Оценка надежности по износовым отказам

Износовые отказы и отказы старения (ИСО) представляют частный случай постепенных отказов, вызванных процессами электрического и механического износа и старения и появляются в третий период эксплуатации, т.е. на участках t₂t₃ и t >t₃. При износе происходит частичное разрушение материалов, при старении – изменение их внутренних физико-химических свойств (испарение, усталость и текучесть материалов, диффузию компонентов, коррозию, фотохимические процессы, электрическую и электрохимическую эрозию, развитие трещин, адгезию, рекристаллизацию материалов, радиационные воздействия). Постепенное ухудшение параметров устройства носит, как правило, необратимый характер.

 

 

А - определяющий параметр изделия; δА – зона допуска;

А_i(t) – зависимость i-того изделия от времени;

ω_и(t) и ω(t) – плотности распределения наработки по ИСО и ВЭО соответственно;

t₁… t_n – моменты возникновения ИСО;

t’, t^” – моменты возникновения ВЭО.

По характеру проявления износовые отказы подразделяются на износовые постепенные (сплошные линии) и износовые внезапные (штрихпунктирные линии). Примеры первых – изменение крутизны полупроводниковых приборов, последних – перегорание нити накала. Внезапные износовые отказы нельзя путать с внезапными эксплуатационными, которые имеют другую природу – не являются следствием износа и старения и описываются другими законами распределения.

Эффективным средством повышения надежности работы устройства является профилактическая замена элементов через определенный срок, рассчитанный с условием предотвращения отказа в устройстве.

Срок профилактической замены элемента можно приближенно определить по формуле

,

где Т_ср.и – средняя наработка до отказа по ИСО;

- среднеквадратическое отклонение наработки от своего среднего значения.

С целью повышения эффективности профилактических замен следует выдерживать принцип равнопрочности или кратности сроков службы составляющих элементов.

Исходя из определения ИСО как отказов, возникающих при выходе определяющего параметра за зону допуска, следует, с одной стороны, разрабатывать и применять изделия с широкими допусками выходных параметров, с другой – обеспечить их постоянство, что в терминах надежности выражается в увеличении среднего ресурса изделия и уменьшении его дисперсии.

Для увеличения среднего ресурса можно рекомендовать:

- применение высоконадежной современной элементной базы (ИС, БИС, микропроцессорные комплекты);

- разгрузка элементов схемно-конструкторскими методами, постоянство принятых режимов работы;

- эффективная защита от внешних и внутренних дестабилизирующих факторов.

Для уменьшения дисперсии ресурса изделия следует:

- применять эффективный технический контроль, особенно по ключевым операциям;

- стабилизировать условия эксплуатации, в частности строго соблюдать ограничения по энергетической нагрузке элементов;

- регламентировать условия приработки.

В общем случае ВЭО и ИСО могут возникать одновременно. Полагая эти отказы независимыми, на основании теоремы об умножении вероятностей можно записать

Приведенная выше формула и ее графическое представление справедливы как для участка нормальной работы устройства t₁t₂, так и для участка износа t >t₂, где более вероятны ИСО. Участок приработки при этом не учитывается, так как обычно устройства проходят предварительную тренировку. Из графика видно, что до момента t^’ ВБР определяется экспонентой, позднее главными становятся износовые отказы р_и(t).

Аналогично можно представить зависимость надежности сложной системы р_Σс при совместном действии внезапных эксплуатационных и износовых отказов