ПРОГРАММА, РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА И КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ Программа учебной дисциплины

ПРОГРАММА, РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА И
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ
по дисциплине
«ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ,
ТЕХНОЛОГИИ И НАДЁЖНОСТИ»
Осенний семестр 2014-2015 учебного года
Специальность 1-39 02 02 «Проектирование и производство РЭС»
Программа учебной дисциплины
Название темы
1
Содержание
2
Раздел 1. Общая характеристика параметров
конструкций РЭС
Тема 1. Характери- Характеристика выходных и первичных (внутренних, внешних)
стика
параметров, параметров. Единичные и комплексные показатели качества РЭС.
качество РЭС и его Модели комплексных показателей качества. Методы оценки качеколичественная
ства РЭС.
оценка
Тема 2. Конструктор- Конструкторские параметры РЭС. Коэффициенты заполнения по
ские параметры РЭС объёму, массе, площади. Коэффициенты увеличения объёма, массы, площади и их использование при проектировании конструкций
РЭС.
Раздел 2. Анализ точности и стабильности выходных
параметров радиоэлектронных устройств (РЭУ)
и технологических процессов
Тема 3. Виды допус- Серийнопригодность конструкций РЭС и её количественная оценков и их использова- ка. Точность и стабильность параметров. Системы (виды) допусков
ние для описания в конструировании и производстве РЭС. Характеристики, испольточности и стабиль- зуемые для задания допуска. Описание точности и стабильности
ности параметров
параметров элементов.
Тема 4. Анализ точ- Уравнения производственных погрешностей выходных параметности выходных па- ров. Методы анализа точности выходных параметров. Оценка прораметров
изводственного разброса выходного параметра, исходя из наихудшего случая рассеивания первичных параметров. Анализ точности
выходных параметров с учётом вероятностного рассеивания первичных параметров.
Тема 5. Анализ ста- Стабильность выходных параметров и принцип её оценки. Уравнебильности выходных ние относительной погрешности выходного параметра с учётом
параметров
действия эксплуатационных факторов. Установление температурных допусков и допусков старения. .
Название темы
Содержание
Раздел 3. Основы теории надёжности. Методы оценки
показателей надёжности РЭУ
Тема.7. Основы тео- Проблема надёжности РЭУ, ее возникновение и сущность. Основрии надёжности
ные понятия и определения, используемые в теории и практике
надёжности технических изделий. Отказы и их классификация.
Причины отказов РЭУ. Схемы (модели) соединения элементов в
РЭУ с точки зрения надёжности. Модели законов распределения
времени (наработки) до отказа элементов и РЭУ.
Тема 8. Показатели Группы показателей надёжности элементов и РЭУ. Показатели
надёжности восста- безотказности элементов и РЭУ, восстанавливаемых и невосстанавливаемых
и навливаемых изделий. Экспоненциальный закон надёжности. Тиневосстанавливаепичная лямбда-характеристика РЭУ. Показатели ремонтопригодмых изделий
ности РЭУ. Показатели долговечности элементов и РЭС. Ресурс и
срок службы. Показатели сохраняемости элементов и РЭУ. Срок
сохраняемости. Срок хранения. Комплексные показатели надёжности РЭУ – эксплутационные коэффициенты надёжности.
Тема 9. Надёжность Интенсивность отказов как основная характеристика надёжности
элементов РЭС
элементов. Определение интенсивности отказов по результатам
испытаний. Коэффициенты электрической нагрузки элементов.
Характеристика надёжности типовых элементов РЭС. Учёт влияния на надёжность элементов электрического режима и условий
работы. Пересчёт показателей безотказности и долговечности элементов с учётом коэффициентов их электрической нагрузки и температуры.
Тема 10. Оценка по- Основные расчётные соотношения для вероятности безотказной
казателей надёжно- работы и среднего времени восстановления устройства. Ориентисти РЭУ
ровочный расчёт показателей надёжности РЭУ. Уточнённый расчёт показателей надёжности РЭУ. Модели расчёта (прогнозирования) эксплуатационной интенсивности отказов типовых элементов
РЭС. Расчёт показателей надёжности РЭУ при разных законах распределения времени до отказа элементов. Расчёт безотказности
РЭУ с учётом цикличности работы.
Расчёт норм надёжности на составные части РЭУ.
Тема 11. РезервироВиды резервирования. Количественная оценка резервирования.
вание как метод поХарактеристика постоянного резервирования. Влияние характера
вышения надёжности отказа элементов резервируемого узла. Оценка показателей безотРЭУ
казности РЭУ при наличии постоянного резервирования. Характеристика резервирования замещением. Оценка безотказности РЭУ
при наличии резервирования замещением.
Тема 12. ОбеспечеСхемные методы повышения надёжности РЭУ. Квазирезервирование надёжности РЭС ние и область его применения. Априорное ограничение электричена этапах проектиро- ской нагрузки элементов как способ повышения надёжности РЭУ.
вания, производства Выбор элементов по коэффициентам их электрической нагрузки с
и эксплуатации
учётом производственного разброса их параметров и питающих
напряжений (экстремального режима работы).
Отбраковка потенциально ненадёжных элементов методами электротермотренировки. Теоретическое обоснование эффективности
тренировки на основе закона Вейбулла. Отбор элементов повышенного уровня надёжности методами индивидуального прогнозирования. Использование технологического прогона для повыше-
ния надёжности устройств.
Название темы
Содержание
Раздел 4. Прогнозирование качества и надёжности
элементов и РЭС
Понятие прогнозирования и его классификация. Эвристическое и
Тема 13. Общая ха- математическое прогнозирование и их использование для оценки
рактеристика
про- надёжности и качества РЭС. Групповое и индивидуальное прогногнозирования
зирование, области их использования в радиоэлектронике.
Тема 14. Индивидуальное прогнозирование с использованием метода экстраполяции параметра
Характеристика прогнозирования (область использования в радиоэлектронике, цель прогнозирования, используемая информация,
шаг прогнозирования, модель прогнозирования, возможные ошибки). Обратное прогнозирование, область его использования в радиоэлектронике. Решение задач индивидуального прогнозирования
с использованием метода экстраполяции параметра.
Тема 15. Индивидуальное прогнозирование методом распознавания образов
Принцип индивидуального прогнозирования. Информативные параметры. Использование прогнозирующего правила. Характеристика возможных ошибок прогнозирования. Этапы решения задач
индивидуального прогнозирования методом распознавания образов. Метод пороговой логики и его разновидности.
Раздел 5. Статистическое моделирование параметров и свойств
конструкций РЭС
Понятие статистического (имитационного) моделирования и его
значение при проектировании конструкций и технологии производства РЭС. Стандартные равномерные и стандартные нормальные числа. Моделирование случайных чисел с нормальным расТема 16. Математипределением. Методы получения случайных чисел с любым закоческое моделированом распределения. Моделирование дискретных случайных чисел
ние случайных парас распределением Пуассона. Моделирование коррелированных
метров
случайных параметров с нормальными распределениями. Получение коррелированных случайных параметров с любыми законами
распределения.
Тема
17.
Метод
Монте-Карло
как
метод вероятностного
моделирования
объектов и процессов
Тема 18. Статистическое моделирование
выходных параметров и свойств конструкций, производственных систем
Сущность метода. Структурная схема реализация алгоритма метода на ЭВМ. Алгоритм выбора числа реализаций смоделированного
объекта. Определение интересующих характеристик объекта по
результатам моделирования.
Моделирование производственного рассеивания выходных параметров РЭС. Моделирование надёжности элементов и конструкций
РЭС. Моделирование процесса функционирования систем массового обслуживания в технологии РЭС.
Литература
1. Боровиков, С. М. Теоретические основы конструирования, технологии и
надёжности : учебник для инж.-техн. спец. вузов / С. М. Боровиков. – Минск : Дизайн ПРО, 1998. – 336 с.
2. Боровиков, С. М. Теоретические основы конструирования, технологии
и надёжности. Сборник задач : учеб. пособие для вузов / С. М. Боровиков,
А. В. Погребняков. – Минск : БГУИР, 2001. – 124 с.
3. Кофанов, Ю. Н. Теоретические основы конструирования, технологии
и надёжности РЭС : учебник для вузов / Ю. Н. Кофанов. – М. : Радио и связь,
1991. – 359 с.
4. Львович, Я. Е. Теоретические основы конструирования, технологии
и надёжности РЭА : учеб. пособие для вузов / Я. Е. Львович, В. Н. Фролов. –
М. : Радио и связь, 1986. – 192 с.
5. Яншин, А. А. Теоретические основы конструирования, технологии и
надёжности ЭВА : учеб. пособие для вузов / А. А. Яншин. – М. : Радио и
связь, 1983. – 312 с.
6. Фомин, А. В. Допуски в радиоэлектронной аппаратуре / А. В. Фомин,
В. Ф. Борисов, В. В. Чермошенский. – М. : Сов. радио, 1973. – 129 с.
7. Широков, А. М. Надёжность радиоэлектронных устройств : учеб. пособие для вузов / А. М. Широков. – М. : Высш. шк., 1972. – 272 с.
8. Надёжность технических систем : справочник / Ю. К. Беляев [и др.] ;
под ред. И. А. Ушакова. – М. : Радио и связь, 1985. – 608 с.
9. Половко А. М., Гуров С. В. Основы теории надёжности / А. М. Половко, С. В. Гуров; 2-е изд., перераб. и доп. – СПб.: БХВ-Петербург, 2006. – 704
с.
Контрольные вопросы
К разделу 1
1. В чём состоит отличие понятий «внутренние параметры» и «внешние
параметры», широко используемых в САПР?
2. Приведите пример детерминированного параметра из области
КиТРЭУ.
3. Укажите основные конструкторские параметры РЭУ.
4. Что можно сказать о РЭУ, зная значение коэффициента заполнения
по объёму?
5. В чём состоит отличие коэффициентов заполнения по физическим и
по установочным объёмам?
6. В чём состоит назначение коэффициента увеличения площади?
7. В чём состоит назначение коэффициента увеличения объёма?
8. В чём состоит назначение коэффициента увеличения массы?
9. Каков теоретический диапазон коэффициента заполнения РЭУ по
объёму?
10. Каков теоретический диапазон коэффициента заполнения печатной
платы по площади?
11. Каков теоретический диапазон коэффициента заполнения РЭУ по
массе?
12. Поясните, какую смысловую нагрузку несёт слово «единичный» в
понятии «единичный показатель качества РЭУ».
13. Поясните, какую смысловую нагрузку несёт слово «комплексный»
в понятии «комплексный показатель качества РЭУ».
14. Почему в математических моделях комплексных показателей качества используют нормированные безразмерные значения единичных показателей?
15. Как на практике количественно описать те единичные показатели
качества, которые не имеют явной количественной меры?
16. На чём основан дифференциальный метод оценки качества РЭУ?
17. На чём основан смешанный способ оценки качества РЭУ?
18. Для каких изделий используют понятие «коэффициент заполнения
по площади»?
19. Почему коэффициенты заполнения по объёму, массе и площади
называют компоновочными характеристиками или показателями?
20. В чём состоит недостаток использования единичных показателей
качества при оценке качества РЭУ в целом?
21. Как соотносятся понятия «внутренние и внешние параметры РЭУ»,
широко используемые при автоматизированном проектировании, с понятием
«первичные параметры»?
22. Какие выводы можно сделать о конструкции РЭУ и её составных
частях с помощью коэффициентов заполнения по массе?
23. Какие выводы можно сделать о конструкции РЭУ и её составных
частях с помощью коэффициентов заполнения по площади?
24. Какие выводы можно сделать о конструкции РЭУ и её составных
частях с помощью коэффициентов заполнения по объёму?
25. На чём основан системный подход к проектированию конструкций
РЭУ?
26. Назовите основные характерные особенности системного подхода
применительно к проектированию конструкций РЭУ.
К разделу 2
1. В чём состоит суть свойства серийнопригодности конструкции РЭУ?
2. С помощью какой количественной характеристики описывают понятие серийнопригодности конструкции РЭУ?
3. В чём состоит отличие эксплутационного допуска на параметр от
ремонтного допуска?
4. Каково основное назначение ремонтного допуска на параметр?
5. В чём состоит суть температурного допуска на параметр?
6. В чём состоит суть допуска старения на параметр?
7. В чём заключается отличие одностороннего допуска от двухстороннего?
8. С помощью каких характеристик может быть задан допуск на параметры?
9. Каково другое название производственного допуска?
10. В чём состоит принципиальное отличие стабильности параметра от
его точности?
11. С помощью каких характеристик описывают точность выходных
параметров?
12. С помощью каких характеристик описывают стабильность выходных параметров?
13. С помощью каких характеристик описывают точность и стабильность параметров элементов РЭУ?
14. В чём проявляется случайность температурных коэффициентов и
коэффициентов старения параметров элементов?
15. Ответ на какой вопрос даёт уравнение производственной погрешности выходного параметра РЭУ, зачем оно нужно?
16. С помощью каких количественных характеристик судят о точности
выходного параметра в расчётно-аналитическом вероятностном методе?
17. О чём свидетельствует отрицательное значение коэффициента влияния первичного параметра?
18. В чём состоит основной недостаток метода определения допусков
исходя из наихудшего случая (метод min–max)?
19. Как в расчётно-аналитическом вероятностном методе анализа точности выходных параметров учитывается влияние коррелированности первичных параметров?
20. В чём состоит смысл коэффициента гарантированного обеспечения
допуска?
21. В чем состоит смысл коэффициента относительного рассеивания
первичных параметров?
22. Что за понятия: «систематическая и случайная составляющие» производственного допуска?
23. С помощью каких количественных характеристик судят о стабильности выходных параметров?
24. Чем объясняется, что определение температурных допусков в ряде
случаев должно выполняться отдельно для областей «положительной» и «отрицательной» температур?
25. Каким образом при определении (назначении) эксплуатационного
допуска учитывают влияние факторов, прямо не рассматриваемых в расчётах?
26. Напишите формулу определения коэффициента влияния первичного параметра методом приращения.
27. На чём основан экспериментально-расчетный способ определения
коэффициента влияния первичного параметра.
28. С помощью каких расчётных характеристик формируют производственный допуск в случае использования расчётно-аналитического вероятностного метода анализа точности выходного параметра?
К разделу 3
1. Что в теории и практике надёжности технических изделий понимают
под наработкой, в каких единицах она измеряется?
2. Что понимают под наработкой до отказа РЭУ и их элементов?
3. В чём состоит суть конструктивного отказа РЭУ или элемента?
4. В чём состоит суть производственного отказа РЭУ или элемента?
5. В чём состоит суть эксплуатационного отказа РЭУ или элемента?
6. В чём состоит суть деградационного отказа РЭУ или элемента?
7. Чем постепенный отказ РЭУ отличается от внезапного отказа?
8. Привести пример РЭУ (узла), в котором элементы с точки зрения
надёжности соединены параллельно.
9. В чём проявляется случайный характер наработки изделий до отказа?
10. Что подразумевают, когда говорят (пишут): «математическая модель отказа РЭУ (элемента)»?
11. Через какие другие свойства может проявляться надёжность как
сложное свойство изделий радиоэлектроники?
12. Какую смысловую нагрузку несёт слово «единичный» в понятии
«единичный показатель надёжности»?
13. Какую смысловую нагрузку несет слово «комплексный» в понятии
«комплексный показатель надёжности»?
14. Приведите два примера комплексных показателей надёжности ремонтируемого РЭУ.
15. Что означает запись в технической документации: «95-процентная
наработка устройства до отказа составляет не менее 500 ч»?
16. В чём для изделий радиоэлектроники заключается отличие показателя «наработка на отказ» (полное название «средняя наработка на отказ») от
показателя «средняя наработка до отказа»?
17. С помощью каких временных понятий судят о долговечности изделий?
18. Укажите возможные критерии предельного состояния для полупроводникового диода в металлическом корпусе.
19. В чём состоит отличие срока службы изделия радиоэлектроники от
ресурса изделия?
20. Чем для устройства отличаются понятия «гамма-процентный ресурс» и «гамма- процентная наработка до отказа»?
21. Чем отличаются друг от друга следующие показатели надёжности:
95-процентная наработка до отказа, 95-процентный ресурс, 95-процентный
срок службы, 95-процентный срок сохраняемости?
22. Чем отличается срок сохраняемости элемента от срока службы?
23. Поясните, почему для вероятности отказа q за время t справедливо
выражение q(t) = F(t), где F(t) – функция распределения времени до отказа,
найденная для времени t?
24. Что подразумевают, когда говорят (пишут): для элемента (или
устройства) справедлив «экспоненциальный закон надёжности»?
25. Чем объясняется наличие периода приработки на типичной λхарактеристике РЭУ?
26. Укажите примерную продолжительность периода приработки и периода нормальной эксплуатации на λ-характеристике РЭУ, например для телевизора.
27. В чём состоит физический смысл коэффициента готовности РЭУ?
28. Укажите возможный диапазон и размерность интенсивности отказов типовых элементов РЭУ.
29. О чём судят по значению коэффициента электрической нагрузки
элемента?
30. Укажите примерный оптимальный диапазон значений коэффициента электрической нагрузки типовых элементов РЭУ.
31. Почему для интегральных микросхем (ИМС) не пользуются понятием коэффициент электрической нагрузки?
32. Чем объясняется слабое влияние на безотказность ИМС степени её
интеграции?
33. Как на практике выполняется корректировка справочных интенсивностей отказов элементов РЭУ с учётом электрического режима и условий их работы?
34. Как оценить безотказность РЭУ, зная характеристики безотказности элементов в рабочем режиме?
35. Объясните, имеет ли для элемента РЭУ физический смысл среднее
время безотказной работы, полученное по классической формуле экспоненциального распределения времени безотказной работы: Тср=1/ λ, где λ – значение интенсивности отказов элемента?
36. Как учитывают разные законы распределения времени до отказа
при оценке надёжности РЭУ?
37. Какие причины влияют на уровень параметрической надёжности
РЭУ?
38. Что понимают под эксплуатационной надёжностью РЭУ?
39. Чем объясняется, что эксплуатационная надёжность РЭУ в большинстве случаев оказывается ниже расчётного значения?
40. В чём состоит отличие резервирования замещением от постоянного
резервирования?
41. Что понимают под кратностью резерва?
42. В чём состоят достоинства и недостатки постоянного резервирования?
43. В чём состоят достоинства и недостатки резервирования замещением?
44. В каких случаях резервирование замещением применять не имеет
смысла из-за того, что не будет эффекта?
К разделу 4
1. Чем отличается эвристическое прогнозирование от математического?
2. Чем отличается индивидуальное прогнозирование от группового?
3. Что является основным приёмом выполнения эвристического прогнозирования?
4. Как при эвристическом прогнозировании можно получать результирующую оценку интересующей характеристики РЭУ, элемента, процесса?
5. В каком виде получают прогноз в случае прогнозирования с использованием метода экстраполяции?
6. Что такое «предыстория» процесса (параметра) в методе индивидуального прогнозирования (далее – ИП) экстраполяцией?
7. Что такое шаг прогнозирования в методе ИП экстраполяцией?
8. Какое прогнозирование при использовании метода экстраполяции
называют обратным?
9. Что понимают под моделью прогнозирования в методе ИП экстраполяцией?
10. В чём состоит особенность метода взвешенных наименьших квадратов, используемого во многих случаях для построения модели прогнозирования?
11. С помощью какой характеристики обычно судят об ошибке прогнозирования параметра в методе ИП экстраполяцией?
12. Что понимают под информативностью параметра в методе ИП
надёжности элемента (или РЭУ) распознаванием образов?
13. Что такое прогнозирующее правило в методе ИП распознаванием
образов?
14. В каком виде получают прогноз в случае ИП надёжности изделий
(РЭУ или элемента) методом распознавания образов?
15. Какие виды ошибок могут иметь место при ИП надёжности изделий (элементов, РЭУ) методом распознавания образов?
16. Каково назначение обучающего эксперимента в методе ИП надёжности изделий распознаванием образов?
17. Почему при проведении испытаний обучающей выборки в методе
ИП распознаванием образов обычно используют ускоренные форсированные
испытания?
18. Что характеризует коэффициент ускорения испытаний?
19. Какие основные задачи решают на этапе обучения при получении
прогнозирующего правила методом распознавания образов?
20. В чём заключается основное назначение этапа «экзамен» в методе
ИП прогнозирования распознаванием образов?
21. Какую смысловую нагрузку несёт слово «параметрические» в понятии «параметрические методы построения прогнозирующих правил» в задачах ИП надёжности изделий распознаванием образов?
22. Что такое отношение правдоподобия в параметрических методах
построения прогнозирующих правил?
23. Какие виды ошибок прогнозирования могут иметь место при использовании методов ИП распознаванием образов?
24. О каких ошибках прогнозирования в методах ИП распознаванием
образов судят с помощью понятия «риск изготовителя», а о каких – с помощью понятия «риск потребителя»?
К разделу 5
1. В связи с чем имитационное моделирование называют вероятностным?
2. В чём заключается одинаковость и отличие понятий «имитационное
моделирование» и «статистическое моделирование»?
3. Что понимают под стандартными равномерными случайными числами?
4. Какие случайные числа могут быть названы «стандартными нормальными»?
5. Почему случайные числа, получаемые с помощью ЭВМ, в действительности являются псевдослучайными?
6. Что означает понятие «псевдослучайные числа»?
7. Как получают на ЭВМ стандартные нормальные случайные числа,
используя центральную предельную теорему теории вероятностей?
8. Почему в задачах моделирования РЭУ, СМО, технологических процессов стандартные нормальные случайные числа хн принудительно ограничивают условием ( –3 ≤ хн ≤ +3 )?
9. В чём суть метода обратного преобразования, используемого для
получения формул генерирования на ЭВМ случайных чисел с плотностью
распределения w(x)?
10. Напишите вычислительный алгоритм генерирования дискретных
случайных чисел, распределённых по закону Пуассона.
11. Почему метод обратного преобразования не может быть применён
для получения формулы генерирования случайных чисел, распределённых по
нормальному закону?
12. На чём основано генерирование коррелированных случайных параметров, распределённых по нормальному закону?
13. Как можно с помощью ЭВМ получить коррелированные случайные
параметры с любыми законами распределения?
14. Как в методе Монте-Карло получают реализации случайных параметров?
15. В чём состоит отличие метода Монте-Карло в случаях использования математических и физических моделей объектов или процессов?
16. Как в методе Монте-Карло при моделировании РЭУ или технологического процесса определяют результирующие характеристики устройства
или процесса?
17. Как в методе Монте-Карло при моделировании выходного параметра РЭУ или технологического процесса определять требуемое число реализаций?
18. Значения какой случайной величины, имеющей отношение к отказам элементов, получают при моделировании надёжности РЭУ?
19. Как при моделировании надёжности РЭУ с учётом внезапных отказов принимают решение о времени отказа РЭУ в целом в j-й реализации?
20. Как по результатам моделирования надёжности РЭУ принимают
решение о значении результирующих характеристик Тср, Р(tз)?
21. Как, используя результаты моделирования на ЭВМ надёжности
РЭУ, можно определить такую характеристику как Тγ (гамма-процентную
наработку до отказа)?
22. На чём основан принцип моделирования надёжности РЭУ при
наличии резервирования (на примере постоянного резервирования или резервирования замещением)?
23. На чём основано моделирование на ЭВМ процесса функционирования СМО?
24. Что должно рассматриваться в качестве реализации СМО в задачах
моделирования процесса функционирования СМО на ЭВМ?
25. Как определить основные характеристики СМО, используя результаты математического моделирования на ЭВМ процесса её функционирования?
Вопросы составил:
БОРОВИКОВ Сергей Максимович − канд.техн.наук, доцент