Повышение надежности бытовой радиоэлектронной аппаратуры

Методы резервирования.

Уровень надежности отдельных элементов БРА (полупроводникового прибора и микросхемы) определяется в процессе их проектирования. Как правило, чем выше требуемая надежность изделия, тем выше должны быть экономические затраты для ее обеспечения — применяются более высококачественные и дорогие материалы и технологии. Но и это не всегда может обеспечить необходимую надежность изделия. Поэтому при проектировании изделий применяют резервирование.

Любой метод резервирования основан на принципе избыточности, т. е. наряду с основными элементами или узлами электронного изделия, выполняющими предназначенные им функции, должны быть предусмотрены резервные элементы, которые не являются функционально необходимыми, а предназначены для замены соответствующих основных узлов в случае их отказа.

По способу включения резерва различают резервирование замещением и постоянное резервирование.

При резервировании замещением схема изделия проектируется так, чтобы при появлении отказа элемента она перестраивалась и восстанавливала свою работоспособность путем замещения отказавшего элемента резервным. В этом случае в схеме должны быть предусмотрены переключательные элементы. Такой способ включения резерва обладает рядом достоинств:

• • в момент отказа основного и включения резервного элемента регулировка входных и выходных параметров, как правило, не требуется;
• • резервные элементы могут находиться до момента включения их в работу в облегченном или ненагруженном состоянии, что способствует сохранению ресурса аппаратуры, поддержанию ее надежности, уменьшению расхода энергии источников питания;
• • один или несколько резервных элементов могут быть использованы для замены любого из однотипных элементов. Это позволяет повысить надежность при малых затратах и незначительном увеличении веса, и габаритных размеров аппаратуры.

При постоянном резервировании дублирующие элементы включены аналогично основным в течение всего времени работы и находятся в одинаковом с ним рабочем режиме. В этом случае схема проектируется таким образом, чтобы отказ основных элементов не влиял на режим ее работы. Резервный элемент может быть подключен параллельно основному и постоянно функционировать. Это приводит к менее жесткому режиму работы основного элемента, что способствует повышению его надежности.

Достоинство постоянного резервирования — простота и отсутствие даже кратковременных перерывов в работе, необходимых для переключения при резервировании замещением. Недостаток — повышенный расход ресурса резервных элементов. По объему охвата резервированием различают общее резервирование, состоящее в резервировании всей системы в целом; раздельное резервирование, при котором в системе резервируются отдельные элементы или группы элементов; смешанное резервирование, предусматривающее наличие, как общего резервирования системы, так и раздельного резервирования отдельных ее элементов.

В зависимости от условий работы резервных элементов различают:

• 1) нагруженный (горячий) резерв. Этот вид характеризуется совершенно одинаковым режимом работы резервных и основных элементов. Ресурс резервных элементов расходуется с момента включения в работу всей системы;
• 2) непогруженный (холодный) резерв. В этом режиме интенсивность отказов резервных элементов может быть принята равной нулю;
• 3) облегченный (теплый) резерв. При этом ресурс резервированных элементов начинает расходоваться с момента включения всей системы в работу, однако интенсивность отказов элементов до момента включения их вместо отказавших значительно ниже, чем в обычных рабочих условиях.

Кратность резервирования — это число резервных элементов т приходящихся на один рабочий узел. В случае общего резервирования его кратность равна числу резервных элементов.

Обычно резервирование осуществляется для самых ненадежных деталей конструкции прибора.

Предварительная оценка надежности прибора, если известна потенциальная надежность его элементов, может быть определена уже на стадии проектирования. Такой анализ проводится на основе структурной схемы, в которой отдельные элементы соединены параллельно или последовательно. Блоками структурной схемы надежности могут быть элементы конструкции (линии металлизации отдельных функциональных областей) или сами функциональные области (транзисторы или части микросхем, выполняющие отдельные функции).

Структурная блок-схема изделия позволяет определить влияние той или иной системы, подсистемы или элементов на надежность прибора или его рабочие характеристики. При таком анализе предполагается, что каждый элемент находится в одном из двух состояний: исправном или неисправном.

Простейшими универсальными моделями для расчета надежности являются последовательные и параллельные схемы соединений из независимых элементов.