Уч. Пособие к лаб. раб. по ОКТРЭС 2005_ (Уч. Пособие к лаб. раб. по ОКТРЭС 2005), страница 10

Точность определения коэффициентоввлияния тем выше, чем меньше ∆xi . Однако приращение ∆xi - должно бытьтаким, чтобы используемая в эксперименте аппаратура обеспечиваланеобходимую точность измерения приращения ∆F j .Метод малых приращений прост в реализации, но из-за тесныхкорреляционных связей между параметрами активных элементов применяетсялишь для определения коэффициентов влияния параметров пассивныхэлементов.Метод парциальных характеристик предназначен для экспериментальногоопределения относительных и абсолютных коэффициентов влияния,корректировки допусков и номинальных значений функционального параметраи параметра элемента. Метод состоит в экспериментальном снятиизависимостей относительного изменения функциональногопараметра∆F j / F j от относительного изменения параметра элемента∆xi / xi .Вобщемпредставленный наслучаеграфикиэтихзависимостейимеютвид,рис.

4.1. Для любой точки графика можно определить∆F jxiи абсолютный Aij =коэффициенты∆xi∆xi F jвлияния. Номинальные значения параметров F j и xi задаются условиямиотносительный Bij =∆F j⋅эксперимента.В координатной плоскости ∆F j / F j , ∆xi / xi строят рабочую область (РО)МСБ, границы которой определяются полями допусков на функциональный показательF j и параметр xi .

Корректировка параметров и допусков не требуется, еслипри ∆xi / xi = ±δ ( xi ) отклонение функционального показателя∆F j / F j p δ F j , а запас работоспособности S = δ F j − ∆F j / F j достаточен иприблизительно одинаков для правой и левой ветвей парциальной характеристика. Так,56например, для характеристики I (см. рис. 4.1) желательно выравнять запасработоспособности S, для чего необходимо уменьшить номинальные значенияфункционального показателя и параметра xi . Положение парциальнойхарактеристики 2 относительно рабочей области говорит о том, что попараметру xi МСБ не работоспособна.

В целях обеспечения работоспособноститребуется уменьшить допуск на параметр xi или расширить допуск нафункциональный показатель F j .При отработке функциональных показателей МСБ методом парциальныххарактеристик исследование проводится по всем параметрам xi . Множествопараметров в общем случае может содержать параметры радиоэлементов,входных сигналов, источников питания, внешних воздействий и т.д.Как и метод малых приращений, метод парциальных характеристикявляется однофакторным экспериментом; он неприменим к параметрамактивных элементов и не позволяет смоделировать реальные рабочие ситуации,возникающиеваппаратуре,когдаподвоздействиемвнешнихдестабилизирующих факторов одновременно изменяются параметры всехэлементов.Метод граничных испытаний решает те же задачи, что и методпарциальных характеристик и заключается в экспериментальном построенииобластей работоспособности (ОР) по результатам исследования макета МСБили реального изделия.

На границах ОР наступает отказ МСБ, определяемый позаранее оговоренному признаку (критерию).Обычно используют два критерия отказа:1. нарушение выполняемых МСБфункций (отсутствие сигнала навыходе, резкое изменение частотысигнала, нарушение устойчивости,срыв синхронизации и т.д.);2.

изменениефункциональногопоказателядограницопределенноготехническимзаданием поля допуска.Рис. 4.2В первом случае целью граничныхиспытаний является исследование МСБ на общее функционирование(работоспособность); во втором - исследование функционированияMCБ no полю допуска. При этом на границах OF функциональный показательдостигает значения, оговоренного ТЗ или же условиями эксперимента.Границы ОР получают в результате активного воздействия на двапараметра: граничный x гр и параметр элемента xi .57Граничный параметр должен удовлетворять ряду требований.Желательно, чтобы изменениеx гр оказывало сильное влияние нафункциональный показатель F j и практически не влияло на параметр xi .Руководствуясь этими требованиями, в качестве граничного параметра обычновыбирают напряжение источника питания.Область работоспособности удобно строить в координатах ∆x гр / x гр и∆xi / xi .В общем случае границы ОР представляют собой непересекающиеся кривые (рис.4.2), расположенные справа и слева от начала координат.

В верхней и нижнейполуплоскостях ОР может быть ограничена допустимым изменением параметраxi , прикотором обеспечивается безопасный электрический режим работы активных элементов(границы I и 2). В правой полуплоскости граница ОР не должна пересекать линию,определяющую верхнее допустимое значение параметраx гр(прямая 3).Для построения ОР сначала при ∆xi / xi изменяют значение граничногопараметра в сторону увеличения и уменьшения до появления признака отказа. Врезультате получают точки I и 2 границ ОР. Затем повторяют эксперимент дляряда значений ∆xi / xi ≠ 0 , и полученные точки соединяют плавнымикривыми.Чтобы упростить анализ результатов исследования, ОР совмещают срабочей областью МСБ по параметрам x гр , и xi .

Корректировка допусков иноминальных значений параметров x гр , и xi , не требуется, если рабочаяобласть лежит внутри ОР симметрично относительно границ и при этомобеспечивается достаточный запас работоспособности.Определение коэффициентов влияния по результатам граничныхиспытаний возможно лишь в том случае, если исследование работоспособностиМСБ проведено по полю допуска. На границах ОР функциональный показательизменяется на величину∆F j / F j = Bijгде B , Bijгрj∆x гр∆x i,+ B грjxix гр(4.5)- относительные коэффициенты влияния параметров x и xiгрсоответственно.Если в пределах изменения параметра x границы ОР близки кiпрямолинейным, то при ∆x / x = 0iiBгрj =58∆F jFj⎛ ∆x гр⎜⎜ x⎝ гр⎞⎟⎟⎠После подстановки Bгрj в (4.5) и решения уравнения относительно Bij ,получим∆F jBij =Fj⎡ ∆xгр⎢1 −⎢⎣ xгр⎛ ∆xгр ⎞ ⎤⎟ ⎥⎜⎜ xгр ⎟ ⎥⎠0 ⎦⎝∆xi / xi,(4.6)Все величины, входящие в правую часть (4.6), должны иметь знаки,соответствующие точке на границе ОР, для которой определяют коэффициентывлияния.Формула (4.6) позволяет найти значения Bдля любой точки наijгранице ОР, кроме точки ∆x / x = 0 .

Точность определения коэффициентовiiвлияния тем выше, чем ближе границы ОР к прямым линиям.Методу граничных испытаний свойственны практически все недостаткиметода парциальных характеристик. Поэтому, чтобы убедиться в правильностипринятых решений, исследование работоспособности с помощью парциальныххарактеристик и граничных испытаний часто дополняется матричнымииспытаниями.Матричные испытания представляют собой активный многофакторныйэксперимент, предназначенный для оптимизации номинальных значений идопусков параметров элементов. В отличие от рассмотренных выше методов,матричные испытания позволяют смоделировать реальные ситуации,возникающие в аппаратуре под воздействием внешних и внутреннихдестабилизирующих факторов, путем одновременного изменения параметроввсех элементов.Стратегию эксперимента обычно представляют матрицей ситуаций,каждая строка которой соответствует постановке одного опыта.

При изменении(варьировании) k включенных в эксперимент параметров, элементов на двухуровнях (верхнем и нижнем) число опытов m=2k . Матрица ситуаций для k = 3представлена в виде табл. 4.1Опыт1Х1+Х2+Х3+СОСТОЯНИЕ МСБ02-++I34+--++0I5++-067++--II8---059В столбцах, относящихся к параметрам x1, x2, x3, знаком «+» обозначены:верхние уровни параметров, знаком «-» нижние уровни. В последнем столбцепо принятому признаку отказа в каждом опыте отмечают состояниеисследуемой МСБ. Обычно работоспособность микросборки обозначаютединицей, отказ - нулем.Изменение параметров элементов в эксперименте обычно производят Бпределах полей допусков так, чтобы значения параметра xi на верхнем иникнем уровнях находились на соответствующих границах поля допуска.

В техслучаях, когда матричными испытаниями дополняют другие методыэкспериментальнойотработкифункциональныхпоказателей,уровниварьирования параметров элементов выбирают исходя из полученныхрезультатов и поставленной задачи исследования.После реализации всех опытов, предусмотренных табл. 4.1, производитсяанализ полученных результатов, для чего составляется табл. 4.2, в которойуказывают число рабочих или отказовых ситуаций, связанных с значениямипараметров на верхнем xi + и нижнем xi − уровнях.ТаблицаЗначение ПараметраЧисло ситуаций отказаx1 +x1 −x2 +x2 −x3 +x3 −3122224.2Данные табл. 4.2 позволяют принять решение о направлении корректировки номинальных значений параметров элементов.

Так, например,преобладание отказовых ситуаций на верхнем уровне параметра xi говорит онеобходимости уменьшения его номинального значения. Шаг измененияпараметров xi выбирают с учетом результатов анализа параметрическойчувствительности, разрешающей способности технологического процессаизготовления элементов и шкалы номинальных или предпочтительныхзначений параметров. После выполнения корректировки матричные испытанияповторяют с новыми значениями параметров элементов.Как и все рассмотренные методы, матричные испытания применимылишь к параметрам пассивных элементов.

Недостатком метода является такжезначительная трудоемкость эксперимента, резко возрастающая с ростом числапараметров. Снижению трудоемкости матричных испытаний способствуетвыбор оптимального как по числу опытов, так и по точности ожидаемыхрезультатов значения, который может быть произведен по результатам анализапараметрической чувствительности. Трудоемкость матричных испытанийможно существенно снизить путем автоматизации эксперимента. Разработаны иприменяются полуавтоматические стенды матричных испытаний, состоящие изнаборного поля элементов с электронной коммутацией, устройства управленияи ЭВМ для обработки данных эксперимента.