Файл: Основы технической эксплуатации ЭЦВМ..pdf

8-4. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ НА ЭТАПЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВА ЭЦВМ

Условиями достижения' высокой надежности вычис­ лительных машин на этапе их проектирования являют­ ся: .

выбор простых и стабильных схем; использование элементов с высокими показателями

надежности (наименьшее значение величины интенсив­ ности отказов и наибольшая сохранность);

блочно-модульный .принцип конструирования, стандар­ тизация элементов ЭЦВМ, стандартизация входных и выходных сигналов в схемах).

Надежность ЭЦВМ прежде всщо зависит от качест­ ва и количества содержащихся в ней элементов. Поэто­ му при проектировании ЭЦВМ всегда стараются вы­ брать такие элементы, для которых интенсивность отка­ зов А, имеет наименьшее значение.

В настоящее время имеется достаточно большой ста­ тистический материал по оценке интенсивности отказов для элементов, имеющих применение в ЭЦВМ [Л. 44]. В табл. 8-4 представлены величины интенсивности отка­ зов для некоторых основных элементов ЭЦВМ.

Однако решить проблему создания высоконадежной ЭЦВМ только за счет использования высоконадежных элементов нельзя. В современных вычислительных ма­ шинах, содержащих сотни тысяч и даже миллионы эле­ ментов, повышение их надежности, как правило, не вле­ чет за собой пропорционального повышения надежности машины в целом. На надежность таких систем, как вы­ числительная машина, существенное влияние оказывают различного рода соединения (провода, штепсельные разъемы, пайки и т. п.).

Принципиально новые возможности повышения на­ дежности ЭЦВМ появляются при использовании эле­ ментов,^созданных на основе микроэлектроники и моле­ кулярной электроники (молектроники) (см. § 1-4).

310

Значительных результатов в .повышении надежности ЭЦВМ можно достичь путем создания рациональных схем. Рациональными схемами принято называть такие схемы, которые просты в функциональном отношении и допускают использование входящих в них элементов с

Т а б л и ц а 8-4

Интенсивность отказов основных элементов ЭЦВМ

широким разбросом параметров. С этой целью иногда идут даже на увеличение количества элементов в схеме.

Так, в схеме триггера (рис. 8-2,а) используется два транзистора, а в схеме триггера (рис.. 8-2,6)— четыре таких же транзистора. Казалось бы, надежность первого триггера должна быть выше, однако схема второго триг­ гера построена таким образом, что его четыре транзи­ стора работают очень устойчиво в широких .пределах изменения питающих напряжений. В то же время пер­ вый триггер при аналогичных условиях работает неус­ тойчиво. Создание схем с так называемой параметриче­ ской избыточностью позволяет отказаться от подбора элементов по разбросу параметров, что, естественно, облегчает их взаимозаменяемость.

При разработке высоконадежных схем должны выби­ раться такие режимы работы элементов, которые соот­ ветствуют пониженным электрическим нагрузкам.

Выбор таких режимов особенно важен для схем, по­ строенных на полупроводниковых приборах, так как они весьма чувствительны к перегрузкам по току и на­ пряжению. Даже при кратковременных перегрузках полупроводниковые приборы могут выходить из строя. Вследствие повышения температуры увеличивается собст­ венная проводимость полупроводникового материала,

~Ек2

-Ек)

-О

Выходг

— $ —

Вход2,

-о

Ев

—о

ff)

Рис. 8-2. Схемы статических триггеров.

312

что ведет к возрастанию обратного тока через р-н-пере­ ход. Под влиянием тепла появляются процессы диффу­ зии в полупроводниковом приборе, что в свою очередь приводит к изменению параметров и постепенному отка­ зу элемента.

Радикальным методом повышения надежности явля­ ется проведение граничных испытаний элементов ЭЦВМ, которне сводятся к- экспериментальному определению области их устойчивой работы при воздействии возму­ щающих факторов. Это позволяет найти оптимальные режимы работы элементов в разрабатываемых схемах, определить допуски к отклонениям параметров, предъ­ явить технические требования на изготовление ЭЦВМ и определить правила ее эксплуатации.

При разработке схемы и конструкции машины долж­ ны быть предусмотрены меры, обеспечивающие удобство ее обслуживания, т. е. учтены требования к ремонтопри­ годности ЭЦВМ. К таким мерам, позволяющим повы­ сить надежность машины при эксплуатации, можно от­ нести: блочно-модульный принцип построения; примене­ ние стандартных и унифицированных узлов, блоков и модулей; удобство проведения проверок; доступность элементов ЭЦВМ для монтажа, демонтажа и обслужи­ вания; удобство проведения регулировки и настройки блоков и узлов; наличие встроенных датчиков индика­ ции неисправности; возможность использования конт­ рольно-измерительной аппаратуры (наличие и доступ к контрольным точкам блоков); воозможность соблюде­ ния техники безопасности при проведении работ на ма­ шине.

Вполне естественно, если перечисленные особенности недостаточно учитываются в процессе проектирования, то это приводит к увеличению времени выполнения раз­ личных операций, к повышению вероятности ошибочных действий со стороны обслуживающего персонала и, как следствие, к снижению надежности ЭЦВМ.

Основными путями в повышении надежности ЭЦВМ на этапе производства являются контроль за качеством комплектующих элементов и материалов, строгое соблю­ дение установленных технологических процессов, совер­ шенствование технологии изготовления элементов ЭЦВМ, проведение всевозможных видов испытаний.

Большую роль в деле повышения надежности ЭЦВМ играет применение различных видов контроля комплек­

313

тующих элементов и материалов, поступающих на за­ вод-изготовитель ЭЦВМ от поставщиков.

Эффективным средством для предотвращения попа­ дания в производство некачественных элементов являет­ ся проведение входного контроля транзисторов, диодов, резисторов и т. д. При входном контроле проверяются документы, подтверждающие качество элементов, состо­ яние упаковки, наличие и состояние клейма на упаковке в бандеролях, производится выборочная проверка посту­ пивших элементов. Транзисторы часто подвергаются 100 %-ной проверке. Глубина проверки определяется особенностями схемы, в которой применяются данные транзисторы. Бывает так, что по каким-либо параметрам транзистор может оказаться непригодным для одной и пригодным для другой схемы. В этом случае транзисто­ ры каждого типа группируются в зависимости от откло­ нения параметров.

Для отдельных элементов (мощных транзисторов, диодов и т. л.) производится их тренировка и отбраковка тех, которые имеют внутренние дефекты. Тренировкой элементов достигается сокращение этапа приработки, который характеризуется повышенной интенсивностью отказов. Очень часто при тренировке особо ответствен­ ные элементы отбраковывают методом «выжигания», создавая тяжелые условия работы.

В качестве контрольного мероприятия в деле повы­ шения надежности является проведение испытаний ком­ плектующих элементов на длительность их работы и хранения.

Важным условием изготовления высоконадежных ЭЦВМ является контроль за ходом технологического процесса, так как в результате .отступления от правил, определяемых документацией, при выполнении техноло­ гических операций (пайки, пропитки, сушки и т. п.) мо­ жет быть внесен скрытый производственный дефект, который обычно в начале не сказывается на выходных параметрах той или иной схемы, но впоследствии неиз­ бежно приводит к отказу.

Большое значение в повышении надежности ЭЦВМ имеет совершенствование технологического процесса и в первую очередь за счет автоматизации выполнения от­ дельных операций, которая позволяет снизить дефекты производства из-за влияния психофизиологических спо­ собностей человека. Примером может служить замена

314