жима рис. 15.3, б. Следует помнить, что в результате принятых допущений нельзя оценить качество структуры системы (схему и конструкцию). В этом смысле лучшие результаты дает укрупненная схема расчета, когда в качестве элементов рассматривают блоки с известными .-характеристиками.

Увеличение надежности РЭА обеспечивают выбором наиболее надежных схемных решений на всех конструкторских уровнях. При этом подразумевается использование наиболее надежных типовых схем нз ряда известных и аналогичных по назначению. Повышению надежности способствует унификация и стандартизация разрабатываемой аппаратуры, позволяющая при минимальном числе типов элементов реализовать заданные функции РЭА. Оптимальный выбор схемных и конструкторских решений должен предупредить возникновение электрических, механических, тепловых, магнитных и прочих перегрузок, которые в значительной мере определяют внезапные отказы. Так, снижение тепловой нагрузки всего на 20 % увеличивает надежность РЭА в среднем вдвое.

Общепризнанным и перспективным направлением конструирования является микроминиатюризация с применением интегральных микросхем (ИМС) и больших интегральных схем (БИС) [50, 128]. Выигрыш в надежности образуется за счет сокращения числа элементов и соединений между ними, отсутствия доступа к внутренним элементам, уменьшения массы и объема и следующих отсюда лучшей герметизации и устойчивости к ударным и вибрационным перегрузкам, а также вследствие того, что технологический процесс сводится к малому числу типовых операций, хорошо поддающихся контролю. Современные ИМС характеризуются интенсивностью отказов примерно на два порядка ниже, чем дискретные полупроводниковые приборы (% - 10 * ... 10 1/ч). По существующим прогнозам интенсивность отказов микросхем в ближайшие годы может быть снижена еще иа 2-3 порядка. Современные методы защиты ИМС от внешних воздействий позволяют использовать РЭА, созданную на их основе, при самых тяжелых климатических, ударных, вибрационных, тепловых, радиационных и прочих нагрузках. Аппаратура становится компактной, расход материалов уменьшается в сотни раз, появляется возможность в ограниченных объемах размещать сложные комплексы сравнительно небольшой массы и энергопотребления. В настоящее время плотность размещения гибридных ИМС составляет около 10* см- и полупроводниковых -- свыше W см~. Дальнейшее ее увеличение является решающим фактором повышения надежности ИМС, которая возрастает пропорционально степени интеграции. В то же время плотность современной РЭА на ИМС порядка 10 см-, что определяется тем, что ИМС составляют небольшую часть объема изделия. Уменьшение этого разрыва и Соответствующее повышение надежности может быть достигнуто за счет сокращения числа межблочных и межсхемных соединений и нх совершенст вования.

Следует подчеркнуть, что при создании высоконадежной аппаратуры ставится комплексная задача: заложить высокий уровень надежности при проектировании, максимально сохранить его при производстве (технологическая проработка изделия, высокий уровень автоматизации, эффективный технический контроль), поддерживать в период эксплуатации (соблюдение правил эксплуатации, транспортирования, хранения, четкая организации профилактических и ремонтных работ),

в случае, если перечисленные выше способы не позволяют получить необходимый уровень надежности, следует вводить резервирование - применение дополнительных элементов или устройств, работающих при отказах основных [61, 128]. Такая избыточность хорошо реализуется при переходе к большим интегральным схемам.

15.3. Надежность по износовым отказам

Расчет надежности по отказам, вызванным процессами электрического и механического износа и старения (в дальнейшем износовые отказы), позволяет определить характеристики надежности по заданной наработке, а также правильно установить сроки профилактики. Рассмотрение ограничено невосстанавливаемыми системами.

Основные расчетные соотношения

Поскольку процессы старения имеют характер массовых явлений, то есть определяются большим числом факторов, на основании центральной предельной теоремы в качестве распределения случайной величины - времени безотказной работы (наработки) принимают гауссовское распределение. При этом ПРН (рнс. 15.5, а) по износовым отказам

(О = (1 2о„) ехр [- it - Г,р )V2ol], (15.13)

где t - наработка; Т^ - СНО по износовым отказам; - среднеквадрати-ческое отклонение наработки от своего среднего значения Т^. В случае, когда не выдерживается условие 7р.и^<и> используют усеченное гауссовское распределение [61, 128].

Т'ср. и = S ш/Л'о. (15.14)

где - наработка {-го устройства с учетом только износовых отказов; Л'о - количество поставленных иа испытание устройств. СКО характеризует степень однородности устройств относительно наработки

(.u-Tcp.hWo-I),

(15.15)

Рис, 15.5. Нормальный закон надежности

16 7-230

т. е. чем меньше СКО, тем гуще группировка отказов по времени относктель-во среднего Т^р (рис. 15.5, а, где а^ <0и2) Фуикция1распредел нии или ВО на заданном интервале времени

д„(0==Ф(2), (15.16)

где нормированная и центрированная случайная величина

Z=(i-T,p.Jf%, (15.17)

табулированный интеграл вероятностей (интеграл Лапласа)

-м о

Значение функции Ф (2) можно определить по [110, 1271, при расчетах по формулам (15.14) ... (15.18) следует учитывать правило знаков Ф (-Z) = = 1 -Ф(2). ВБР по износовым отказам можно найти из выражения (15.16) p(t)-l-q(t)]-0 (Z). (15.18)

Графики зависимостей > (О q (0- ; (О ДЛя гауссовского (нормального). закона распределения, построенные по формулам (15.13), (15.16), (15.16Vi приведены на рис. 16,5. Их сравнение с соответствующими зависимостями для экспоненциального закона надежности (рис. 15.4), который описывает внезапные эксплуатационные отказы, показывает существенные отличия. Так, в случае нормального закона распределения отказы группируются по времени вокруг среднего значения Т^ вследствие чего безотказная работа возможна на достаточно большом интервале времени, в течение которого ВО повышается чрезвычайно медленно (otj). ОДнако, как только наработка достигает среднего значения, функция q (t) резко наростает и к моменту ср а.возткает приблизительно половина всех отказов. Крутизна зависимостей q (t) и (t) определяется значением дисперсии о^, которая в свою

очередь зависит от чистоты исходных материалов, разброса, их параметров, оборудования, эффективности технического, контроля, обшей технологической

культуры предприятия. Чем меньше дисперсия , тем больший срок службы устройства и тем более резко выделен участок износа. В отличие от этого при экспоненциальном распределении ВО начинает наростать сразу после начала работы и примерно 63 % отказов возникает раньше времени Т Поэтому надежную работу здесь можно получить лишь для отрезка времени, значительно меньшего, чем Т^. Значительный разрыв

7cp Vh (15-19)

определиется тем, что Т^ - это время работы аппаратуры в режиме идеальной профилактики, когда отказы возникают только вследствие случайных причин. Так, если Г^р для элементов обычно ограничивается тысячами или десятками тысяч часов, то Т^ может достигать миллионов часов, что приближается к абсолютной надежности.

Рассматривая профилактику обслуживания аппаратуры, следует ясно представлять, какой выигрыш в надежности может быть получен прн замене