Паспорт проекта

Цель работы

Целью работы является создание моделей оценки ресурса и срока службы отечественной и иностранной электронной компонентной базы (ЭКБ) и методик количественной оценки долговечности электронных средств различного функционального назначения в условиях влияния внешних возмущающих факторов (температура, электрическая нагрузка и др.).

Для достижения указанной цели необходимо решение следующих задач:

анализ оценки показателей долговечности ЭКБ по справочнику «Надежность ЭРИ» (редакция 2006 г.) с учетом моделей прогнозирования интенсивностей отказов;
анализ моделей прогнозирование интенсивностей отказов электрадиоэлементов по международным справочникам MIL-HDBK-217F (Notice 1, 2), RADC-TR-85-91, RIAC-HDBK 217Plus, GJB/Z 299B P, HRD5 TELECOMM, Telcordia SR-332, Siemens SN 29500-2005-1;
анализ методики количественной оценки показателей надежности по результатам испытаний иностранными компаниями, таким как Analog Devices, Texas Instruments, Crane Aerospace & Electronics, Xilinx, Altera Corporation и отечественными компании, такими как ОАО «НПФ «Микран», ОАО «Интеграл», ОАО "ВЗПП-С", ОАО «Ангстрем» и др.
исследование моделей прогнозирование наступление предельного состояния в ЭКБ, таких как линейная, кусочно-лийнейная, степенная, экспоненциальная, нормальная, распределения Релея и Вейбулла;
анализ методики оценки показателей долговечности, описанной в отраслевом стандарте ОСТ 4.012.013-84;
анализ стандартов в области надежности на предмет оценки показателей долговечности серия ГОСТ Р 27.ХХХ, КГВС «Мороз-6», КГВС «Климат-7»;
анализ методики оценки показателей надежности международных стандартов серии стандарта IEC 61ХХХ;
разработка и классификация коэффициентов и параметров моделей оценки ресурса и срока службы для современной ЭКБ электронных средств;
разработка состава и алгоритма функционирования прототипа автоматизированной системы количественной оценки долговечности (АСКОД) ЭКБ;
разработка базы данных по характеристикам и физическим параметров современной ЭКБ;
интеграция АСКОД в программное и информационное обеспечение программного комплекса АСОНИКА-К;
разработка функциональной модели методики расчета показателей долговечности электронных средств с учетом влияния различных возмущающих факторов.

При проведении исследования планируется применять методы теории математического моделирования, общей теории систем, теории надёжности, теории вероятностей и математической статистики, теории параметрической чувствительности, теории структурного анализа, теории принятия решений, теории систем автоматизированного проектирования, методы информатики и вычислительной математики.

Указанные методы исследований соответствуют современному международному уровню и системному подходу к проводимым исследованиям.

Результаты исследования

К предполагаемым научным результатам, полученным при выполнении научного исследования, следует отнести аналитические соотношения, методики расчета и разработанное программное средство количественной оценки показателей долговечности электронных средств. Полученные научные результаты предполагается согласовывать с результатами, опубликованными в отечественной и зарубежной печати, а также с заинтересованными предприятия, такими как ИКИ РАН, ОАО «НИИ ТП», ОАО «Концерн радиостроения «Вега», Воронежский государственный технический университет, Пензенский государственный университет и др.

Перспективные результаты исследований в рамках данного проекта могут найти заказчиков на предприятиях радиоэлектронной и медицинской промышленности, а также атомной энергетики и нефтегазовой отрасли, на которых используется программный комплекс АСОНИКА-К (или планируется к внедрению).

Практическая значимость исследований

Результаты исследования планируется внедрить в учебный процесс при чтении лекционных курсов, проведении практических и лабораторных занятий, курсовом и дипломном проектировании по образовательной программе бакалавров и магистров «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» и «Информатика и вычислительная техника», по направлениям подготовки магистров «Инжиниринг в электронике», «Радиотехнические средства специального назначения и технология их производства», «Компьютерное моделирование техники и технологии», а также при выпуске справочного материала «Количественная оценка показателей долговечности электронных средств» и его согласование с заинтересованными предприятия-разработчиками электронных средств.

Научное исследование соответствует приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники в Российской Федерации: «Информационно-телекоммуникационные системы», «Транспортные и космические системы»; приоритетным направлениям модернизации и технологического развития экономики России: «Создание интеллектуальных систем мониторинга и контроля состояния технически сложных объектов»; критическим технологиям: «Технологии создания электронной компонентной базы», «Технологии создания интеллектуальных систем навигации и управления».

Предлагаемые автоматизированные методики количественной оценки долговечности электронных средств, могут быть реализованы в существующем виде или модифицированы по согласованию с конкретными заказчиками. На разработанное программное и методическое обеспечение предполагается получение правоустанавливающих документов (ноу-хау, свидетельств о государственной регистрации программ для ЭВМ и баз данных), которые также могут быть в дальнейшем реализованы в виде патентов и лицензий.

Научная проблема

Научная проблема заключается в разработке и внедрении моделей, методов, программных средств, методического обеспечения на их основе, а также интеграция с современной системой менеджмента надежности, используемая при проектировании наукоемких изделий на базе ИПИ(CALS)-технологии.

Актуальность

Одной из основных задач при проектировании электронных средств является исследование надежности на всех этапах, что также находит свое отражение в техническом задании на разработку. Одним из разделов является количественная оценка показателей долговечности и определение предельного состояния.

В настоящее время основным источником для оценки показателей долговечности элементов электронных средств является справочник «Надежность ЭРИ» и технические условий на элементы, в которых приведены численные значения для конкретных режимов работы, но данные по ЭКБ иностранного производства отсутствуют в справочниках по надежности и даташитах (Datasheets). Поэтому используются данные по аналогам ЭКБ отечественного производства.

Однако такой подход может привести (и приводит) к очень грубой и не достоверной оценки, так как не представлены объективные данные о применении ЭКБ в электронном средстве в конкретных условиях эксплуатации, а самое главное, полностью отсутствуют сведения о ресурсе и сроке службы на современную элементную базу иностранных производителей, что является причиной получения заведомо не правильных оценок, т.к. не учитывает влияние внешних воздействующих факторов, временных, тепловых, электрических нагрузок и др.

Поэтому, при количественной оценке долговечности электронных средств требуется учет не только количественного состава применяемой номенклатуры элементов с нормативными данными о долговечности, но и условий применения, а также учет критерия наступления предельного состояния.

Единственным отечественным документом, позволяющим провести приближенную оценку показателей долговечности является ОСТ 4.012.013-84, в котором приведена методика, основанная на нормальном законе распределения, а также учете технического использования элементов с грубой оценки нагрузки элементов, но исходными данными является информация о значении вероятности наступления предельного состояния и знание среднего значения ресурса. Кроме простейшей общей математической модели для всех типов элементов в ОСТ 4.012.013-84 также приведены таблицы, содержащие численные значения их коэффициентов закона распределения.

Однако общая математическая модель перерасчета показателей долговечности, приведенная в ОСТ 4.012.013-84 малопригодна для решения практических задач обеспечения долговечности, т.к. ресурс и срок службы элементов, приведенный в ТУ не зависит от условий применения, и др. факторов. Другими словами, если полученные в результате расчетов ресурса и срока службы электронного средства окажутся низкими, то число возможных путей повышения их долговечности при использовании модели ОСТ 4.012.013-84 ограничено, а, следовательно, и возможность реализации соответствующих мероприятий маловероятна или потребует больших материальных затрат.

С другой стороны, на ЭКБ иностранного производства полностью отсутствует информация о методиках оценки показателей долговечности, в таких как IEC 61078 (2006-01), IEC 61025 (2006-12), IEC 60812 (2006-01) и IEC 60300-3-1 (2003-01), MIL-HDBK-338, есть лишь информация об интенсивностях отказов на элементы, полученная по результатам испытаний, приведенная в ежеквартальных отчетах по надежности (Reliability report) компаний производителей, например на сайте компании Texas Instruments (http://www.ti.com/pdfs/hirel/mltry/ep_rel_report.pdf). С этой точки зрения, больший интерес представляют модели, приведенные в отчетах по надежности постоянно обновляются компаниями производителей ЭКБ, даже простое сравнение количественной оценки ресурса, полученного по ответственной методике и из отчета по надежности показатели отличаются более чем в 100 раз, что говорит о необходимости исследование моделей оценки показателей, что для отечественных, что для иностранных элементов.

Поэтому для повышения точности оценки необходимо провести исследование моделей оценки показателей долговечности ЭКБ, разработать классификацию их коэффициентов и параметров и на этой основе создать программное обеспечение (в т.ч. базу данных, содержащую все необходимые справочные данные).

Цель и задачи данного исследования

Целью работы является повышение достоверности оценки показателей долговечности электронных средств за счет создания и внедрения методов и средств проектных исследований долговечности электронной компонентной базы и интеграции их в технологию надёжностно-ориентированного проектирования.