Метод граничных испытаний и область его применения .

со­сто­ит в экс­пе­ри­мен­таль­ном оп­ре­де­ле­нии (фи­зи­че­ском или ана­ли­ти­че­ском) об­лас­ти та­ких зна­че­ний па­ра­мет­ров ком­по­нен­тов РЭС (пер­вич­ных па­ра­мет­ров), при ко­то­рых зна­че­ния вы­ход­ных па­ра­мет­ров РЭС на­хо­дят­ся в пре­де­лах сво­их до­пус­ков, то есть внутри об­лас­ти ра­бо­то­спо­соб­но­сти объ­ек­та. При этом об­ласть ра­бо­то­спо­соб­но­сти яв­ля­ет­ся мно­го­мер­ным объ­е­мом в про­стран­ст­ве зна­че­ний вы­ход­ных ха­рак­те­ри­стик, до­пус­ти­мость уров­ней ко­то­рых ого­ва­ри­ва­ет­ся в тех­ни­че­ских ус­ло­ви­ях на объ­ект.

Пусть, ка­кой ли­бо один из вы­ход­ных па­ра­мет­ров у яв­ля­ет­ся функ­ци­ей зна­че­ний пер­вич­ных па­ра­мет­ров х1, х2, х3 в ви­де y = j(x­ _1, x ₂,.., x_n). В об­лас­ти ра­бо­то­спо­соб­но­сти вы­ход­ной па­ра­метр у дол­жен на­хо­дить­ся в за­ра­нее ус­та­нов­лен­ных пре­де­лах: , при­чем по­след­не­му ус­ло­вию для ка­ж­до­го пер­вич­но­го па­ра­мет­ра со­от­вет­ст­ву­ет не­ра­вен­ст­во

Фактически это соответствие однозначно обеспечивается видом физических связей в принципиальной схеме данного устройства, а на модели видом j(x­ _1, x ₂,.., x_n).

Предположим, что для проведения граничных испытаний среди множества первичных параметров мы выбрали два наиболее сильно влияющих на выходной x ₁и x ₂.

Варь­и­руя зна­че­ния пер­вич­ных двойки первичных па­ра­мет­ров x ₁и x ₂. мож­но по­стро­ить об­ласть ра­бо­то­спо­соб­но­сти при заданных границах на выходной параметр. На рис. 10.3 изо­бра­же­на тео­ре­ти­че­ски воз­мож­ная об­ласть ра­бо­то­спо­соб­но­сти объ­ек­та ис­пы­та­ний, по­стро­ен­ная при варь­и­ро­ва­нии двух пер­вич­ных па­ра­мет­ров х1 и х2. Аналогичные процедуры испытаний можно провести и с другими парами первичных параметров. На практике рабочая область, как правило, не является замкнутой из-за невозможности физически реализовать вариацию первичных параметров в широком диапазоне. Например, если варьируется напряжение накала катода кинескопа (x ₁), то при малых его значениях пропадает эмиссия электронов, а при значительных – возможно расплавление катода. Или для другого первичного параметра (x ₂), напряжение питания устройства не может превышать 280 В.

Об­ласть ра­бо­то­спо­соб­но­сти объ­ек­та ис­сле­до­ва­ния мож­но по­стро­ить как ана­ли­ти­че­ски, зная функ­цио­наль­ную за­ви­си­мость y = j(x­ _1, x ₂,.., x_n), так и фи­зи­че­ски – на фи­зи­че­ском ма­ке­те объ­ек­та. При этом ана­ли­ти­че­ский спо­соб по­строе­ния при­ме­ня­ют для от­но­си­тель­но не­слож­ных объ­ек­тов, имею­щих про­стую ма­те­ма­ти­че­скую мо­дель.

Фи­зи­че­ские испытания, ­мож­но осу­ще­ст­вить да­же при не­из­вест­ной или не­точ­ной функ­цио­наль­ной свя­зи, по­сколь­ку объ­ект ис­пы­та­ний пред­став­лен реальным образцом или ма­ке­том, а варь­и­ро­ва­ние реа­ли­зуется для тех пер­вич­ных па­ра­мет­ров, ко­то­рые, по мне­нию раз­ра­бот­чи­ка, ока­зы­ва­ют наи­боль­шее влия­ние на вы­ход­ные па­ра­мет­ры и ко­то­ры­ми мож­но управ­лять при ис­пы­та­ни­ях.

Ра­бо­то­спо­соб­ное со­стоя­ние объ­ек­та ис­пы­та­ний име­ет ме­сто, ес­ли зна­че­ние вы­ход­но­го па­ра­мет­ра на­хо­дит­ся в двух­сто­рон­нем до­пус­ке:

В про­стей­шем слу­чае алгоритм про­ве­де­ния гра­нич­ных ис­пы­та­ний объ­ек­та с од­ним вы­ход­ным па­ра­мет­ром можно представить так:

1. При заданном критерии отказа выявляются первичные параметры, существенно влияющие на выходной параметр y.

2. Из числа выделенных параметров назначается характеристический параметр x ₁, коэффициент влияния у которого – максимальный.

3. Составляются парные комбинации, выделенных параметров: (x ₁, x ₂); (x ₁, x ₃); … (x ₁, x_n), которые называют параметрами граничного контроля.

4. Направленно изменяя значения в первой паре первичных параметров, например, (x ₁, x ₂) выводят
выходной параметр на границы работоспособности y _min и y _max. Для этого, за­фик­си­ро­вав зна­че­ние пер­во­го
пер­вич­но­го па­ра­мет­ра, про­из­во­дят из­ме­не­ния вто­ро­го пер­вич­но­го па­ра­мет­ра, от­ме­чая по­ка­за­ния
из­ме­ри­те­ля вы­ход­но­го па­ра­мет­ра. При дос­ти­же­нии верх­ней и ниж­ней гра­ниц до­пус­ка вы­ход­но­го
па­ра­мет­ра, на гра­фи­ке на­но­сят точ­ки (рис. 10.5). В ре­зуль­та­те в плос­ко­сти варь­и­руе­мых пер­вич­ных

па­ра­мет­ров х1 и х2 фор­ми­ру­ет­ся об­ласть ра­бо­то­спо­соб­но­сти объ­ек­та ис­пы­та­ний, при­чем верх­ней
гра­ни­це со­от­вет­ст­ву­ет ус­ло­вие , а ниж­ней - .

5. Внут­ри по­стро­ен­ной об­лас­ти работоспособности должна на­хо­дит­ься ра­бо­чая точ­ка объ­ек­та с но­ми­наль­ны­ми зна­че­ния­ми пер­вич­ных па­ра­мет­ров x ₁⁰ и x ₂⁰. Вы­бор ко­ор­ди­нат ра­бо­чей точ­ки сле­ду­ет про­из­во­дить так, что­бы обес­пе­чить во вре­мя экс­плуа­та­ции объ­ек­та ее пре­бы­ва­ние в пре­де­лах най­ден­ных гра­ниц об­лас­ти ра­бо­то­спо­соб­но­сти и желательно подальше от них. Под дей­ст­ви­ем внеш­них воз­дей­ст­вую­щих фак­то­ров в пе­ри­од экс­плуа­та­ции па­ра­мет­ры ком­по­нен­тов РЭС име­ют тен­ден­цию из­ме­нять­ся (влия­ние тем­пе­ра­ту­ры и
влаж­но­сти ок­ру­жаю­щей сре­ды, ра­диа­ци­он­ный фон, ста­ре­ние ма­те­риа­лов ком­по­нен­тов и др.). Ес­ли из­вест­ны ти­пы ком­по­нен­тов, то в тех­ни­че­ских ус­ло­ви­ях на них ­мож­но най­ти дополнительную информацию, на­при­мер, тем­пе­ра­тур­ный ко­эф­фи­ци­ент, ко­эф­фи­ци­ент ста­ре­ния, влия­ние по­вы­шен­ной влаж­но­сти и пр. Най­ден­ная ин­фор­ма­ция по­зво­ля­ет скор­рек­ти­ро­вать ко­ор­ди­на­ты ра­бо­чей точ­ки, рас­по­ла­гая ее на мак­си­маль­ном уда­ле­нии от гра­ни­цы в на­прав­ле­нии, про­ти­во­по­лож­ном тен­ден­ции из­ме­не­ния па­ра­мет­ров ком­по­нен­тов в те­че­ние
экс­плуа­та­ции.

6. Вместе с тем, вопрос об оптимальной рабочей точке (например, как геометрическом месте точек внутри
границ) не имеет смысла, так как в процессе граничных испытаний мы не получаем информацию о
«скорости» подхода к границе и точно знаем только сами границы, полученные в эксперименте, для
заданных условий его проведения.

7. Для построения многомерной границы эксперимент повторяется с другими парами выделенных
параметров граничного контроля: (x ₁, x ₃); … (x ₁, x_n), в результате чего можно построить семейство областей
как функции от изменения отдельных пар параметров граничного контроля

.

8. При этом следует оговориться, что, так как параметры могут иметь разные размерности, эти границы лучше
строить в безразмерных относительных координатах (например, в процентах от номиналов) первичных
параметров. Вид такой области приведен на рис. 10.6.

Достоинства метода граничных испытаний. Ме­тод гра­нич­ных ис­пы­та­ний дос­та­точ­но прост в реа­ли­за­ции, ре­зуль­та­ты его на­гляд­ны, воз­мож­на экс­пе­ри­мен­таль­ная оцен­ка ко­эф­фи­ци­ен­тов чув­ст­ви­тель­но­сти вы­ход­но­го па­ра­мет­ра к варь­и­руе­мым пер­вич­ным па­ра­мет­рам. Его можно отнести к экспресс-методам испытаний, постановка которых не требует дорогостоящих экспериментов, трудовых и временных затрат.

Недостатки метода граничных испытаний в значительной степени ог­ра­ни­чи­ваю­т его ис­поль­зо­ва­ние. Так па­ра­мет­ра­ми да­ле­ко не всех ком­по­нен­тов объ­ек­та ис­пы­та­ний мож­но це­ле­на­прав­лен­но управ­лять. Метод не позволяет одновременно варьировать все выделенные пары первичных параметров граничного контроля, а значит граница области работоспособности, получаемая в эксперименте, всегда завышена по отношению к реальной. Ис­пы­та­ния носят детерминированный (не вероятностный характер), про­во­дят­ся в ста­ти­че­ском со­стоя­нии и только при попарных вариациях первичных параметров. Край­не за­труд­ни­тель­но по­лу­чить об­ласть ра­бо­то­спо­соб­но­сти объ­ек­та ис­пы­та­ний по па­ра­мет­рам активных компонентов (тран­зи­сто­ров и ин­те­граль­ных мик­ро­схем).