valores nodales de la función, entonces es posible determinar el valor de la función F en un punto arbitrario x *, y *, z * del área de cálculo. Si el punto x*, y*, z* coincide con el punto nodal x j, y j, z j, entonces:

.

Para determinar la función F(x * ,y * ,z *) de un punto x * , y * , z * ubicado dentro o en el borde de un elemento se utiliza la expresión (1).

Consideremos la metodología para determinar la función F en el punto x *, y *, z * usando el ejemplo de elementos de primer orden: un elemento triangular plano y un elemento cuadrangular plano.

1. Elemento triangular lineal plano.

La función F(x,y) en dicho elemento (Fig. 2) está representada por un polinomio lineal:

donde i son los coeficientes del polinomio. Los coeficientes del polinomio (2) se determinan a partir de los valores nodales de la función F(x,y). Para ello se escribe un sistema de ecuaciones algebraicas lineales:

Según la regla de Cramer:

Dónde ; ;

.

Los determinantes de i se pueden expandir mediante la columna que contiene los valores nodales de la función:

donde d ij son los determinantes correspondientes de (5).

Al sustituir (4) y (6) en el polinomio (2), obtenemos:

Como resultado, llegamos a la expresión (1), donde las funciones de forma del elemento tienen la forma:

Dadas las funciones de forma (8) del elemento y los valores nodales de la función, es posible calcular el valor de la función en un punto arbitrario dentro del elemento.

2. Elemento cuadrangular lineal plano.

Un elemento cuadrangular (Fig. 3) en el espacio X, Y se asigna a un rectángulo en el espacio,. Las funciones de forma en el espacio tienen la forma:

Si para un punto con coordenadas x * , y * dentro del cuadrilátero, se conocen las coordenadas correspondientes * , *, entonces a partir de (1), usando (9), se puede determinar el valor de la función F(x( ,) , y( ,)) en este punto.

Conociendo las coordenadas , , puedes encontrar fácilmente las coordenadas x, y correspondientes usando las fórmulas:

donde x i, y i son las coordenadas de los nodos del cuadrilátero. Sin embargo, la transición inversa:

no tiene una representación analítica simple. Por lo tanto, se deben utilizar métodos numéricos para realizar esta transición. Es posible utilizar un método similar al método de dividir un segmento por la mitad. Su algoritmo contiene los siguientes pasos:

1. Entre las coordenadas x, y de los nodos del cuadrilátero, se encuentran los valores X min, X max e Y min, Y max, entre los cuales se encuentran los valores x * e y *.

2. En el espacio, un rectángulo se divide en cuatro rectángulos. Para cada rectángulo recién obtenido, X min, X max e Y min, Y max se determinan utilizando la fórmula (10).

3. Usando los valores X min, X max e Y min, Y max encontramos el rectángulo que contiene el punto con coordenadas x*, y*.

4. Si las condiciones:

no se cumplen, luego regrese al paso 2. Si se cumplen las condiciones, vaya al paso 5.

5. La coordenada * se determina como la media aritmética de las coordenadas de todos los nodos del rectángulo. La coordenada * se determina de la misma forma.

6. Según la fórmula:

El valor de la función se determina en el punto con coordenadas x *, y *.

El método para analizar la durabilidad de equipos electrónicos mediante la construcción automática de modelos de cálculo en un sistema de modelado geométrico se ha desarrollado en software y se ha depurado durante el diseño de equipos electrónicos a bordo de naves espaciales. Uso práctico Este método permite reducir el tiempo de construcción de REA, lo que confirma la efectividad del método propuesto para analizar la durabilidad de EM REA basado en el modelado por computadora de procesos de resistencia térmica.

AFIRMAR

1. Un método para analizar la durabilidad de equipos radioelectrónicos (REA), basado en un análisis del estado tensión-deformación y un modelo de cálculo detallado (RM), que incluye modelos detallados de productos eléctricos y radioeléctricos (ERI) y estructurales. elementos, caracterizado porque el análisis de durabilidad de los REA se realiza mediante RM térmico, de deformación y de resistencia de forma secuencial en cuatro etapas: etapa preparatoria, etapa de análisis global, etapa de análisis intermedio y etapa de análisis local, mientras que en la etapa preparatoria se crean los RM térmicos. sin detallar modelos de elementos estructurales, RM de deformación con detalle de ERI y elementos estructurales que influyen en la rigidez de la estructura, y RM de resistencia detallados de elementos específicos, luego en la etapa de análisis global, las temperaturas de los REA se calculan cuando térmicamente Se utilizan RM, luego en la etapa del análisis intermedio se calculan las deformaciones (desplazamientos) en el REA con base en los resultados del cálculo térmico del REA en la etapa de análisis global, con En este caso, se utiliza una unidad REA específica seleccionado utilizando RM de deformación, luego se realiza un análisis local, cuando se calcula el estado tensión-deformación del ERI y los elementos estructurales de la unidad REA, una vez completado el cálculo del estado tensión-deformación, la durabilidad de los elementos REA se calcula y se utilizan RM de fuerza.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el análisis de la durabilidad de los equipos electrónicos se realiza utilizando RMs optimizados para un análisis global, intermedio y local específico.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el análisis de durabilidad del REA se realiza mediante interpolación de los resultados de temperaturas y deformaciones (desplazamientos) del REA.

Los métodos para aumentar la confiabilidad se pueden dividir en estructurales e informativos.

Métodos estructurales para aumentar la confiabilidad. Es fundamentalmente imposible lograr la confiabilidad absoluta de los dispositivos técnicos, pero es posible maximizar sus indicadores de confiabilidad, y esta es la tarea científica y técnica más importante. El aumento del nivel de confiabilidad de los equipos electrónicos se logra, en primer lugar, eliminando las causas de fallas en los mismos, es decir, minimizando los errores de diseño, tecnológicos y operativos.

Se logra un aumento significativo en la confiabilidad de REA mediante la creación de nuevos elementos. Así, el uso de circuitos integrados para la construcción de equipos electrónicos ha supuesto un aumento significativo de la fiabilidad de los equipos de tercera y cuarta generación.

Sin embargo, aumentar la confiabilidad de los elementos no puede resolver completamente el problema de construir equipos electrónicos confiables, lo cual es causado por un aumento significativo en la complejidad de los equipos electrónicos recientemente desarrollados, los altos costos para obtener elementos de alta confiabilidad, así como la existencia de elementos. cuya fiabilidad es bastante baja y difícil de mejorar. Por tanto, una de las formas de aumentar la fiabilidad de los equipos electrónicos es introducir redundancia de circuitos.

Incrementar la confiabilidad de los equipos electrónicos con redundancia. La redundancia es un método para aumentar la confiabilidad de los equipos, que consiste en duplicar los equipos electrónicos en su conjunto o sus módulos o elementos individuales. La redundancia implica la inclusión de elementos adicionales en el circuito del dispositivo, que permiten compensar fallas de partes individuales del dispositivo y garantizar su funcionamiento confiable. Pero la redundancia sólo es efectiva cuando las fallas son estadísticamente independientes. Distinguir los siguientes tipos redundancia: permanente (los elementos de respaldo se incluyen junto con el principal y funcionan en los mismos modos); redundancia por reemplazo (detección de un elemento fallido y reemplazo por uno de respaldo); reserva continua (cualquier elemento de reserva puede reemplazar a cualquier elemento fallido).

Si P c (t) es la probabilidad de funcionamiento sin fallos del sistema, entonces la instalación y conexión en paralelo de varios de los mismos sistemas conduce a un aumento en la probabilidad resultante de funcionamiento sin fallos del sistema redundante P(t ), que se puede determinar a partir de la expresión:

P(t) = 1 - metro+1 ,

donde m es el número de sistemas de respaldo conectados en paralelo al principal. Entonces, por ejemplo, con una probabilidad de funcionamiento sin fallas de un módulo de 0,7, la inclusión de un módulo de respaldo aumentará la probabilidad de funcionamiento sin fallas a 0,91, y dos, a 0,973.

REA utiliza redundancia general (los módulos individuales están reservados) y elemento por elemento a nivel de microcircuitos o elementos individuales. Con el mismo número de elementos redundantes, la redundancia elemento por elemento es más eficaz que la redundancia general, pero requiere una gran cantidad de conexiones eléctricas adicionales.

Reserva permanente en REA se producen según el siguiente esquema: las señales de entrada se suministran a n circuitos lógicos, siendo n> k, donde k es el número de circuitos lógicos en un circuito no redundante. Las señales de salida de todos los n circuitos lógicos se envían luego al elemento de decisión, que determina, según la función de decisión basada en estas señales, los valores de las señales de salida de todo el circuito. Función de decisión: regla de mapeo estados de entrada de un elemento decisivo en un conjunto de sus estados de salida.

El tipo de función de decisión más simple y común es la “ley de la mayoría”, o ley de la mayoría. El elemento decisivo suele denominarse elemento mayoritario. El funcionamiento del elemento mayoritario es el siguiente: las entradas del elemento reciben señales binarias de un número impar de elementos idénticos; La salida del elemento toma un valor igual al valor que toman la mayoría de las entradas. Los más utilizados son los elementos mayoritarios que funcionan según la ley “2 de 3”. En estos elementos, el valor de la señal de salida es igual al valor de dos señales de entrada idénticas.

Además, se conocen elementos mayoritarios que operan según la ley “3 de 5”, “4 de 7”, etc. El circuito de un elemento mayoritario que opera según la ley “2 de 3” y construido a partir de lógica Los elementos AND y OR se basan en la expresión z = x 1 x 2 + x 2 x 3 + x 1 x 3 y tiene la forma que se muestra en la Fig. 7.4.1.

Arroz. 5.3.1.

Según el método de inclusión de elementos de reserva de dispositivos funcionales, se distinguen tres tipos de reserva: permanente, de repuesto y deslizante.

Con redundancia continua, se supone que cualquier elemento o nodo fallido no afecta las señales de salida y por lo tanto no se detecta directamente. La copia de seguridad persistente es más común en dispositivos no recuperables. Además, es el único posible en dispositivos donde incluso una breve interrupción del funcionamiento es inaceptable.

La reserva permanente se introduce mediante un bloque de decisión o en forma de elementos o bloques similares conectados en serie, en paralelo o, por ejemplo, según las leyes de la lógica k-fold.

Como bloque decisivo se pueden utilizar elementos mayoritarios con pesos constantes o variables, dispositivos de codificación - decodificación y circuitos de elementos lógicos Y, O, NO.

Reserva por sustitución Implica detectar un elemento o nodo fallido y conectar uno que funcione. La sustitución puede ocurrir de forma automática o manual.

La reserva por reposición tiene las siguientes ventajas. Para muchos circuitos, al encender el equipo de respaldo, no es necesario ajustar adicionalmente los parámetros de salida, debido a que los modos eléctricos en el circuito no cambian. El equipo de respaldo se desenergiza hasta su puesta en funcionamiento, lo que aumenta la confiabilidad general del sistema al preservar la vida útil de los dispositivos electrónicos. Es posible utilizar un elemento de reserva para varios trabajadores.

Debido a la complejidad del equipo para el encendido automático de la reserva, es aconsejable aplicar redundancia mediante sustitución a bloques grandes y partes funcionales individuales de los equipos electrónicos.

Para reservas continuas cualquier elemento de reserva puede reemplazar a cualquier elemento primario. Para implementar esta copia de seguridad es necesario disponer de un dispositivo que encuentre automáticamente el elemento defectuoso y conecte el de copia de seguridad en su lugar. La ventaja de dicha redundancia es que con un dispositivo automático ideal se obtendrá la mayor ganancia en confiabilidad en comparación con otros métodos de redundancia. Sin embargo, las reservas continuas sólo son posibles si los elementos son del mismo tipo.

Métodos de información para aumentar la fiabilidad de los equipos electrónicos. Los métodos de información se utilizan principalmente en tecnología informática. Se implementan en forma de códigos de corrección. La finalidad de estos códigos es detectar y corregir errores en dispositivos electrónicos sin interrumpir su funcionamiento.

Los códigos de corrección prevén la introducción de cierta redundancia en los productos. Hay redundancias temporales y espaciales. La redundancia temporal se caracteriza por resolver repetidamente un problema. Se comparan los resultados obtenidos y si coinciden se concluye que el problema se resolvió correctamente. La redundancia temporal se introduce en REA mediante programación.

La redundancia espacial se caracteriza por alargar los códigos numéricos, en los que se introducen bits de control adicionales. La esencia de detectar y corregir errores mediante códigos de corrección es la siguiente. En un conjunto finito A de palabras de salida, el dispositivo selecciona un subconjunto B de palabras de código permitidas (es decir, B A). Estas palabras sólo pueden aparecer si todas las operaciones aritméticas y lógicas realizadas por el REA se realizan correctamente. Entonces es obvio que el subconjunto A - B = C (A B = C) caracterizará palabras de código prohibidas. Estos últimos ocurren sólo en presencia de errores.

A continuación, se analizan todas las palabras en la salida del dispositivo. Por ejemplo, si la palabra b i pertenece al subconjunto de palabras de código permitidas (es decir, b B), esto significa que el proceso se desarrolla normalmente; la palabra b i se considera correcta y se puede decodificar.

Si aparece una palabra de código prohibida con i (c i C) en la salida del dispositivo, esto indica la presencia de un error y se registra.

Para eliminar los errores detectados de esta manera, todas las palabras de código prohibidas se dividen en grupos. A cada uno de estos grupos se le asigna solo una palabra de código permitida. Durante la decodificación, las palabras en código prohibidas de i se reemplazan automáticamente por palabras en código permitidas del grupo al que pertenece ci.

Por lo tanto, los códigos de corrección pueden no solo detectar errores, sino también eliminarlos.

Cálculo de la confiabilidad de REA. . Habiendo determinado a partir de la especificación técnica la probabilidad requerida de funcionamiento sin fallas del equipo, el diseñador distribuye esta probabilidad entre los componentes del equipo electrónico, selecciona elementos con las tasas de falla requeridas, identifica la necesidad y la profundidad de la redundancia y toma medidas. para proteger el equipo de los efectos de factores desestabilizadores.

El cálculo de la confiabilidad de REA consiste en determinar los indicadores numéricos de confiabilidad P(t) y T av en base a las tasas de falla conocidas de los componentes de los elementos REA. Se cree que si el fallo de cualquier elemento provoca el fallo de todo el equipo electrónico, se produce una activación secuencial de los elementos. Se conocen datos promedio sobre tasas de falla de microcircuitos, elementos radioeléctricos eléctricos, componentes y conexiones eléctricas /2/.

Durante el diseño se requieren datos sobre los cambios esperados en las características de los elementos durante toda la vida útil del equipo electrónico. Por ejemplo, si se están desarrollando equipos con una vida útil de 10 años, primero es necesario recopilar datos sobre los cambios en los parámetros de los componentes durante 10 años, a menos que se utilice algún método de prueba acelerado, lo que generalmente no es realista, ya que Durante este tiempo puede quedar obsoleto tanto el elemento base como el propio REA desarrollado.

Por lo tanto, es difícil esperar una coincidencia entre el comportamiento real y calculado del sistema, pero se deben realizar cálculos de confiabilidad, ya que los indicadores de confiabilidad requeridos siempre se indican en las especificaciones de desarrollo.

La probabilidad de que un sistema funcione sin fallos se suele calcular mediante las expresiones:

P c (t) = exp(-(t) dt), (t) =? él),

¿Dónde? i (t) es la tasa de falla del i-ésimo módulo, n es el número de módulos del sistema.

Los módulos del mismo nivel jerárquico tienen aproximadamente la misma confiabilidad. Entonces para un sistema de K grupos de módulos del mismo nivel:

P c (t) = exp(- n i ? i (t) dt), (t) = n i ? él),

donde n i es el número de módulos del i-ésimo nivel jerárquico.

Para una ley de distribución exponencial, cuando la tasa de falla puede considerarse un valor constante:

(t) = = constante, P c (t) = exp(-t).

En general, la confiabilidad de un diseño depende de la relación entre fuerza y ​​​​resistencia a la carga que el equipo debe soportar durante la operación. Resistencia aquí significa la capacidad del equipo para soportar la temperatura externa, la humedad mecánica y otras influencias sin destrucción; la estabilidad significa la capacidad de operar bajo las mismas influencias;

Crear equipos sin márgenes de seguridad excesivos es una tarea importante y compleja, ya que el diseñador no siempre tiene parámetros cuantitativos claros de las influencias externas, no existen modelos matemáticos o son inexactos que permitan realizar una estimación muy aproximada. Esto conduce a la introducción en el diseño de márgenes inflados de resistencia y estabilidad, los llamados coeficientes de ignorancia, cuya aclaración es una condición para garantizar con éxito una determinada confiabilidad a un costo mínimo.

La confiabilidad de REA depende de muchos factores. Los principales se analizan en el capítulo anterior. Οʜᴎ se dividen en diseño-producción y operativos.

La alta confiabilidad de la instalación en la etapa de diseño está garantizada por:

§ elección de circuitos y soluciones de diseño;

§ reemplazar el procesamiento analógico por digital;

§ selección de elementos y materiales;

§ sustitución de interruptores mecánicos y dispositivos de control por electrónicos;

§ selección de modos de funcionamiento de varios elementos y dispositivos;

§ desarrollo de medidas para facilitar el mantenimiento y la operación;

§ teniendo en cuenta las capacidades del operador (consumidor) y los requisitos ergonómicos.

Al elegir los diagramas de circuitos, se da preferencia a los circuitos con el menor número de elementos, circuitos que tienen un número mínimo de elementos de control y que funcionan de manera estable en una amplia gama de factores desestabilizadores. Al mismo tiempo, es imposible satisfacer todas estas condiciones y el diseñador tiene que buscar una solución de compromiso.

Lo principal en el equipo diseñado es utilizar elementos cuya confiabilidad cumpla con los requisitos de confiabilidad del propio equipo.

Dado que los requisitos de fiabilidad de los equipos aumentan constantemente, cada vez más altos requisitos Requisitos para la confiabilidad de los componentes.

Las soluciones de diseño también afectan la confiabilidad de REA. La estructura de bloques grandes es tecnológicamente compleja e incómoda de reparar. Las soluciones de diseño también deben garantizar las condiciones térmicas necesarias de los componentes electrónicos, la confiabilidad en condiciones de alta humedad y bajo condiciones de cargas de impacto y vibración".

Mejora significativamente la confiabilidad Buena elección Modos de funcionamiento de los elementos. Anteriormente se afirmó que las cargas eléctricas óptimas de los elementos no deben exceder el 40-60% de sus valores nominales.

El mantenimiento es un conjunto de trabajos para mantener la capacidad de servicio o solo la operatividad de un objeto durante la preparación y el uso para el propósito previsto, durante el almacenamiento y el transporte.

Mantenimiento REA incluye los siguientes componentes:

§ monitoreo del estado técnico;

§ mantenimiento preventivo;

§ suministrar;

§ recopilación y procesamiento de resultados operativos.

Se realiza un monitoreo del estado técnico para evaluar el estado del equipo, ᴛ.ᴇ. comparación de los valores reales de los parámetros de equipos específicos con sus valores nominales, teniendo en cuenta las tolerancias.

El mantenimiento preventivo, cuya realización tiene un tiempo y una duración determinados, se denomina mantenimiento rutinario.

El suministro incluye la recepción de materiales, equipos, instrumentos, herramientas para el mantenimiento preventivo.

La recopilación y procesamiento de los resultados operativos se lleva a cabo para cuantificar los indicadores operativos y técnicos para un determinado período de operación.

El trabajo preventivo incluye:

§ inspección externa y limpieza de equipos;

§ trabajos de control y ajuste;

§ predicción de fallas;

§ trabajos estacionales, de lubricación y fijación;

§ inspecciones técnicas;

§ controles técnicos.

Se realiza una inspección externa del equipo para identificar signos externos de posibles mal funcionamiento, comprobar la correcta instalación de controles, comprobar el estado de elementos e instalación. La limpieza del equipo implica eliminar el polvo, la humedad y la corrosión.

La parte que requiere más mano de obra del mantenimiento preventivo es el trabajo de control y ajuste y el trabajo estrechamente relacionado con la predicción de fallas. Papeles de prueba incluir el control de los parámetros REA relativos a las tolerancias establecidas.

Se llevan a cabo trabajos de ajuste para restaurar las propiedades o el rendimiento perdidos del equipo. Para los equipos electrónicos domésticos, en esta etapa se está trabajando para reducir el riesgo de incendio de los televisores y restaurar la funcionalidad de los tubos de imagen que han perdido emisiones catódicas después de un funcionamiento prolongado.

La predicción de fallas es un método de predicción de fallas, que se basa en el supuesto de que la aparición de fallas está precedida por un cambio gradual en los parámetros de un objeto o elementos. Se realizan pronósticos de fallas graduales con el fin de reemplazar (reparar, ajustar) oportunamente los elementos y bloques correspondientes.

Los trabajos estacionales, de lubricación y fijación se realizan con el fin de preparar los equipos electrónicos para su funcionamiento en una determinada época del año y garantizar la operatividad de las piezas relevantes. Durante el trabajo estacional se toman medidas para reducir la penetración de humedad en el equipo, aislar (en invierno) y enfriar (en verano) el equipo, utilizar aceites especiales para las diferentes estaciones, etc. Después de los trabajos estacionales, en la REA se realizan trabajos de control y adecuación. Es importante señalar que para el seguimiento sistemático de condición técnica equipos realizar inspecciones técnicas e inspecciones técnicas de equipos.