歐陽斌武

[摘要]針對我國儀器儀表行業(yè)的現(xiàn)狀,選擇LJ6010多功能標(biāo)準(zhǔn)源為例,說明具體的預(yù)計方法和步驟。在產(chǎn)品的設(shè)計階段就把可靠性預(yù)計工作做好,為今后的可靠性工作做準(zhǔn)備,最終達到提高產(chǎn)品可靠性的目的。

[關(guān)鍵詞]儀器儀表可靠性預(yù)計

中圖分類號:TH7文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0820118-01

一、可靠性預(yù)計對儀器儀表的重要性

可靠性預(yù)計是運用以往的工程經(jīng)驗、故障數(shù)據(jù)和當(dāng)代的技術(shù)水平,尤其是以元器件,零部件的失效率作為依據(jù),預(yù)報產(chǎn)品(元器件,零部件,子系統(tǒng)或系統(tǒng))實際可能達到的可靠度,即預(yù)報這些產(chǎn)品在特定的應(yīng)用中完成規(guī)定功能的概率。對于儀器儀表來說可靠性預(yù)計就顯得更加重要。

可靠性預(yù)計是產(chǎn)品可靠性設(shè)計從定性考慮轉(zhuǎn)入定量分析的關(guān)鍵,也是實施可靠性工程的基礎(chǔ)。在方案研究和工程研制階段,應(yīng)及時地預(yù)計系統(tǒng)、分系統(tǒng)或設(shè)備的基本可靠性和任務(wù)可靠性,能比較不同設(shè)計方案的特點及可靠度,以選擇最佳設(shè)計方案,并實施“預(yù)計——改進設(shè)計”的循環(huán),使儀器儀表達到規(guī)定的可靠性要求。根據(jù)國情,我國企業(yè)開展可靠性研究工作相對落后,許多產(chǎn)品從方案論證、設(shè)計研制階段就沒有對產(chǎn)品進行可靠性預(yù)計,這樣后期的可靠性工作就無從談起,因此進入生產(chǎn)階段后仍有許多故障和隱患沒有排除。

二、選擇LJ6010多功能標(biāo)準(zhǔn)源為例的原因

LJ6010多功能標(biāo)準(zhǔn)源(以下簡稱儀器)能輸出交直流電壓、交直流電流、電阻信號,是黑龍江省計量院開發(fā)的用于0.1級以下模擬表和四位半數(shù)字表校驗的校準(zhǔn)器。

1.元器件覆蓋面廣。它覆蓋了從軍標(biāo)B級(GJB597的B級:軍品級)、部標(biāo)3、4類(SJ331-3、4類:工業(yè)品級)、低檔(一般有機材料封裝民用級)和自制器件或部件,極具有代表性。

2.該儀器開發(fā)研制的方法有相當(dāng)?shù)拇硇?。該儀器開發(fā)研制的基本程序:仿制—消化—研制—再開發(fā)—定型—市場—再定型。經(jīng)過后4步的反復(fù)循環(huán),最終定型。這種方式在我國大部分高端儀器的開發(fā)過程中,基本上是一種必然模式,而且這種開發(fā)研制的模式還會持續(xù)相當(dāng)長時間。

三、預(yù)計方法和步驟

(一)預(yù)計方法及模型的選擇

由于LJ6010多功能標(biāo)準(zhǔn)源原本沒有經(jīng)過可靠性設(shè)計,當(dāng)然談不上可靠性預(yù)計,目前的儀器僅僅定位于科研開發(fā)階段與定型階段。其中元器件計數(shù)法適用于設(shè)計的早期階段,對可靠性快速地進行初步估計,為確定最佳設(shè)計方案提供可靠性等方面的數(shù)據(jù);而元器件應(yīng)力分析法是詳細(xì)的可靠性預(yù)計,是在產(chǎn)品設(shè)計的后期階段的預(yù)計。因此我們選擇了計數(shù)法可靠性預(yù)計和部分應(yīng)力法與計數(shù)法結(jié)合的可靠性預(yù)計。該預(yù)計屬于事后預(yù)計,我們稱為補課性預(yù)計,它很有代表性。在這種補課行為中,首先采用計數(shù)預(yù)計法,給出產(chǎn)品設(shè)計時期的產(chǎn)品壽命預(yù)期值,如果這個預(yù)期值很低,那么產(chǎn)品在設(shè)計之初就沒能達到設(shè)計的市場要求,通過計數(shù)預(yù)計法可以比較和選擇可靠性好的設(shè)計方案。預(yù)計模型的選取:進口器件使用美國國防部Rome試驗室制定的MIL-HDBK-217,它是當(dāng)前國際上商用、軍用領(lǐng)域得到最廣泛的應(yīng)用,它涵蓋幾乎所有的電子、電氣元件和一些機電器件,提供有元器件應(yīng)力分析法和元件計數(shù)法兩種預(yù)計模型。國內(nèi)器件使用信息產(chǎn)業(yè)部第五研究所制定的GJB/Z299,它是以MIL-HD-BK-217為參考制定出的,也有元器件應(yīng)力分析法和元件計數(shù)法兩種預(yù)計模型。

(二)預(yù)計過程

1.確定了預(yù)計方法和使用的預(yù)計模型后,就可以按照下面的步驟進行可靠性預(yù)計。以LJ6010多功能標(biāo)準(zhǔn)源中的電壓放大電路模塊的預(yù)計為例。用計數(shù)法進行預(yù)計,其失效率的數(shù)學(xué)表達式為:

式中:λGS-模塊總失效率,10-6/h;λGi-第i種元器件的通用失效率,10-6/h;πQi-第i種元器件的通用質(zhì)量系數(shù);Ni-第i種元器件的數(shù)量;n-設(shè)備所用元器件的種類數(shù)目。確定所用元器件的種類及數(shù)量、質(zhì)量等級和儀器整機的工作環(huán)境后,按照上面給出的計算公式,國產(chǎn)器件通過查GJB/Z299B-98電子設(shè)備可靠性預(yù)計手冊;進口件參照MIL-HDBK-217F電子設(shè)備可靠性預(yù)計(美國),可知各個元器件的可靠性參數(shù),代入上面的公式就可以計算出電壓放大電路模塊的失效率及平均壽命:λGS=115.308

×10-6/hMTBF(平均壽命)=1/λGS=8672.43h。

2.用應(yīng)力法預(yù)計,采用這種方法所需要的信息除了計數(shù)法預(yù)計的那些信息外還有元器件的工作應(yīng)力。其中,溫度應(yīng)力系數(shù)的值取決于電路的工藝;電壓應(yīng)力系數(shù)的值取決于推薦的工作電壓,實際應(yīng)用的工作電壓和電路處于最惡劣狀態(tài)時的結(jié)溫。這些在GJB299B和MIL-HDBK-217F中均可查得。計算失效率的公式為:

λp=λb(πE×πR×πA×πS2×πc)

式中:λp-工作失效率;λb-基本故障率;πE-環(huán)境系數(shù);πR-電流額定因子;πA-應(yīng)力因子;πS2-電壓額定因子;πC-配置因子。上述各種因子的故障算出后,利用元件計數(shù)法,求得系統(tǒng)的故障率:

式中:λpi-第i種元器件的故障率;Ni-第i種元器件的數(shù)量;N-系統(tǒng)中元器件種類數(shù)。通過查GJB/Z299B-98和MIL-HDBK-217F手冊,用應(yīng)力預(yù)計法得到交流放大電路模塊的失效率及平均壽命。

λS=156.210×10-6/hMTBF=6401.64h

3.可見應(yīng)力法預(yù)計和計數(shù)法預(yù)計的結(jié)果相差不大,證明了我們選擇了計數(shù)法可靠性預(yù)計和部分應(yīng)力法與計數(shù)法結(jié)合的可靠性預(yù)計模型是正確的。為了工程應(yīng)用方便我們今后可選用計數(shù)預(yù)計法進行該儀器的整機預(yù)計。

4.使用上述方法依次預(yù)計出各個模塊以及整。機的可靠性指標(biāo)后,可以根據(jù)用戶要求看其是否滿足。如果不滿足要求,需根據(jù)預(yù)計值分析出可靠性差的模塊加以改進,最終達到提高可靠性的目的。

四、小結(jié)

綜上所述,正確運用元器件計數(shù)法和應(yīng)力法,能有效地解決早期產(chǎn)品可靠性預(yù)計問題。盡管目前的可靠性預(yù)計方法還存在諸多不足,關(guān)于可靠性預(yù)計的爭議也有很多,但是這些都不能抹煞可靠性預(yù)計在設(shè)備研制過程中對指導(dǎo)開展可靠性工程工作的重要意義。在開展可靠性工程工作時應(yīng)注意將可靠性預(yù)計和其他可靠性設(shè)計分析、可靠性試驗、可靠性管理等工作相結(jié)合,才能有效保證產(chǎn)品研制過程可靠性的增長,以及可靠性目標(biāo)的實現(xiàn)。

參考文獻:

[1]MIL-HDBK-217FN2,美國軍用手冊《電子設(shè)備可靠性預(yù)計手冊》修訂通告2[S].

[2]GJB299B-98,電子設(shè)備可靠性預(yù)計手冊[S].

[3]郭宗文、周真,電子產(chǎn)品可靠性預(yù)計方法的研究[J].黑龍江電子技術(shù),1999,(4).

[4]曾聲奎、趙廷弟、張建國等,系統(tǒng)可靠性設(shè)計分析教程[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2001.