Классификация дефектов бортовой РЭА

УДК 620.179

Григорьев А.В. , Данилова Е.А., Држевецкий А.Л.

Пензенский государственный университет

КЛАССИФИКАЦИЯ ДЕФЕКТОВ БОРТОВОЙ РЭА

Аннотация. Предложена классификация дефектов бортовой радиоэлектронной аппаратуры в зависимости от различных признаков. Даны описания признаков и рассмотрена форма соотнесения дефектов с возможными последствиями их появления.

Ключевые слова: дефект, признак дефекта, классификация дефектов, бортовая радиоэлектронная аппаратура, качество.

Особенностями бортовой аппаратуры является постоянный рост функциональной сложности при минимальных габаритах и массе, работа в условиях разряженной атмосферы, соблюдение требований электромагнитной и радиационной защищенности и многое другое. Современная бортовая аппаратура - это сложная система как по своему функциональному назначению, структуре, количеству элементов и связей, волновому и энергетическому диапазонам, так и по процессам, протекающим в системе, а также по областям применения. Бортовая аппаратура космических аппаратов характеризуется длительной предполетной проверкой, поэтому к ней предъявляется требование высокой контролепригодности конструкции. В процессе эксплуатации бортовая электронная аппаратура испытывает значительные вибрационные, ударные и линейные перегрузки, воздействие перепадов температур, тепловых ударов, высоких и сверхвысоких давлений, и при этом она должна длительное время работать без профилактических осмотров и ремонтов.

К космической и ракетной ЭА, помимо общих требований, предъявляются дополнительные требования по массо-габаритным характеристикам из-за особой ограниченности объема и массы полезной нагрузки, защиты от совместного действия вибрационных и линейных перегрузок во время старта, чрезвычайно высокой безотказности, высокой контролепригодности и ремонтопригодности в предстартовый период, учета специфики больших высот. Поэтому актуальным является проблема обнаружения и локализации дефектов на ранних стадиях жизненного цикла, для обеспечения своевременного принятие мер либо по ремонту электронной аппаратуры, либо по ее отбраковке до перехода на следующую стадию технологического процесса.

ГОСТ 15467-79 включается следующее определение дефекта. Дефектом называется отдельное несоответствие объекта установленным нормам и требованиям. Примером дефекта является выход размеров за пределы допуска. Находясь в исправном состоянии, изделие может иметь один или несколько дефектов.

В то время как неисправность РЭС проявляется в виде искажения выходной информации или ее отсутствия (при наличии входного сигнала и напряжения питания). Среди источников неисправности можно выделить такие внешние факторы, как пыль, влага, застывшие капли припоя и т.д. Неисправные элементы РЭС называются дефектными элементами. Каждый элемент (деталь) РЭС оказывает влияние на формирование выходных параметров. Зависимость между состояниями элементов РЭС и ее выходными параметрами носит неоднозначный характер: большинство элементов влияет сразу на несколько параметров, а сами параметры могут зависеть от многих элементов.

Многие подходы к поиску дефектов учитывают ухудшение элементов лишь в количественном отношении (например, уменьшение емкости), не принимая во внимание качественные изменения (появление проводимости у конденсаторов). Количественные изменения характеристик элементов могут приводить к различным внешним проявлениям. Влияние дефектного элемента одновременно на несколько выходных параметров РЭС в ряде случаев облегчает нахождение неисправности.

Понятия дефекта и отказа имеют различное понимание. В соответствии с определением отказа, заключающегося в нарушении работоспособности, предполагается, что до появления отказа объект был работоспособен. Наличие дефектов может являться причиной, приводящей к отказам.

От характера дефектов во многом зависят особенности их поиска. Поэтому важно определить, к какому типу относится данный дефект. Классификация дефектов по признакам ускоряет определение неисправности и соответственно сокращает время, затрачиваемое на ремонт.

Дефекты можно классифицировать по основным признакам в соответствии со схемой на рисунке 1.

Дефекты бортовой РЭА

Возможность обнаружения

явные

неявные

Значимость

критические

значительные

малозначимые

Трудоёмкость обнаружения

очевидные

типовые

нетиповые

Сложность обнаружения

простые

несложные

сложные

очень сложные

Скорость проявления

внезапные

постепенные

Внешние проявлении

отсутствие какого-либо параметра

несоответствие параметра норме

появление на выходе нежелательных сигналов

Обусловленность различными факторами

случайные

детерминированные

Причины возникоповеиия

конструкторские

тех нологи ч ее кие

эксплуатационные

Возможность устранения

устранимые

неустранимые

Местонахождение

внешние

внутренние

Количество

одиночные

групповые

Степень связности

независимые

коррелированные

Особенности проявления

постоянно проявляющиеся

непостоянные

проявление в процессе прогрева

проявление при механических воздействиях

самоустраняющиеся

Источник

выход из строя ЭРЭ

резистора

конденсатора

микросхемы

транзистора и т.д.

Рисунок 1 - Классификация дефектов бортовой РЭА

Более подробно остановимся на описании признаков данной классификации.

Разделение технологических дефектов по возможности обнаружения на явные и скрытые (латентные) имеет важное значение при анализе качества продукции и устранении причин неисправностей. Явный дефект - это дефект, для выявления которого в нормативной документации, обязательной для данного вида контроля, предусмотрены соответствующие правила, методы и средства [2].

В ряде случаев явные дефекты устанавливаются визуально, однако невозможность визуального обнаружения дефекта не может служить основанием для утверждения об отсутствии явного дефекта. Такое утверждение возможно только в том случае, когда дефект не обнаружен предусмотренными в нормативных документах правилами, методами и средствами контроля. Явные дефекты приводят к немедленному отказу оборудования. Примерами явных дефектов печатных плат могут служить трещины в печатных проводниках, перемычки между печатными проводниками, отсутствие металлизации в переходных и контактных отверстиях, некачественное нанесение защитного покрытия.

Скрытым называется дефект, для выявления которого в нормативной документации, обязательной для данного вида контроля, не предусмотрены соответствующие правила, методы и средства [2]. Скрытые (латентные) дефекты к немедленному отказу не приводят, но снижают надёжность и качество оборудования. Они могут привести к отказу оборудования на дальнейших этапах производства или при эксплуатации. Неявные дефекты чаще возникают на этапе производства, то есть имеют технологические причины возникновения. Примерами скрытых дефектов печатных плат являются заужения печатных проводников или, наоборот, их расширения, в результате которых расстояния между печатными проводниками становится меньше допустимого значения. К латентным дефектам относятся также выступы и вырывы печатных проводников, вкрапления металлизации на поверхности диэлектрической основы печатной платы и раковины в печатных проводниках. Кроме того, латентными дефектами являются нарушения формы переходных, контактных и крепёжных отверстий, смещения центров отверстий относительно их запланированных координат, дефекты металлизации отверстий.

Разделение дефектов по значимости на критические, значительные и малозначительные принято в большинстве стран мира. Оно имеет большое значение при обосновании планов, методов и средств контроля.

Критическим называется дефект, при наличии которого использование изделия по назначению практически недопустимо. Для обнаружения критических дефектов, как правило, применяется сплошной контроль и наиболее совершенные средства контроля.

Значительный дефект - это дефект, который существенно влияет на использование изделия по назначению и (или) на его долговечность, но он не является критическим.

Малозначительным называется дефект, который существенно не влияет на использование изделия по назначению и его долговечность. Для обнаружения таких дефектов, как привило, применяется выборочный контроль и наиболее простые средства контроля.

Деление дефектов по возможности устранения на устранимые и неустранимые имеет существенное значение при обосновании допусков на изготовление продукции и при разработке технологических процессов.

Устранимым называется дефект, установление которого технически возможно и экономически целесообразно.

Неустранимым называется дефект, устранение которого технически невозможно или экономически нецелесообразно.

Деление дефектов по причинам возникновения на конструкторские, технологические и эксплуатационные имеет существенное значение при анализе причин возникновения дефектов и принятии мер по устранению причин.

Конструкторским, технологическим, эксплуатационным называется дефект, появление которого обусловлено нарушением соответственно правил разработки, производства, эксплуатации изделий.

Также дефекты можно классифицировать по месту их нахождения на внешние и внутренние. Внешние дефекты можно наблюдать и измерять с поверхности изделия (детали). В некоторых случаях внешние дефекты свидетельствуют о наличии внутренних дефектов. Внутренние дефекты, находящихся внутри изделия (детали). Они могут определяться различными методами, как разрушающего (микрошлиф), так и неразрушающего (рентгеновский анализ) контроля.

Далее классификацию можно расширить, проводя деление дефектов по следующим признакам: тру-

доемкости обнаружения; сложности; количеству; степени связанности; скорости проявления; особенности проявления; месту нахождения дефекта в одной из подсистем РЭС; внешнему проявлению; источнику неисправности; причинам возникновения; значимости. Это разделение условное, так как сами признаки не могут иметь четких границ. Например, одна и та же неисправность может иметь сразу несколько признаков.

По трудоемкости обнаружения различают дефекты: очевидные, на поиск которых затрачивается

мало времени; типовые, имеющие однозначную связь с их внешним проявлением; нетиповые, на поиск которых затрачивается больше времени.

По сложности обнаружения различают дефекты: простые, когда дефект очевиден и легко устра-

ним; несложные, когда дефект легко отыскивается, однако устранение его затруднено (замена вышедшей из строя печатной платы); сложные, когда дефект непросто отыскать, но легко устранить (плохая пайка, в которой контакт нарушается лишь с прогревом изделия); микроперемычки на печатной плате из-за действия агрессивной среды; очень сложные, когда дефект трудно отыскать и устранить (случайные межэлектродные замыкания).

По количеству различают дефекты одиночные и групповые, когда несколько неисправностей проявляются одновременно.

По степени связанности дефекты разделяют на независимые и коррелированные, причем корреляция может быть вызвана причинами неисправности как самого изделия, так и условиями эксплуатации.

По скорости проявления дефекты бывают внезапные и постепенные.

По особенностям проявления различают дефекты: постоянно проявляющиеся; непостоянные, прояв-

ляющиеся время от времени без явных причин; проявляющиеся или пропадающие в процессе прогрева (в первом случае дефект отыскивается методом электропрогона, а во втором - РЭС дают остыть и обнаруживают дефект сразу после включения); проявляющиеся или пропадающие при механических воздействиях (при простукивании, прижатии стенок или крышки, вращении органов управления и т.п.); самоустраняющиеся.

По внешнему проявлению различают дефекты, связанные с отсутствием какого-либо параметра РЭС; с несоответствием какого-либо параметра норме; с появлением на выходе нежелательных сигналов.

По источнику неисправность может быть вызвана выходом из строя одной или нескольких деталей: резисторов, предохранителей, разъемных соединителей, переключателей, конденсаторов, мо-

точных изделий, диодов, транзисторов, микросхем, а также печатного и объемного монтажа[4,5] .

По обусловленности различными факторами дефекты бывают случайные или детерминированные, т.е. вполне определенные, которые можно предусмотреть. К детерминированным дефектам относятся:

- недостатки конструкции, заложенные при ее разработке: малонадежные элементы;

- элементы, эксплуатирующиеся в режимах, близких к предельно допустимым;

- конструктивные решения, не обеспечивающие надежность контактных соединений или, наоборот, вызывающие нежелательные связи;

- нарушение технологической дисциплины при изготовлении РЭС (непропаи, качество монтажа и т.п.);

- нарушение условий эксплуатации: эксплуатация РЭС под действием прямых солнечных лучей,

вблизи отопительных приборов или с закрытыми вентиляционными отверстиями; использование не предназначенных для данной РЭС предохранителей;

- неосторожное обращение с РЭС, повлекшее к падению, ударам; попадание внутрь РЭС влаги, пыли, насекомых, посторонних предметов (при эксплуатации в условиях повышенной влажности чаще всего выходят из строя элементы, работающие в высоковольтных цепях);

- воздействие статического электричества, которое образуется на коврах, одежде из синтетических материалов и пр.;

- намагничивание близко работающими электробытовыми приборами; неправильное подключение РЭС к источнику питания;

- механические повреждения по вине обслуживающего персонала (особое внимание следует уделять установочным переменным резисторам, которые могут быть неправильно установлены или повреждены из-за применения неподходящей отвертки, а также из-за излишнего усилия при регулировке, могут быть повреждены печатные проводники в местах установки переменных резисторов, переключателей и т.п.);

- неквалифицированное вмешательство в конструкцию РЭС: перепутаны цоколевки установленных элементов, впаяны транзисторы другого типа, установлены дефектные элементы;

- произведены плохие пайки, замкнуты или оборваны проводники;

- плохо установлены или перепутаны соединители;

- изъяты лишние крепежные детали, экраны, проводники соединения с шасси;

- несанкционированное изменение электрической и монтажной схем.

Неквалифицированное вмешательство можно обнаружить при осмотре монтажа. Его признаками являются: нетиповые элементы, плохая пайка, нарушение стопорящей краски на подстроенных и регулировочных элементах, нарушение заводских пломб, нарушение герметизации и т.п.

Любой дефект, проявляющийся в РЭС, нарушает ее нормальную работу. Однако дефекты неравноценны, поэтому целесообразно установить последовательность их поиска и устранения исходя из их значимости.

В целях повышения качества выпускаемых изделий полезным было бы составления форм, соотносящих причины и возможные последствия развития дефектов. Классификация дефектов, построенная по данному принципу, иллюстрируется таблицей 1.

Таблица 1

Риск Причина

известная неизвестная

никакого

неизвестный

Категорию «риск» можно определять как экспертными методами, так и используя модели развития присутствующих дефектов.

Задача классификации дефектов является важным элементом в обеспечении надежности бортовой РЭА и при более глубоком анализе позволяет использовать полученные соответствия для моделирования состояния аппаратуры в процессе эксплуатации.

ЛИТЕРАТУРА

1. Юрков, Н.К. Технология радиоэлектронных средств. Учебник/Н.К.Юрков//Пенза: Изд-во ПГУ,

2012, - 640 с.

2. ГОСТ 15467-79. Управление качеством продукции. Основные понятия. Термины и определения. - Внед. 1979-07-01. М.: Изд-во Стандартов, 1989. - 22 с.

3. Држевецкий А.Л., Григорьев А.В. Автоматизированная система оптического допускового контроля печатных плат и фотошаблонов. - «Метрология» (прил. к ж. «Измерительная техника»), 1995,

вып. 4, С. 11-18.

4. Кочегаров И.И. Информационные технологии проектирования РЭС: учебное пособие/ И.И. Коче-гаров.-Пенза: Изд. Пенз гос. ун-та, 2007.-96 с.

5. Информационные технологии проектирования РЭС. Единое информационное пространство предприятия : учеб. пособие / В. Б. Алмаметов, В. Я. Баннов, И. И. Кочегаров. - Пенза : Изд-во

ПГУ, 2013. - 108 с.