книги из ГПНТБ / Основы технической эксплуатации ЭЦВМ

Жаііие установленных значений температуры достигает­ ся за счет применения систем охлаждения. Отрицатель­ ное влияние на состояние и работоспособность ЭЦВМ оказывается как при увеличении, так и уменьшении темтературы относительно установленных значений. Превы­ шение температуры окружающей среды больше допусти­ мой величины является наиболее опасным фактором, вызывающим снижение надежности элементов, на кототых строится ЭЦВМ.

Полупроводниковые приборы (диоды и транзисторы), количество которых может составлять 50 % и более об­ щего числа элементов в машине, с увеличением темпе­ ратуры окружающей среды также изменяют свои экс­ плуатационные характеристики. Так, в полупроводнико­ вых диодах под действием температуры изменяется величина допустимого обратного напряжения и максимального выпрямленного тока, а в транзисторах — увеличивается обратный ток коллекторного перехода, начальный ток коллектора и коэффициент усиления по току, а допустимая мощность рассеивания на коллекто­ ре снижается. Изменения этих параметров для многих транзисторных схем вычислительной машины являются причинами возникновения неисправностей. Повышение температуры может привести к электрическому пробою переходов, обрывам и замыканиям в цепях электродов.

Различные типы резисторов подвержены температур­ ным изменениям неодинаково, однако для всех типов характерно снижение допустимой мощности рассеивания при повышении температуры.

Под действием температуры изменяются механиче­ ские и электрические свойства конденсаторов: размеры обкладок; расстояния между ними, электрические и фи­ зические параметры диэлектриков, величины допусти­ мых рабочих напряжений. Все это увеличивает опас­ ность пробоя конденсаторов. Периодические изменения температуры вызывают механические повреждения кон­ денсаторов, происходящие из-за того, что температур­ ное коэффициенты линейного расширения между метал­ лическими выводами и материалами оболочек не оди­ наковы.

В таких элементах электронных и электрических схем ЭЦВМ, как трансформаторы, дроссели, катушки индуктивности и реле, с увеличением температуры рас­ тет сопротивление обмоток. Периодические изменения

301

Гемпературы обмоток трансформаторов и дросселей приводят к нарушению изоляционного шокрытия прово­ дов и, как следствие, к межвнтковым замыканиям.

Перегрев ферритовых сердечников, используемых в качестве элементов памяти в кубах ОЗУ, увеличивает энергию потерь в сердечниках, что снижает амплитуду считываемых сигналов. Наконец, повышение температу­ ры способствует ускоренному физико-химическому разру­ шению материалов, изменению структуры диэлектриков, окислению металлов и появлению коррозии.

Не менее опасно для элементов понижение темпера­ туры. Такие органические материалы, как резина, кап­ рон, полихлорвинил, впнилпласт, пластмассы и др., ста­ новятся хрупкими и при незначительных усилиях раст­ рескиваются и даже ломаются. Это резко снижает надежность работы информационных и силовых кабелей. При понижении температуры компаунды и заливочные смолы сжимаются и отстают от каркасов и кожухов элементов. В этом случае нарушается герметизация и прочность крепления элементов. Низкая температура ос­ лабляет прочность монтажных соединении, так как на­ рушается связь припоя с соответствующим материалом.

Изменение температуры сильно влияет на работоспо­ собность электромеханических устройств. Так, при повы­ шении температуры из-за различия -в коэффициентах теплового расширения материалов возникают «заедания» и поломки механических узлов и таких элементов, как потенциометры, переключатели, кнопки и пр. Загусте­ ние смазки при низкой температуре затрудняет работу электродвигателей. Пусковые токи при этом возрастают и могут достигать а-варийных значений.

Воздействию температуры подвержены и носители информации. Пересыхание перфокарт под действием высокой температуры является причиной замятия, карт устройством ввода либо неправильного ввода информа­ ции. При повышении температуры магнитная лента те­ ряет эластичность и часто рвется. Порошок магнитного покрытия ленты становится более твердым, поэтому бы­ стрее изнашиваются блоки головок;- ведущие и прижим­ ные ролики. Воздействие высокой температуры па элек­ трохимическую бумагу проявляется в виде резкого ухуд­ шения качества построения графиков в графопостроите­ лях. Отрицательное влияние температуры на состояние и работоспособность ЭЦВМ проявляется в большей ме-

302

pé, если одновременно, с температурой действуют такие факторы,1как влажность и загрязненность окружающей среды.

Влияние влаоісности и загрязненности окружающей среды. Наряду с температурой влага, находящаяся в воз­ духе, является одним из факторов, который может вызвать потерю работоспособности элементов и уст­ ройств вычислительной машины.

Для количественной оценки содержащегося в возду­ хе водяного пара используют понятие относительной влажности. Под относительной влажностью понимают отношение количества водяного пара, содержащегося в воздухе, к наибольшему значению количества пара, ко­ торое соответствует состоянию насыщения при данной температуре. Влажность воздуха в насыщенном состоя­ нии принимается за 100. Относительная влажность вы­ ражается в процентах. Нормальным считается значение относительной влажности 60—70%• При 40 % воздух считается сухим, а при 80%— сырым.

Повышенная влажность приводит к появлению сле­ дующих нежелательных явлений: коррозии металлов, разрушению органических материалов, ухудшению элект­ рических характеристик диэлектриков, изменению ряда параметров элементов схем ЭЦВМ.

Коррозия представляет собой местные разрушения металлов вследствие химических реакций, происходящих на поверхности металлов. Развитие коррозии возрастает при относительной влажности, превышающей 70%. Наиболее опасным для схемных элементов и устройств ЭЦВМ является окисление контактов в переходных разъемах, фишках, соединительных колодках и т. п. Количество таких контактов в ЭЦВМ доходит до ІО4—10е. За счет окисления токопроводящих поверхно­ стей увеличивается переходное сопротивление контактов, в результате чего возможно подгорание контактов в фишках питания и нарушение функционирования ин­ формационных л управляющих цепей.

В электромеханических устройствах коррозия спо­ собствует преждевременному износу трущихся поверх­ ностей.

Вредное воздействие влажности испытывают органи­ ческие изоляционные материалы. Сконденсированная влага, заполняя поры, капилляры и трещины, изменяет механические и электрические свойства диэлектриков.

303

С уменьшением удельного объемного сопротивления повышается опасность сквозного пробоя, растут диэлек­ трическая проницаемость и диэлектрические потери. Большую группу составляют диэлектрики, которые пло­ хо поглощают влагу (стекло, керамика, фарфор и др.). За счет повышенной влажности на поверхности этих материалов образуется ионизированная проводящая пленка. Наличие ионизированной пленки снижает по­ верхностное сопротивление и повышает опасность по­ верхностного пробоя.

Избыточная влажность оказывает сильное влияние на параметры отдельных радиодеталей. У конденсато­ ров увеличивается емкость, снижается электрическая прочность и возрастает ток утечки. У негерметизированных конденсаторов ток утечки возрастает за счет умень­ шения объемного сопротивления изоляции. Увеличение тока утечки у герметизированных конденсаторов проис­ ходит за счет уменьшения поверхностного ' сопротивле­ ния между выводами.

Под действием влаги ухудшаются параметры транс­ форматоров, дросселей и катушек индуктивностей. Это проявляется в увеличении значений паразитных емко­ стей, диэлектрической проницаемости, снижении доброт­ ности катушек индуктивности, уменьшении сопротивле­ ния изоляции обмоток.

Повышенная влажность разрушает структуру прово­ дящего слоя сопротивлений, увеличивая сопротивление низкоомных резисторов. Появление проводящей пленки на поверхности высокоомных резисторов, наоборот, сни­ жает величину их сопротивления. За счет окисления проводника у проволочных резисторов уменьшается сечение проводника, что приводит к увеличению сопро­ тивления. Конденсация влаги на монтажных платах приводит к появлению нежелательных связей между независимыми схемами, что вызывает ненадежную рабо­ ту блоков и устройств ЭЦВМ.

Вредное воздействие оказывает и чрезмерно сухой воздух. Влажность в пределах 40% вызывает обезвожи­ вание материалов, в результате чего многие материалы коробятся и теряют свою прочность.

Для электронных схем ЭЦВМ опасны воздействия влаги в сочетании с другими факторами. Наличие в воз­ духе пыли, газов и особенно солей приводит к активиза­ ции нежелательных электрических процессов. Находя­

304

щаяся в окружающей среде пыль легко проникает внутрь блоков и шкафов ЭЦВМ. В электрических полях элементов и проводников пыль электризуется и интенсивно оседает на их поверхностях, увеличивая емкость монтажа и межвитковую емкость катушек индуктивности. Осевшая пыль на основе и элементах печатных схем образует токопроводящие перемычки между проводниками, вызы­ вая трудновыявляемые неисправности.

Попадая' в смазку и на поверхности трущихся дета­ лей частицы пыли вызывают ускоренный износ этих деталей. В электромеханических устройствах высокого класса точности, например в магнитном барабане, попа­ дание частиц пыли, соизмеримых по своим размерам с рабочим зазором (около 30—50 мкм), может привести, к невосстанавливаемым нарушениям магнитного покры­ тия барабана. Восстановление нарушенного покрытия магнитного барабана требует больших материальных затрат и к тому же не может быть произведено силами обслуживающего персонала.

Пыль органического происхождения, являясь хоро­ шей питательной средой, усугубляет воздействие биологи­ ческих факторов.

Воздействие биологических факторов. Наличие теп­ ла, соответствующей влажности, застоя воздуха и пита­ тельной среды создает благоприятные условия для воз­ никновения и развития вредных биологических факто­ ров (грибковых образований, насекомых и грызунов). Грибковые образования в виде плесени чаще всего раз­ виваются на поверхностях органических материалов, которые изготовлены из древесины, кожи, фетра, тек­ столита и т. п. Действию плесени подвержены синтети­ ческая и натуральная резина, эбонит, гетинакс и даже стекло и металл. В местах образования .плесени наряду с концентрацией влаги имеет место выделение органи­ ческих кислот, способствующих коррозии металлов, уменьшению электрической прочности и сопротивления диэлектриков, разрушению органических материалов.

Некоторые типы насекомых и грызунов могут ока­ зывать вредное воздействие, на состояние кабельного хозяйства и устройств ЭЦВМ, разрушая оболочки кабе­ лей, изоляционные материалы, лаковые покрытия, уничтожая деревянные и пластмассовые детали, про­ кладки и мягкие вставки из хлопчатобумажного мате­ риала, резины и кожи.

Влияние атмосферного давления и солнечной радиа­ ции. Воздействие атмосферного давления на работоспо­ собность ЭЦВМ проявляется в том случае, если Эксплу­ атация вычислительной машины ведется в горной мест­ ности. Зависимость величины атмосферного давления от высоты представлена в табл. 8-2.

.устройств ЭЦВМ. За счет пониженного давления уменьша­ ется электрическая прочность воздуха, так как разре­ женный воздух легче ионизируется. Падение коэффици­ ента теплоемкости воздуха ухудшает условия охлажде­ ния блоков и устройств вычислительной машины, что может привести к перегреву и выходу из строя таких элементов, как полупроводниковые диоды, триоды и др.

Солнечная радиация воздействует на элементы ЭЦВМ своей длинноволновой частью спектра (инфра­ красные лучи) и коротковолновой частью спектра (ульт­ рафиолетовые лучи). Инфракрасные лучи оказывают тепловое воздействие, по своему характеру сходное с воздействием повышенной температуры. Под влиянием ультрафиолетовых лучей в облучаемых элементах могут происходить необратимые физико-химические изменения. Многие полимерные материалы, содержащие в своем со­ ставе хлор, подвержены разложению. Солнечный свет ускоряет процесс окисления металлов, старения и раз­ рушения лакокрасочных покрытий.

Механические воздействия. Устройства ЭЦВМ под­ вергаются механическим воздействиям в основном двух типов: ударным и за счет вибрации. Первому типу •воздействий аппаратура ЭЦВМ подвергается при транс­

вия характеризуются величиной ударного ускорения. Влияние ударов, сказывающееся обычно на более

крупных деталях, проявляется в нарушении их крепле-

306

ния, смещениях отдельных частей и .поломках. Электри­ ческие повреждения при ударах чаще всего проявляют­ ся в нарушениях контактов, замыканиях и обрывах в уп­ равляющих и сигнальных цепях.

В процессе эксплуатации ЭЦВМ, имеющих принуди­ тельную систему вентиляции, нежелательные вибраци­ онные явления возникают за счет потока воздуха, прохо­ дящего через стойки ЭЦВМ.

Вибрационные частоты порядка 15—150 гц приводят к возникновению резонансных явлений в конструкциях ЭЦВМ, а частоты порядка 175—500 гц вызывают резо­ нансные явления в электронных лампах. Резонансные явления в конструкциях ЭЦВМ приводят к ослаблению и разрушению паек, обрыву выводов деталей, проводов; ослаблению резьбовых и крепежных соединений. В элек­ тронных лампах резонансные явления приводят к разру­ шению спаев стекла с металлическими выводами элек­ тродов, изменению междуэлектродных расстояний, по­ вреждению слюдяных изоляторов. За счет вибраций воз­ можны уходы параметров электронные схем, органами регулировок которых являются потенциометры (смеще­ ние движка).

Хорошо представляя характер влияния условий экс­ плуатации на состояние и работоспособность ЭЦВМ, можно разработать необходимые меры для предотвра­ щения их вредных последствий.

8-3. ВЛИЯНИЕ УРОВНЯ подготовки

' о б с л у ж и в а ю щ е г о п е р с о н а л а н а с о с т о я н и е

И РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ЭЦВМ

Анализ статистических данных по результатам экс­ плуатации радиоэлектронной аппаратуры показывает, что до 30% отказов происходит по вине обслуживающе­ го .персонала [Л. 40, 48].

В процессе обслуживания ЭЦВМ могут встречаться два ряда ошибок: ошибки, приводящие к отказу маши­ ны; ошибки, приводящие к задержкам времени выпол­ нения текущего ремонта, .профилактических работ, вре­ мени решения задачи, неэффективному использованию машинного времени и т. д.

Характер ошибки зависит от сложности выполня­ емой работы и степени подготовленности обслуживаю­ щего персонала к ее выполнению. В практике техниче­ ского обслуживания ЭЦВМ наибольшее место имеют

следующие ошибки обслуживающего персонала: некаче­ ственная пайка; разбрызгивание припоя; перегрев эле-

-мента при пайке; неправильное подсоединение элемен­ та; использование вместо требуемого элемента другого; использование элемента с параметрами, отличающими­ ся от номинальных; оставление проводника незакреп­ ленным или обрыв его; неправильная установка элемен­ та ЭЦВМ и т. д.

Перечисленные выше ошибки большей частью быва­ ют непроизвольными. Однако в практике эксплуатации ЭЦВМ могут иметь место ошибки, связанные с предна­

меренным отступлением от принятых в качестве обяза­

исключение отдельных операций при выполнении какойлибо работы, добавление не предусмотренных операций при проведении определенной работы, нарушение установленного порядка выполнения какой-либо опера­ ции и т. п.

„Появлению ошибок в работе обслуживающего персо­

ся на ЭЦВМ работ и времени их выполнения. Персонал, хорошо знающий ЭЦВМ и имеющий достаточный прак­ тический опыт,'способен выполнять соответствующие ра­ боты-, допуская при этом 'минимальное количество оши­ бок. Так, например, оператор, имеющий средний уро­ вень подготовки по набивке перфокарт на каждые 1 000 кодовых строк, делает не более четырех-пяти оши-

308

бок. Высококвалифицированный оператор способен об­ рабатывать до нескольких тысяч строк без единой ошиб­ ки. В то же время операторы, имеющие недостаточный опыт работы, не способны произвести более сотни про­ бивок без ошибок.

Сказанное выше в равной мере относится и к персо­

в которой приведены значения коэффициентов опытно­ сти обслуживающего персонала. По оси ординат отло­ жены значения нормированного коэффициента опытно­

- Коэффициент опытности обслуживающего персонала представляет собой отношение С= ^ 5-зо/^> где ігь-зо— время выполнения какой-либо операции специалистом, имеющим стаж работы около 25—30 месяцев; t — время выполнения той лее операции специалистом,- для которо­ го определяется коэффициент опытности.

мерно за час, т. е.

—С=2 • 0,44— 1 ч.

Имея статистику для конкретного типа ЭЦВМ о ха­ рактере отказов, возникающих по вине обслул<ивающего персонала, можно принять меры (организационные и технические), снижающие частоту ошибок и сокраща­ ющие время проведения технического обслуживания, т. е. повышающие надежность ЭЦВМ.

8-4. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ НА ЭТАПЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВА ЭЦВМ

Условиями достижения' высокой надежности вычис­ лительных машин на этапе их проектирования являют­ ся: .

выбор простых и стабильных схем; использование элементов с высокими показателями

надежности (наименьшее значение величины интенсив­ ности отказов и наибольшая сохранность);

блочно-модульный .принцип конструирования, стандар­ тизация элементов ЭЦВМ, стандартизация входных и выходных сигналов в схемах).

Надежность ЭЦВМ прежде всщо зависит от качест­ ва и количества содержащихся в ней элементов. Поэто­ му при проектировании ЭЦВМ всегда стараются вы­ брать такие элементы, для которых интенсивность отка­ зов А, имеет наименьшее значение.

В настоящее время имеется достаточно большой ста­ тистический материал по оценке интенсивности отказов для элементов, имеющих применение в ЭЦВМ [Л. 44]. В табл. 8-4 представлены величины интенсивности отка­ зов для некоторых основных элементов ЭЦВМ.

Однако решить проблему создания высоконадежной ЭЦВМ только за счет использования высоконадежных элементов нельзя. В современных вычислительных ма­ шинах, содержащих сотни тысяч и даже миллионы эле­ ментов, повышение их надежности, как правило, не вле­ чет за собой пропорционального повышения надежности машины в целом. На надежность таких систем, как вы­ числительная машина, существенное влияние оказывают различного рода соединения (провода, штепсельные разъемы, пайки и т. п.).

Принципиально новые возможности повышения на­ дежности ЭЦВМ появляются при использовании эле­ ментов,^созданных на основе микроэлектроники и моле­ кулярной электроники (молектроники) (см. § 1-4).

310