裝備貯存壽命綜合評價方案

李鍇 ， 高軍 ， 李小兵 ， 黃道平

（1.工業(yè)和信息化電子第五研究所，廣東 廣州 510610；2.廣東省電子信息產(chǎn)品可靠性技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510610；3.廣州市電子信息產(chǎn)品可靠性與環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510610；4.華南理工大學(xué)自動化科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510640）

0 引言

貯存壽命是裝備的一個重要的技術(shù)指標(biāo)。近年來，國內(nèi)外許多學(xué)者都對裝備貯存壽命評價技術(shù)進(jìn)行了大量的研究。例如：文獻(xiàn) [1]基于裝備的定期檢測數(shù)據(jù)，通過對裝備貯存可靠性的變化機(jī)理進(jìn)行分析,建立了裝備貯存可靠性預(yù)測模型，實(shí)現(xiàn)了對裝備貯存壽命的評價。為了研究裝備在長期的貯存過程中環(huán)境因素對其可靠性的影響，文獻(xiàn) [2]提出了一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的裝備貯存可靠性預(yù)測模型，利用在裝備貯存期間所采集到的環(huán)境信息來評估裝備的貯存壽命。文獻(xiàn) [3-5]則是根據(jù)裝備貯存可靠性物理模型和貯存可靠度變化的基本規(guī)律，建立裝備貯存可靠度預(yù)測模型，進(jìn)而定量、直觀地反映裝備貯存可靠性隨貯存年限變化的規(guī)律。從已有的研究成果來看，多數(shù)裝備的貯存壽命評價方法都只是以裝備整機(jī)作為研究對象，并沒有從裝備的各個層次來全面地、系統(tǒng)地評價裝備的貯存壽命。

因此，本文結(jié)合裝備在長期的使用過程中所展現(xiàn)出來的特點(diǎn)和系統(tǒng)內(nèi)不同層次的產(chǎn)品的特點(diǎn)，提出了一套 “五位一體”的整機(jī)加速貯存壽命綜合評價方法。結(jié)合裝備整機(jī)、分系統(tǒng)、板級電路和原材料各個級別的貯存壽命信息，對裝備的貯存壽命進(jìn)行了綜合評價，為裝備定延壽工作提供了支撐。

1 裝備整機(jī)加速貯存壽命試驗(yàn)綜合解決方案

根據(jù)加速試驗(yàn)的理論基礎(chǔ)可知，掌握產(chǎn)品的失效機(jī)理是開展加速試驗(yàn)的前提條件，但是系統(tǒng)的失效機(jī)理與失效模式極為復(fù)雜，因而難以建立起系統(tǒng)加速試驗(yàn)關(guān)系模型，同時，建立的加速試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷暮侠硇约捌鋽?shù)據(jù)基礎(chǔ)的準(zhǔn)確性也可能存在一定的問題。針對上述情況，本文提出了一套 “五位一體”的裝備貯存壽命綜合評價方案，即：1）歷史貯存信息統(tǒng)計評估；2）整機(jī)加速壽命試驗(yàn)與評價；3）整機(jī)環(huán)境適應(yīng)性與模擬使用評價；4）板級電路貯存壽命特征檢測與評價；5）結(jié)構(gòu)件和原材料貯存加速退化試驗(yàn)與壽命評價。綜合長期貯存與加速試驗(yàn)信息、宏觀測試與微觀分析信息，并結(jié)合各個層次的產(chǎn)品的試驗(yàn)、檢測與評估的結(jié)果，快速地確定導(dǎo)彈的貯存壽命。

裝備整機(jī)貯存壽命綜合評價方案框圖如圖1所示。

圖1 裝備整機(jī)貯存壽命綜合評價方案框圖

1.1 裝備整機(jī)貯存可靠度評估和預(yù)測的流程

首先，開展貯存信息的調(diào)研與收集工作，掌握裝備的型號、批次、樣本量和定檢維修報告等歷史信息，在剔除不符合貯存信息要求的裝備信息后，對由貯存年度和貯存可靠度點(diǎn)估計值組成的時間序列按照典型壽命分布進(jìn)行擬合，利用指數(shù)分布、威布爾分布和對數(shù)正態(tài)分布等典型的壽命分布模型參數(shù)計算出對應(yīng)的模型參數(shù)。然后，通過典型的模型的擬合優(yōu)度檢驗(yàn)方法來檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷姆闲?。?dāng)整機(jī)的貯存可靠度評估和預(yù)測符合多種壽命分布模型時，則需要進(jìn)一步地研究典型模型間的鑒別方法，最終選擇出最優(yōu)的模型。最后，利用確定的模型對整機(jī)的貯存可靠度進(jìn)行預(yù)測，估算裝備整機(jī)的貯存壽命，為下一步開展產(chǎn)品的加速壽命試驗(yàn)提供參考。

導(dǎo)彈貯存可靠度評估和預(yù)測方法的流程如圖2所示。

圖2 裝備整機(jī)貯存可靠度評估和預(yù)測方法流程

圖3 加速因子評估的流程

1.2 裝備整機(jī)貯存加速試驗(yàn)

考慮到裝備整機(jī)的數(shù)量有限，在進(jìn)行試驗(yàn)計劃安排時，可采用系統(tǒng)建模的方法，基于典型的貯存環(huán)境和加速環(huán)境條件，預(yù)估整彈的加速因子。以某型裝備整機(jī) （除火工品、發(fā)動機(jī)和機(jī)械件以外的整機(jī)）為研究對象，采用一種基于應(yīng)力分析的預(yù)計方法來評估該型整機(jī)的加速因子，評估的過程中，元器件的激活能信息主要來源于試驗(yàn)數(shù)據(jù)、相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、參考文獻(xiàn)和國際標(biāo)準(zhǔn)，加速因子評估的流程如圖3所示。

1.3 裝備整機(jī)的環(huán)境適應(yīng)性與使用驗(yàn)證試驗(yàn)

在裝備整機(jī) （除火工品、發(fā)動機(jī)和機(jī)械件以外的整彈）達(dá)到目標(biāo)貯存年限時，提取1套樣品開展環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn) （例如：典型工作環(huán)境高低溫試驗(yàn)和振動試驗(yàn)等），以確認(rèn)目標(biāo)貯存年限內(nèi)樣品的環(huán)境適應(yīng)性，環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)的驗(yàn)證條件通?？梢愿鶕?jù)產(chǎn)品的修理驗(yàn)收條件來確定。

對于裝備整機(jī)而言，根據(jù)當(dāng)前的壽命管理與修理制度，通常是延長兩個壽命指標(biāo)，一個是原位壽命N1，即返廠修理時間延長；一個是總壽命N2，即返廠修理后還可以使用一定年限。

在開展環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)與使用驗(yàn)證試驗(yàn)時，通常應(yīng)分別針對等效貯存時間達(dá)到了2個壽命年限的裝備整機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，在N1年內(nèi)不返廠修理的條件下，驗(yàn)證裝備整機(jī)能否正常使用及其環(huán)境適應(yīng)性能否滿足要求；在返廠修理?xiàng)l件下使用到N2年時，驗(yàn)證裝備整機(jī)能否正常使用及其環(huán)境適應(yīng)性能否滿足要求。

1.4 關(guān)鍵件貯存加速退化試驗(yàn)與檢測分析

裝備整機(jī)上的關(guān)鍵產(chǎn)品，例如：火工品、戰(zhàn)斗部、發(fā)動機(jī)、密封件和儲能件等產(chǎn)品的性能參數(shù)均具有明顯的退化特征，因此，針對該類關(guān)鍵件可以開展貯存加速退化試驗(yàn)，充分利用產(chǎn)品失效前的性能退化信息，預(yù)測關(guān)鍵件在加速試驗(yàn)條件下的失效時間，并通過多組加速條件預(yù)測關(guān)鍵件的貯存壽命。與加速壽命試驗(yàn)相比，加速退化試驗(yàn)由于其進(jìn)行壽命評估時不需要依賴失效數(shù)據(jù)，因而能夠極大地縮短試驗(yàn)時間，節(jié)約試驗(yàn)樣本。關(guān)鍵件貯存加速退化試驗(yàn)的流程如圖4所示。

圖4 關(guān)鍵件貯存加速退化試驗(yàn)的流程

對開展過貯存加速退化試驗(yàn)的關(guān)鍵件深入開展標(biāo)準(zhǔn)檢測工作，查找其典型工藝、設(shè)計和材料的潛在問題；對類似于火工品這種專業(yè)性強(qiáng)的關(guān)鍵件，開展專項(xiàng)檢測與分析，確定火工品的性能和理化特性，為裝備整機(jī)貯存壽命綜合評價提供數(shù)據(jù)支撐。

1.5 板級電路貯存壽命特征檢測分析

板級電路貯存壽命特征檢測分析包括兩部分的工作即：1）對電路板和焊點(diǎn)的貯存壽命特征進(jìn)行檢測分析，以確認(rèn)電路板及互連結(jié)構(gòu)的貯存壽命狀態(tài)；2）對元器件的貯存壽命特征進(jìn)行檢測分析，以確認(rèn)元器件的貯存壽命狀態(tài)。

焊點(diǎn)的試驗(yàn)分析包括外觀檢驗(yàn)、X-ray檢查和金相切片分析等項(xiàng)目，目的是為了評估典型焊點(diǎn)的貯存可靠性。電路板的試驗(yàn)分析包括耐電壓測試、絕緣電阻測試和金相切片分析，目的是為了評估電路板絕緣電阻能否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，以及電路板通孔的質(zhì)量情況。綜合焊點(diǎn)和電路板試驗(yàn)和分析的結(jié)果，給出電路板貯存可靠性試驗(yàn)分析結(jié)論。

對元器件的貯存壽命特征進(jìn)行檢測分析時，可以采用X-ray檢查、超聲波掃描 （C-SAM）、氣密性檢查、IVA和內(nèi)部目檢等方法來檢查其材料性能和物理結(jié)構(gòu)的退化情況，采用鍵合強(qiáng)度和芯片剪切來檢查其互聯(lián)結(jié)構(gòu)的退化情況。

在板級電路和元器件檢測分析中，如果發(fā)現(xiàn)樣品存在缺陷，則應(yīng)進(jìn)一步對樣品進(jìn)行對比試驗(yàn)或分析，以判斷缺陷是在產(chǎn)品制造階段形成的固有缺陷，還是在貯存環(huán)境中形成的貯存缺陷。對于樣品存在的固有缺陷，如果在規(guī)定的時間內(nèi)該類缺陷未對產(chǎn)品的使用造成影響，則不應(yīng)將其作為貯存壽命終了的判據(jù)；對于樣品存在的貯存缺陷，如果該類缺陷造成了樣品的貯存失效或故障，則應(yīng)將其作為貯存壽命終了的判據(jù)。綜合板級電路和元器件的合格樣品，以及失效樣品各項(xiàng)貯存壽命特征檢測分析的結(jié)果，再參考以往導(dǎo)彈延壽科研板級電路和元器件的貯存壽命特征，檢測分析結(jié)果，給出板級電路和元器件的貯存壽命特征檢測分析結(jié)論。

2 整彈貯存壽命綜合評價

在開展裝備整機(jī)貯存加速試驗(yàn)和驗(yàn)證試驗(yàn)、關(guān)鍵件貯存加速退化試驗(yàn)與檢測分析以及板級電路貯存壽命特征檢測的基礎(chǔ)上，結(jié)合裝備整機(jī)貯存歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，綜合樣機(jī)原理分析和工廠修理經(jīng)驗(yàn)，可對裝備的貯存壽命和薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合分析。

首先，利用裝備整機(jī)的歷史貯存信息和外場可靠性預(yù)測結(jié)果預(yù)測出導(dǎo)彈的貯存壽命。

其次，利用裝備整機(jī)加速壽命試驗(yàn)與驗(yàn)證試驗(yàn)中所暴露的貯存壽命的影響因素對導(dǎo)彈的貯存壽命進(jìn)行評估：在裝備整機(jī)貯存加速壽命試驗(yàn)中，整機(jī)每通過一個試驗(yàn)周期的檢測，表明整機(jī)在不采取修理措施的情況下的殘余貯存壽命將增加1年；如檢測未通過，且故障為整機(jī)貯存壽命影響因素所導(dǎo)致的，則整機(jī)貯存壽命不再增加；對于可采取經(jīng)濟(jì)、有效的維修措施的整機(jī)，整機(jī)在采取修理措施后的殘余貯存壽命將繼續(xù)增加1年；對于存在維修成本過高沒有修理價值的故障的裝備整機(jī)，其貯存壽命不再增加。

再次，對于整機(jī)上獨(dú)立于電子部分的關(guān)鍵件，利用貯存加速退化試驗(yàn)得到其貯存壽命結(jié)論，其貯存壽命確定的原則與整彈的貯存壽命確定的原則相同；對于包含在電子部分中的關(guān)鍵件，利用貯存加速退化試驗(yàn)對整機(jī)貯存壽命結(jié)論進(jìn)行修正。

然后，利用板級電路貯存壽命特征檢測的結(jié)果，找出整機(jī)貯存壽命中的電路板和元器件的薄弱環(huán)節(jié)，并給出相應(yīng)的修理建議。

最后，結(jié)合裝備外場可靠性預(yù)測結(jié)果以及整機(jī)、關(guān)鍵件貯存壽命試驗(yàn)結(jié)果，綜合樣機(jī)原理分析和工廠維修經(jīng)驗(yàn)，最終確定裝備整機(jī)貯存延壽結(jié)論。

3 結(jié)束語

裝備貯存壽命評價是裝備貯存管理中的一項(xiàng)十分重要的工作。本文結(jié)合裝備在長期的使用過程中所體現(xiàn)出來的特點(diǎn)和系統(tǒng)內(nèi)不同層次的產(chǎn)品的特點(diǎn)，歸納總結(jié)了一套 “五位一體”的裝備貯存壽命綜合評價方法，為裝備貯存壽命研究、定延壽工程理論提供了方法指導(dǎo)和技術(shù)支撐。

[1]孫亮，徐廷學(xué)，代瑩.基于定期檢測的導(dǎo)彈貯存可靠性預(yù)測模型 [J].戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù)，2004（4）：16-19.

[2]莊喜盈，孟建新.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的空空導(dǎo)彈貯存可靠性預(yù)測模型研究 [J].航空兵器，2008（6）：59-62.

[3]阮金元，阮新.產(chǎn)品貯存可靠性數(shù)據(jù)收集和處理方法及貯存失效率預(yù)測模型的建模方法研究 [J].標(biāo)準(zhǔn)化報道，2000， 21 （1）： 7-11.

[4]梅登華，潘國梅.系統(tǒng)的可靠性及其參數(shù)解分析 [J].自動化學(xué)報，2002，28（6）：1034-1038.

[5]張志華.基于一次性檢測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析及其在貯存可靠性中的應(yīng)用 [J].應(yīng)用概率統(tǒng)計，1995，11（1）：82-87.