某型裝備大修后的使用年限的分析

何志紅 王鈺 陳丁

摘 要：對于裝備大修后適用年限長是裝備使用單位比較關(guān)心的問題，然而裝備設(shè)計研發(fā)人員很難對此作出確定性的結(jié)論。根據(jù)從事可靠性工程與技術(shù)研究多年經(jīng)驗(yàn)，從概率原理結(jié)合產(chǎn)品特點(diǎn)出發(fā)，將產(chǎn)品大修后的工作年限進(jìn)行了詳細(xì)分析與闡述，最終得到了對此問題較為較為確定性的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)品特性；大修方式：大修程度；MTTF；可靠性

1 可靠性概念

關(guān)于可靠度定義是在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間區(qū)間內(nèi)無故障持續(xù)完成規(guī)定功能的概率。工程上對于電子產(chǎn)品一般用指數(shù)分布進(jìn)行擬合，這是使用得非常廣泛的一種分布。在工程應(yīng)用中常將用一個專門術(shù)語MTTF（mean time to failure）表示，稱為平均失效前時間，它就是不可修復(fù)元件的平均壽命，也就是產(chǎn)品中組成最小可更換單元的元件的平均壽命[1]。

2 電子元器件壽命分析

2.1 浴盆曲線

許多實(shí)際元件的故障率特性的形狀象一個浴盆，所以又簡稱“浴盆曲線”。通常將其分為三個區(qū)間，第I個區(qū)間常稱初期損壞期或調(diào)試階段。第Ⅱ個區(qū)間常稱正常使用或有效壽命期，故障率為常數(shù)，這時故障的發(fā)生純屬偶然，是唯一適用指數(shù)分布的區(qū)域。第Ⅲ個區(qū)間則代表衰耗或元件疲勞屈服的階段，這時故障率隨時間急劇上升。電子元件有一個較長的有效壽命期，在這段時間的特性是l趨近一個常數(shù)。對于該型號裝備來講，就可將其看成一個復(fù)雜的大型電子設(shè)備。在工程應(yīng)用中，常常假設(shè)大多數(shù)元件可以通過經(jīng)常而細(xì)心的維護(hù)和預(yù)防性維修使其維持在經(jīng)濟(jì)有效壽命期內(nèi)，這樣一來，就可以利用指數(shù)分布模擬元件和系統(tǒng)的可靠性，使問題的分析大大簡化。

2.2 影響電子元件壽命因素

該型號裝備大部分電子元器件都作了嚴(yán)格的失效率等級控制，其控制等級l一般在亞7級水平。理論上每一個組成的電子元器件理論上應(yīng)為100多年。影響電子元器件壽命有：環(huán)境條件的影響、電環(huán)境的影響、使用情況的影響、突發(fā)情況的影響，其中環(huán)境條件和電環(huán)境影響最為突出。

2.2.1 環(huán)境條件

南方地區(qū)的氣候特點(diǎn)對材料、電子元器件的影響最重要是高溫高濕，鹽堿，霉菌等，尤其是高溫高濕，高濕能加速金屬腐蝕，改變介電特性，促進(jìn)材料分解、長霉及形變等，介質(zhì)通常具有表面吸附和體內(nèi)吸濕兩種，體內(nèi)吸濕比表面吸附更嚴(yán)重，特別是高溫同時存在的情況下，除使其機(jī)械、化學(xué)、電氣特性劣化以外，還會加速其老化。北方氣候的特點(diǎn)是空氣寒冷，干燥、風(fēng)沙，灰塵及風(fēng)霜冰雪等，尤其是寒冷、風(fēng)沙、灰塵和冰雪對材料和電子元器件的影響比較顯著，低溫影響設(shè)備的啟動性能，可能使膨脹系數(shù)不一致的鍵合材料之間或焊接出現(xiàn)斷裂或虛焊等，使密封材料的密封性能變差，從而導(dǎo)致器件性能變壞。

2.2.2 電環(huán)境影響

該型號裝備屬于大型復(fù)雜的機(jī)械電子設(shè)備，其中強(qiáng)電與弱電并存，數(shù)字電路與模擬電路幾乎各占一半，機(jī)械部分也起著顯著的作用。雖然在設(shè)計中采用了各種措施來保護(hù)，但是只能減緩或降低綜合環(huán)境應(yīng)力的作用。

2.3 從統(tǒng)計學(xué)上的分析

對于以上情況對電子元器件或電子設(shè)備的綜合影響，在定大修期限的時候，我們考慮到極端情況，即產(chǎn)品一直連續(xù)工作后，也能保證隨時隨地戰(zhàn)斗所需的情況下，大部分電子元器件進(jìn)入耗損期，大部分電子元器件損耗期T=（平均使用使命/一直開機(jī)時間）=105h/（24h*365）=11年，根據(jù)軍品的可靠性保證需要（或裕量觀點(diǎn)）將其定為10年。

因此，該型號裝備是可修系統(tǒng)，其失效概率函數(shù)也服從負(fù)指數(shù)分布，其中的組成部分屬于大串聯(lián)結(jié)構(gòu)，到了大部分電子元器件（70%～80%）都進(jìn)入耗損期時，通過大修的方式，更換故障率l大于亞7級水平的電子元器件或壽命器件來延續(xù)正常使用壽命，從而保證其故障率為一個恒定的常數(shù)，維持其特性不變。其實(shí)際的XX型號裝備使用情況，其占空比（工作比）約為1：5，其實(shí)際的影響可以作一修正，這就是為什么有些電子元器件可以使用上20多年的原因[2]。

3 延長電子元器件壽命的措施

通過上述的分析，大修后，怎么保證該型號裝備繼續(xù)使用8～10年。這就要結(jié)合前邊提到的兩個問題：大修的方式和大修的程度（最小可更換單元）。提供的大修方案中，修理的方式由三種：更換、檢修、維護(hù)保養(yǎng)。

更換：在到大修期限后，更換掉可靠性水平低于亞7級產(chǎn)品的電子元器件，當(dāng)然包括短壽命器件和在實(shí)際的售后服務(wù)中收集到的一些質(zhì)量水平不高的元器件。檢修：因?yàn)樵撔吞栄b備是一個大型的電子設(shè)備，我們在設(shè)計的過程中考慮到維修的便利，基本上設(shè)計成模塊化的形式方便維修。維護(hù)保養(yǎng)：主要針對機(jī)電產(chǎn)品和純機(jī)械產(chǎn)品，因?yàn)槠湓谠撔吞栄b備服役期間，上文論述的影響對其可靠性水平影響不大，所以我們可以通過維護(hù)保養(yǎng)的方式從而達(dá)到其技術(shù)狀態(tài)的完好[3]。

通過以上的大修以后的產(chǎn)品，其使用壽命由前期未更換掉的電子元器件的可靠性水平?jīng)Q定（故障率l小于亞7級水平），經(jīng)過分析過：一般的電子元器件（故障率l小于亞7級水平）在該型號裝備的使用條件中可以使用到20年，所以大修完后整個產(chǎn)品的期限近10年。

[參考文獻(xiàn)]

[1]陳丁，董吉印，董惠林，等.某型雷達(dá)檢測適配器的研制[J].電子測量技術(shù)，2013，36（9）：119-122.

[2]曹晉華，程侃.可靠性數(shù)學(xué)引論[M].北京：高等教育出版社，2012.

[3]總裝備部標(biāo)準(zhǔn)化委員會.GJB450A-2004 裝備的可靠性工作通用要求[S]北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.