Работоспособность радиоэлектронной аппаратуры в экстремальных условиях. Живучесть и анализ риска

Профессиональная компетенция, полученная слушателями при освоении настоящей программы, необходима для выполнения следующих видов профессиональной деятельности:

• оценка риска и живучести в условиях аварийных ситуаций, надежности и прочности радиоэлектронной аппаратуры и изделий микроэлектроники на этапах эскизного, технического и рабочего проектирования;
• выбор оптимальных проектных решений с учетом специфики условий эксплуатации аппаратуры, проектных и запроектных аварийных ситуаций;
• обоснование технических решений, обеспечивающих выполнение требований технических заданий по живучести, надежности и прочности;
• разработка рекомендаций по оптимизации конструкции прибора с учетом сохранения функциональности после аварии и выполнения требований по надежности;
• проектная деятельность

В результате освоения программы слушатель должен:

знать:

• физические основы надежности, прочности и живучести радиоаппаратуры и изделий микроэлектроники;
• математические и вычислительные методы расчета живучести;
• основные понятия надежности электрорадиоизделий;
• методы анализа риска при эксплуатации сложной аппаратуры, оценки надежности приборов и изделий микроэлектроники;
• факторы, влияющие на надежность и их взаимосвязь с проектными решениями;
• классификацию видов аварийных ситуаций;
• основные методы повышения живучести радиоэлектронной аппаратуры;
• основные процессы, приводящие к отказам аппаратуры и микроэлектронных изделий, при аварийных воздействиях;
• методы обеспечения работоспособности аппаратуры в экстремальных условиях эксплуатации.

уметь:

• самостоятельно выделять элементы конструкции, обусловливающие неработоспособность прибора, при экстремальных и аварийных воздействиях;
• осуществлять классификацию видов воздействия по их влиянию на работоспособность приборов и микросхем;
• осуществлять качественную оценку влияния условий эксплуатации и аварий на работоспособность приборов и микросхем;
• прогнозировать живучесть аппаратуры в виде сохранения части функциональных возможностей после аварийного воздействия или обеспечения безопасности персонала и окружающей среды.

Тематический план:

Тема 1. Элементы теории вероятностей и математической статистики 

Рассматриваются понятия частоты и вероятности события, основные аксиомы и теоремы теории вероятностей. Определяются функции распределения случайной величины, ее свойства и числовые характеристики. Кратко рассмотрены основные виды функций распределения случайных величин.

Тема 2. Элементы прикладной и вычислительной математики

Рассматриваются правила работы с данными и результатами вычислительных экспериментов, способы оценки погрешностей и методы экстраполяции результатов за область существования экспериментальных данных.

Дано представление об итерационной процедуре и алгоритмах решения математических задач численными методами. Анализируются способы представления функций конечно-разностными схемами и решение задач методом конечных элементов.

Тема 3. Основные понятия физики твердого тела

Приводятся основные сведения о строении твердых тел, типах симметрии и параметрах решетки кристалла, о связи симметрии и физических свойств твердых тел. Рассматриваются типы связей, реализующихся в твердых телах. Рассматриваются понятия напряженного и деформированного состояния вещества.

Анализируются макроскопические характеристики твердого тела: упругость и пластические свойства твердых тел, пределы прочности и текучести, хрупкое разрушение, теплопроводность и теплоемкость, - во взаимосвязи со строением вещества.

Тема 4. Введение в атомную и ядерную физику 

Рассматриваются основные понятия атомной физики: модель атома Резерфорда, постулаты Бора, атомные спектры, периодическая система Менделеева. Представлена классификация элементарных частиц. Рассмотрены понятия стабильности ядра, ядерных реакций, радиоактивного распада.

Тема 5. Методы математического моделирования

Рассматриваются методы построения блочных и функциональных моделей, разделение модели по этапам и режимам функционирования. Дано представление о методах и алгоритмах имитации случайных событий.

Рассмотрены методы получения случайных величин на вычислительных машинах и примеры применения метода Монте-Карло для решения математических и технических задач.

Даются представления о методах и алгоритмах поисков экстремума функции. Анализируются методы оптимизации численными методами.

Тема 6. Введение в радиационную физику и материаловедение

Приводятся основные сведения о взаимодействии заряженных и нейтральных частиц, фотонов с веществом, обсуждается процесс дефектообразования в структуре твердого тела под воздействием радиации. Рассматривается классификация отказов изделий электронной техники в условиях проектной и запроектной аварийной ситуации.

Далее анализируются сведения о макроскопических свойствах твердых тел во взаимосвязи с уровнем, мощностью и природой радиационного воздействия. Дана классификация типов дефектов твердого тела при внешних воздействиях и в условиях длительной эксплуатации.

Тема 7. Методы анализа риска 

Дана классификация эксплуатационных и аварийных ситуаций, видов и методов оценки риска. Рассмотрены принципы обеспечения безопасности в сложных ситуациях на основе расчета рисков и минимизации ущерба. Проанализированы количественные методы оценки риска, в том числе путем оценки прочности, ресурса и живучести аппаратуры.

Рассмотрены методы статистического и экспертного анализа рисков. Приведены сведения о методах обработки статистических данных или моделировании статистики процессов методом Монте-Карло. Разбираются ограничения имитационных моделей, позволяющих создать множество сценариев развития аварийных ситуаций и разработать наиболее вероятный прогноз.

Представлены методы экспертных оценок риска, основанные на заключениях экспертов, к наиболее распространенным из которых относят метод Дельфи, ранжирование, попарное сравнение, метод балльных оценок и другие. Даны сведения об алгоритмах минимизации риска на основе анализа возможного ущерба и методах теории обучения.

Тема 8. Методы оценки прочности, жёсткости и тепловых режимов конструкции электронной аппаратуры с учетом процессов старения и радиационной деградации физико-химических свойств конструкционных материалов 

Рассмотрены критерии выбора комплектующих изделий при проектировании аппаратуры стойкой к воздействию радиации в условиях аварийного режима работы аппаратуры. Рассматриваются вопросы влияния выбора комплектующих изделий или режима их работы на работоспособность аппаратуры при необходимости обеспечения ее длительной работы в экстремальных условиях.

Обсуждаются способы оптимизации технических решений при конструировании радиационностойкой электронной компонентной базы и приборов на ее основе с учетом влияния защитных мер на габариты, массу, температурные режимы, быстродействие и другие характеристики разрабатываемой аппаратуры.

Тема 9. Современные комплексы прикладных программ для оценки надежности, прочности и радиационной стойкости электронной аппаратуры

Приведены основные характеристики современных отечественных и зарубежных программных продуктов, используемых при проектировании аппаратуры, решении научных и технических задач. Рассматриваются наиболее известные коммерческие пакеты для математического и схемотехнического моделирования, инженерных расчетов, применяемые для оценки работоспособности и живучести приборов и систем.

Тема 10. Методологические основы обеспечения надежности радиационностойкой электронной аппаратуры при проектировании

Рассмотрены методические особенности проектирования приборов в условиях различного сочетания механических, тепловых, электромагнитных, радиационных нагрузок для штатных и аварийных режимов с учетом напряженно-деформированных состояний. Представлены традиционные методики, основанные на детерминированных критериях статической, длительной, циклической, динамической, температурной прочности; анализе номинальных и предельных напряженных состояний конструкции и введении запасов по напряжениям, деформациям и ресурсу. Рассматриваются основные системные факторы, возникающие при проектировании, как изделий микроэлектроники, так и приборов с учетом взаимного влияния составных частей на работоспособность аппаратуры.

Приводится характеристика радиоэлектронной аппаратуры, предназначенной для применения в условиях аварийных (в том числе радиационных) воздействий и формулируются особенности проектирования некоторых типов приборов.

Тема 11. Прогнозирование живучести радиационностойкой электронной аппаратуры 

Дана классификация аппаратуры, предназначенной для работы в экстремальных и аварийных условиях, основанная на анализе расчетных и экспериментальных данных. Анализируются типовые требования по радиационной стойкости, прочности, предъявляемые к аппаратуре и элементной базе.

Рассмотрены расчеты прочности, ресурса и живучести, как основа обеспечения штатной и нештатной эксплуатации аппаратуры путем анализа критериев разрушения на базе многофакторных расчетных и экспериментальных методов определения запасов прочности, долговечности и радиационной стойкости (при возможности). Сформулированы критерии выбора критических функций аппаратуры, сохранение которых гарантирует безопасность эксплуатации оборудования.

На практических примерах разбираются методики анализа работоспособности приборов в условиях аварийных воздействий (пожар, землетрясение, радиационная авария).

Тема 12. Итоговая аттестация (тестирование)

Подробная информация о мероприятии