Цель проектирования РЭА
Целью проектирования РЭА является создание из имеющихся электро-радиоэлементов таких устройств, которые способны принимать, перерабатывать и передавать информацию или анергию. Для радиоэлектронной аппаратуры характерно выполнение многих разнообразных функций, поэтому требуется создание многоэлементных сложных структур и использование различных способов резервирования.
Экспериментальную отработку РЭА осуществляют в несколько этапов. На первом этапе разрабатывают макеты приборов, весьма далекие по конструктивному исполнению от окончательного варианта аппаратуры. Проверяют логику работы, схемно-конструктивные решения, электрические и тепловые режимы работы элементов и отдельных приборов.
Затем, после уточнения конструкторской документации, изготовляют комплект аппаратуры, который испытывают последовательно на все виды 1мндойствий. На этом этапе проверяют работоспособности аппаратуры на всех рабочих режимах, все алгоритмы функционирования, моделируют отказы элементов, их сочетания и оценивают влияние отказов на работоспособность аппаратуры. Проверяют взаимодействие и взаимовлияние приборов между собой и с эквивалентами других элементов сложной системы, не входящими в состав радиоэлектронной аппаратуры. Наконец, изготовляют 1—2 комплекта аппаратуры для завершающих испытаний у разработчика аппаратуры (включая ресурсные испытания) и для проведения комплексных испытаний РЭА в составе более крупной структуры сложной системы.
В общей сложности при экспериментальной отработке изготовляют и испытывают не более 4.—5 комплектов аппаратуры до начала государственных испытаний.
Результатов испытаний такого числа комплектов совершенно недостаточно для прямого экспериментального подтверждения высоких значений показателей надежности, задаваемых разработчикам аппаратуры в ТЗ на конец разработки.
Тщательный анализ структурно-функциональных схем аппаратуры, режимов работы элементов и сбор априорных сведений о надежности электро-радиоэлементов помогают преодолеть эти трудности и получить оценку надежности расчетно-экспериментальным методом.
Наибольшие трудности возникают при использовании в РЭА новейших элементов, по которым еще отсутствуют достоверные статистические данные о надежности. В этом случае можно получить лишь предварительную оценку надежности аппаратуры, подтвердив ее работоспособность при моделировании отказов внутри приборов и на стыках, обеспечив конструктивно высокую контроле-пригодность и ремонтопригодность, предусмотрев необходимую периодичность контроля и восстановления аппаратуры. Получаемая при этом расчетным методом количественная оценка надежности РЭА носит прогнозирующий характер. Учитывая также, что большинство видов РЭА предназначено для длительного функционирования, можно сделать вывод, что постановка статистического эксперимента до подтверждению высоких уровней надежности современной аппаратуры не оправдана и практически нереализуема.
Тем не менее даже приближенные расчетные или расчетно-экспериментальные оценки РЭА необходимы н весьма полезны, так как позволяют провести, сравнительный анализ возможных опорных вариантов конструкции и выбрать наилучший, оценить ожидаемые потери от ненадежности при переходе к следующей стадии работ, обосновать порядок обслуживания и восстановления аппаратуры, требующийся объем запасных частей, обосновать необходимость проведения дополнительных видов контрольных испытаний или использования дополнительных средств контроля и диагностики, оценить полезность введения изменений в схему, логику работы, конструкцию аппаратуры.
Однако окончательное подтверждение надежности РЭА возможно лишь при испытаниях и последующей эксплуатации в составе более крупной структуры, например системы в целом, причем с каждым годом в связи с созданием все более надежной аппаратуры и увеличением продолжительности функционирования трудности подтверждения надежности возрастают.
Ко второй группе относят оптико-механическую и электромеханическую аппаратуру. Требования, предъявляемые к точности и стабильности функционирования этих изделий, соизмеримы с точностью измерительных средств. Надежность такой аппаратуры зависит от точности и стабильности производства, которые могут быть оценены только статистическими методами. В этом случае, кроме проверки запасов работоспособности, устойчивости против отказов, логики работы, планируют и проводят статистические испытания в объеме, достаточном для перехода к следующей стадии работ.
К третьей группе относят элементы системы, в которых в процессе работы протекают сложные физико-химические процессы превращения вещества и (или) энергии. Математическое и физическое моделирование этих процессов при современном состоянии науки я техники дает во многих случаях -весьма приближенный результат.
На практике поиск оптимального варианта конструкции ведут методом проб и ошибок, т. е. путем изготовления и проведения испытаний различных вариантов конструкции до тех пор, пока не будет найден наилучший. Процесс этот длительный, трудоемкий, требуется проведение испытаний большого числа образцов. К концу экспериментальной отработки таких элементов по накопившейся статистической информации оказывается возможным подтвердить уровень надежности, достаточный для перехода к испытаниям в более сложной структуре. При этом используют разнообразные расчетно-экспериментальные методы и модели расчета. Повышение контроле-пригодности и использование больших запасов работоспособности, увеличение ресурса этих элементов позволяют сократить число испытаний.
К четвертой группе относят механические элементы и конструкции. Обеспечение надежности в этом случае достигается запасами работоспособности, компенсирующими возможные разбросы нагрузок, несущей способности материалов и отклонения от технологии сборки и монтажа конструкции.
Как правило, подтверждение надежности таких конструкций обеспечивается проведением одного-двух испытаний. Обнаруженные при этом отказы слабейших элементов устраняют упрочнением конструкции.
Если нагрузки изучены слабо и носят случайный характер, то требуется статистический эксперимент.
К пятой группе относят не контроле-пригодные изделия или изделия, работоспособность которых после изготовления не проверяется (например, электрические предохранители, огнетушители и т. п.). Необходимые гарантии их надежности обеспечиваются полным статистическим экспериментом.
В сложных системах встречаются все перечисленные группы элементов в различных сочетаниях. Поэтому для подтверждения надежности сложной системы необходимо дальнейшее развитие и совершенствование разнообразных методов подтверждения надежности, разработка методов использования и свертки разнородной качественной и количественной априорной Я апостериорной информации.
Качественные, организационно-технические (конструктивные и программные) требования по надежности, задаваемые в ТЗ для каждой стадии создания элементов и системы в целом, должны выполняться и подтверждаться на соответствующей стадии работ. Для их подтверждения не требуется статистический эксперимент, в этом их большое преимущество.
Значительному сокращению затрат на экспериментальные исследования изделий и вообще созданию высоконадежных изделий на стадиях проектно-конструкторской разработки способствуют создаваемые в отдельных отраслях промышленности проектные формы надежности — системы количественных и качественных требований и правил, выполнение которых обязательно при разработке изделий.