Диссертация (Научно-методические основы обеспечения качества электронных модулей при ограниченных объемах поставок), страница 3

Из них в изданиях, рекомендуемых ВАК, - 13,в том числе 4 без соавторов. Опубликована монография в издательстве «Информиздат». Патентов РФ по теме диссертации – 2.Международный уровень. Результаты диссертационного исследования получили широкое международное признание:«Методы контроля качества модулей при испытаниях», NSTF, г. Бангкок,Тайланд, 2013 – золотая медаль.15«Технология построения системы отвода теплоты в конструкциях при отсутствии принудительной вентиляции», IEIK, г.

Куньшань, Китай, 2014 – золотаямедаль.«Методы проведения технологической тренировки», STIF, г. Сеул, ЮжнаяКорея, 2014 – серебряная медаль.«Методика определения параметрической надежности электронных мо-дулей», INTEX, г. Куала – Лумпур, Малайзия, 2015 – серебряная медаль.Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения и списка использованных источников.161. ПРОБЛЕМАТИКА ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОННЫХМОДУЛЕЙ (ЭМ)1.1 Структуракорабельнойинформационно-управляющейсистемы,построенной на функционально завершенных электронных модулях(ЭМ)Все возрастающее быстродействие современных компьютеров позволяетвысказать предположение, что уже в обозримом будущем корабельныеинформационно–суперкомпьютером,управляющиесистемыобладающим(ИУС)предельнымибудутсвязанысхарактеристиками,ориентировочные значения которых следующие: производительность – несколькотеррафлопс, объем памяти – более 100 Гбайт, ресурс до 105 часов и т.д.ИУС на основе суперкомпьютера в морской тематике необходима преждевсего для управления межвидовой обстановкой, в которой задействованы корабли,береговые системы разного рода и авиация.Разрабатываемые отечественные корабельные ИУС строятся на основемикропроцессоров серии «Эльбрус», объединенных в систему по схеме MIMD(Multiple Instruction, Multiple Data), т.е.

систему с множественным потокомкоманд и множественным потоком данных.Принятая структура суперкомпьютера – многопроцессорная система сраспределенной памятью корабельного назначения представлены нарис. 1.1.Наличие общих данных в системе MIMD привело к необходимостивзаимодействия одновременно выполняемых потоков команд, что в свою очередь,привело к построению кластеров, на которые раскладывается задача при еераспараллеливании.Состав кластера: микропроцессоры – 4 шт., общее поле памяти, канал связи слюбымидругимикластерами.Вкачестветаковогоиспользуетсявысокоскоростной гигабитный канал Ethernet GbE.

Топология связи показана на17рис. 1.2. В суперкомпьютере содержатся несколько сот кластеров, которые помере возникновения отказа исключаются из процесса вычислений.ПроцессорПроцессорКэшКэшОперативнаяпамятьОперативнаяпамятьСеть передачи данныхРис. 1.1 – Структура многопроцессорной системы с распределенной памятьюПолный граф (completely-connected graph orclique) – система, в которой между любойпаройпроцессоровлиниясвязи;топологияРис.1.2–Топологиясвязикластеров по схеме “Полныйграф”каксуществуетпрямаярезультат,даннаяобеспечиваетзатраты при передачеминимальныеданных,однакоявляется сложно реализуемой при большомколичестве процессоров.Если объединить кластеры в систему и добавить системы, необходимые дляуправления оператором, то получим так называемый базовый вычислительныйконтур (БВК), который включаетв себя необходимое количество приборов(компонентов) трех видов:- приборы многопроцессорного вычислителя (ПМВ);- приборы системы хранения данных (СХД);18- автоматизированные рабочие места оператора (АРМ).КоличествокомпонентовБВК,входящихвконкретнуюпроблемно-ориентированную систему, определяется ее требованиями к производительности,объему внешней памяти для хранения баз данных и количеству оператороврабочей программы.Структурная схема ПМВ показана на рис.

1.3.В качестве микропроцессора используется 1891 ВМ8Я [1], представляющийчетырехядерный процессор серии “Эльбрус”. Для связи с внешними абонентамиилиобъектамиуправлениякБВКдобавляетсясистемонезависимыйпериферийный контур (СПК), который включает в себя:- приборы связей с внешними системами по стандартным интерфейсам (ПВС);- приборы ввода и обработки аналоговых сигналов от РЛС и ГАК (ПОС);- приборы управления объектами (ПУО);- оконечные контроллеры управления объектами (КУО).Компоненты СПК связаны с БВК через резервированную сеть GbE.Итоговая структура ИУС показана на рис.

1.4. Очевидно, система реализуется наэлектронных модулях, которые по схеме разукрупнения конструкции относятся кпервому уровню и обозначаются как ЭМ1.К данным модулям предъявляется ряд требований, т.е. они должны быть:- функционально завершенными, что позволяет однозначно выявлять ихнеисправность при диагностике тестированием;- обеспечивать наращивание вычислительной мощности, например, по числупроцессорных кластеров, по емкости памяти, по количеству каналов связи и т.д.;- съемным конструктивным элементом;- представлены в min количестве типов, что снижает объем ЗИП и т.п.Все это обеспечивает одно свойство надежности – ремонтопригодность.Указанные требования в перспективных ИУС получены благодаря высокомууровню развития элементной базы.Рис. 1.3 – Структура прибора многопроцессорного вычислителя (ПМВ)1919Рис.

1.4 – Структура перспективной корабельной информационно-управляющей системы (2015 год)202021В качестве примера такого современного ЭМ можно представить модульдолговременного запоминающего устройства НФДЗ для хранения программ иконстант – рис. 1.5.Как видно из рисунка обязательных элементов построения схемы этогозапоминающего устройстванесколько: местное устройство управления –контроллер канала связи с процессором – дешифратор адреса – регистр данных накопитель Flash ЗУ. Модуль содержит встроенные средства диагностики икорректировки данных.Есть и другие типы электронных модулей (ЭМ), которые обеспечиваютработу представленного суперкомпьютера:- процессор общего назначения (ПОН);- периферийный процессор для обработки каналов МВ3S/С-K;- управляющий процессорный модуль ПУН;- графический процессор 3D-ГА;- модули канального обмена информации с внешними абонентами (Манчестер 2 ,Ethernet, Arinc-429);и т.д.Итого 13 типов с модификациями, количество которых приведено в таблице 1.1.Таким образом, очевидно разнообразие типов модулей, выпускаемых всущественно небольших количествах – от единичных образцов до 16 экземпляровмаксимум.В тоже время периодичность запуска в производстве этих модулей составляет 2 –3 года.Заметим, неритмичность и единичный характер их производства вносит исущественные дополнительные сложности относительно серийного выпуска.Экономические расходы по ряду причин:- перепроверка и оценка готовности средств технологического оснащения в связис перерывами в работе;Рис.

1.5 - Структура модуля ДЗУ - НФДЗ222223- подтверждение возможности продолжения изготовления по действующейконструкторской и технологической документации;- необходимость проведения периодических испытаний;- восстановление стендовой и контрольной аппаратуры, разобранной на другоепроизводство;- введение сплошного контроля готовых модулей для подтверждения качества;- восстановление персоналом необходимой квалификации;- проведение заново метрологического контроля оборудования;- организация выполнения дополнительных требований в связи с появлением завремя перерыва новых нормативных документов, извещений на изменения и т.д.Таблица 1.1Количество модулей ЭМ в суперЭВМ “Таймер”№Тип модуляКоличество штук в одномсуперкомпьютере1ПОН22ПУН23РЭМ 2Е5(2 модификации)5РЭМ 2М16(4 модификации)44625МВ 3S/С – К106ТЭО107НСА483D – ГА29НФДЗ8Все вышесказанное соответствует следующим стандартам: ГОСТ РВ.568,ГОСТ РВ8.576, ГОСТ РВ8.570, ГОСТ РВ15.301 и т.п.

Этим примером показана24ситуация с единичными и нерегулярными выпусками ответственных поназначению корабельных электронных модулей.1.2 Анализ характеристик отказов модулей по результатам испытаний иэксплуатацииТребование высокой надежности аппаратуры является ключевым параметромпри эксплуатации ответственной по назначению аппаратуры, к которой относятсяи изделия ВМФ. Однако, анализ характеристик отказов, поступивших отпредприятий – изготовителей и эксплуатирующих организаций, показывает, чтопричин снижения показателей надежности достаточно.

Такое характерно нетолько для отечественной практики, но и для ведущих фирм США.Из анализа отказов выявлено пять основных причин их возникновения:- нередко низкийуровень системного проектирования,являющийсяисточником потока извещений на изменения;- конструкторские изменения не всегда своевременно доводятся допроизводства;- отсутствие адекватных методик испытаний;- отсутствие тщательного контроля производственных процессов;- запаздывание при подготовке квалифицированного персонала по новымтехнологиям.Приведем несколько примеров подчас огромных потерь даже при наличиитолько части из этих причин, по материалам, предоставленным предприятием“Компас” (г.

Москва).При производстве истребителей F-22A (компания Lockheed Martin)обнаружены различные существенные недостатки, включая производственныедефекты, что привело к дополнительному инвестированию в 400 млн. долларов ивозврату на доработку более 30% самолетов.25Аналогично, при производстве кораблей – доков класса LPD-17 привели кзадержке в 3 года по завершению ОКР и дополнительным затратам в 846 млн.долларов.