劉 博，陳 鵬

(國家廣播電視產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，北京 100015)

微型計(jì)算機(jī)可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)探討

劉 博，陳 鵬

(國家廣播電視產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，北京 100015)

可靠性試驗(yàn)是對(duì)產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)的一種手段。以微型計(jì)算機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行可靠性試驗(yàn)。試驗(yàn)采用定時(shí)截尾方法，分別采用點(diǎn)估計(jì)和區(qū)間估計(jì)的方法對(duì)平均無故障時(shí)間(MTBF)進(jìn)行處理。通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，對(duì)微型計(jì)算機(jī)做出了較為客觀的可靠性評(píng)估。

微型計(jì)算機(jī)；可靠性；平均無故障時(shí)間； 定時(shí)截尾試驗(yàn)

可靠性是用來描述產(chǎn)品在規(guī)定的條件下、規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，處于無故障(或無失效)的狀態(tài)術(shù)語。隨著科技的不斷發(fā)展，對(duì)微型計(jì)算機(jī)可靠性也提出了更高的要求，更快的處理速度、更加豐富的配置、更便攜的體積等，都需要在可靠性的保障下才能充分體現(xiàn)。

可靠性試驗(yàn)是對(duì)產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)的一種手段。近年來，電子產(chǎn)品的可靠性試驗(yàn)研究獲得了快速的發(fā)展，目前世界上可靠性試驗(yàn)方法有100種以上[1]，而產(chǎn)品不同，試驗(yàn)所要達(dá)到的目的不同，試驗(yàn)方式也就不同。

本文通過對(duì)微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，從而有效評(píng)估產(chǎn)品質(zhì)量。首先介紹可靠性試驗(yàn)原理，其次依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)可靠性試驗(yàn)方案進(jìn)行確定，最后對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別采用了點(diǎn)估計(jì)和區(qū)間估計(jì)的方法進(jìn)行處理，從而完成微型計(jì)算機(jī)的可靠性評(píng)價(jià)。

1 可靠性試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)方案的選擇

可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)方案的確定，首先要假設(shè)設(shè)備的故障率隨時(shí)間的分布規(guī)律[2]。電子產(chǎn)品的故障率普遍服從指數(shù)分布，即故障率是常數(shù)?；谥笖?shù)分布的假設(shè)，并綜合考慮試驗(yàn)時(shí)間和成本，采用定時(shí)截尾試驗(yàn)方法。

定時(shí)截尾試驗(yàn)方法是驗(yàn)證電子產(chǎn)品可靠性的常用方法之一，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是試驗(yàn)前就已知試驗(yàn)時(shí)間，確定了最大接收允許失效數(shù)，時(shí)間成本較為經(jīng)濟(jì)[3]。

1.2 定時(shí)截尾試驗(yàn)方案

本文采用國標(biāo)中的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方案。首先介紹本方案的特征量，生產(chǎn)方風(fēng)險(xiǎn)率α，表示合格產(chǎn)品被拒收的概率，α越大，合格設(shè)備被拒收的概率越大。使用方風(fēng)險(xiǎn)率β，是使用方接收不合格設(shè)備的概率，β越大，不合格設(shè)備被接收的概率相應(yīng)也就越大。α和β一般取0.10～0.20，高風(fēng)險(xiǎn)率也選擇0.30。在本試驗(yàn)中，綜合標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法及實(shí)際情況，選擇α=β=0.20。

MTBF假設(shè)值的上限值m0，一般由設(shè)備的預(yù)計(jì)值來確定。MTBF假設(shè)值的下限值m1，當(dāng)產(chǎn)品的真值接近于這個(gè)值時(shí)，設(shè)備被拒收的概率就會(huì)很高。鑒別比Dm是表示m0和m1差別大小的特征量，數(shù)值上等于m0與m1的比值，即Dm=m0/m1。Dm小說明m0和m1的差別小，當(dāng)Dm=1時(shí)，不合格的設(shè)備100%被拒收，此時(shí)不存在風(fēng)險(xiǎn)，這在理論上是不可實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)Dm越小時(shí)，試驗(yàn)時(shí)間越長。試驗(yàn)方案Dm一般取2或3比較合理，結(jié)合實(shí)際情況，取Dm=3，則選擇《GB/T 5080.7—1986 設(shè)備可靠性試驗(yàn) 恒定失效率假設(shè)下的失效率與平均無故障時(shí)間的驗(yàn)證試驗(yàn)方案》中試驗(yàn)方案5:7[4]，詳細(xì)試驗(yàn)方案見表1。

表1 試驗(yàn)方案

m0=15 000 h，則截尾時(shí)間T=21 900臺(tái)時(shí)，本試驗(yàn)微型計(jì)算機(jī)樣品共20臺(tái)，則試驗(yàn)時(shí)間為1 095 h。在試驗(yàn)過程中，若樣品失效數(shù)為3個(gè)或3個(gè)以上，則拒收該產(chǎn)品；若試驗(yàn)結(jié)束以后，失效數(shù)小于或等于2個(gè)，則通過本次可靠性試驗(yàn)。

2 微型計(jì)算機(jī)可靠性試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)環(huán)境條件

試驗(yàn)室需要滿足的環(huán)境條件如下：

室溫為35℃；相對(duì)濕度為45%～75%RH；大氣壓力為102.5 kPa。

2.2 電應(yīng)力條件

為確定產(chǎn)品在正常使用條件下的可靠性水平，試驗(yàn)周期內(nèi)受試樣品在樣品額定的電壓值±10%的范圍內(nèi)工作，即施加220 V±10%的電源電壓。不同電源電壓在一個(gè)周期內(nèi)的時(shí)間分配分別為：上限值242 V占25%，標(biāo)稱值220 V占50%，下限值198 V占25%。

2.3 故障的分類與處理

在整個(gè)試驗(yàn)過程中，運(yùn)行檢查程序，出現(xiàn)以下情況之一[5]時(shí)可記為一次故障：

1)受試樣品在試驗(yàn)中出現(xiàn)了性能參數(shù)超出了規(guī)定值的上下限時(shí)；

2)受試樣品在試驗(yàn)中出現(xiàn)了零部件的損壞或元器件的失效而使其不能完成規(guī)定的功能時(shí)。

故障根據(jù)其產(chǎn)生的類型分為關(guān)聯(lián)性故障和非關(guān)聯(lián)性故障。關(guān)聯(lián)故障是由產(chǎn)品本身性能所決定的，是可以預(yù)期的，在試驗(yàn)結(jié)果分析時(shí)要記入的故障。而非關(guān)聯(lián)故障則不是產(chǎn)品本身性能所決定的故障，是試驗(yàn)要求之外而引起的，非關(guān)聯(lián)故障在試驗(yàn)結(jié)果分析時(shí)不進(jìn)行記入。

微型計(jì)算機(jī)在可靠性試驗(yàn)中如下情形應(yīng)判為故障：1)Bios檔機(jī)；2)開機(jī)不顯示；3)通電不開機(jī)；4)運(yùn)行死機(jī)；5)藍(lán)屏；6)不進(jìn)系統(tǒng)；7)不讀卡；8)屏上有白線；9)報(bào)警；10)無錄音；11)USB無作用；12)風(fēng)扇有異響。

經(jīng)判定，20臺(tái)樣機(jī)在試驗(yàn)中未出現(xiàn)故障，因此失效數(shù)計(jì)為0，樣品判定為合格。

3 定時(shí)截尾試驗(yàn)MTBF的驗(yàn)證值

統(tǒng)計(jì)方案參數(shù)(m0，m1，Dm，α，β)并不是試驗(yàn)結(jié)果，MTBF的下限值m0及上限值m1都是事先規(guī)定的，生產(chǎn)方風(fēng)險(xiǎn)率α和使用方風(fēng)險(xiǎn)率β代表產(chǎn)品是否合格的概率，因此，MTBF的驗(yàn)證值必須由試驗(yàn)結(jié)果來計(jì)算[6]。

3.1 置信度

方案要求的MTBF最低可接收值不低于5 000 h，則取m1=5 000 h，本試驗(yàn)選定的試驗(yàn)方案(GB5080.7 方案5:7)為α=0.2，β=0.2，Dm=3.0，T=1.46m0。

置信度C=(1-2β)×100%，則置信度C=60%。上、下限的置信度為：C′=(1+C)/2，則上、下限的置信度C′=80%。

3.2 接收時(shí)MTBF驗(yàn)證值的點(diǎn)估計(jì)

MTBF的點(diǎn)估計(jì)為

(1)

如果試驗(yàn)過程中沒有觀測到故障，則采用《GB5080.4—1985 設(shè)備可靠性試驗(yàn) 可靠性測定試驗(yàn)的點(diǎn)估計(jì)和區(qū)間估計(jì)方法(指數(shù)分布)》推薦的MTBF點(diǎn)估計(jì)[7]公式為

(2)

式中：T是產(chǎn)品的總試驗(yàn)時(shí)間；r是累積責(zé)任故障數(shù)。

3.3 接收時(shí)MTBF驗(yàn)證值的置信區(qū)間估計(jì)

根據(jù)責(zé)任故障數(shù)r及置信度C查表，查出置信下限系數(shù)mL(C′，r)和置信上限系數(shù)mU(C′，r)。按下式計(jì)算出置信下限系數(shù)mL(C′，r)和置信上限系數(shù)mU(C′，r)為

(3)

(4)

若表中的數(shù)據(jù)不夠用，可按下式計(jì)算出置信下限系數(shù)mL(C′，r)和置信上限系數(shù)mU(C′，r)為

(5)

(6)

因此可以推導(dǎo)出

(7)

(8)

可以通過查表得到χ2數(shù)據(jù)。就可以將故障數(shù)r=0這一特殊情況進(jìn)行處理，進(jìn)而得到mL。

在本試驗(yàn)整個(gè)試驗(yàn)過程中未發(fā)生任何責(zé)任故障，通過了可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)，僅能得到置信下限mL。

(9)

設(shè)備無任何責(zé)任故障時(shí)MTBF的置信下限估計(jì)值mL=13 600h，置信下限C′=80%。

4 結(jié)論

微型計(jì)算機(jī)的可靠性試驗(yàn)研究不僅獲得了該批次產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)，而且為其他類似產(chǎn)品的可靠性試驗(yàn)設(shè)計(jì)提供了可靠性數(shù)據(jù)方面的參考，對(duì)微型計(jì)算機(jī)產(chǎn)品的質(zhì)量控制和設(shè)計(jì)改進(jìn)具有一定的指導(dǎo)意義。

[1]牟致忠. 機(jī)械可靠性工程基礎(chǔ)[M]. 北京：機(jī)械工程師進(jìn)修大學(xué)出版社，1989.

[2]李龍軍. 計(jì)算機(jī)可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)方法[J]. 系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，1994(10)：68-75.

[3]陳鵬，劉博. 數(shù)字電視可靠性試驗(yàn)設(shè)計(jì)[J]. 電視技術(shù)，2012，36(20)：105-108.

[4]GB/T5080.7，設(shè)備可靠性試驗(yàn) 恒定失效率假設(shè)下的失效率與平均無故障時(shí)間的驗(yàn)證試驗(yàn)方案[S]. 1986.

[5]GB/T9813，微型計(jì)算機(jī)通用規(guī)范[S]. 2000.

[6]孫玉玉. 定時(shí)截尾試驗(yàn)裝備評(píng)估方法探討[C]//2013年工業(yè)與信息化產(chǎn)品環(huán)境技術(shù)研討會(huì)論文集.大理：《環(huán)境技術(shù)》雜志，2013：158-160.

[7]GB 5080，設(shè)備可靠性試驗(yàn) 可靠性測定試驗(yàn)的點(diǎn)估計(jì)和區(qū)間估計(jì)方法(指數(shù)分布)[S]. 1985.

Discussion on Reliability Acceptance Test of Microcomputer

LIU Bo, CHEN Peng

(NationalTestingandInspectionCenterforRadio&TVProductsofChina,Beijing100015,China)

In the dissertation, the reliability test of the microcomputer is carried out. The fixed time truncated test is used in this experiment, and the mean time between failure (MTBF) is processed by the methods of point estimation & interval estimation. Based on the data analysis, a more objective estimation for the microcomputer can be obtained.

microcomputer; reliability; mean time between failure; fixed time truncated test

TB114.3

A

10.16280/j.videoe.2015.01.037

2014-09-25

【本文獻(xiàn)信息】劉博，陳鵬.微型計(jì)算機(jī)可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)探討[J].電視技術(shù),2015，39(1).

劉 博，碩士，工程師，主要從事可靠性理論研究及測試；

陳 鵬，本科，工程師，主要從事環(huán)境與可靠性技術(shù)研究及應(yīng)用。

責(zé)任編輯：李 薇