B A I / O G II A L B E R T — B O C S K A Y I S T V Á N Híradástechnikai Ipari Magyar Szabványügyi Kutató Intézet Hivatal
Elektronikai alkatrészek megbízhatósági jellemzőinek előírása ,
Az elektronikai alkatrészekkel szemben t á m a s z t o t t egyre szigorúbb megbízhatósági követelmények szük ségessé t e t t é k , hogy az alkatrész megbízhatóságára v o n a t k o z ó számszerű jellemzőket az alktrészek szab v á n y a i b a n , m ű s z a k i feltételeiben vagy műszaki adat lapjain szerepeltessék. Az ezekben az előírásokban — következőkben összefoglalóan m ű s z a k i előírások ban — m e g h a t á r o z a n d ó mennyiségi megbízhatósági követelmények rögzítése összetett műszaki-gazdasá gossági döntések e r e d m é n y e k é n t j ö n létre. A megbíz hatósági előírások elkészítése során ugyanis nem csak az alkatrész műszaki tulajdonságait kell figye lembe venni,-hanem többek k ö z ö t t olyan szemponto k a t is, hogy milyen jellegű az alkatrész g y á r t á s a (egyedi tételekben állítják elő vagy sorozatban g y á r t j á k ) , milyen vizsgálati feltételek k ö z ö t t v á r h a t ó az a l k a t r é s z megbízhatósági adatainak leggazdaságo sabb m e g h a t á r o z á s a , milyen vizsgálati berendezés k a p a c i t á s szükséges a megbízhatósági jellemzők statisztikailag megalapozott meghatározásához vagy ellenőrzéséhez. Ezeknek a sokoldalú szempontoknak e g y ü t t e s számbavétele, illetve a legfontosabb h a t ó t é n y e z ő k n e k megválasztása a műszaki előírások elkészítői számára bonyolult feladatot jelent. A Magyar Szabványügyi H i v a t a l ennek a t e v é k e n y ségnek elősegítésére az általános minőségjavítási és minőségbiztosítási program keretében ú t m u t a t ó t dolgozott k i az elektronikai alkatrészek megbízhatósá gi előírásainak készítéséhez. Az Ml —11 011 [1] m ű szaki irányelvet, amely a megbízhatósági előírások m e g v á l a s z t á s á n a k legfontosabb szempontjait és m ó d szereit tartalmazza, az IEC (International Electrotechnical Committee) 409 P u b l i k á c i ó j á n a k [2] alap j á n készítették el, figyelembe véve a Publikáció felül vizsgálatára v o n a t k o z ó IEC anyagot [3] is. A m ű s z a k i irányelv összeállításában a magyar megbízhatósági szakértők is részt vettek. A jelen közleményben az M I —11011 [1] m ű s z a k i i r á n y e l v felépítését k ö v e t v e t á j é k o z t a t á s t adunk a megbízhatósági előírások elkészítése során figyelem be veendő legfontosabb elvi és gyakorlati szempontok ról.
1. A vizsgálati eljárás megválasztása Az elektronikai alkatrészek megbízhatósági k ö v e telményeinek előírásakor elsősorban á vizsgálati el j á r á s jellegének m e g h a t á r o z á s a a legfontosabb szem pont. A vizsgálati eljárást k é t tényező függvényében célszerű m e g v á l a s z t a n i : — milyen az alkatrész g y á r t á s á n a k jellege; Beérkezett: 1976. X I I . 16.
110
'
ETO
621.38:6.19.3
— milyen céllal végezzük a megbízhatósági vizs gálatot. Az a l k a t r é s z g y á r t á s á n a k jellegétől függően meg k ü l ö n b ö z t e t ü n k : egyedi t é t e l vizsgálatot és sorozat tétel vizsgálatot. Tételnek a következőkben azoknak az a l k a t r é s z e k nek az összességét nevezzük, amelyből a vizsgálati m i n t á t k i kell választani és amelyet abból a szempont ból kell vizsgálni, hogy megfelel-e vagy sem az előírt megbízhatósági követelményeknek. Ez k ü l ö n b ö z h e t azoknak az alkatrészeknek az összességétől, amelyet m á s esetekben (például szállítás során) n e v e z ü n k tételnek. Minden tételnek, ha ez gyakorlatilag keresz t ü l v i h e t ő , azonos típusú, m é r e t ű , osztályú és össze tételű alkatrészekből kell állnia, amelyeket azonos feltételek k ö z ö t t és azonos időben g y á r t o t t a k . A sorozat-tételek esetében a g y á r t á s folyamatosan t ö r t é n i k , így időszakosan állnak rendelkezésre az ellenőrizendő vizsgálati tételek. Az egyedi t é t e l ese tében, mivel csak egy adott időpontra v o n a t k o z ó és nem folyamatos gyártásról van szó, csak egy adott tételből v á l a s z t h a t ó k i a vizsgálati minta. Az egyedi tétel vizsgálata során t e h á t nagyobb statisztikai biztonság szükséges, mivel a v i z s g á l a t nem ismételhető meg. Ez a k ö v e t e l m é n y , m i n t a k é sőbbiekben látni fogjuk, nagyobb d a r a b s z á m ú vizs gálati m i n t á t tesz szükségessé, m i n t s o r o z a t - t é t e l vizsgálat esetében. A z egyedi tétel v i z s g á l a t a k o r az alkatrészek megbízhatóságára v o n a t k o z ó valamennyi információ egy vizsgálat eredményéből s z á r m a z i k , így ennek a vizsgálatnak eredményeiből k e l l jelle mezni a vizsgált alkatrésztípus megbízhatósági t u lajdonságait. A z egyedi tétel vizsgálat ugyan m ű s z a k i s z e m p o n t b ó l előnyös, mivel a megbízhatósági adatok s z á r m a z t a t á s a és v o n a t k o z t a t á s a e g y é r t e l m ű e n meg h a t á r o z o t t tételhez tartozik, azonban gazdasági szempontokat is figyelembe véve csak akkor alkal m a z h a t ó , ha — a g y á r t á s nem folyamatos; — az előírt megbízhatósági jellemző s z á m é r t é k e k olyanok, hogy a vizsgálatok a nagyobb m i n t a n a g y s á g ellenére is gazdaságosan elvégezhetők. A sorozat-tétel vizsgálat esetében kisebb statisz t i k a i biztonság is megengedhető, mivel a vizsgálatok időszakos megismétlése folyamatos információszer zést tesz lehetővé. E z é r t ebben az esetben a vizsgálati m i n t a n a g y s á g is kisebbnek adódik, m i n t egyedi tétel vizsgálat elvégzésekor. A sorozat-tétel vizsgálat lehetővé teszi, hogy az alkatrészek m e g b í z h a t ó s á g á r a v o n a t k o z ó adatokat t ö b b tételre folyamatosan g y ű j t sük össze, ekkor azonban feltételezzük, hogy az al katrészek g y á r t á s a azonos technológiai k ö r ü l m é n y e k k ö z ö t t gyakorlatilag folyamatosan t ö r t é n i k , a g y á r t -
BALOGH A.—BOCS KAY I.: E L E K T R O N I K A I ALKATRÉSZEK MEGBÍZHATÓSÁGI JELLEMZŐINEK ELŐÍRÁSA
m á n y konstrukciójának m e g v á l t o z t a t á s a nélkül. Ebben az esetben a gyártási eljárást ellenőrzik a meg bízhatóság állandóságának biztosítása céljából. F i gyelembe kell v e n n ü n k azonban, hogy ebben a vonat kozásban a „ g y á r t á s i eljárás" fogalomkörébe bele tartozik a g y á r t á s , a vizsgálat, a minőségellenőrzés valamennyi tevékenysége. A kisebb mintanagyság következtében a sorozat-tétel vizsgálat kevésbé költséges, m i n t az egyedi tétel vizsgálat. A vizsgálati eljárás megválasztásának másik szem pontja az, hogy milyen céllal végezzük a vizsgálatot. Ez kétféle lehet: a megbízhatósági jellemzők megha tározása, illetve azok ellenőrzése. A megbízhatóság ellenőrző vizsgálatot annak meg állapítása céljából végzik el, hogy az alkatrész meg bízhatósági jellemzője megfelel-e az előírt megbíz hatósági követelménynek. Általában a g y á r t ó (szállító) feladata, annak igazo lása, hogy az előállított alkatrész az előírt megbízha tósági jellemző értéknek, adott konfidencia szinten megfelel. Ennek megfelelően a vizsgálati előírást úgy kell összeállítani, hogy abban szerepeljen:
szolgál; lehet a minősítés kiterjesztése, azaz annak igazolása, hogy a g y á r t ó által előállított a l k a t r é s z megbízhatósági jellemzője jobb. mint a m á r minősí téssel megállapított érték. A minősítési eljárás egyik lehetséges döntése még a minősítés visszavonása, azaz a k o r á b b a n m á r igazolt megbízhatósági szintet az ismételt vizsgálatok során nem teljesítő tételek megbízhatósági szempontból történő visszautasítása. A megbízhatóság meghatározó vizsgálatok célja az, hogy az alkatrészek megbízhatósági jellemzőjét meg állapítsák. Ezeket a vizsgálatokat rendszerint vagy új fejlesztésű alkatrészek esetében, vagy a m á r r é gebben g y á r t o t t alkatrészek g y á r t m á n y konstruk ciójának, illetve gyártástechnológiájának módosítása esetén végzik el. Ennek az eljárásnak a l k a l m a z á s a akkor szükséges, ha az elsődleges cél az alkatrészek megbízhatóságának számszerű értékelése. E k k o r a g y á r t ó (szállító) feladata a vizsgálat előírás szerinti elvégzése és a vizsgálati eredmények közlése. Mivel ebben az esetben a megbízhatósági jellemzőre nincs számszerű követelmény, ezért előírt m i n t a n a g y s á g és vizsgálati i d ő t a r t a m sem szerepel a műszaki előírások ban.
— az előírt megbízhatósági jellemző és annak előírt számértéke; — az előírt konfidencia szint (az a statisztikai biztonság, amellyel az ellenőrzést elvégezték); — az előírt megbízhatósági jellemző értékből és konfidencia szintből s z á r m a z t a t o t t vizsgálati minta nagyság és i d ő t a r t a m ; — az átvételi kritérium (rendszerint vagy a vizsgá lat során b e k ö v e t k e z e t t meghibásodások maximáli san megengedett száma, vagy az alkatrészeken meg figyelt összes működési idő előírt értéke).
Azonban a megbízhatósági meghatározó vizsgála tok esetében a műszaki előírásokban kell közölni az eredmények értékelési módszereit és az e r e d m é n y e k közlési módját. Á meghatározó megbízhatósági vizsgálatok értékelését rendszerint a meghibásodási r á t a megfigyelt értékével és adott konfidencia szintű felső konfidencia h a t á r á v a l szokták megadni. Az így m e g h a t á r o z o t t meghibásodási ráta m á r összehasonlít h a t ó m á s vizsgálatok eredményeivel is. Az e r e d m é nyek közlését az MSZ 11010 [4] s z a b v á n y szerint célszerű elvégezni, megadva a meghatározó v i z s g á l a t i d ő t a r t a m á t és m i n t a n a g y s á g á t is.
Előírt megbízhatósági jellemzőként rendszerint a meghibásodási r á t á t szokták választani és szokáso san feltételezik, hogy a működési idő eloszlása expo nenciális, azaz a meghibásodási r á t a állandó. A t o v á b biakban — a műszaki irányelvben is alkalmazott fel tevéssel egyezően — az állandó meghibásodási r á t á r a vonatkozó előírásokkal foglalkozunk. Az ellenőrző vizsgálat alkalmazható mind sorozat tételek, mind pedig egyedi tételek vizsgálata eseté ben. Egyedi tétel vizsgálata esetében elsősorban á t adás-átvételi vizsgálatok alkalmával szokták fel használni, sorozat-tétel vizsgálatok esetében idő szakosan alkalmazzák a gyártási megbízhatóság ellenőrzésére. Az ellenőrző vizsgálat során elegendő adatot kell összegyűj teni annak igazolására, hogy a t é tel adott megbízhatósági követelménynek megfelel-e vagy sem. Mivel a nagymegbízhatóság igazolása jelentős vizsgálati darabszámot és nagy i d ő t a r t a m o t követel meg, nagymegbízhatóságú alkatrészek eseté ben a vizsgálat költséges és hosszadalmas. A megbízhatósági ellenőrző vizsgálat az alkatrészek megbízhatóság szempontjából t ö r t é n ő minősítésének alapjául szolgál. A minősítés, amely annak igazolásá ra szolgál, hogy a g y á r t ó által előállított alkatrész megfelel a műszaki előírás követelményének, lehet ún. kezdeti minősítés, amely új fejlesztésű g y á r t m á n y o k első vizsgálati eredményei alapján értékeli a megbízhatóságot; lehet minősítés fenntartási el járás, amely a m á r minősített alkatrészek megbízha tósági szintjének időszakosan ismételt igazolására
A megbízhatóság meghatározó vizsgálatok is a l k a l m a z h a t ó k mind egyedi, mind sorozat-tételek vizsgálata esetében. Az egyedi tételek számszerű meg bízhatósági adatainak megállapítása a z é r t igen fon tos, mivel az ellenőrző jellegű vizsgálatok esetében csak k o r l á t o z o t t jellegű megállapítások t e h e t ő k (adott megbízhatóságú-e a tétel vagy sem), ugyan akkor a meghatározó vizsgálatok esetében lehetőség nyílik annak megállapítására is, hogy mennyire megbízható a tétel, illetve hogyan változik megbíz hatósága az üzemeltetési feltételek h a t á s á r a . A soro zat-tételek vizsgálata esetében a m e g h a t á r o z ó vizs gálat azért nagy jelentőségű, mert általa lehetővé válik a különböző vizsgálatok eredményeinek össze vonása is és ezáltal nagyobb adatmennyiségen ala puló, magasabb megbízhatósági szintet reprezentáló megbízhatósági jellemzők is m e g h a t á r o z h a t ó k na gyobb konfidencia szinten. Meghatározó vizsgálatok esetében ugyanis a m á r korábbi vizsgálatokból szár mazó adatok is felhasználhatók az újabb vizsgálati eredményekkel összevonva az értékelés elvégzésére, de ekkor az összevonás t é n y é t az adatközlésben fel kell t ü n t e t n i . A megbízhatósági meghatározó vizsgálatok t e h á t t ö b b esetben nagyobb információmennyiséget szol g á l t a t n a k az alkatrészek megbízhatóságára, azonban minősítő vizsgálatként nem a l k a l m a z h a t ó k , ha t ö b b adatforrás összevonásán alapulnak. A m ű s z a k i elő írásban a megbízhatóság meghatározó vizsgálat ese-
111
HÍRADÁSTECHNIKA XXVIII. ÉVF. 4. SZ.
t é b e n meg kell adni az alaktrészóra adatmennyiséget és azt az időszakaszt, amelyre az adatok vonatkoz nak. 2. A vizsgálati körülmenyek és a meghibásodási kritériumok előírása A vizsgálat típusának előírása u t á n meg kell h a t á r o z n i a vizsgálati k ö r ü l m é n y e k e t és a meghibá sodási k r i t é r i u m o k a t . A z elektronikai alkatrészek megbízhatóságának ellenőrzésére vagy m e g h a t á r o z á s á r a irányuló vizsgá latok rendszerint t a r t ó s terhelés vizsgálatok. Ezekre a vizsgálatokra vonatkozóan a legfontosabb vizsgá l a t i feltételek megválasztása elsősorban a vizsgálat során alkalmazott villamos igénybevétel és a vizsgá lat környezeti hőmérsékletének m e g h a t á r o z á s á t je lenti. A vizsgálati k ö r ü l m é n y e k e t általában az al katrészre előírt maximálisan megengedett villamos igénybevételben és környezeti hőmérsékletben írják elő. Ezeket az előírásokat az alkatrészek műszaki előírásai t a r t a l m a z z á k és általában névleges vizsgá l a t i feltételeknek szokták nevezni. H a azonban ismeretes, hogy az alkatrész megbíz h a t ó s á g a hogyan változik az igénybevételi szintek függvényében, azaz ismert a szigorúbb igénybevételi szintekhez (gyorsított vizsgálati feltételekhez) tarto zó meghibásodási r á t a és a névleges vizsgálati feltéte lekhez t a r t o z ó meghibásodási r á t a hányadosa, akkor errnek az ú n . gyorsítási tényezőnek a felhasználásá v a l a vizsgálatok a maximálisan megengedett igény bevételi szinten túlmenő vizsgálati feltételek k ö z ö t t is elvégezhetők. Ezeket a gyorsított vizsgálatokat csak akkor lehet műszaki előírásban rögzíteni, ha a gyor sítási tényező számszerű értéke ismert és igazolt. Ebben az esetben előírható az a vizsgálat is, amely a gyorsítási tényező helyességének ellenőrzésére szolgál. H a a gyorsítási tényező ugyan ismert, de előírást nem adnak meg az értékére, akkor kiforrott alkatrész típusok esetében a vizsgálati eredményekből származ t a t o t t , a g y á r t ó és a felhasználó k ö z ö t t egyeztetett érték is m e g a d h a t ó . H a a gyorsítási tényező számértéke nem ismert, akkor az alkatrész műszaki előírásában csak infor mációs adatok közölhetők a gyorsítási tényező alkal m a z á s á n a k szabályairól (például, hogyan kell sta tisztikai módszerekkel összehasonlítani a különböző vizsgálati körülmények k ö z ö t t elvégzett vizsgálatok eredményeit), valamint azokról a vizsgálatokról, amelyeket az egyes alkatrésztípusokra vonatkozóan el kell végezni a gyorsítási tényező számértékének megállapítására. Megjegyzendő, hogy ezeket a vizs g á l a t o k a t az á t a d á s (szállítás) megkezdése előtt cél szerű elvégezni. H a az átvétel nem a gyorsított vizs g á l a t o k alapján t ö r t é n i k , akkor m é g megengedhető, hogy azokat az á t a d á s (szállítás) során végezzék el. Az alkatrészek megbízhatósági követelményének m e g h a t á r o z o t t meghibásodási k r i t é r i u m r a kell vo natkoznia. Ez azt jelenti, hogy az alkatrész m ű s z a k i előírásában egyértelműen meg kell adni, hogy mikor minősítik az alkatrészt m e g h i b á s o d o t t n a k . A meghi básodási k r i t é r i u m lehet az alkatrész teljes meghibá sodása, vagy valamely k i v á l a s z t o t t p a r a m é t e r é n e k (
112
(paramétereinek) meg nem engedett, n a g y m é r t é k ű változása. Meghibásodási k r i t é r i u m o t csak olyan alkatrész-paraméterekre célszerű előírni, amelyek az alkatrész működését jelentős m é r t é k b e n befolyásol ják, és amelyek fontosak az alkatrész jellemző felhasz nálási feltételei között. Egyes esetekben egynél t ö b b meghibásodási k r i t é r i u m is előírható az alkatrész valamely p a r a m é t e r é re. Például az egyik k r i t é r i u m enyhe, a másik közepes, a harmadik szigorú k ö v e t e l m é n y t jelent az alkatrész működésére. H a több meghibásodási k r i t é r i u m o t ír nak elő, akkor azok közül az egyiknek az alkatrész teljes meghibásodására kell vonatkoznia. A teljes meg hibásodást ekkor degradációs meghibásodásként is számításba kell venni a szigorúbb meghibásodási k r i t é r i u m o k szerinti értékelés során. A meghibáso dások s z á m á t az egyes meghibásodási k r i t é r i u m o k ese tében úgy kell meghatározni, hogy figyelembe vesszük azokat a meghibásodásokat is, amelyeket az adott meghibásodási k r i t é r i u m n á l enyhébb k r i t é r i u m o k szerint á l l a p í t o t t u n k meg. Például egy fémrétegellenállás meghibásodási kritériumai legyenek a k ö vetkezők : 0,5%, 2%, 4% és a teljes meghibásodás. H a a vizs gálat során k é t teljes meghibásodás, 3 darab 4%-ot meghaladó ellenállás-változás, 4 darab 2—4% közötti ellenállás-változás és 6 darab 0,5—2% közötti ellen állás-változás fordult elő, akkor az egyes meghibáso dási kritériumokhoz a következő meghibásodási számok tartoznak: teljes m e g h i b á s o d á s : 2, 4%-nál nagyobb ellenállás v á l t o z á s : 5, 2%-nál nagyobb ellenállás-változás: 9, 0,5%-nál nagyobb ellenállás-változás: 15. Megemlítendő, hogy ha az alkatrész az előírt meg hibásodási kritérium alapján a vizsgálat egyik adott időpontjában m e g h i b á s o d o t t n a k bizonyult, akkor ezt az a l k a t r é s z t a vizsgálat további s z a k a s z á b a n m á r m e g h i b á s o d o t t n a k kell tekinteni, függetlenül a t t ó l , hogy az alkatrész esetleg később a megenge dettnél kisebb változást fog mutatni, azaz p a r a m é t e r e nem lépi t ú l m á r az előírt t ű r é s h a t á r t . Egyes esetekben szükséges lehet, hogy azokra az alkatrészekre, amelyeknek t ö b b p a r a m é t e r e v a n , a megbízhatósági jellemzőnek t ö b b é r t é k é t írják elő az egyes p a r a m é t e r e k n e k megfelelő meghibásodási k r i t é r i u m o k szerint. A megbízhatósági vizsgálatok során á l t a l á b a n egy alkatrész esetében az egynél t ö b b p a r a m é t e r r e vagy k r i t é r i u m r a v o n a t k o z ó a n megállapított meghibáso dást egyetlen meghibásodásnak kell tekinteni és így ez csak egy meghibásodott alkatrészt jelent.
3. A vizsgálatok elvégzésével, az adatok feldolgozásával és az eredmények közlésével kapcsolatos előírások Az alkatrészekre v o n a t k o z ó előírásokban meg kell h a t á r o z n i , hogy milyen időközönként kell a vizsgála tokat elvégezni. Egyedi tételek esetében ez egyszeri vizsgálatot jelent, folyamatos gyártású sorozat tételek esetében a vizsgálat időszakos elvégzése szük séges. A műszaki előírás vagy tételenkénti ellenőrzést követel meg, vagy m e g h a t á r o z o t t időközönként.
BALOGH A.—BOCSKAY I.: E L E K T R O N I K A I ALKATR
(például félévente) megismételt vizsgálatot, vagy pe dig m e g h a t á r o z o t t g y á r t á s i mennyiség előállítása u t á n végzendő vizsgálatot irányoz elő. A vizsgálati adatok feldolgozásának megkezdése előtt meg kell h a t á r o z n i , hogy az alkatrész m ű k ö d é s i idejének valószínűségi eloszlása milyen eloszlás függvénnyel közelíthető. A z M I 11011 [1] m ű s z a k i irányelv az állandó meghibásodási r á t a esetével, azaz az exponenciális eloszlással foglalkozik. E x p o n e n c i á lis eloszlás esetében is lehetséges, hogy a korai meg hibásodások szakasza és az elhasználódási meghibá sodások szakasza megfigyelhető az alkatrész m ű k ö dése során. E z é r t , ha erre lehetőség van, ezeknek a szakaszoknak kezdő- és v é g p o n t j á t a m ű s z a k i elő írásban meg kell h a t á r o z n i (az elhasználódási meg hibásodások szakaszának a , k e z d ő p o n t j á t lehet csak megadni). A vizsgálati adatok összegyűjtése csak folyamatos g y á r t á s ú sorozat-tételek esetében végezhető el. Erre az esetre v o n a t k o z ó a n a műszaki előírásban rögzíteni kell, hogy milyen adatokat kell összegyűjteni, az a d a t g y ű j t é s milyen időszakra vonatkozzék és melyek az adatgyűjtés célkitűzései. A vizsgálati eredmények összegyűjtése á l t a l á b a n a következő célokkal t ö r t é n i k : — a meghibásodási r á t a adott konfidencia szintű felső h a t á r á n a k kiszámítása ; — az alkatrészek legfontosabb jellemzőiben bekö vetkezett változások értékelése (az alkatrész-jellem zők adatfeldolgozását az MSZ 11010-Wi [4] közölt grafikus és numerikus módszerek egyikével kell el végezni). »
Az egyes vizsgálati eredmények összevonása eseté ben meg kell állapítani, hogy milyen esetben hagy h a t ó k el egyes kiugró adatok. H a a vizsgálat m á r meg kezdődött, akkor a folyamatos g y á r t á s b ó l származó sorozat-tételeken végzett vizsgálatok összes ered m é n y é t fel kell venni az adatok összesítésébe. K i vételt képez az olyan eset, amikor a t é t e l t ugyan nem megfelelőnek minősítették, de azt is m e g á l l a p í t o t t á k hogy a folyamatos g y á r t á s r a ennek a tételnek, a vizs gálati adatai nem jellemzőek. H a k i m u t a t h a t ó és igazolható, hogy olyan meghibásodási mechanizmus l é p e t t fel ennél a tételnél, amely eddig m é g nem fordult elő és újbóli bekövetkezése a jövőbeli g y á r t á s ban m á r nem lehetséges, akkor az erre a tételre vonat kozó adatok az összesítésből k i z á r h a t ó k . A z adatok összesített értékelésében azonban meg kell adni az így k i z á r t tételeket. A megbízhatósági előírásokban kell megadni a Vizs gálati eredmények közlési m ó d j á t is. A megbízhatóságot ellénőrző vizsgálatok ered ményeit a meghibásodási r á t a előírt értékével a kon fidencia szinttel és a meghibásodások m a x i m á l i s a n megengedett számával (az átvételi számmal) kell megadni, valamint közölni kell a vizsgálatok során b e k ö v e t k e z e t t tényleges meghibásodási számot, ame lyet az átvételi számmal összehasonlítva megállapít h a t ó , hogy a vizsgált tétel megfelelő-e vagy sem. A meghibásodási r á t a ellenőrzése á l t a l á b a n egyoldali konfidencia intervallum felső h a t á r á n a k m e g h a t á r o zásával t ö r t é n i k , a konfidencia szint kezdeti minősítés esetébén 60% vagy 90%, ismételt vizsgálatok (minő sítés fenntartás) esetében azonban ezen a k é t szinten
ÍZEK MEGBÍZHATÓSÁGI J E L L E M Z Ő I N E K ELŐÍRÁSA
túlmenően a 10%-os szint is m e g e n g e d h e t ő egyes* esetekben. A megbízhatóságot m e g h a t á r o z ó vizsgálatok ese tében az eredmények közlésekor meg kell adni a vizsgálati m i n t a n a g y s á g o t , a vizsgálati i d ő t a r t a m o t és a megfigyelt meghibásodások s z á m á t . A z adat közlésnek tartalmaznia kell az összegyűjtött vizs gálati eredményekből s z á m í t o t t , becsült m e g h i b á sodási r á t á t . E z t egyoldali konfidencia intervallum* felső h a t á r á v a l h a t á r o z z á k meg, a konfidencia szint m e g h a t á r o z ó vizsgálatok esetében 60% vagy 90%.. A megbízhatósági m e g h a t á r o z ó vizsgálatok e r e d m é nyeit célszerű 6 hónapos vagy ennél hosszabb idő szakaszokra közölni. ' A z adatközlés vonatkozhat például 3 éves i d ő t a r t a m alatt összegyűjtött e r e d m é nyekre is. ' • 4. A minősítő eljárás megválasztása és a mintanagyság meghatározása A z alkatrészek minősítő eljárása során figyelembekell v e n n ü n k , hogy a minősítő eljárás a m ű s z a k i előírásban rögzített megbízhatósági k ö v e t e l m é n y e k r e vonatkozik-e, vagy pedig az összes többi, nem a meg bízhatóságra v o n a t k o z ó követelmények ellenőrzéséreszolgál. A t o v á b b i meggondolások — az M I 11011-ben [1] k ö v e t e t t eljáráshoz hasonlóan — kizárólag a meg bízhatósági k ö v e t e l m é n y e k szerinti minősítésre vo natkoznak. Természetesen a fentiek szerint megkülön b ö z t e t e t t kétféle minősítés egyetlen vizsgálatsorozat alapján is m e g t ö r t é n h e t egyes esetekben. A megbízhatóság szerinti minősítés során elő kell* írni, hogy a vizsgálati minta kivétele egyetlen vagy t ö b b ellenőrzési tételből t ö r t é n j é k . T ö b b ellenőrzési; t é t e l esetében a m ű s z a k i előírásban meg kell adni,, hogy ezek a tételek e g y m á s t követőek legyenek vagy m e g h a t á r o z o t t szabály szerint k i v á l a s z t h a t ó k legye nek egy adott időszakaszban. , A minősítés, ahogy ezt m á r az előzőekben ismertet t ü k , lehet kezdeti minősítés, amely rendszerint adott, meghibásodási r á t a érték ellenőrzésére szolgál 60%-os. vagy 90%-os konfidencia szinten. A kezdeti minősí tést, ha az a tétel megfelélő minősítését eredményezte,, k ö v e t h e t i a minősítés f e n n t a r t á s á n a k ellenőrzésére szolgáló vizsgálati eljárás, amelyet azonos szabályok, szerint kell elvégezni, m i n t a kezdeti minősítést. Ennek eredménye vagy a minősítés fenntartása, v a g y . a minősítés visszautasítása. A minősítés f e n n t a r t á s á nak ellenőrzésére irányuló vizsgálat során rendszere sen ismétlődő sorozat-tétel vizsgálatok esetében 10%'os konfidencia szint is megengedhető egyes esetekben.. A kezdeti minősítésen és a minősítés f e n n t a r t á s á n t ú l m e n ő e n szokásos eljárás a minősítés kiterjesztése szigorúbb megbízhatósági követelményre, azaz ala csonyabb meghibásodási r á t a értékre. Ez szokásosam nagyobb statisztikai biztonságot és így nagyobb m i n t a n a g y s á g o t követel meg. A minősítési eljárás előírása során egyik legfonto sabb tényező a m i n t a n a g y s á g meghatározása. A z al k a t r é s z műszaki előírásában vagy számszerűen meg a d j á k a vizsgálandó m i n t a n a g y s á g o t , vagy pedig; csak hivatkoznak az a l k a l m a z a n d ó m i n t a v é t e l i terveket közlő s z a b v á n y o k r a , m ű s z a k i irányelvekre,, amelyekből a m i n t a n a g y s á g m e g h a t á r o z h a t ó . A meg-
na
HÍRADÁSTECHNIKA XXVIH. ÉVF. 4. SZ.
bízhatósági vizsgálatok miiiLanagyságának megálla p í t á s á r a a következő szabványok, illetve műszaki irányelvek h a s z n á l h a t ó k fel: — MSZ 247 [5J Tömegcikkek matematikai-statisz t i k a i minősítése; •r- M I 17 099 [6] Megbízhatósági vizsgálatok ex ponenciális eloszláson alapuló próbavételi tervei; — M I 17 098 [7] Megbízhatósági vizsgálatok Weibull éloszláson alapuló próbavételi tervei. A m i n t a n a g y s á g és a vizsgálati i d ő t a r t a m a k ö v e t kező tényezőktől függ: — a konfidencia szinttől; — az «lőírt meghibásodási r á t a é r t é k t ő l ; — a megengedett meghibásodási számtól (átvételi számtól). ' ' Á t a d á s - á t v é t e l vizsgálatok során a g y á r t ó és fel használó k o c k á z a t a i t írják elő a k o n ü d e n c i a szint helyett, az előírt meghibásodási r á t a és az átvételi szám helyett pedig a meghibásodási r á t á n a k ezekhez az értékekhez t a r t o z ó átvételi és visszautasítási é r t é k é t adják meg. Az exponenciális működési eloszlás esetében a meg hibásodási r á t a értéke időben állandó, ekkor elegendő a vizsgálati m i n t a n a g y s á g és vizsgálati i d ő t a r t a m •szorzatát megadni alkatrészórákban, ugyanis expo nenciális eloszlás esetében egyenértékű, hogy például 100 alkatrészt vizsgálunk 1000 óráig, vagy 1000 alkat részt 100 óráig (az alkatrészórák száma m i n d k é t esetben 100 000). A z exponenciális eloszlásra vonat kozó m i n t a n a g y s á g o k a t az M I 17 099 [6] műszaki irányelv tartalmazza. A vizsgálati i d ő t a r t a m o t és a m i n t a n a g y s á g o t a következőképpen kell m e g h a t á rozni exponenciális működési eloszlás a l a p j á n :
%U(2c+2)
(1)
21 ahol: n a vizsgálati m i n t a n a g y s á g , t a vizsgálati i d ő t a r t a m ,
%f_ (2c +2) a (2c +2)-szabadságfokú # -eloszlás (1 — /?)X 100%-os szignifikancia pontja, amelyre tel jesül, hogy 2
|8
P[f(2c+2)SxL (2c+2)] = l - 3 , /J
i
(8x100% az előzőekben említett konfidencia szint, azaz /? = 0,9, illetve 0,6, ha a konfidencia szint é r t é k e : •90%, illetve 60%; •
I.
Az alkatrész-órák száma 10~ /óra előírt meghibásodási értékre 10%, 60% és 90%-os konfidenciaszinten 6
10%
.
-60%
ráta
90%:
Álkatrész-órák számaxlOOO
0 í . 2' 3 4 5
114
110 530 1100 1750 2450 3150
:
917 2030 3110 ' 4180 5240 6300
Ezeknek az adatoknak a függvényében á l l í t o t t u k össze az 1. táblázatot, amely megadja az alkatrész órák s z á m á t Á = 10~ /°ra meghibásodási r á t a értékre, 10%, 60% és 90% konfidencia szintre, c = 0, 1, . . . , 5 átvételi számra. H a a vizsgálati i d ő t a r t a m o t előírjuk, akkor a vizs gálandó m i n t a n a g y s á g o t ú g y kapjuk meg, hogy az alkatrészórák számát a vizsgálati i d ő t a r t a m m a l elosztjuk. A vizsgálati i d ő t a r t a m előírására az MSZ 11010-ben [4] megadott i d ő t a r t a m o k a t kell f i gyelembe venni. Ezek közül a következő i d ő t a r t a mok kiválasztása célszerű: 500, 1000, 2000, 5000 és 10 000 ó r a . A meghibásodási r á t a l / ó r a egység helyett meg a d h a t ó m á s alkalmas egységben is, például a ciklus szám reciprokának egységében. Az előírt összes alkatrészórák száma vagy egyetlen tétel vizsgálatából, vagy sorozat-tételek vizsgálati eredményeinek összevonásából k a p h a t ó meg a m ű szaki előírásban m e g h a t á r o z o t t időszakaszra. A mintanagyságot — főként megbízhatóság meg határozó vizsgálatok esetében — nemcsak a m á r emlí t e t t műszaki irányelvekből lehet megválasztani, hanem a g y á r t o t t mennyiség függvényében való vál t o z t a t á s a esetén az MSZ—247 [5] szabványból, amely a névleges hibaszázalék (AQL-érték) ellenőrzésére szolgál. E k k o r az előírt időszakaszban összegyűjtött alkatrészórák T számából és a meghibásodások meg figyelt d számából a meghibásodási r á t a adott konfÍ7 dencia szintű 1 felső h a t á r á t kell kiszámítani a kö vetkező képlet szerint: 6
;
%U(2d+2)
(2)
2T \_ {2d+2)
ahol:
t
li
= d+ A
alakban írható fel és az (1) képletben m á r megha t á r o z t u k jelentését. Az A szám értéke a meghibásodá sok d s z á m á n a k függvénye. É r t é k é t 10%, 60% és 90%-os konfidencia szintre, rí = 0, 1, 2, 5 értékekre a 2. t á b l á z a t b a n adjuk meg. A fentiekben részletezetteken túlmenően időszakosán ismétlődő'~^00iaíölí'~é^W5^—'Tőként megbízhatóságot meghatározó vizsgálatoknál — előfordul hat, hogy élőre rögzítik a mintanagyságot. Ez az eset azonban r i t k á n fordul elő a gyakorlatban.
táblázat
Konfidenciaszint Átvételi-szám ' (c)
c az átvételi s z á m ; X a meghibásodási r á t a előírt értéke.
2300 3890 5320 6630 8000 9280
'
2. „A"
értéke a konfidenciaszint és a meghibásodási függvényében
A megfigyelt meghibásodások száma (d)
0 i 2 3 4 5
táblázat
szám
Konfidenoiaszint 10%
' 60% A
0,11 -0,47 -0,90 -1,25 -1,85 -1,85
90%
értéke
0,917 1,03 1,11 1,18 1,24 1,30
2,30 2,89 3,32 3,63 4,00 4,28
BALOGH A.—BOCSKAY I.: E L E K T R O N I K A I ALKATRÉSZEK MEGBÍZHATÓSÁGI JKLLEMZŐINEK ELŐÍRÁSA
A m i n t a n a g y s á g természetesen megváltozik, ha alacsonyabb meghibásodási r á t a értékre akarjuk a m i nősítést kiterjeszteni. E k k o r a m i n t a n a g y s á g o t áz előírt új A-értéktől függően az (1) képletből vagy a mintavételi tervből kell m e g h a t á r o z n i . H a a minta nagyságot a névleges hibaszázalék alapján választjuk meg az MSZ 247-szabványból [5], akkor a minősítés kiterjesztése esetén célszerű szigorúbb ellenőrzési szintet megadni, hogy így nagyobb alkatrészóra adatmennyiség álljon rendelkezésre a jobb m e g h i b á sodási r á t a érték igazolására. H a a m i n t a n a g y s á g rögzített, akkor célszerű a vizsgálat i d ő t a r t a m á t n ö velni a minősítés kiterjesztése esetén. A minősítés f e n n t a r t á s a vagy visszavonása esetén elő kell írni, hogy milyen okok vezetnek a minősítés visszavonásához, illetve milyen feltételek teljesülése szükséges a minősítés fenntartásához, A m ű s z a k i előírásban meg kell adni azt az időszakaszt, amelyben minősítés fenntartására v o n a t k o z ó k ö v e t e l m é n y e k nek teljesülniük kell. A z előírt szakasz végpontja előtt a minősítő vizsgálatnak pozitív eredménnyel (meg felelő minősítéssel) kell befej eződnié, ellenkező eset ben a minősítést vissza kell vonni. A javasolt idő szakaszok a meghibásodási r á t a függvényében a 3. t á b lázatban l á t h a t ó k . , Minősítő
vizsgálat
táblázat
időtartama Előírt
Meghibásodási ráta (l/óra) ,
3.
Alsó
i d ő s z a k a^z h ó n a p b a n
határa
3 3 .6 9 18
10-4 10-5 10-8 10-7 10-8
Felső
határa
3 6 12 24 36
.
működési idő eloszlás). Ha megbízhatóság ellenőrző vizsgálat esetében a fenti értéksorozaton tjelüli köz benső é r t é k e k e t célszerű előírni, akkor például a 10 —10 /óra t a r t o m á n y b a n ajánlatos a k ö v e t k e z ő é r t é k e k közül v á l a s z t a n i : -6
-5
l,5xl0- ,2xl0- ,3xl0- ,5xHr és 7xl
6
6
6
7
Egy műszaki előírásban legfeljebb öt meghibásodá si r á t a szintet szabad megadni. A meghibásodási r á t á t a k ö v e t k e z ő i d ő t a r t a m r a ajánlatos előírni:
500,1000, 2000,5000
és
10 000 óra.
'
A fentiek szerint előírt meghibásodási r á t á k a t berendezések tervezése során csak kellő óvatossággal célszerű alkalmazni, mivel ezek a meghibásodási r á t a adott konfidencia szintű felső h a t á r a i (ez azt jelenti, hogy az esetek hagy többségében a konfidencia szint nagyságától függően a meghibásodási r á t a é r t é k e ennél kisebb lesz) és így a s z á m í t á s o k a t k e d v e z ő t l e nül befolyásolhatják. A konfidencia szint — amely megadja, hogy az ese tek h á n y százalékában lesz a meghibásodási r á t a t é n y leges értéke kisebb, mint az előírt felső konfidenciá h a t á r — előírásra javasolt é r t é k e i : 10%, 60% és 90%. Mivel kezdeti minősítés és m e g h a t á r o z ó vizsgálat esetén nagyobb statisztikai biztonság k í v á n a t o s , ezért ezekben az esetekben a 60% és 90% szint java solható, 10%-os szintet csak a minősítés f e n n t a r t á s a esetén szokásos alkalmazni. A megbízhatóságról hozott döntés rendszerint ú g y t ö r t é n i k , hogy adott konfidencia szinten előírt meg hibásodási r á t a é r t é k e t ellenőriznek adott ideig t a r t ó vizsgálattal. A m i n t a n a g y s á g o t a m i n t a v é t e l i tervek ből h a t á r o z z á k meg, hasonlóképpen a m i n t a v é t e l i terv adja meg azt az átvételi számot, amellyel a vizs g á l a t során megfigyelt meghibásodási s z á m o t össze hasonlítják. H a a megfigyelt meghibásodási szám kisebb vagy egyenlő, mint az előírt átvételi szám, akkor a tétel teljesíti az előírt megbízhatósági k ö v e t e l m é n y t , ha nagyobb annál, akkor nem megfelelő nek minősítik a tételt ezen a megbízhatósági szinten.
' A minősítést akkor is vissza kell vonni, ha az össze g y ű j t ö t t adatokból s z á m í t o t t meghibásodási r á t a nagyobb, m i n t á z a meghibásodási r á t a érték, amelyet k o r á b b a n minősítési é r t é k k é n t előírtak és amelyre a minősítés előzőleg m á r m e g t ö r t é n t . A konfidencia szint és az átvételi szám megválasz Az MSZ 247 [5] használata esetén a minősítést tása azonban nemcsak műszaki, hanem gazdasági vissza kell vonni, ha a s z a b v á n y b a n előírt feltételek, döntés eredménye is. A. magas konfidencia szint amelyek a normális ellenőrzéséről a szigorított ellen . ugyanis nagy m i n t a n a g y s á g o t követelhet meg szigorú őrzésre való áttérésre és az ellenőrzés megszakítására megbízhatósági követelmény esetén. Az (1) képletből vonatkoznak, bekövetkeztek. l á t h a t ó , hogy a meghibásodási r á t a előírt értéke for d í t o t t a n a r á n y o s a m i n t a n a g y s á g g a l , így a meghi básodási r á t a érték egy nagyságrenddel t ö r t é n ő csök kentése a m i n t a n a g y s á g egy nagyságrenddel t ö r t é n ő 5. A meghibásodási ráta érték és a konfidencia növelését eredményezi. szint előírása A m i n t a n a g y s á g előírt értéke függ a meghibásodási r á t a előírt értékétől és a megadott konfidencia szint től. A meghibásodási r á t a előírt é r t é k é t a k ö v e t k e z ő sorozatból célszerű k i v á l a s z t a n i : 1 X K T , 1X1CT , 1 X 1 0 5
6
7
és
lXlCT /óra. 8
A meghibásodási r á t á k csak előre rögzített idő tartamokra vonatkoznak, kivéve azt az esetet, ami kor a meghibásodási r á t a állandó (exponenciális
A tétel visszautasítási k o c k á z a t á n a k csökkentésé re, azaz annak a k o c k á z a t n a k a csökkentésére, hogy az előírtnál nagyobb meghibásodási r á t á j ú tételből származó m i n t á t a vizsgálat eredményei alapján á t veszik, célszerű magas átvételi számok h a s z n á l a t a . E k k o r azonban figyelembe kell venni, hogy a nagyobb átvételi számokhoz adott konfidencia szinten na gyobb mintanagyságok tartoznak és így a vizsgálatok költsége ebben az esetben növekszik. A vizsgálati m i n t a n a g y s á g o t és így a vizsgálati költséget befolyá soló mintavételi p a r a m é t e r e k h a t á s á n a k szemlélteté-
115
HÍRADÁSTECHNIKA X X V I I I . ÉVF. 4. SZ. 4. A mintanagyságok
Állandó
aránya paramétek
paraméterek
különböző esetén
Változó
táblázat
mintavételi
paraméterek
Minta nagyságok hányadosa
Konfidenciaszintek: 90% és 60%
2,5
Átvételi szám: c= 2 A meghibásodási ráta állandó
Konfidenciaszintek: 90% és 60%
1,7.
60%-os konfidenciaszint Meghibásodási ráta állan dó
Átvételi számok: c = 2 és c = 0
3,4
A konfidenciaszint és az átvételi szám állandó
Meghibásodási ráták: 10-8/óra és 10- /óra
Átvételi szám: c = 0, A meghibásodási állandó
ráta
10,0
5
6. Összefoglalás Az elektronikai alkatrészek megbízhatósági elő írásainak elkészítésekor a következő tényezőket szükséges figyelembe venni: — a g y á r t á s jellege (egyedi vagy sorozat tétel vizsgálat) ; — a vizsgálat célja (meghatározó vagy ellenőrző vizsgálat); / — a vizsgálati k ö r ü l m é n y e k (névleges vagy gyor s í t o t t vizsgálat); — a meghibásodási k r i t é r i u m o k (enyhe, közepes vagy szigorú k ö v e t e l m é n y ) ; — a m i n t a n a g y s á g és a vizsgálati i d ő t a r t a m rög zítése az alkatrész iműködési idő eloszlásának ismere tében; — a meghibásodási r á t a , a konfidenciaszint és az átvételi: szám m e g h a t á r o z á s a ; — á kezdeti minősítésre, a minősítés fenntartására vagy visszavonására, a minősítés kiterjesztésére vonatkozó szabályok előírása; — a vizsgálatok ismétlődési szakaszának előírása. IRODALOM
sére a 4. t á b l á z a t b a n s z á m p é l d á k a t adunk meg. A 4. t á b l á z a t 1. oszlopa a mintavételi terv állandó p a r a m é t e r e i t tartalmazza, a 2. oszlop a változó pa r a m é t e r e k e t szemlélteti, a 3. oszlop pedig megadja az ezekhez a változó p a r a m é t e r e k h e z t a r t o z ó minta nagyságok h á n y a d o s á t . A 4. t á b l á z a t b a n ismertetettekhez hasonló meg gondolások alapján v á l a s z t h a t ó meg a vizsgálatoknak az a m i n t a n a g y s á g a , amely műszakilag és gazdasági lag e g y a r á n t indokolt.
[1] MI—11011: Útmutató az elektronikai alkatrészek megbíz hatósági előírásainak készítéséhez (1976). [2] IEC—409 Publikáció: Guide for the inclusion oí quantitative reliability clauses into specifications . . . (1973). [3] IEC-*-56 (Secretariat 93): Revision of Publication 409 (1976) [4] MSZ—11010: Elektronikai alkatrészek megbízhatósági adatainak közlése (1974). [5] MSZ—247: Tömegcikkek matematikai-statisztikai minő sítése. [6] MI—17099: Megbízhatósági vizsgálatok exponenciális eloszláson alapuló próbavételi tervei (1972). [7] MI—17098: Megbízhatósági vizsgálatok Weibull-eloszláson alapuló próbavételi tervei (1974).
