Способ определения эффективной последовательности испытаний изделий радиоэлектронной аппаратуры на стойкость к воздействию механических и климатических факторов

 

Использование: изобретение относится к методологии проведения испытаний изделий радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) на стойкость к воздействию механических и климатических факторов (МКФ) и направлено на повышение эффективности контрольных испытаний (КИ) РЭА. Сущность изобретения: способ КИ РЭА заключается в том, что на испытания отбирают восемь выборок РЭА, причем шесть из них проходят начальные сравнительные испытания, а две другие заключительные сравнительные. При начальных сравнительных испытаниях каждая из выборок подвергается воздействию либо чередующихся друг за другом, либо комбинации МКФ. Если по результатам этих испытаний хотя бы одно из комбинированных испытаний будет иметь высокую эффективность, тогда проводят заключительные сравнительные испытания на двух выборках, одна из которых подвергается воздействию последовательности только раздельно действующих МКФ, а другая последовательности МКФ, в которую включено наиболее эффективное комбинированное испытание. Если эффективность воздействия последней из этих последовательностей оказывается выше, чем у первой, тогда в технические условия для проведения КИ данных изделий записывается последняя. 3 табл.

Изобретение относится к способу проведения испытаний комплектующих изделий радиоэлектронной аппаратуры (далее электрорадиоизделий (ЭРИ), при проверке их соответствия заданным требованиям по стойкости к воздействию механических и климатических факторов. Перечень ЭРИ, на которые распространяется данное изобретение, указан в приложении 2 ГОСТ 20.57.406-81 [1] и объединяет изделия электронной техники, квантовой электроники и электротехнические.

Для оценки соответствия ЭРИ требованиям по стойкости к воздействию механических и климатических факторов их подвергают испытаниям различных видов, в том числе исследовательским и контрольным испытаниям.

Согласно ГОСТ 16504-81 [2] исследовательские испытания проводятся для изучения определенных характеристик свойств объекта, а контрольные испытания для контроля качества объекта.

При проведении исследовательских и контрольных испытаний ЭРИ на проверку их соответствия заданным требованиям по стойкости к воздействию механических и климатических факторов выбирается последовательность испытаний, регламентированная ГОСТ 20.57.406-81, причем воздействие внешних факторов (ВФ) в такой последовательности носит раздельный характер. Порядок проведения испытаний в регламентированной последовательности следующий: а) испытание на воздействие вибрации (случайной широкополосной или синусоидальной в зависимости от требований, установленных в техническом задании или технических условиях (ТУ) на конкретное ЭРИ); б) испытание на воздействие механических ударов многократного действия; в) испытание на воздействие механических ударов одиночного действия; г) испытание на воздействие линейного ускорения; д) испытание на воздействие изменения температуры среды; е) испытание на воздействие повышенной температуры среды; ж) испытание на воздействие повышенной влажности воздуха; з) испытание на воздействие пониженной температуры среды.

В условиях эксплуатации радиоэлектронная аппаратура (РЭА) и комплектующие ее ЭРИ подвергаются, как правило, комбинированному (одновременному) воздействию двух и более ВФ. В ряде случаев отказы РЭА и ЭРИ в условиях эксплуатации обусловлены именно комбинированным воздействием ВФ, и аналогичные отказы не подтверждаются затем при проведении лабораторных испытаний при последовательном воздействии этих же ВФ. В связи с этим разработаны различные методы испытаний на комбинированное воздействие ВФ, в том числе механических и климатических, изложенные в Публикациях МЭК 68-2-50 (1983) [3] и 68-2-51 (1983) [4] Для проведения таких испытаний используется соответствующее испытательное оборудование [5] В связи с этим появилась возможность повысить эффективность контрольных испытаний ЭРИ на воздействие механических и климатических факторов путем введения (в обоснованных случаях на основе результатов исследовательских испытаний) комбинированного испытания, например вибрация (синусоидальная) и температура (повышенная) или вибрация (случайная широкополосная) и влажность (повышенная) и т.п. в существующую последовательность раздельных испытаний, регламентированную ГОСТ 20.57.406-81.

Целью настоящего изобретения является разработка способа по определению оптимальной (с точки зрения эффективности воздействия ВФ) последовательности контрольных испытаний ЭРИ при проверке их соответствия заданным требованиям по стойкости к воздействию механических и климатических факторов.

Сущность изобретения заключена в том, что перед проведением исследовательских испытаний ЭРИ определенного типа формируются первоначально шесть выборок согласно ГОСТ 18321-73 [6] каждая из которых затем подвергается воздействию либо чередующихся, либо комбинации следующих ВФ: вибрации (случайной широкополосной или синусоидальной), температуры (повышенной и пониженной) и влажности (повышенной). Необходимо отметить, что выбор данных ВФ для проведения испытаний не случаен, так как их воздействие является причиной возникновения наибольшего числа отказов РЭА в условиях эксплуатации и при лабораторных испытаниях, произошедших от воздействия механических и климатических факторов (по данным [7] до 90% всех отказов).

Таким образом, проводятся следующие начальные сравнительные испытания (НСИ):
а) первая выборка подвергается последовательному воздействию (ПВ) вибрации и повышенной температуры;
б) вторая выборка подвергается комбинированному воздействию (КВ) вибрации и повышенной температуры;
в) третья выборка подвергается ПВ вибрации и пониженной температуры;
г) четвертая выборка подвергается КВ вибрации и пониженной температуры;
д) пятая выборка подвергается ПВ вибрации и повышенной влажности;
е) шестая выборка подвергается КВ вибрации и повышенной влажности.

Необходимо отметить, что при проведении испытаний на комбинированное воздействие ВФ нормы испытаний для каждого из ВФ выбираются соответствующими их нормам для раздельных испытаний [8]
По результатам НСИ выбирается наиболее эффективная (с точки зрения количества выявленных отказов ЭРИ) комбинация ВФ.

Если эффективность воздействия выбранной комбинации ВФ окажется выше эффективности их последовательного воздействия, то принимается решение о проведении заключительных сравнительных испытаний (ЗСИ) на двух дополнительных выборках изделий, причем седьмая выборка ЭРИ подвергается воздействию регламентированной ГОСТ 20.57.406-81 последовательности испытаний, а восьмая выборка ЭРИ последовательности испытаний, в которую включено комбинированное воздействие определенных ВФ (далее рекомендуемой последовательности испытаний ЭРИ).

Если по результатам ЗСИ подтверждается более высокая эффективность рекомендуемой последовательности испытаний ЭРИ по сравнению с эффективностью регламентированной ГОСТ 20.57.406-81 последовательностью испытаний ЭРИ, тогда в ТУ на данное ЭРИ включается первая из этих последовательностей для проведения контрольных испытаний.

Если по результатам ЗСИ эффективность регламентированной ГОСТ 20.57.406-81 последовательности испытаний ЭРИ окажется выше эффективности рекомендуемой последовательности испытаний ЭРИ, в ТУ на данное ЭРИ включается первая из этих последовательностей для проведения контрольных испытаний.

Необходимо отметить, что ЗСИ на седьмой и восьмой выборках ЭРИ проводят только в тех случаях, когда эффективность хотя бы одного из трех комбинированных испытаний на воздействие конкретных ВФ, проведенного на стадии НСИ, выше эффективности соответствующего последовательного испытания на воздействие этих же ВФ, проведенного на стадии НСИ. Если эффективность всех последовательных испытаний, проведенных на стадии НСИ, выше эффективности соответствующих комбинированных испытаний, проведенных на стадии НСИ, тогда ЗСИ на седьмой и восьмой выборках ЭРИ не проводятся, а в ТУ включается регламентированная ГОСТ 20.57.406-81 последовательность испытаний ЭРИ.

Если по результатам сравниваемых испытаний ЭРИ (на стадиях НСИ и ЗСИ) нельзя выбрать из них наиболее эффективное (отказы у ЭРИ отсутствуют или число отказов для сравниваемых испытаний одинаково), тогда необходимо провести дополнительное испытание сравниваемых выборок ЭРИ на воздействие повышенной температуры до тех пор, пока по количеству выявленных отказов (или по интенсивности отказов) можно сделать вывод о том, какое из предшествующих испытаний более эффективно. Повышенная температура выбрана в качестве воздействующего фактора не случайно, так как известно, что она является универсальным форсирующим фактором, поскольку ускоряет большинство физико-химических процессов, протекающих в ЭРИ, в соответствии с законом Аррениуса.

Если по результатам НСИ принято решение о введении в последовательность испытаний восьмой выборки ЭРИ комбинированного испытания на воздействие определенных ВФ, то его место в этой последовательности будет определяться по месту одного из факторов, входящего в комбинацию и находящегося ближе к концу последовательности. Такая расстановка испытаний в последовательности позволит обнаруживать отказы ЭРИ, вызванные предшествующими испытаниями.

Необходимо отметить, что характер отказов, выявленный в результате испытаний конкретного ЭРИ, должен соответствовать характеру отказов, встречающемуся в условиях эксплуатации этого изделия.

Для реализации заявляемого способа испытаний используют серийное испытательное оборудование, воспроизводящее как раздельное, так и комбинированное воздействие механических и климатических факторов.

Проведение на стадии исследовательских испытаний по предложенному способу испытаний ЭРИ позволит оптимизировать состав последовательности контрольных испытаний и тем самым повысить эффективность контроля качества изделий.

В качестве примера реализации данного способа приведены результаты исследовательских испытаний химических источников тока (ХИТ) типа CR-2325, выпускаемых ПО "НЗХК" (г. Новосибирск) и предназначенных для питания электронных наручных часов и других малогабаритных приборов электронной техники.

В качестве контролируемого электрического параметра ХИТ была выбрана их емкость при разряде на нагрузку 10 кОм, причем номинальное значение емкости составляет 180 мА ч. Перед началом испытаний было установлено, что все ХИТ, предназначенные для испытаний, удовлетворяют заданным требованиям ТУ, предъявляемым к их электрическим параметрам.

Отказавшими (не выдержавшими испытание) ХИТ считаются те, у которых емкость при разряде после испытаний составляет 140 мА ч или меньше.

В первых шести выборках, проходивших начальные сравнительные испытания, находилось по 5 ХИТ, в седьмой и восьмой выборках, проходивших заключительные сравнительные испытания, по 10 ХИТ.

Испытания ХИТ на воздействие вибрации, температуры и влажности проводились на комбинированной испытательной установке типа CS-713Р+2С-210 (Япония), испытания ХИТ на воздействие многократных ударов на установке StТ500 (Германия), испытания ХИТ на воздействие одиночных ударов на копре ударном КУ-1 (СССР) и испытания ХИТ на воздействие линейных нагрузок на центрифуге Ц 100/200 (СССР).

Нормы испытаний ХИТ по каждому из механических и климатических факторов выбраны на основе ТУ и приведены в табл.1.

Первая выборка ХИТ была подвергнута последовательному воздействию вибрации и повышенной температуры, а вторая выборка ХИТ их комбинированному воздействию в соответствии с методом испытаний, изложенным в "Публикации МЭК 68-2-51" (1983), причем нормы испытаний в последнем случае для каждого из внешних факторов соответствовали нормам испытаний для раздельных испытаний на воздействие данных внешних факторов.

Третья выборка ХИТ была подвергнута последовательному воздействию вибрации и пониженной температуры, а четвертая выборка ХИТ их комбинированному воздействию в соответствии с методом испытаний, изложенным в "Публикации МЭК 68-2-50" (1983), причем нормы испытаний в последнем случае для каждого из внешних факторов соответствовали нормам испытаний для раздельных испытаний на воздействие данных внешних факторов.

Пятая выборка ХИТ была подвергнута последовательному воздействию вибрации и повышенной влажности, а шестая выборка ХИТ их комбинированному воздействию, причем нормы испытаний в последнем случае для каждого из внешних факторов соответствовали нормам испытаний для раздельных испытаний на воздействие данных внешних факторов. Следует отметить, что после установления в климатической камере необходимого влажностного режима включали вибратор и проводили комбинированное испытание в течение 6 ч, после чего вибратор отключали и на ХИТ воздействовали только повышенной влажностью.

После окончания испытаний ХИТ замеряли их емкость при разряде на нагрузку 10 кОм. Значение емкости для каждого ХИТ и среднее значение емкости для каждой выборки ХИТ приведены в табл.2.

Из табл. 2 следует, что наиболее эффективным воздействием для ХИТ оказалось комбинированное воздействие вибрации и повышенной влажности (средняя разрядная емкость шестой выборки ХИТ минимальная по сравнению с другими выборками), причем элемент 3 в шестой выборке по результатам испытаний признан отказавшим, так как его разрядная емкость оказалась ниже допустимой минимальной, установленной в ТУ на данный тип ХИТ.

На основании результатов начальных сравнительных испытаний ХИТ были проведены заключительные сравнительные испытания ХИТ, причем седьмая выборка ХИТ испытывалась на воздействие последовательности механических и климатических факторов, регламентированной ГОСТ 20.57.406-81, а восьмая выборка ХИТ на воздействие последовательности механических и климатических факторов, в которую включено испытание на комбинированное воздействие вибрации и повышенной влажности. Данная последовательность испытаний была реализована в следующем порядке:
а) испытание на воздействие механических ударов многократного действия;
б) испытание на воздействие механических ударов одиночного действия;
в) испытание на воздействие линейного ускорения;
г) испытание на воздействие изменения температуры среды;
д) испытание на воздействие повышенной температуры среды;
е) испытание на комбинированное воздействие вибрации и повышенной влажности;
ж) испытание на воздействие пониженной температуры среды.

После окончания испытаний ХИТ замеряли их емкость при разряде на нагрузку 10 кОм. Значение емкости для каждого ХИТ и среднее значение емкости для каждой выборки ХИТ приведены в табл.3.

Из табл.3 следует, что наиболее эффективной последовательностью испытаний ХИТ является последовательность, в состав которой входит испытание на комбинированное воздействие вибрации и повышенной влажности (средняя разрядная емкость восьмой выборки ХИТ меньше, чем у седьмой выборки ХИТ, причем элементы 2 и 6 в восьмой выборке по результатам испытаний признаны отказавшими, так как их разрядная емкость оказалась ниже допустимой минимальной, установленной в ТУ на данный тип ХИТ.

По результатам исследовательских испытаний ХИТ типа CR-2325 приняты следующие решения:
а) провести доработку конструкции ХИТ с целью обеспечения стойкости к комбинированному воздействию вибрации и повышенной влажности;
б) подготовить изменение в ТУ о замене последовательности контрольных испытаний данного типа ХИТ на воздействие механических и климатических факторов, регламентированной ГОСТ 20.57.406-81 на последовательность контрольных испытаний, определенную на основании исследовательских испытаний и содержащую испытание на комбинированное воздействие вибрации и повышенной влажности. (56) 1. ГОСТ 20.57.406-81. КСКК. Изделия электронной техники, квантовой электроники и электротехнические. Методы испытаний. M. Издательство стандартов, 1988.

2. ГОСТ 16504-81. СГИП. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения. M. Издательство стандартов, 1982.

3. Стандарт МЭК. Публикация 68-2-50. Изд. 1-e. 1983. Основные методы испытаний на воздействие внешних факторов. Ч. 2. Испытания Z/AFc: комбинированные испытания на воздействие холода и вибрации (синусоидальной) для теплорассеивающих и нетеплорассеивающих образцов. Л. ВНИИ "Электронстандарт", 1984.

4. Стандарт МЭК. Публикация 68-2-51. Изд. 1-e. 1983. Основные методы испытаний на воздействие внешних факторов. Ч. 2. Испытания. Испытания Z/BFc: комбинированные испытания на воздействие сухого тепла и вибрации (синусоидальной) для теплорассеивающих и нетеплорассеивающих образцов. Л. ВНИИ "Электронстандарт", 1984.

5. Костылев Ю.С. Лосицкий О.Г. Испытания продукции. M. Издательство стандартов, 1989.

6. ГОСТ 18321-73. СКК. Методы случайного отбора выборок штучной продукции. M. Издательство стандартов, 1991.

7. Доминич А.П. Планирование испытаний РЭА на вибростойкость. //Радиоэлектроника, 1990. Тетр. II, c.16-30.

8. Стандарт МЭК. Публикация 721-3-0. Изд. 1-e. 1985. Классификация условий, создаваемых внешними воздействиями. Ч. 3. Классификация групп внешних воздействующих факторов и их уровней. Введение. M. Издательство стандартов, 1987.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ НА СТОЙКОСТЬ К ВОЗДЕЙСТВИЮ МЕХАНИЧЕСКИХ И КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ, заключающийся в том, что создают последовательность воздействий поочередно следующих друг за другом вибраций, механических ударов многократного действия, механических ударов одиночного действия, нелинейного ускорения, изменения температуры среды, повышенной температуры среды, повышенной влажности воздуха, пониженной температуры среды, отличающийся тем, что восемь выборок изделия подвергают испытаниям, которые проходят в два этапа, на первом этапе первые шесть выборок подвергают начальным сравнительным испытаниям, заключающимся в подаче последовательного воздействия вибрации и повышенной температуры на первую выборку, одновременного воздействия вибрации и повышенной температуры на вторую выборку, последовательного воздействия вибрации и пониженной температуры на третью выборку, одновременного воздействия вибрации и пониженной температуры на четвертую выборку, последовательного воздействия вибрации и повышенной влажности на пятую выборку, одновременному воздействию вибрации и повышенной влажности на шестую выборку, сравнивают количество полученных в результате испытаний отказов каждой из выборок между собой, по их максимальному значению судят о наиболее эффективной комбинации воздействий внешних факторов, если одновременное воздействие внешних факторов хотя бы одного (из трех) комбинированного испытания эффективнее их последовательного воздействия, то на двух дополнительных выборках изделия проводят заключительные сравнительные испытания таким образом, что седьмую выборку подвергают последовательному раздельному воздействию механических и климатических факторов, а восьмую - последовательности механических и климатических факторов, в состав которой включено наиболее эффективное одновременное воздействие выбранных внешних факторов, сравнивают полученное количество отказов между собой и по максимальному их значению выбирают последовательность испытания для изделия, причем если эффективность последовательных воздействий выше эффективности одновременных воздействий, то заключительные сравнительные испытания не проводят, если эффективность последовательных воздействий равна эффективности комбинированных воздействий при проведении как начальных, так и заключительных испытаний, то проводятся на сравниваемых выборках дополнительные испытания на воздействие повышенной температуры, по наибольшему числу отказов изделия выбирают наиболее эффективный вид или последовательность испытаний.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2