航空電子設(shè)備耐久性問題研究

謝 楠，朱 毅，楊曉佩

（1.徐州空軍學(xué)院 航空四站系，江蘇 徐州 221000；2.徐州空軍學(xué)院，江蘇 徐州 221000）

航空裝備中大量存在著電子設(shè)備。電子設(shè)備一般只考慮可靠性問題，它的耐久性問題則常常被人們忽視。而對電子設(shè)備耐久性的研究在一定程度上就是對裝備的使用壽命的研究，可以這么說，耐久性是航空裝備（車輛）壽命穩(wěn)定的前提條件。

一般來說，航空裝備上電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)基本上是由外殼、機箱、控制面板、各種元器件和集成電路組成的，各種元器件和集成電路的失效率在l06～l07/h以下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電子設(shè)備本身的實際使用壽命，甚至更低，且航空裝備的結(jié)構(gòu)往往已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，簡單可靠。由于新材料的發(fā)現(xiàn)和更高工藝水平的出現(xiàn)，電子設(shè)備向模塊化、小型化飛速發(fā)展，迎合了人們對通用化、小型化電子設(shè)備的追求，相同功能或更高功能的電子設(shè)備層出不窮，產(chǎn)品的更新?lián)Q代加快，因而傳統(tǒng)上，人們一般很少提及電子產(chǎn)品的耐久性。但這并不說明電子設(shè)備就沒有耐久性問題，恰恰相反，我們應(yīng)當(dāng)研究它的耐久性。在一些不易維修和不易更換的場合，如：長期野外保障作業(yè)、高強度訓(xùn)練等，考慮它的耐久性設(shè)計至關(guān)重要。耐久性是用于表征產(chǎn)品有用壽命和損傷容限的特性，它對于機械系統(tǒng)來說不是新概念。如在機械設(shè)備維修技術(shù)手冊中，有各種耐久性參數(shù)，如使用壽命、首翻期、大修期和大修間隔期等。

1 耐久性的定義

對于耐久性的定義，到目前為止仍然沒有統(tǒng)一的見解。目前公開的權(quán)威文獻(xiàn)中有多種有代表性的耐久性定義，其中GB／T 3187—94《可靠性基本名詞術(shù)語及定義》中對耐久性的定義為：“耐久性是產(chǎn)品在規(guī)定的使用與維修條件下，直到極限狀態(tài)前完成規(guī)定功能的能力。產(chǎn)品的極限狀態(tài)可以由使用壽命的終止、經(jīng)濟和技術(shù)已不適宜等來表征”，這一定義比較全面和合理。

2 耐久性、可靠性、維修性和保障性的關(guān)系

可靠性、維修性、保障性和耐久性，四者之間的關(guān)系是互相影響、互相制約的?？煽啃允钱a(chǎn)品在規(guī)定的條件下，規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率。航空裝備中電子設(shè)備可靠性的度量標(biāo)準(zhǔn)是平均無故障間隔時間（MTBF）?？煽啃悦枋龅氖呛娇昭b備何時發(fā)生故障的特性，即故障發(fā)生的頻率，其核心問題是故障率（或失效率），而耐久性則是描述航空裝備何時進(jìn)行大修、更換或者報廢的特性，其核心問題是使用壽命（或服役期）。也即是說可靠性是“微觀的”，耐久性是“宏觀的”。我們可以從經(jīng)典的浴盆曲線來說明兩者的關(guān)系，如圖1所示：MTBF用縱軸的故障率（A）來度量，使用壽命（耐久性參數(shù)）則用橫軸的時間（t）來表示。

圖1 電子設(shè)備耐久性與可靠性關(guān)系圖

從圖1中可知：MTBF和使用壽命之間沒有關(guān)系。它們之間的顯著差別是：耐久性關(guān)心的是航空裝備的耗損故障，因為只有這種故障才會影響裝備的壽命；而可靠性所關(guān)心的是偶然性故障和耗損性故障，因為這些故障都對航空裝備的可靠性產(chǎn)生影響。

維修性是裝備在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，按規(guī)定的程序和方法進(jìn)行維修時，保持或恢復(fù)到規(guī)定狀態(tài)的能力。維修性是可靠性的必要補充，自然也是耐久性的必要補充。在航空裝備的設(shè)計選型中，通常應(yīng)做到若某些零部件的壽命較短，則應(yīng)賦予它較高的維修性；反之，若某些零部件具有較高的維修性，則可降低其耐久性的要求。通俗地講，越容易修的零部件就越不耐久；越耐久的零部件，就越不易修。保障性是系統(tǒng)的設(shè)計特性和計劃的保障資源能滿足使用要求的能力。航空裝備保障性策略的制定要依靠其耐久性信息，即后者是前者的基礎(chǔ)。

3 航空裝備耐久性研究的對象

研究航空裝備的耐久性必須考慮兩個方面，一個是規(guī)定的使用和維修條件；另一個是航空裝備的極限狀態(tài)。前者是后者的前提，后者是前者的必然結(jié)果。兩者互相影響和制約。只有在規(guī)定的使用和維修條件下，在所規(guī)定的極限狀態(tài)前完成規(guī)定功能的能力才稱為航空裝備的耐久性。也就是說如果不考慮規(guī)定的使用維修條件，航空裝備就有可能達(dá)不到所規(guī)定的極限狀態(tài)。航空裝備的極限狀態(tài)是以規(guī)定的使用和維修方式為基礎(chǔ)的。

在航空裝備的耐久性問題中，討論極限狀態(tài)至關(guān)重要。所謂極限狀態(tài)是指航空裝備繼續(xù)使用成為不允許或不合理時，或者恢復(fù)航空裝備能工作狀態(tài)成為不可能或不合理時的一種狀態(tài)。具體地講，極限狀態(tài)是由于安全要求遭到無法消除的損壞，或者給定的參數(shù)無法避免地落在規(guī)定的極限外，或者使用效率不可避免地低于允許值，或者進(jìn)一步使用在經(jīng)濟上將不再合算等原因應(yīng)停止進(jìn)一步使用的狀態(tài)，正如故障是可靠性研究的對象一樣，極限狀態(tài)是耐久性研究的對象，是度量耐久性的依據(jù)［3］。

為了日常訓(xùn)練和保養(yǎng)中便于對耐久性進(jìn)行設(shè)計和評價驗證，必須規(guī)定判斷航空裝備是否達(dá)到極限狀態(tài)的特征，即極限狀態(tài)的判斷準(zhǔn)則。它是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)文件（或）設(shè)計文件所規(guī)定的航空裝備極限狀態(tài)的一種特征或各種特征的總和，并且它規(guī)定了判斷航空裝備是否達(dá)到極限狀態(tài)的條件。根據(jù)使用條件，對于同一種航空裝備可以規(guī)定兩個或多個極限狀態(tài)的判斷準(zhǔn)則。極限判斷準(zhǔn)則要以產(chǎn)品的安全性、功能性和經(jīng)濟性為原則。只有對航空裝備規(guī)定了極限判斷準(zhǔn)則，那么對它的耐久性研究才有了尺度和標(biāo)準(zhǔn)。

4 航空裝備電子設(shè)備耐久性問題的特點

以上論述的是航空裝備（包括氣體裝備、電氣裝備等）中電子設(shè)備耐久性的共性問題。由于各型裝備工作模式、工作機理上的不同，其電子設(shè)備在耐久性問題上又各有其特點。

（1）耐久性是航空裝備的設(shè)計屬性，電子設(shè)備確實存在耐久性問題，耐久性好的裝備往往是設(shè)計之初就已經(jīng)確定了的，這一點和電子設(shè)備的可靠性特點是一樣的。電子設(shè)備的耐久性壽命較長，所以一般情況下只考慮它的可靠性，很少提及耐久性，但對有特殊用途的設(shè)備必須考慮它的耐久性。

（2）電子設(shè)備的耐久性是由于它的耗損故障引起的，材料的老化、殼體的耗損、顯像管的老化，繼電器觸點及彈簧的疲勞等，都是造成電子設(shè)備使用壽命終結(jié)的主要原因。但它的耗損故障并不明顯，而且進(jìn)人耗損期的時間較長，正因為如此，所以它的使用壽命較長，耐久性好。

（3）引起電子設(shè)備耗損的應(yīng)力主要有環(huán)境應(yīng)力、電應(yīng)力、材料的老化、熱循環(huán)等。

（4）確定電子設(shè)備耐久性最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是制定電子設(shè)備的極限判斷準(zhǔn)則，由于現(xiàn)代電子設(shè)備的集成化、模塊化，使得電子設(shè)備維修以更換為主要方式，所以極限判斷準(zhǔn)則和機械設(shè)備不應(yīng)雷同，應(yīng)以設(shè)備的安全性、經(jīng)濟性和技術(shù)性為主，而且不同類的裝備其極限判斷準(zhǔn)則也應(yīng)不同。

（5）目前有關(guān)電子設(shè)備的可靠性理論，航空裝備的耐久性準(zhǔn)則都不能完全適用于電子設(shè)備耐久性問題，必須另外對電子設(shè)備進(jìn)行耐久性試驗以期得到適合于電子設(shè)備的解決方法。

5 結(jié)語

由于航空裝備類型的多元化所造成的下設(shè)電子設(shè)備的多元化的特點，使這項研究相當(dāng)復(fù)雜，目前對電子設(shè)備的耐久性研究仍處于探索階段，對電子設(shè)備的耐久性預(yù)計、分配、設(shè)計和驗證等問題都亟待解決。

［1］Michelle L L Durability.A New Environmental Challenge for Electronics Design and Test［A］.IESr Proceeding［C］.1991.331-337.

［2］徐緒森.裝備維修決策技術(shù)［M］.北京：兵器工業(yè)出版社，1989.

［3］何成銘，單志偉，王玉泉.耐久性及其工程應(yīng)用［J］.裝備質(zhì)量，2001，（3）：1-16.

［4］祝耀昌，徐明，常志剛.電子設(shè)備耐久性實驗的發(fā)展［J］.航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2000，（1）：30-33