一種電子產(chǎn)品的可靠性評估方法

張曉潔， 王強， 李政

（1.南京熊貓漢達科技有限公司通信技術(shù)研究所， 江蘇 南京 210002；2.中國電子科技集團第二十八研究所， 江蘇 南京 210016）

一種電子產(chǎn)品的可靠性評估方法

張曉潔1， 王強2， 李政1

（1.南京熊貓漢達科技有限公司通信技術(shù)研究所， 江蘇 南京 210002；2.中國電子科技集團第二十八研究所， 江蘇 南京 210016）

針對不便于進行試驗室鑒定其可靠性水平的軍用電子產(chǎn)品，提出了一種可操作性較強的可靠性評估方法。該方法應(yīng)用已收集的調(diào)試、環(huán)境試驗等其他的試驗數(shù)據(jù)，通過環(huán)境因子的折算，并采用經(jīng)典法對產(chǎn)品的平均故障間隔時間（MTBF）做出區(qū)間估計。 最終完成對評估對象可靠性水平的評估。

可靠性評估；電子產(chǎn)品；區(qū)間估計；經(jīng)典法

0 引言

對于一般的軍用電子類裝備，要衡量它目前已達到的可靠性水平， 一般采用 GJB 899-1990 《可靠性鑒定和驗收試驗》的相應(yīng)方法進行鑒定驗收試驗。但是，某些裝備由于以下原因無法采用標(biāo)準(zhǔn)試驗的考核：

a）樣本臺數(shù)少于 2 臺[1]。 根據(jù) GJB 899-1990的附錄 A3.3.1 對試驗樣本的要求， 至少有 2 臺最多不超過20臺的受試設(shè)備進行試驗。 對某些復(fù)雜裝備，經(jīng)常出現(xiàn)研制階段只有1臺設(shè)備的情況，此時則由于隨機性過大而無法采用 GJB 899 的相應(yīng)方法進行鑒定驗收試驗。

b）試驗室條件難以滿足要求[2]。 有些裝備因為體積、重量過大，無法在試驗室條件下進行試驗。 例如： 某裝備一共由 23個獨立機柜組成， 每個機柜的體積都大于等于 6 007 001 490（mm）； 系統(tǒng)具有短波話音、數(shù)據(jù)、文電的傳輸?shù)榷喾N功能，屬于多任務(wù)、多階段系統(tǒng)，工作過程比較復(fù)雜。對于此類大型復(fù)雜類產(chǎn)品，傳統(tǒng)的試驗室試驗很難滿足對系統(tǒng)進行可靠性測評的要求[3]。

在上述條件的限制下，要得到裝備目前的可靠性水平， 一般可以采用可靠性評估的方法[4]。 本文介紹一種可靠性評估的方法，對相應(yīng)的裝備運行數(shù)據(jù)進行收集后，進行區(qū)間估計計算，再根據(jù)計算結(jié)果，對產(chǎn)品的可靠性水平進行評價。

1 方法介紹

采用可靠性評估的方法對產(chǎn)品達到的可靠性水平進行評估，具體的流程如圖1所示。

圖1 可靠性驗證流程

a）明確產(chǎn)品的可靠性要求

根據(jù)合同要求，列出被評估對象的可靠性指標(biāo)， 如 MTBF、 MTBCF 等。

b）確定產(chǎn)品的定義

設(shè)備的定義包括設(shè)備的組成、功能和任務(wù)剖面等。任務(wù)剖面是產(chǎn)品在完成規(guī)定任務(wù)這段時間內(nèi)所經(jīng)歷的時間和環(huán)境的時序描述。

c）建立各種任務(wù)剖面下的可靠性框圖和模型

不同的任務(wù)剖面下建立相應(yīng)的可靠性框圖和模型，以便更好地理解和描述設(shè)備的可靠性相關(guān)環(huán)節(jié)。

d）明確產(chǎn)品的故障判據(jù)和故障統(tǒng)計原則

滿足下列條件之一的，被判定為設(shè)備故障：

1）在規(guī)定的條件下， 設(shè)備不能完成規(guī)定的任務(wù)或性能指標(biāo)不滿足技術(shù)條件；

2）試驗中時好時壞， 原因不明；

3）試驗中更換未滿壽命期的元器件或零件；

4）在規(guī)定的應(yīng)力范圍內(nèi)， 由于機械零件或元器件斷裂、變形、破碎和卡死等原因而不能完成規(guī)定的功能。

e）按大綱要求和故障判據(jù)、 故障統(tǒng)計原則進行實驗數(shù)據(jù)的收集與整理

數(shù)據(jù)收集的內(nèi)容包括：

1）設(shè)備的性能試驗；

2）設(shè)備的出廠試驗或者例行試驗；

3）設(shè)備的環(huán)境試驗；

4）系統(tǒng)/設(shè)備的聯(lián)試試驗、 專項試驗等；

5）其他補充試驗。

f）根據(jù)數(shù)據(jù)情況選取合適的評估方法， 對系統(tǒng)/設(shè)備的可靠性進行評估

根據(jù)收集的數(shù)據(jù)，采用區(qū)間估計的方法，對產(chǎn)品的 MTBF 做出估計。

g）對評估結(jié)果進行分析， 并取得相應(yīng)的結(jié)論和建議

對于得到的結(jié)果，如果下限值大于給出的可靠性指標(biāo)要求，則證明產(chǎn)品達到合同要求；反之，則不能滿足要求。

h）完成評估報告

根據(jù)收集的數(shù)據(jù)，計算、分析得出結(jié)論，整理后形成報告。

2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)的綜合處理分析包括下列內(nèi)容：

a）通過綜合試驗計劃分析， 挑出那些不能用于可靠性評估的試驗項目的數(shù)據(jù)。

對所有的故障進行故障分析。那些屬于非關(guān)聯(lián)性故障的故障信息，包括從屬故障、誤用故障應(yīng)給予剔除不計入評估；對屬于關(guān)聯(lián)故障的故障信息，要分清是責(zé)任故障還是非責(zé)任故障，若屬于非責(zé)任故障，則應(yīng)不計入評估，否則應(yīng)計入評估。對不計入評估的這些故障雖然在評估時不利用，但須有認(rèn)真的分析，并寫入評估報告中。

b）匯總可用于可靠性評估的數(shù)據(jù)， 包括環(huán)境、工作時間、關(guān)聯(lián)故障次數(shù)等。

對于一些屬于關(guān)聯(lián)故障，但經(jīng)過認(rèn)真的分析改進，經(jīng)確認(rèn)在今后的試驗中沒有重復(fù)出現(xiàn)，則可不將該故障計入評估（產(chǎn)品的工作時間或試驗數(shù)等仍可以計入評估）。 對可以用于可靠性評估的數(shù)據(jù)則應(yīng)分別填入?yún)R總表，對于種種原因剔除的數(shù)據(jù)應(yīng)在分析報告中匯總并說明。

c）環(huán)境因子的選擇

因為采用可靠性評估的方案，而收集數(shù)據(jù)的范圍如系統(tǒng)/設(shè)備的聯(lián)試試驗、 專項試驗等種類繁多，因此有必要在評估過程中引入環(huán)境因子[5]。 環(huán)境因子根據(jù) GJB 299C 中規(guī)定的有關(guān)元器件的環(huán)境系數(shù)進行比較而得出。例如：某系統(tǒng)是用于水面艦艇， 所以環(huán)境因子以 GJB 299C 中設(shè)備對應(yīng)安裝部位的環(huán)境因子為基準(zhǔn)環(huán)境。對具體的試驗環(huán)境進行分析， 選取 πE時，

這是惡劣地面固定（GF2）的 πE值與艦船良好艙內(nèi)（NS1）的比值。

d）置信度的選取

過低的置信度使結(jié)果意義不大，過高的置信度往往不現(xiàn)實。因此，根據(jù)數(shù)據(jù)量的規(guī)模、質(zhì)量和工程上的要求，一般屬于樣機階段，綜合考慮各方面的情況置信度 γ， 取 γ=0.8。

e）系統(tǒng)的壽命分布類型

以電子元器件為主的產(chǎn)品，可近似地認(rèn)為是服從指數(shù)分布的。

f）評估方法及公式

電子產(chǎn)品，采用經(jīng)典法根據(jù)收集的數(shù)據(jù)對產(chǎn)品的 MTBF 做出區(qū)間估計。 評估公式[2]如下：

MTBF 單側(cè)置信下限

式（1）中： T——總的工作時間， 單位 h；

χ2分布可查數(shù)學(xué)用表， 或使用 excel的 CHIINV 函數(shù)計算獲得；

r——故障數(shù)。

3 舉例分析

某通信系統(tǒng)由收信設(shè)備、寬帶發(fā)信設(shè)備、1 kW 窄帶發(fā)信設(shè)備和 5 kW 發(fā)信設(shè)備 4 個部分組成。根據(jù)合同要求，可靠性指標(biāo)要求如下：

1）寬帶發(fā)信設(shè)備——單路 MTBF=803 h；

2）1 kW 窄帶發(fā)信——單路 MTBF≥714 h；

3）5 kW 窄帶發(fā)信——單路 MTBF≥361 h；

4）收信設(shè)備——單路 MTBF≥1 388 h。

積累的試驗數(shù)據(jù)如表1所示，可靠性評估數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?所示。

表1 積累的試驗數(shù)據(jù)

計算過程如表3所示。

經(jīng)評估， 寬帶發(fā)信設(shè)備、 1 kW窄帶發(fā)信設(shè)備、5 kW窄帶發(fā)信設(shè)備滿足基本可靠性的指標(biāo)要求；收信設(shè)備不滿足基本可靠性的指標(biāo)要求。

4 結(jié)論

該方法實用性較強，在不便于實驗室條件下驗證裝備可靠性水平時，可以通過收集處理已有的數(shù)據(jù)， 進而評估其可靠性水平。 而且， 選擇公式（1）對數(shù)據(jù)進行處理，可以對零故障的數(shù)據(jù)進行評估。

表2 可靠性評估數(shù)據(jù)匯總表

表3 可靠性評估計算表

《電子產(chǎn)品環(huán)境與可靠性試驗》 雜志 2012、2013年增刊出版和征訂信息

隨著工業(yè)和信息化科技與產(chǎn)品的迅速發(fā)展，質(zhì)量與可靠性的科學(xué)技術(shù)滲透到工業(yè)和信息化的各個領(lǐng)域，可靠性與環(huán)境適應(yīng)性問題也越來越受到廣泛的關(guān)注。為了擴大可靠性與環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)的應(yīng)用范疇，探討技術(shù)發(fā)展趨勢，推動科技工作的不斷創(chuàng)新和持續(xù)發(fā)展以及成果交流，起到總結(jié)、提高、借鑒和促進的作用；并解決文稿積壓過多、文章發(fā)表周期過長的問題，由工業(yè)和信息化部主管、工業(yè)和信息化部電子第五研究所主辦的國內(nèi)外公開發(fā)行、可靠性行業(yè)內(nèi)具有權(quán)威性、影響力的專業(yè)科技期刊——《電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗》 雜志在 2012年 5 月、 2013 年 11 月以增刊的形式， 出版論文集。兩本增刊各收錄了七八十篇論文，專業(yè)性強、技術(shù)先進、內(nèi)容和信息豐富、設(shè)計精美，歡迎訂閱。

《電子產(chǎn)品環(huán)境與可靠性試驗》 編輯部

A M ethod to Estimate the Reliability of Electronic Equipment

ZHANG Xiao-jie1， WANG Qiang2， LIZheng1
（1.Nanjing Panda Handa Science and Technology Ltd.， Nanjing 210002， China；2.No.28 Research Institute of CETC， Nanjing 210002， China）

To solve the problem of estimating the reliability of somemilitary electronic equipment that is difficult to test for qualification in the laboratory， a method having good operability to assess the reliability is proposed.Themethod refers to the data of debug test and environmental test.The data is adopted by consideration of environmental coefficient.The MTBF（ Mean Time between Failures）is calculated by applying the classical interval estimation theory， and the level of reliability of the equipment is known ultimately.

reliability assessment； electronic equipment； interval estimate； classicalmethod

TB 114.3

:A

:1672-5468（2014）01-0032-04

10.3969/j.issn.1672-5468.2014.01.007

2013-11-11

2013-12-27

張曉潔（1984-）， 女， 山東濰坊人， 南京熊貓漢達科技有限公司（國營第七一四廠）工程師， 主要從事機載短波、超短波無線通信領(lǐng)域國家重點工程項目設(shè)計工作。