— Все документы — ГОСТы — ГОСТ Р 70293-2022 СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОНИКИ. ПОДСИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО АНАЛИЗА ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ
Добавил: Богдан Кривошея
Дата: [29.10.2023]
Утв. и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 18 августа 2022 г. N 785-ст
Electronics automated design systems. Subsystem for automated analysis of reliability indicators for electronic equipment
ОКС 31.020
29.100.01
Дата введения - 1 октября 2022 года
Введен впервые
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН Обществом с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт "АСОНИКА" (ООО "НИИ "АСОНИКА")
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 165 "Системы автоматизированного проектирования электроники"
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 18 августа 2022 г. N 785-ст
4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)
Введение
Причиной разработки стандарта является необходимость автоматизированного анализа показателей надежности электронной аппаратуры (ЭА) на ранних этапах проектирования ЭА на основе математического моделирования и виртуальных испытаний электронной компонентной базы (ЭКБ) и ЭА на внешние воздействующие факторы (ВВФ) и карт рабочих режимов (КРР) ЭКБ для снижения затрат на разработку, производство и обслуживание за счет повышения качества разработок.
Стандарт распространяется на показатели надежности ЭА. Его целью является автоматизация анализа показателей надежности ЭА с применением математического моделирования и виртуальных испытаний ЭКБ и ЭА на ВВФ и КРР ЭКБ, снижение затрат на разработку, производство и обслуживание за счет повышения качества разработок.
Применение математического моделирования и виртуальных испытаний ЭКБ и ЭА на ВВФ и КРР ЭКБ на ранних этапах проектирования до изготовления опытного образца позволит избежать отказов ЭКБ и ЭА или значительно сократить их на этапе испытаний опытного образца, сокращая тем самым количество испытаний опытного образца, возможные итерации по доработке схем и конструкций, затраты на разработку ЭКБ и ЭА при одновременном повышении качества и надежности, в том числе в критических режимах работы, делая ЭКБ и ЭА конкурентоспособными на отечественном и международном рынке [1] - [3].
Использование при анализе показателей надежности ЭА натурных испытаний ЭА на ВВФ невозможно, так как анализ показателей надежности ЭА проводится еще до изготовления опытного образца. Виртуализация испытаний ЭКБ и ЭА на ВВФ при анализе показателей надежности ЭА является безальтернативной. Без применения математического моделирования нельзя определить температуры ЭКБ и другие параметры моделей надежности. Такой подход является информативным, так как благодаря ему на этапе проектирования отслеживается большинство возможных отказов ЭКБ и ЭА по электрическим, тепловым и механическим характеристикам, и эффективным, так как из-за недоработок проектирования ЭКБ и ЭА, вскрытых уже путем натурных испытаний, возможно множество итераций: доработка проекта - испытания опытного образца - доработка проекта и т.д., что значительно увеличивает сроки и стоимость разработки.
Настоящий стандарт определяет требования к подсистеме автоматизированного анализа показателей надежности ЭА на основе математического моделирования и виртуальных испытаний ЭКБ и ЭА на ВВФ при проектировании и КРР ЭКБ.
1.1 Настоящий стандарт предназначен для применения предприятиями промышленности и организациями при использовании цифровых двойников электроники и CALS-технологий на ранних этапах проектирования, изготовления и испытаний ЭКБ и ЭА, а также на всех последующих этапах жизненного цикла ЭКБ и ЭА.
1.1.1 Подсистема автоматизированного анализа показателей надежности электронной аппаратуры на ранних этапах проектирования ЭА по результатам математического моделирования ЭКБ и ЭА на ВВФ применяется на ранних этапах проектирования ЭА следующего назначения: промышленная, для энергетики, оборонно-промышленного комплекса, аэрокосмической отрасли, судостроения, медицинская, автомобильная, для навигации и радиолокации, потребительская, для фискального и торгового оборудования, связи (телекоммуникации), вычислительной техники, для автоматизации и интеллектуального управления, систем безопасности, светотехники, автоматизированного транспорта и движущейся робототехники.
1.1.2 ЭА состоит из электронных шкафов и блоков, печатных узлов и ЭКБ (микросхем, транзисторов, резисторов и т.д.).
1.1.3 На ЭКБ и ЭА оказывают влияние внешние дестабилизирующие факторы - электрические, тепловые, механические, климатические, биологические, радиационные, электромагнитные, специальных сред и термические. Внешние дестабилизирующие факторы могут приводить к несоответствиям ЭКБ и ЭА требованиям к их прочности и устойчивости к ВВФ. Настоящий стандарт устанавливает основные положения технологии, позволяющей проводить анализ показателей надежности электронной аппаратуры на основе математического моделирования и виртуализации испытаний ЭКБ и ЭА на ВВФ при проектировании.
1.2 Анализ показателей надежности ЭА должен осуществляться на ранних этапах проектирования ЭА посредством проведения математического моделирования и виртуализации испытаний ЭКБ и ЭА на ВВФ при проектировании. Электрические характеристики ЭКБ определяются путем расчетов по схемам или по результатам инструментальных измерений на макетах.
1.3 Для анализа показателей надежности ЭА методом математического моделирования (виртуализации испытаний ЭКБ и ЭА на ВВФ) должны применяться аттестованные программные средства, а при необходимости - аттестованные программно-аппаратные средства. Требования к программно-аппаратным средствам устанавливаются по согласованию с заказчиками.
В настоящем стандарте применены следующие сокращения:
БД - база данных;
ВВФ - внешние воздействующие факторы;
КРР - карты рабочих режимов;
НТД - нормативно-техническая документация;
ПУ - печатный узел;
САПР - система автоматизированного проектирования;
ТЗ - техническое задание;
ЭА - электронная аппаратура;
ЭКБ - электронная компонентная база
3.1 Целью разработки настоящего стандарта является установление требований к автоматизированному анализу показателей надежности ЭА на основе математического моделирования и виртуальных испытаний ЭКБ и ЭА на ВВФ и КРР ЭКБ.
Для достижения поставленной цели в стандарте устанавливаются следующие единые требования:
- к технологии автоматизированного анализа показателей надежности ЭА на основе комплексной модели надежности;
- подсистеме автоматизированного анализа показателей надежности ЭА;
- подсистеме автоматизированного создания КРР ЭКБ;
- программному обеспечению по математическому моделированию и виртуальным испытаниям ЭКБ и ЭА на ВВФ при проектировании.
3.2 Организация работ по применению технологии автоматизированного анализа показателей надежности ЭА на основе математического моделирования и виртуализации испытаний ЭКБ и ЭА на ВВФ при проектировании устроена следующим образом.
3.2.1 Разработчики схем ЭА получают и передают все электрические характеристики, необходимые для КРР ЭКБ, работникам подразделения предприятия, на которое возложена обязанность выпуска КРР ЭКБ.
3.2.2 Разработчики конструкций ЭА получают и передают все тепловые и механические характеристики, необходимые для КРР ЭКБ, работникам подразделения предприятия, на которое возложена обязанность выпуска КРР ЭКБ.
3.2.3 Разработчики подразделения предприятия, на которое возложена обязанность выпуска КРР ЭКБ, получают и передают все КРР ЭКБ работникам подразделения предприятия, на которое возложена обязанность анализа показателей надежности ЭА.
3.2.4 Работники подразделения предприятия, на которое возложена обязанность заполнения БД ЭКБ и материалов, регулярно для новой ЭКБ заносят в БД ЭКБ всю информацию, необходимую для анализа показателей надежности ЭА и для математического моделирования и виртуализации испытаний ЭКБ и ЭА на ВВФ при проектировании.
4.1 Конечной целью автоматизированного анализа является обеспечение требуемых показателей надежности ЭА в условиях ВВФ на основе комплексной модели надежности ЭА.
4.2 Комплексную модель надежности ЭА создают на основе сквозного автоматизированного моделирования физических процессов. Таким образом, предварительно обязательно проводят моделирование всех физических процессов в ЭА, так как на надежность ЭА оказывают влияние ВВФ - электрические, тепловые, механические, климатические, биологические, радиационные, электромагнитные, специальных сред и термические.
4.3 Показатели надежности ЭА определяют исключительно по результатам их моделирования на ВВФ.
4.4 Под комплексностью понимается учет при анализе надежности всего комплекса ВВФ, включающих прежде всего тепловые, механические, электромагнитные воздействия. В состав программного обеспечения виртуальных испытаний на надежность должны входить модули по анализу электрических, тепловых, механических, электромагнитных процессов в ЭА, созданию КРР ЭКБ и анализу показателей надежности. На рисунке 4.1 приведена структура комплексной модели надежности, основанной на виртуальных испытаниях ЭА на внешние тепловые и механические воздействия.
Рисунок 1 - Структура комплексной модели надежности, основанной на виртуальных испытаниях ЭА на внешние тепловые и механические воздействия
4.5 В процессе проектирования на базе подсистемы управления данными при моделировании (PDM-системы) с использованием подсистем математического моделирования происходит формирование электронной модели цифрового двойника ЭА. С помощью специального графического редактора вводится электрическая схема, которая сохраняется в БД проектов в подсистеме управления данными и передается в виде файла в системы анализа электрических схем, а также в САПР печатных плат. Выходные файлы САПР печатных плат в стандартных форматах (например, PDIF и IDF) сохраняются в БД проектов в подсистеме управления моделированием и направляются в системы 3D-моделирования для создания чертежей.
4.6 В БД проектов передаются 3D-модели шкафов и блоков ЭКБ и ЭА, созданные в системах 3D-моделирования в стандартных форматах (например, IGES и STEP), которые далее направляются в подсистемы моделирования для анализа механических процессов в шкафах и блоках ЭА (1), а также в подсистему моделирования для анализа тепловых процессов в шкафах и блоках ЭА (3).
4.7 Полученные в результате моделирования ускорения и температуры в конструкциях шкафов и блоков сохраняются в подсистеме управления моделированием (2, 4). Чертежи ПУ и спецификации к ним, а также файлы в стандартных форматах передаются из подсистемы управления моделированием в подсистему для комплексного анализа тепловых и механических процессов в ПУ (5). В данную подсистему также передаются температуры воздуха в узлах, полученные в подсистеме моделирования тепловых процессах в шкафах и блоках ЭА, а также ускорения опор, полученные в подсистемах анализа механической прочности шкафов и блоков (6). Полученные в результате моделирования температуры и ускорения ЭКБ сохраняются в подсистеме управления моделированием (7). Если они не превышают допустимые по НТД значения, то далее проводится анализ показателей надежности ЭКБ и ЭА. Если же превышают, то в электрическую схему и конструкцию ЭА вносятся изменения и расчеты повторяются.
4.8 Перечень ЭКБ, файлы с электрическими характеристиками ЭКБ (8), температурами и ускорениями ЭКБ (9) передаются из подсистемы управления моделированием в подсистему автоматизированного создания КРР ЭКБ. Полученные в результате КРР сохраняются в подсистеме управления моделированием (10). Если электрические характеристики, температуры и ускорения ЭКБ "В схеме" не превышают значения "По НТД", то далее проводится анализ показателей надежности ЭКБ и ЭА. Если же превышают, то вносятся изменения в электрическую схему и конструкцию ЭА и расчеты температур, ускорений, а также создание КРР ЭКБ повторяются.
4.9 Перечень ЭКБ (11), файлы с электрическими характеристиками ЭКБ (12), температурами и ускорениями ЭКБ (13) передаются из подсистемы управления моделированием в подсистему анализа показателей надежности ЭКБ и ЭА. Полученные в результате показатели надежности ЭКБ и ЭА сохраняются в подсистеме управления моделированием (14). Если они не превышают заданные в ТЗ значения, то далее проводится окончательное формирование КРР ЭКБ. Если же превышают, то в электрическую схему и конструкцию ЭА вносятся изменения и расчеты температур, ускорений и показателей надежности ЭКБ и ЭА повторяются.
4.10 Все необходимые для расчетов параметры ЭКБ и материалов автоматически считываются из интегрированной базы данных ЭКБ и материалов по геометрическим, физико-механическим, усталостным, теплофизическим, электрическим, электромагнитным и надежностным параметрам (15).
4.11 На первом этапе оцениваемыми характеристиками являются электрические, тепловые, механические, электромагнитные характеристики ЭА, которые не должны превышать максимально допустимые значения, заданные в нормативных документах и технической документации.
4.12 На втором этапе оцениваемыми характеристиками являются показатели надежности, полученные с учетом рассчитанных на первом этапе итоговых электрических, тепловых, механических, электромагнитных характеристик ЭА.
4.13 Оцениваемыми электрическими характеристиками являются электрические характеристики, необходимые для теплового расчета, расчета показателей надежности и формирования КРР ЭКБ.
4.14 Осуществляют интеграцию модуля ввода электрической схемы и следующих подсистем: анализа конструкций ПУ ЭА на тепловые и механические воздействия, автоматизированного создания КРР ЭКБ и автоматизированного анализа показателей надежности ЭА. Необходимо передать в эти подсистемы тестовый файл с перечнем ЭКБ, имеющий следующую структуру:
<Позиционное обозначение ЭКБ>:<Полная условная запись ЭКБ>
4.15 Осуществляют интеграцию модуля расчета электрической схемы и подсистемы анализа конструкций ПУ ЭА на тепловые и механические воздействия:
- результаты расчета мощностей тепловыделения ЭКБ в статическом и динамическом режимах сохраняют в текстовом файле следующей структуры:
<Позиционное обозначение ЭКБ><Значение мощности в Вт>;
- данный текстовый файл передают в подсистему анализа конструкций ПУ ЭА на тепловые и механические воздействия;
- на основе полученных мощностей в подсистеме анализа конструкций ПУ ЭА на тепловые и механические воздействия рассчитывают температуры в конструкции ПУ, в том числе на каждом ЭКБ.
4.16 Осуществляют интеграцию модуля расчета электрической схемы и подсистемы автоматизированного создания КРР ЭКБ.
Электрические характеристики (токи, напряжения, мощности и др.), полученные в результате расчета электрической схемы, сохраняют в текстовом файле следующей структуры:
<Позиционное обозначение ЭКБ><Сила тока в А><Напряжение в В><Мощность в Вт><др. возможные электрические характеристики>
Данный текстовый файл передают в подсистему автоматизированного создания КРР ЭКБ.
На основе полученных электрических характеристик в подсистеме автоматизированного создания КРР ЭКБ формируются КРР ЭКБ.
4.17 Осуществляют интеграцию подсистемы анализа конструкций ПУ ЭА на тепловые и механические воздействия и подсистемы автоматизированного создания КРР ЭКБ:
- результаты расчета температур ЭКБ сохраняют в текстовом файле следующей структуры:
<Позиционное обозначение ЭКБ><Значение температуры в °C>;
- результаты расчета ускорений ЭКБ сохраняют в текстовом файле следующей структуры:
<Позиционное обозначение ЭКБ><Значение ускорения вибрации в g><Значение ускорения единичного механического удара в g><Значение ускорения многократного механического удара в g>;
- данные текстовые файлы передают в подсистему автоматизированного создания КРР ЭКБ.
4.18 Осуществляют интеграцию подсистемы автоматизированного создания КРР ЭКБ и подсистемы автоматизированного анализа показателей надежности ЭА с учетом реальных режимов работы ЭКБ:
- электрические и тепловые характеристики сохраняют в текстовом файле следующей структуры:
<Позиционное обозначение ЭКБ><Электрические характеристики><Значение температуры в °C>;
- данный текстовый файл передают в подсистему автоматизированного анализа показателей надежности ЭА;
- на основе полученных электрических и тепловых характеристик в подсистеме автоматизированного анализа показателей надежности ЭА рассчитывают показатели надежности ЭА, в том числе каждого ЭКБ.
4.19 В результате получается система сквозного проектирования:
Расчет электрической схемы → Расчет температур ЭКБ → Формирование КРР ЭКБ → Анализ показателей надежности ЭКБ.
В приложении А приведен пример комплексного анализа надежности.
5.1 Подсистема автоматизированного анализа показателей надежности ЭА должна отвечать требованиям 1.3.
5.2 Подсистема должна позволять вводить позиционные обозначения и полные условные записи ЭКБ четырьмя способами.
5.2.1 Способ 1. Импорт выходного файла САПР печатных плат в формате IDF (PDIF), содержащего позиционные обозначения и полные условные записи ЭКБ. В процессе импорта параллельно должно идти обращение к БД ЭКБ, откуда считываются все необходимые параметры по надежности.
5.2.2 Способ 2. Импорт файла *.txt, содержащего позиционные обозначения и полные условные записи ЭКБ. В процессе импорта параллельно должно идти обращение к БД ЭКБ, откуда считываются все необходимые параметры по надежности.
5.2.3 Способ 3. Числовой ряд (таблица).
5.2.4 Способ 4. Ручной выбор ЭКБ, содержащегося в перечне, из БД ЭКБ с присвоением позиционных обозначений.
5.3 Подсистема должна позволять осуществлять импорт электрических характеристик и температур ЭКБ, в том числе из КРР ЭКБ.
5.4 Необходимо наличие базы данных, содержащей модели надежности и параметры моделей надежности для отечественной электронной компонентной базы.
5.5 Необходимо выбрать режимы виртуальных испытаний на надежность:
а) нагруженную эксплуатацию;
б) режим ожидания (хранения) неподвижного объекта;
в) режим ожидания (хранения) подвижного объекта.
5.6 Подсистема должна поддерживать следующие виды резервирования:
а) пассивное резервирование с неизменной нагрузкой;
б) активное нагруженное резервирование;
в) активное ненагруженное резервирование;
г) активное облегченное резервирование.
5.7 Порядок проведения виртуальных испытаний
5.7.1 Задают группу аппаратуры.
5.7.2 Задают время безотказной работы, для которого рассчитывают вероятность безотказной работы, ч; показатель наработки до отказа γ, %; число контрольных точек; коэффициент запаса по сроку службы; коэффициент запаса по ресурсу; коэффициент среднегодовой нагрузки.
5.7.3 Выбирают режим эксплуатации: нагруженная эксплуатация, режим ожидания (хранения) неподвижного объекта, режим ожидания (хранения) подвижного объекта.
5.7.4 Задают условия эксплуатации в режиме ожидания (хранения): в отапливаемом помещении, в неотапливаемом помещении, под навесом.
5.8 Должны рассчитываться как минимум следующие показатели надежности (дополнительно могут быть добавлены другие показатели):
5.8.1 Показатели безотказности:
- эксплуатационная интенсивность отказов, ч-1;
- средняя наработка до отказа, ч;
- вероятность безотказной работы;
- γ-процентная наработка до отказа, ч.
5.8.2 Показатели долговечности:
- полный срок службы, лет;
- полный ресурс, ч;
- γ-процентный срок службы, лет;
- γ-процентный ресурс, ч;
- остаточный ресурс, ч (учитывает колебания электрических характеристик схем и температур окружающей среды и ЭРИ).
5.8.3 Показатели ремонтопригодности:
- среднее время восстановления, ч.
5.8.4 Показатели сохраняемости:
- интенсивность отказов в режиме ожидания, ч-1;
- средний срок сохраняемости, ч;
- γ-процентный срок сохраняемости, ч.
5.8.5 Показатели безопасности:
- назначенный ресурс, ч;
- назначенный срок службы, лет.
5.9 По результатам виртуальных испытаний подсистемой автоматически создается отчет, в котором указываются как исходные данные, так и результаты расчета. Показатели надежности рассчитывают как для ЭА в целом, так и для каждого отдельного ЭКБ. Делаются выводы о соответствии показателей надежности требованиям ТЗ на разработку изделия.
В приложении Б приведен пример полностью оформленного отчета.
6.1 Программное обеспечение должно отвечать требованиям 1.3.
6.2 Подмодель тепловых процессов:
- отражает тепловые процессы в проектируемой конструкции, возникающие под влиянием воздействия окружающей среды, тепловыделений в ЭКБ и систем охлаждения;
- учитывает все способы передачи тепла в современных ЭКБ и ЭА;
- учитывает особенности конструктивного построения современных ЭКБ и ЭА и способы их охлаждения, что позволяет моделировать тепловые процессы с необходимой для инженерных расчетов точностью для широкого класса ЭКБ и ЭА.
6.3 Подмодель механических процессов:
- отражает механические процессы в проектируемой конструкции, возникающие под воздействием всего спектра механических воздействий (синусоидальная и случайная вибрации, одиночные и многократные удары);
- учитывает различные системы виброизоляции, применяемые в ЭКБ и ЭА;
- учитывает эффект внутреннего трения в материалах конструкций, анизотропность физико-механических параметров материалов конструкций, а также их зависимость от локальных перегревов участков конструкции, что позволяет более точно моделировать механические режимы работы ЭКБ и ЭА;
- учитывает особенности конструктивного построения современных ЭКБ и ЭА, способы их амортизации, что дает возможность с достаточной для инженерных расчетов точностью моделировать весь спектр механических характеристик широкого класса конструкций ЭКБ и ЭА.
Приложение А
(справочное)
Подсистема автоматизированного анализа показателей надежности ЭА "АСОНИКА-Б" является одной из 13 подсистем автоматизированной системы обеспечения надежности и качества аппаратуры "АСОНИКА" (https://asonika-online.ru/), предназначенной для анализа и обеспечения стойкости ЭА и ЭКБ к комплексным тепловым, механическим, электромагнитным воздействиям, усталостной прочности к тепломеханическим воздействиям, создания карт рабочих режимов ЭКБ, анализа показателей надежности ЭА и создания цифровых двойников ЭА и ЭКБ.
"АСОНИКА" - это замена натурных испытаний опытных образцов ЭА и ЭКБ виртуальными испытаниями на внешние механические, тепловые, электромагнитные и другие воздействия еще до их изготовления. Это значительная экономия денежных средств и сокращение сроков создания ЭА и ЭКБ при одновременном повышении качества и надежности за счет сокращения количества натурных испытаний.
В качестве примера анализа показателей безотказности ПУ на основе комплексного моделирования физических процессов рассматривают процесс разработки ПУ, в ТЗ на который предусмотрено обеспечение безотказной работы ПУ в течение 10 000 ч с вероятностью не менее 0,95.
Вначале разрабатывают электрическую схему и проводят анализ электрических характеристик в системе PSpice. Затем в системе P-CAD формируют конструкцию ПУ.
В подсистеме "АСОНИКА-ТМ" конструкция ПУ конвертируется из системы P-CAD (рисунок А.1) и проводят моделирование тепловых и механических характеристик ПУ.
Результаты моделирования тепловых режимов показаны на рисунке А.2. По данным результатам автоматически формируются КРР ЭКБ в подсистеме "АСОНИКА-Р" (рисунки А.3 - А.5). При этом температуры и ускорения ЭКБ переносятся в подсистему "АСОНИКА-Р" из подсистемы "АСОНИКА-ТМ", а токи и напряжения - из системы PSpice. Кроме того, конвертор PSpice - "АСОНИКА-Р" рассчитывает мощности тепловыделения каждого электронного компонента.
В подсистеме "АСОНИКА-Б" конструкция ПУ извлекается из системы P-CAD (перечень ЭКБ), а значения токов, напряжений, температур импортируются из подсистем "АСОНИКА-Р" и "АСОНИКА-ТМ".
С учетом реальных режимов работы рассчитывают показатели безотказности ПУ (рисунок А.6). По результатам этого расчета в подсистеме "АСОНИКА-Б" было определено, что вероятность безотказной работы ПУ в течение 10 000 ч составляет 0,92, что не отвечает требованиям ТЗ.
Из диаграмм вкладов ЭРИ в общую безотказность ПУ (рисунки А.7 и А.8) видно, что наименьшей надежностью обладают диод V1 и резистор R2.
Чтобы повысить отказоустойчивость ПУ, было решено понизить нагрузки на диод V1 и внести соответствующие изменения в схему ПУ. Для повышения отказоустойчивости резистора были приняты два решения: понизить температуру путем перекомпоновки ЭКБ, а также ввести резервирование (рисунок А.9).
Рисунок А.1 - Конструкция ПУ, конвертированная из системы P-CAD
Рисунок А.2 - Результаты моделирования тепловых режимов
Рисунок А.3 - Диалоговое окно для формирования КРР
Рисунок А.4 - Диалоговое окно для задания исходных данных в подсистеме "АСОНИКА-Р"
Рисунок А.5 - Вывод КРР в подсистеме "АСОНИКА-Р"
Рисунок А.6 - Анализ показателей надежности в подсистеме "АСОНИКА-Б": задание исходных данных
Рисунок А.7 - Анализ показателей надежности в подсистеме "АСОНИКА-Б": ЭКБ с низкой безотказностью
Рисунок А.8 - Анализ показателей надежности в подсистеме "АСОНИКА-Б": вклады ЭКБ в общую безотказность ЭА
Рисунок А.9 - Вклады ЭКБ в общую безотказность ПУ после оптимизации конструкции
Приложение Б
(справочное)
Утверждаю Генеральный директор ООО "НИИ "АСОНИКА" _______________ Шалумов А.С. 18 июня 2021 г. | ||||
БЛОК ЭЛЕКТРОНИКИ АД675 РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ АБВГ.123456.789 РР1 | ||||
Подп. и дата | ||||
Инв. N дубл. | ||||
Взам. инв. N | ||||
Подп. и дата | ||||
Инв. N подл. |
Перв. примен. |
АБВГ.123456.789 |
Содержание | ||||||||||||
1. ЗАДАЧА РАСЧЕТА ............................................. |
3 | |||||||||||||
2. ДАННЫЕ И УСЛОВИЯ РАСЧЕТА .................... |
4 | |||||||||||||
3. РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ .................................... |
5 | |||||||||||||
Справ. N |
4. ВЫВОДЫ ............................................................. |
6 | ||||||||||||
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ..................................................... |
7 | |||||||||||||
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ..................................................... |
8 | |||||||||||||
Подп. и дата | ||||||||||||||
Инв. N дубл. | ||||||||||||||
Взам. инв. N | ||||||||||||||
Подп. и дата | ||||||||||||||
АБВГ.123456.789 РР1 | ||||||||||||||
Изм. |
Лист |
N докум. |
Подп. |
Дата | ||||||||||
Инв. N подл. |
Разраб. |
Шалимов А.С. |
БЛОК ЭЛЕКТРОНИКИ АД675 Расчет надежности |
Лит. |
Лист |
Листов | ||||||||
Пров. |
2 |
11 | ||||||||||||
Н. контр. | ||||||||||||||
Утв. | ||||||||||||||
Копировал |
Формат A4 | |||||||||||||
1. ЗАДАЧА РАСЧЕТА Задачей расчета является определение количественного значения показателей надежности блока электроники АБВГ.123456.789 с помощью отечественной автоматизированной системы обеспечения надежности и качества аппаратуры "АСОНИКА" в соответствии с ГОСТ Р 60.0.7.3-2020 "Роботы и робототехнические устройства. Метод автоматического моделирования показателей надежности и виртуализации испытаний на надежность базовых элементов робототехнических комплексов при проектировании". | ||||||||||
Подп. и дата | ||||||||||
Инв. N дубл. | ||||||||||
Взам. инв. N | ||||||||||
Подп. и дата | ||||||||||
Инв. N подл. | ||||||||||
АБВГ.123456.789 РР1 |
Лист | |||||||||
3 | ||||||||||
Изм. |
Лист |
N докум. |
Подп. |
Дата | ||||||
Копировал |
Формат A4 | |||||||||
2. ДАННЫЕ И УСЛОВИЯ РАСЧЕТА Исходными данными для проведения расчета надежности блока электроники являются: - перечень электронной компонентной базы (ЭКБ); - карты рабочих режимов ЭКБ. Рассчитанные показатели надежности должны удовлетворять следующим требованиям технического задания (ТЗ) на разработку изделия: 1. Показатели безотказности: - средняя наработка до отказа не менее 3000 ч; 2. Показатели долговечности: - полный ресурс не менее 6 лет; - полный срок службы не менее 6 лет; 3. Показатели ремонтопригодности: - среднее время восстановления работоспособности изделия не должно превышать 60 мин. 4. Показатели сохраняемости: - разрабатываемое изделие должно иметь средний срок сохраняемости не менее 5 лет. | ||||||||||
Подп. и дата | ||||||||||
Инв. N дубл. | ||||||||||
Взам. инв. N | ||||||||||
Подп. и дата | ||||||||||
Инв. N подл. | ||||||||||
АБВГ.123456.789 РР1 |
Лист | |||||||||
4 | ||||||||||
Изм. |
Лист |
N докум. |
Подп. |
Дата | ||||||
Копировал |
Формат A4 | |||||||||
3. РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ Показатели безотказности: - Интенсивность отказов (λ·109, 1/ч): 18916. - Средняя наработка до отказа (Tp, ч): 52865. Показатели долговечности: - Полный ресурс (лет): = 199. - Полный срок службы (лет): = 50. Показатели ремонтопригодности: - Среднее время восстановления работоспособности (мин): 21. Показатели сохраняемости: - Интенсивность отказов (λ·109, 1/ч): 1614.086. - Средний срок сохраняемости (лет): 70. Перечень элементов, входящих в состав изделия, и их интенсивности отказов при расчете показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности приведены в приложении 1. Перечень элементов, входящих в состав изделия, и их интенсивности отказов при расчете показателей сохраняемости приведены в приложении 2. | ||||||||||
Подп. и дата | ||||||||||
Инв. N дубл. | ||||||||||
Взам. инв. N | ||||||||||
Подп. и дата | ||||||||||
Инв. N подл. | ||||||||||
АБВГ.123456.789 РР1 |
Лист | |||||||||
5 | ||||||||||
Изм. |
Лист |
N докум. |
Подп. |
Дата | ||||||
Копировал |
Формат A4 | |||||||||
4. ВЫВОДЫ В соответствии с ТЗ на разработку: 1. Показатели безотказности: - средняя наработка до отказа должна быть не менее 3000 ч. Расчетное значение составляет 52865 ч, что больше заданного показателя 3000 ч. 2. Показатели долговечности: - полный ресурс не менее 6 лет. Расчетное значение составляет 199 лет, что больше заданного показателя 6 лет; - срок службы не менее 6 лет. Расчетное значение составляет 50 лет, что больше заданного показателя 6 лет. 3. Показатели ремонтопригодности: - среднее время восстановления работоспособности не должно превышать 60 мин. Расчетное значение составляет 21 мин, что больше заданного показателя 60 мин. 4. Показатели сохраняемости: - разрабатываемое изделие должно иметь средний срок сохраняемости не менее 5 лет. Расчетное значение составляет 70 лет, что больше заданного показателя 5 лет. Таким образом, показатели надежности блока электроники находятся в пределах заданных. | ||||||||||
Подп. и дата | ||||||||||
Инв. N дубл. | ||||||||||
Взам. инв. N | ||||||||||
Подп. и дата | ||||||||||
Инв. N подл. | ||||||||||
АБВГ.123456.789 РР1 |
Лист | |||||||||
6 | ||||||||||
Изм. |
Лист |
N докум. |
Подп. |
Дата | ||||||
Копировал |
Формат A4 | |||||||||
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Перечень элементов, входящих в состав изделия, и их интенсивности отказов при расчете показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности Таблица П1.1 - Соединители | ||||||||||||||||||
Позиционное обозначение |
Наименование и тип элемента |
λб·109, 1/ч |
Kkk |
Kr |
Ke |
Kt |
λ·109, 1/ч | |||||||||||
X1.1 |
SMA-РПМП-Х-1-055-1-М ТУ 27.33.13.120-005-38970729-2019 |
10.2 |
3.4214 |
0.4814 |
1 |
21.7984 | ||||||||||||
X8.3 |
ПКРГ-50-SMAp-SMAp-03-Г |
0.83 |
9.5005 |
0.08871 |
1 |
0.4508 | ||||||||||||
Kkk - коэффициент в зависимости от количества задействованных контактов; Kr - коэффициент режима в зависимости от электрической нагрузки и температуры; Ke - коэффициент эксплуатации; Kt - коэффициент в зависимости от температуры окружающей среды и материала изолятора. | ||||||||||||||||||
П1.1 Печатный узел "АБСД.11111111.001 - Плата усилителя" Перечень элементов, входящих в состав, и их интенсивность отказов: Таблица П1.5 - Конденсаторы | ||||||||||||||||||
Позиционное обозначение |
Наименование и тип элемента |
λб·109, 1/ч |
Kr |
Ke |
λ·109, 1/ч | |||||||||||||
Подп. и дата |
Постоянной емкости, керамические на номинальное напряжение менее 1600 В | |||||||||||||||||
C1 |
К10-84в-2012М-50 В-МП0-24 пФ ± 20 %-N-A ФЦТА.673516.016 ТУ |
20.7 |
0.2583 |
1 |
3.1316 | |||||||||||||
Инв. N дубл. | ||||||||||||||||||
C12 |
К10-84в-2012М-50 В-Н90-0,1 мкФ-N-A ФЦТА.673516.016 ТУ |
20.7 |
0.2583 |
1 |
8.5141 | |||||||||||||
Взам. инв. N | ||||||||||||||||||
C12 |
К10-84в-2012М-16 В-Н20-0,1 мкФ ± 20 %-N-A ФЦТА.673516.016 ТУ |
20.7 |
6.7665 |
1 |
223.0447 | |||||||||||||
Подп. и дата | ||||||||||||||||||
Инв. N подл. | ||||||||||||||||||
АБВГ.123456.789 РР1 |
Лист | |||||||||||||||||
7 | ||||||||||||||||||
Изм. |
Лист |
N докум. |
Подп. |
Дата | ||||||||||||||
Копировал |
Формат A4 | |||||||||||||||||
Kr - коэффициент режима в зависимости от электрической нагрузки и температуры окружающей среды; Ke - коэффициент эксплуатации. | ||||||||||||||
Таблица П1.8 - Резисторы | ||||||||||||||
Позиционное обозначение |
Наименование и тип элемента |
λб·109, 1/ч |
Kr |
Ke |
λ·109, 1/ч | |||||||||
Постоянные непроволочные, металлодиэлектрические (кроме прецизионных) | ||||||||||||||
R1 |
Р1-12-1,0-130 Ом ± 1 %-М-А ШКАБ.434110.002 ТУ |
63 |
0.6161 |
1 |
58.2252 | |||||||||
R4 |
Р1-12-0,125-49,9 Ом ± 1 %-М-А ШКАБ.434110.002 ТУ |
63 |
0.6161 |
1 |
27.1718 | |||||||||
Kr - коэффициент режима в зависимости от электрической нагрузки и температуры окружающей среды; Ke - коэффициент эксплуатации. | ||||||||||||||
Таблица П1.29 - Полупроводниковые приборы | ||||||||||||||
Позиционное обозначение |
Наименование и тип элемента |
λб·109, 1/ч |
Kr |
Ke |
λ·109, 1/ч | |||||||||
СВЧ-диапазона, транзисторы СВЧ, большой мощности | ||||||||||||||
VT2 |
2Т9215А1 АЕЯР.432150.857 ТУ |
1.8 |
0.2063 |
1 |
0.3714 | |||||||||
СВЧ-диапазона, транзисторы СВЧ, сборки транзисторные СВЧ | ||||||||||||||
VT3 |
2П7240ГС9 АЕЯР.432140.605 ТУ |
3.52000005245209 |
0.1819 |
1 |
0.3137 | |||||||||
Подп. и дата |
Кроме СВЧ-диапазона, ограничители напряжения | |||||||||||||
D6 |
2Р303В92 АЕЯР.432120.772 ТУ |
4.3 |
0.2452 |
1 |
1.0542 | |||||||||
Инв. N дубл. | ||||||||||||||
Кроме СВЧ-диапазона, диоды кремниевые, диоды импульсные | ||||||||||||||
Взам. инв. N |
D10 |
КДШ2165А9 АДКБ.432120.515 ТУ |
15.0000005960464 |
0.09149 |
1 |
1.4109 | ||||||||
Подп. и дата |
Kr - коэффициент режима; Ke - коэффициент эксплуатации. | |||||||||||||
Инв. N подл. | ||||||||||||||
АБВГ.123456.789 РР1 |
Лист | |||||||||||||
8 | ||||||||||||||
Изм. |
Лист |
N докум. |
Подп. |
Дата | ||||||||||
Копировал |
Формат A4 | |||||||||||||
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Перечень элементов, входящих в состав изделия, и их интенсивности отказов при расчете показателей сохраняемости Таблица П2.1 - Соединители | |||||||||||||||||
Позиционное обозначение |
Наименование и тип элемента |
λб·109, 1/ч |
Kkk |
Kr |
Ke |
Kt |
λ·109, 1/ч | ||||||||||
X1.1 |
SMA-РПМП-Х-1-055-1-М ТУ 27.33.13.120-005-38970729-2019 |
10.2 |
3.4214 |
0.4814 |
1 |
0.4366 | |||||||||||
X8.3 |
ПКРГ-50-SMAp-SMAp-03-Г |
0.83 |
9.5005 |
0.08871 |
1 |
0.4441 | |||||||||||
Kkk - коэффициент в зависимости от количества задействованных контактов; Kr - коэффициент режима в зависимости от электрической нагрузки и температуры; Ke - коэффициент эксплуатации; Kt - коэффициент в зависимости от температуры окружающей среды и материала изолятора. | |||||||||||||||||
П2.1 Печатный узел "АБСД.11111111.001 - Плата усилителя" Перечень элементов, входящих в состав, и их интенсивность отказов: Таблица П2.5 - Конденсаторы | |||||||||||||||||
Позиционное обозначение |
Наименование и тип элемента |
λб·109, 1/ч |
Kr |
Ke |
λ·109, 1/ч | ||||||||||||
Постоянной емкости, керамические на номинальное напряжение менее 1600 В | |||||||||||||||||
Подп. и дата |
C1 |
К10-84в-2012М-50 В-МП0-24 пФ ± 20 %-N-A ФЦТА.673516.016 ТУ |
20.7 |
0.2583 |
1 |
0.118 | |||||||||||
Инв. N дубл. |
C12 |
К10-84в-2012М-50 В-Н90-0,1 мкФ-N-A ФЦТА.673516.016 ТУ |
20.7 |
0.2583 |
1 |
0.118 | |||||||||||
Взам. инв. N | |||||||||||||||||
C13 |
К10-84в-2012М-16 В-Н20-0,1 мкФ ± 20 %-N-A ФЦТА.673516.016 ТУ |
20.7 |
6.7665 |
1 |
0.118 | ||||||||||||
Подп. и дата | |||||||||||||||||
Инв. N подл. | |||||||||||||||||
АБВГ.123456.789 РР1 |
Лист | ||||||||||||||||
9 | |||||||||||||||||
Изм. |
Лист |
N докум. |
Подп. |
Дата | |||||||||||||
Копировал |
Формат A4 | ||||||||||||||||
Kr - коэффициент режима в зависимости от электрической нагрузки и температуры окружающей среды; Ke - коэффициент эксплуатации. | |||||||||||||||
Таблица П2.8 - Резисторы | |||||||||||||||
Позиционное обозначение |
Наименование и тип элемента |
λб·109, 1/ч |
Kr |
Ke |
λ·109, 1/ч | ||||||||||
Постоянные непроволочные, металлодиэлектрические (кроме прецизионных) | |||||||||||||||
R1 |
Р1-12-1,0-130 Ом ± 1 %-М-А ШКАБ.434110.002 ТУ |
63 |
0.6161 |
1 |
0.0945 | ||||||||||
R4 |
Р1-12-0,125-49,9 Ом ± 1 %-М-А ШКАБ.434110.002 ТУ |
63 |
0.6161 |
1 |
0.0945 | ||||||||||
Kr - коэффициент режима в зависимости от электрической нагрузки и температуры окружающей среды; Ke - коэффициент эксплуатации. | |||||||||||||||
Таблица П2.29 - Полупроводниковые приборы | |||||||||||||||
Позиционное обозначение |
Наименование и тип элемента |
λб·109, 1/ч |
Kr |
Ke |
λ·109, 1/ч | ||||||||||
СВЧ-диапазона, транзисторы СВЧ, большой мощности | |||||||||||||||
VT2 |
2Т9215А1 АЕЯР.432150.857 ТУ |
1.8 |
0.2063 |
1 |
0.3714 | ||||||||||
СВЧ-диапазона, транзисторы СВЧ, сборки транзисторные СВЧ | |||||||||||||||
VT3 |
2П7240ГС9 АЕЯР.432140.605 ТУ |
3.52000005245209 |
0.1819 |
1 |
0.3137 | ||||||||||
Подп. и дата |
Кроме СВЧ-диапазона, ограничители напряжения | ||||||||||||||
D6 |
2Р303В92 АЕЯР.432120.772 ТУ |
4.3 |
0.2452 |
1 |
1.0542 | ||||||||||
Инв. N дубл. | |||||||||||||||
Кроме СВЧ-диапазона, диоды кремниевые, диоды импульсные | |||||||||||||||
Взам. инв. N |
D10 |
КДШ2165А9 АДКБ.432120.515 ТУ |
15.0000005960464 |
0.09149 |
1 |
1.4109 | |||||||||
Подп. и дата |
Kr - коэффициент режима; Ke - коэффициент эксплуатации. | ||||||||||||||
Инв. N подл. | |||||||||||||||
АБВГ.123456.789 РР1 |
Лист | ||||||||||||||
10 | |||||||||||||||
Изм. |
Лист |
N докум. |
Подп. |
Дата | |||||||||||
Копировал |
Формат A4 | ||||||||||||||
Библиография
[1] |
Автоматизированная система АСОНИКА для моделирования физических процессов в радиоэлектронных средствах с учетом внешних воздействий / Под ред. А.С. Шалумова. М.: Радиотехника, 2013. 424 с. |
[2] |
Шалумов М.А., Шалумов А.С. Виртуальная среда проектирования РЭС на основе комплексного моделирования физических процессов. - Владимир: Владимирский филиал РАНХиГС, 2016. 87 с. |
[3] |
Шалумов А.С., Шалумов М.А. Опыт применения автоматизированной системы АСОНИКА в промышленности Российской Федерации: монография. Владимир: Владимирский филиал РАНХиГС, 2017. 422 с. |
(Нет голосов) |
Комментарии (0)
Чтобы оставить комментарий вам необходимо авторизоваться