3.3. Оценка качества радиоэлектронных средств. Виды и средства контроля качества

Одним из основных показателей эффективности промышленного производства является качество продукции.

Качество это совокупность свойств продукции, обусловливающих ее способность удовлетворять определенные потребности в соответствии с назначением.

Качество закладывается при разработке, обеспечивается при производстве и поддерживается при эксплуатации.

На этапе разработки определяется мера соответствия значений показателей качества достижениям научно-технического прогресса. На этапе производства определяется мера соответствия фактических значений параметров изготовленных изделий требованиям научно-технической документации (НТД). На третьем этапе определяется мера соответствия фактических значений параметров изготовленных изделий в процессе эксплуатации требованиям НТД.

Оценка уровня качества изделий электронной техники проводится по восьми групповым показателям качества. Каждая из этих групп описывается совокупностью технико-экономических показателей, количество которых определяется конструктивно-технологическим исполнением изделий и областью их применения.

Показатели качества оцениваются по следующим группам:

- назначению – характеризует свойства продукции, определяющие ее функции;

- надежности – характеризует поведение изделия в процессе эксплуатации;

- технологичности – характеризует приспособленность изделия к достижению минимальных затрат при производстве;

- стандартизации и унификации – характеризует степень использования стандартных и унифицированных изделий;

- экономичности – характеризует изделие с точки зрения его себестоимости при производстве;

- эргономичности - характеризует изделие с точки зрения приспособленности к работе с ним оператора;

- эстетичности – характеризует изделие с точки зрения эмоциональной выразительности и рациональности формы;

- патентно-правовые – характеризуют изделие с токи зрения патентной чистоты и патентной защищенности.

Из всей совокупности групповых показателей качества можно выделить обобщенные, которые характеризуют определяющее значение уровня качества. Это относится к показателям качества по назначению, технологичности и надежности.

В процессе эксплуатации РЭС показатели качества, достигнутые при разработке и изготовлении, постепенно ухудшаются. Поэтому оценка качества в процессе эксплуатации иногда может быть сведена к оценке показателей надежности.

Надежность – это свойство изделия сохранять во времени в установленных пределах значения своих параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах эксплуатации.

Надежность любого изделия характеризуется следующими четырьмя свойствами: безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью.

Безотказность – это свойство изделия непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени. При этом под отказом понимается событие, заключающееся в нарушении работоспособности. Количественно безотказность оценивается такими показателями, как вероятность безотказной работы, интенсивность отказов и среднее время наработки на отказ.

Вероятность безотказной работы p(t) – это вероятность того, что при заданных режимах работы, в заданном интервале времени отказ не произойдет.

Согласно определению вероятность безотказной работы:

, где - текущее время, -время появления отказа.

Статистически вероятность безотказной работы определяется как , где - число изделий, работоспособных в начальный момент времени ; -число отказавших изделий к моменту времени .

Интенсивность отказов - это условная плотность возникновения отказа, определяемая для рассматриваемого промежутка времени при условии, что до этого момента отказ не наступил.

Дифференциальное уравнение безотказности: .

Решение этого уравнения относительно (при начальных условиях , ) имеет вид , что является выражением основного закона надежности.

При экспоненциальном законе распределения отказов во времени, который применим для большинства электронных компонентов, интенсивность отказов не зависит от времени. В этого случая уравнение запишется в следующем виде: .

Среднее время наработки на отказ .

Статистически интенсивность отказов определяется как , где и - число изделий работоспособных в моменты времени и соответственно, - интервал времени.

Долговечность – это свойство изделия сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Количественно оценивается сроком службы - календарная продолжительность эксплуатации до наступления предельного состояния.

Ремонтопригодность – это свойство изделия, заключающееся в его приспособленности к обнаружению, устранению и предупреждению отказов.

Все изделия делятся на ремонтируемые и неремонтируемые. Количественно ремонтопригодность оценивается средним временем восстановления работоспособности .

Сохраняемость – это свойство изделия сохранять работоспособное состояние в течение, и после хранения и транспортировки.

Количественно оценивается сроком сохраняемости - календарная продолжительность хранения и транспортировки в заданных условиях, в течение и после которой сохраняются значения заданных показателей.

Значения каждого из этих показателей устанавливаются в зависимости от назначения и конструкторско-технологического исполнения изделия в соответствии с требованиями, оговоренными в НТД.

Организация и проведение работ по контролю и испытаниям РЭС основывается на ГОСТ 16504-81, который устанавливает виды, понятия и назначение испытаний и контроля изделий. Для повышения качества РЭС на всех стадиях производства и эксплуатации необходимо контролировать параметры материалов, технологию изготовления и свойства готовых изделий.

По влиянию на изделие различают разрушающий и неразрушающий контроль. Разрушающий контроль делает продукцию непригодной для дальнейшего использования и, как правило, используется в тех случаях, когда по результатам неразрушающего контроля трудно или невозможно оценить показатели качества изделия.

Под неразрушающим контролем понимается проведение любого измерения, которое позволяет оценить показатель качества изделия без ухудшения присущих ему на момент контроля свойств. Ведущую роль среди средств неразрушающего контроля РЭС играют приборы и установки, использующие в качестве носителя информации ионизирующее и оптическое излучение, электромагнитные волны радиодиапазона, тепловые и температурные поля контролируемых объектов.

По полноте охвата изделий контролем различают сплошной и выборочный контроль. При сплошном контроле исследуются все изделия в изготовленной партии. При выборочном контроле исследуется не вся партия изделий, а только ее часть – выборка. Если уровень качества в выборке соответствует установленным требованиям, то вся партия считается годной. При этом к исследуемая выборка должна быть представительной, то есть результаты, полученные при испытаниях, не должны зависеть от объема выборки. Процедуры выборочного контроля основаны на законах математической статистики и позволяют уменьшить затраты времени и средств на контроль изделий.

По цели контроля качества РЭС различают приемочный контроль и статистическое регулирование технологического процесса.

Приемочный контроль заключается в проверке соответствия качества изделий требованиям, установленным НТД на эти изделия. По результатам приемочного контроля принимается решение о пригодности изделий к поставке и использованию по назначению.

Статистическое регулирование технологического процесса осуществляется для оценки состояния этого процесса и принятия решения о необходимости его наладки.

По стадиям производственного процесса выделяют следующие виды контроля: входной контроль материалов и комплектующих изделий; контроль на всех стадиях технологического процесса изготовления изделий; приемосдаточный контроль.

Основная задача входного контроля – это определение соответствия материалов, полуфабрикатов и комплектующих изделий требованиям стандартов и технических условий. Он предотвращает проникновение некачественных комплектующих изделий в технологическую цепочку производства РЭС.

Пооперационный контроль позволяет корректировать технологический процесс на всех его стадиях.

Приемосдаточный контроль – это последняя контрольная операция в ходе технологического процесса производства РЭС. На этой стадии осуществляется комплексная проверка изготовленного изделия, по результатам которой принимается решение о пригодности изделия к использованию по назначению.

По используемым средствам контроля технический контроль можно разделить на следующие группы.

1. Электрический контроль, являющийся основным при оценке качества РЭС. Он предназначен для определения работоспособности устройства путем снятия диаграмм сопротивлений и напряжений в характерных точках монтажной схемы. Затем полученные значения сверяют с заданными на электрической схеме. С помощью электрического контроля также определяется соответствие выходных электрических параметров РЭС заданным.

2. Визуальный контроль, позволяющий обнаруживать поверхностные дефекты, несоответствие изделий конструкторской документации. При проверке монтажа устройства осматривают пайку и сварку, состояние изоляции, правильность размещения элементов на печатных платах. При этом способе контроля используют различные оптические приборы: светопреломляющие и отражающие элементы, микроскопы.

3. Механический контроль проводится для определения механической прочности деталей, узлов и блоков РЭС, их устойчивости к воздействию растягивающих, сжимающих, ударных нагрузок.

4. Физико-химический контроль используют, как правило, при входном контроле материалов, применяемых для изготовления РЭС, а также при физико-техническом анализе отказавших изделий.

5. Технический контроль проводится для проверки правильности выполнения как отдельных операций, так и всего хода технологического процесса.

Оценка качества и надежности РЭС осуществляется по результатам испытаний. Виды испытаний определяются комплексом воздействующих на РЭС факторов в условиях эксплуатации. Соответственно испытания РЭС подразделяются на электрические, климатические, механические и специальные. В рамках специальных испытаний оценивается устойчивость РЭС к воздействию различных видов ионизирующих излучений.

Электрические испытания служат для проверки работоспособности РЭС и стабильности их параметров в различных рабочих режимах. Работоспособность РЭС проверяют тренировкой, которая бывает двух видов: электрическая и термоэлектрическая. Электрическая тренировка проводится при максимальной электрической нагрузке в течение времени, определенного техническими условиями. При термоэлектрической тренировке РЭС помещают в специальные тепловые камеры при максимально допустимой повышенной температуре в предельном электрическом режиме.

Климатические испытания включают испытания на теплоустойчивость и холодоустойчивость при эксплуатации и транспортировке, влагоустойчивость, устойчивость к повышенному и пониженному атмосферному давлению и воздействию морского тумана.

Испытания на теплоустойчивость проводят в камерах теплоты при температуре более 100 °С в предельном электрическом режиме. Холодоустойчивость РЭС проверяют в камерах холода при температуре от -50 до -60 °С. Испытания на влагоустойчивость проводят в камерах влажности в течение нескольких суток при температуре и влажности, указанных в ТУ.

Устойчивость к воздействию смены температур проверяют помещая РЭС в камеру теплоты, температура которой доведена до верхнего значения температуры при эксплуатации, и выдерживают в течение 30 минут. Затем РЭС переносят в камеру холода, температура которой доведена до нижнего значения температуры при эксплуатации, и также выдерживают в течение 30 минут. Обычно проводят три цикла таких испытаний.

Устойчивость к пониженному и повышенному атмосферному давлению проверяют в барокамерах при давлениях 665 и паскалей соответственно.

Устойчивость к воздействию морского тумана проверяют при температуре +26°С в камере, в которой созданы условия, имитирующие морской туман распылением растворов солей.

К специальным испытаниям относятся испытания на радиационную стойкость, которые проводятся путем облучения испытываемых РЭС заданной дозой ионизирующего излучения.

Отдельным видом испытаний являются испытания на надежность. Современная микроэлектроника достигла такого уровня развития, когда надежность компонентов, входящих в состав РЭС, характеризуется интенсивностью отказов . При таком уровне надежности для испытаний практически невозможно сформировать объем выборки, обеспечивающий накопление статистически достоверной информации о числе отказов в течение приемлемого времени натурных испытаний.

С целью сокращения объема испытаний и оценки надежности РЭС проводят ускоренные испытания, которые позволяют получить информацию о надежности в течение времени, меньшего долговечности изделия.

Ускоренные испытания в форсированном режиме основаны на воздействии повышенных значений факторов, которые ускоряют физико-химические процессы старения. В качестве ускоряющих факторов чаще всего используют температуру окружающей среды, а также повышенные электрические нагрузки. В настоящее время основным методом испытаний на надежность является электротермотренировка.

Испытания на надежность подразделяются на определительные и контрольные. Определительные проводятся для получения фактических значений показателей надежности на этапе освоения новых образцов изделий. Контрольные испытания необходимы для определения соответствия количественных значений показателей надежности РЭС требованиям НТД.