СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ ТЕСТОВ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ Российский патент 2012 года по МПК G05B23/02 

Предлагаемое изобретение относится к способам испытаний электронных устройств различного назначения путем формирования испытательных тестов (совокупностей воздействий на устройство и соответствующих им допустимых отклонений контролируемых параметров).

Известен способ определения возможных отклонений контролируемых параметров при эксплуатационных воздействиях - математическое планирование эксперимента (МПЭ) (см. Фомин А.В., Борисов В.Ф., Чермошенский В.В. Допуски в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Сов. радио, 1973. - С.25-42).

Недостатком указанного способа является описательное представление идеи и отсутствие четкого алгоритма учета влияния активных элементов (транзисторов, интегральных микросхем и др.) на оценки величин отклонений выходных параметров устройств (П_уст).

Известен также способ оценки возможных отклонений при моделировании эксплуатационных воздействий (входных сигналов, питающих напряжений, температуры и др.), а также изменений номиналов пассивных элементов (R, L, С) по принципам МПЭ, результаты которых могут быть использованы для формирования испытательных тестов (см. Барабащук В.И., Креденцер Б.П., Мирошниченко В.И. Планирование эксперимента в технике. - Киев: Техника, 1984, с.124-125).

Варьируя поочередно уровнем воздействий и фиксируя (измеряя) при этом значения выходных параметров устройств, получают экспериментальные результаты, позволяющие восстановить аналитическую зависимость, связывающую возможные уровни воздействий, воспроизводимых при исследовании, с соответствующими им отклонениями параметров устройства.

Недостатком последнего способа является невозможность оценки влияния на величины отклонений активных элементов, что делает его применимым только для суждения о параметрах одного устройства, подвергнутого МПЭ, и не применимым при массовом изготовлении устройств.

Способ выбран в качестве прототипа.

Целью изобретения является устранение недостатков прототипа и повышение эффективности контроля.

Поставленная цель достигается тем, что МПЭ, реализуемому в известном способе, подвергают выборку однотипных устройств, получают в каждом опыте количество откликов по количеству исследуемых устройств, используя которые (отклики), оценивают в каждом опыте возможные отклонения (минимальные, максимальные), исходя из которых строят математические модели нижних и верхних допустимых отклонений откликов для любых сочетаний уровней воздействий, моделируемых при реализации МПЭ, а также уровней внутренних факторов, и, используя полученные математические модели, формируют наборы воздействий и соответствующих им допустимых отклонений откликов (испытательные тесты).

Предложенный способ формирования испытательных тестов позволит повысить качество контроля электронных узлов и блоков электронной аппаратуры, в том числе бортовой аппаратуры космических аппаратов.

Среди информационных материалов по данному классу техники, а также среди способов аналогичного назначения авторами не обнаружены способы с подобными существенными признаками, отличающими заявленный способ.

Предлагаемый способ иллюстрируют:

- фиг.1 - блок-схема устройства;

- фиг.2 - матрица планирования (МП) МПЭ;

- фиг.3, 4 - факторограммы результатов МПЭ.

Реализация способа происходит следующим образом. На вход устройства (фиг.1) подают входные сигналы - совокупность {x_BX}, выступающие как функциональные воздействия (сигналы, обеспечивающие питание, подлежащие усилению, задержке, преобразованию и др.). В эксплуатационных условиях устройство испытывает ряд внешних влияний составляющих эксплуатационной среды - совокупность {х_ВНШ}, представленная температурой, влажностью, давлением и другими физическими воздействиями (факторами). Все эти факторы - {х_ВХ}, {х_ВНШ} - влияют на функционирование устройства и определяют величины выходных параметров - {П_уст}.

Указанные факторы объединяют в одну совокупность {x_i}:

{х_ВХ, Х_ВНШ}={x_i}, i=1, 2, 3, …, n,

где n - количество возможных входных и внешних факторов.

Так как в большинстве случаев количество устройств не ограничивается одним образцом, то на П_уст влияют и отклонения параметров комплектующих устройства, проявляющиеся при переходе от образца к образцу. Эти влияния связывают с совокупностью внутренних факторов - {x_ВНТ}.

Влияние факторов из совокупности {x_i} по алгоритму МПЭ исследуют, представив все возможные сочетания уровней факторов, варьируемых на двух уровнях - «+1» (максимум) и «-1» (минимум), в матрице планирования (МП), фиг.2, строки которой - возможные сочетания воздействий при эксплуатации (опыты), определяющие выходные отклики из {П_уст}. При формировании МП единицы опускают. Такой алгоритм эксперимента предполагает линейную зависимость между П_уст и каждым из факторов из {x_i}, которая по результатам опытов может быть представлена полиномиальной математической моделью (ММ):

, где

b_o - среднее значение П_уст по результатам всех опытов (от 1 до N по МП);

b_i - коэффициенты влияния факторов, оцениваемые также по

результатам всех опытов в соответствии с методологией МПЭ.

Результаты МПЭ с одним образцом устройства могут быть проиллюстрированы факторограммой, фиг.3, где по оси абсцисс отложены номера опытов в соответствии с МП (фиг.2), а по оси ординат - значения П_уст, полученные в соответствующих опытах (последний столбец МП на фиг.2).

Так как при МПЭ с другим образцом однотипного устройства из-за {х_ВНТ} будут получены другие значения П_уст в каждом опыте, что приводит к другим значениям b_o и b_i, отражающих различные индивидуальные чувствительности образцов к изменению уровней факторов, факторограмма результатов не совпадет с прежней (фиг.3). Чтобы выявить возможные границы разбросов П_уст при массовом изготовлении устройств, МПЭ подвергают несколько образцов устройств (к). Таким образом получают к факторограмм, которые образуют так называемый коридор откликов (фиг.4), отражающий влияние как факторов совокупности {x_i} (изменение П_уст от опыта к опыту), так и факторов совокупности {х_ВНТ} (ширина коридоров откликов). Если бы не было влияния {х_ВНТ}, то все факторограммы совпали и слились бы в одну (фиг.3).

Полученные результаты подвергают статистической обработке для оценки допустимых (верхних, нижних) пределов (например, толерантных), которые будут служить ограничениями для П_уст будущей продукции (см. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений. - М.: Наука, 1969, с.242-243):

П^t=П_ср±к^tS, где

- П^t - допустимые толерантные значения (пределы - нижний, - верхний) в каждом опыте (фиг.4);

- П_ср - среднее значение к результатов в каждом опыте (фиг.4);

- к^t - толерантный коэффициент (табулированный);

- S - оценка среднеквадратичного отклонения П_уст в каждом опыте.

По рассчитанным толерантным значениям П^t (нижним и верхним) в каждом опыте синтезируют по методологии МПЭ математические модели допустимых толерантных (нижний и верхний) пределов при любых сочетаниях уровней факторов {x_i} в пределах {x_imin, x_imax} и возможных сочетаниях уровней {х_ВНТ}. В компактном виде они могут быть представлены как

, , где ,

n - количество факторов, варьируемых в эксперименте (x_i);

b_i - коэффициенты влияния i-го фактора;

b_o - базовый уровень параметра (среднее значение по всем 1, 2, 3, … N опытам).

Полученные MM , позволяют оценить допустимые пределы П_уст для любых сочетаний уровней воздействий из совокупности {x_i}. Так, например, наборы уровней воздействий, находящихся между уровнями {x_i} 2-го и 3-го опытов МП (обозначены 2′ - фиг.4) образуют сечение коридора откликов, допустимые пределы в котором соответственно равны

, .

Выбор в качестве допустимых других значений , при указанном наборе воздействий приведет к невыявлению при контроле соответствия параметров устройств заданным требованиям некачественных образцов. Аналогичная ситуация показана при наборе воздействий, обозначенных как 3′ (фиг.4).

Таким образом могут быть сформулированы испытательные тесты (Т_И), содержащие наборы уровней испытательных воздействий {х_iисп} и соответствующих им пределов , (далее , ), которые при изготовлении устройств определяют исходя из возможностей и загрузки испытательного оборудования продолжительности испытаний и других соображений, -

, где

- {x_{i исп}} - набор уровней испытательных воздействий (i=1, 2, 3, …, n);

- , - уровни ограничений на П_уст, соответствующие

выбранным {x_{i исп}} и оценке по ММ для ,

Рассмотрен случай одного П_уст. При нескольких выходных параметрах устройства (фиг.1) алгоритм подготовки данных для формирования Т_И аналогичен.

Располагая результатами МПЭ к образцов, формируют к ММ однотипных устройств, что дает к значений коэффициентов b_o и b_i. Подвергая указанные наборы коэффициентов статистической обработке аналогично П_уст, оценивают допустимые (нижние - , верхние - ) отклонения указанных коэффициентов при испытании изготовленных устройств. Значение указанных отклонений позволяет включать их в Т_И, что повышает качество контроля, -

Рассмотрим реализацию способа на примере электронного устройства - модуля задержки команд (МЗК), фиг.5.

На вход МЗК (фиг.5а) поступает команда (Вх К), которая должна быть задержана (Вых К) на установленное время (время задержки - τ_з, мс). На МЗК воздействуют Хвн (температура - Т°С, питающее напряжение - Е_п, В) и Хвнт (разброс параметров элементов, на которых выполнена схема МЗК). Испытаниям подвергнуто 16 образцов МЗК, по 4 образца на каждый опыт. По МП (фиг.5в) варьировали Т°С и Е_п (4 опыта). После обработки результатов опытов и оценки П^t получен, например, коридор откликов фиг.5г.

Полученные результаты удовлетворяли разработчика. При традиционном формировании Т_И ("худший случай") следовало бы выбирать в качестве ограничений (допустимых значений) при любых сочетаниях значений Т° и Е_П значения τ_з минимальное и максимальное по результатам эксперимента (9,24 мс и 15,32 мс). Но тогда при испытаниях в условиях 3-го опыта (фиг.5в), когда Т°С максимальна, а Е_П минимально, не будут забракованы образцы, оказавшиеся с задержкой τ_з=9,8 мс, а при испытаниях в условиях 2-го опыта не будут забракованы образцы с задержкой τ_з=14 мс.

Таким образом, образцы с недоступными отклонениями в определенных условиях были бы допущены к дальнейшему использованию.

Поэтому если разработчик выбрал Хвн опыт 3, то в качестве Т_и будет набор Е_П минимум, Т°С максимум, τ_{з min}=9,86 мс, τ_{з max}=15,32 мс

Данный способ предлагается использовать при испытаниях электронных устройств различного назначения путем формирования испытательных тестов (совокупностей воздействий на устройство и соответствующих им допустимых отклонений контролируемых параметров).

Изобретение относится к способам испытаний электронных устройств различного назначения путем использования испытательных тестов (наборы испытательных воздействий и соответствующих им допустимых отклонений контролируемых параметров устройств), сформированных по результатам математического планирования эксперимента (МПЭ). Технический результат способа позволит повысить качество контроля изготавливаемых устройств. Способ включает реализацию МПЭ с совокупностью устройств и построение математических моделей, отражающих влияние входных сигналов и эксплуатационных воздействий, а также внутренних факторов (разбросов параметров комплектующих элементов), используя которые (математические модели), формируют наборы воздействий и соответствующих им допустимых отклонений выходных параметров устройств (испытательные тесты) для проверки соответствия изготавливаемых устройств заданным требованиям. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ формирования испытательных тестов электронных устройств, заключающийся в том, что проводят экспериментальное исследование устройств по плану математического планирования эксперимента (МПЭ), моделируя (воспроизводя) входные сигналы и эксплуатационные воздействия (факторы), отличающийся тем, что подвергают МПЭ выборку однотипных устройств и получают по количеству исследуемых устройств в каждом опыте соответствующее количество откликов, которые подвергают статистической обработке и оценивают в каждом опыте возможные отклонения (минимальные, максимальные), исходя из которых строят математические модели нижних и верхних допустимых отклонений откликов для любых сочетаний уровней входных сигналов и эксплуатационных воздействий, моделируемых при реализации МПЭ, а также наборов уровней внутренних факторов, и, используя полученные математические модели, формируют наборы воздействий и соответствующих им допустимых отклонений откликов (испытательные тесты).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по результатам МПЭ с выборкой однотипных устройств, используя построенные математические модели, оценивают разбросы значений коэффициентов влияния (минимумы, максимумы) входных сигналов и эксплуатационных воздействий и включают полученные значения в совокупность параметров, из которых формируют испытательные тесты.