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)重點實驗室，廣東 廣州 510610；3.廣州市電子信息產(chǎn)品可靠性與環(huán)境工程重點實驗室，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)進行了大量的研究。例如：文獻 [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理進行分析,建立了裝備貯存可靠性預(yù)測模型，實現(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 [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 [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)出來的特點和系統(tǒng)內(nèi)不同層次的產(chǎn)品的特點，提出了一套 “五位一體”的整機加速貯存壽命綜合評價方法。結(jié)合裝備整機、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行了綜合評價，為裝備定延壽工作提供了支撐。

1 裝備整機加速貯存壽命試驗綜合解決方案

根據(jù)加速試驗的理論基礎(chǔ)可知，掌握產(chǎn)品的失效機理是開展加速試驗的前提條件，但是系統(tǒng)的失效機理與失效模式極為復(fù)雜，因而難以建立起系統(tǒng)加速試驗關(guān)系模型，同時，建立的加速試驗?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）整機加速壽命試驗與評價；3）整機環(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與壽命評價。綜合長期貯存與加速試驗信息、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、檢測與評估的結(jié)果，快速地確定導(dǎo)彈的貯存壽命。

裝備整機貯存壽命綜合評價方案框圖如圖1所示。

圖1 裝備整機貯存壽命綜合評價方案框圖

1.1 裝備整機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估計值組成的時間序列按照典型壽命分布進行擬合，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)度檢驗方法來檢驗?zāi)Ｐ偷姆闲?。?dāng)整機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的貯存可靠度進行預(yù)測，估算裝備整機的貯存壽命，為下一步開展產(chǎn)品的加速壽命試驗提供參考。

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 裝備整機貯存加速試驗

考慮到裝備整機的數(shù)量有限，在進行試驗計劃安排時，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 （除火工品、發(fā)動機和機械件以外的整機）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數(shù)據(jù)、相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、參考文獻和國際標(biāo)準(zhǔn)，加速因子評估的流程如圖3所示。

1.3 裝備整機的環(huán)境適應(yīng)性與使用驗證試驗

在裝備整機 （除火工品、發(fā)動機和機械件以外的整彈）達到目標(biāo)貯存年限時，提取1套樣品開展環(huán)境適應(yīng)性試驗 （例如：典型工作環(huán)境高低溫試驗和振動試驗等），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)性試驗的驗證條件通?？梢愿鶕?jù)產(chǎn)品的修理驗收條件來確定。

對于裝備整機而言，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)性試驗與使用驗證試驗時，通常應(yīng)分別針對等效貯存時間達到了2個壽命年限的裝備整機進行驗證試驗，在N1年內(nèi)不返廠修理的條件下，驗證裝備整機能否正常使用及其環(huán)境適應(yīng)性能否滿足要求；在返廠修理條件下使用到N2年時，驗證裝備整機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與檢測分析

裝備整機上的關(guān)鍵產(chǎn)品，例如：火工品、戰(zhàn)斗部、發(fā)動機、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，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。與加速壽命試驗相比，加速退化試驗由于其進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時間，節(jié)約試驗樣本。關(guān)鍵件貯存加速退化試驗的流程如圖4所示。

圖4 關(guān)鍵件貯存加速退化試驗的流程

對開展過貯存加速退化試驗的關(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)性強的關(guān)鍵件，開展專項檢測與分析，確定火工品的性能和理化特性，為裝備整機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）對電路板和焊點的貯存壽命特征進行檢測分析，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行檢測分析，以確認(rèn)元器件的貯存壽命狀態(tài)。

焊點的試驗分析包括外觀檢驗、X-ray檢查和金相切片分析等項目，目的是為了評估典型焊點的貯存可靠性。電路板的試驗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。綜合焊點和電路板試驗和分析的結(jié)果，給出電路板貯存可靠性試驗分析結(jié)論。

對元器件的貯存壽命特征進行檢測分析時，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)進一步對樣品進行對比試驗或分析，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

在開展裝備整機貯存加速試驗和驗證試驗、關(guān)鍵件貯存加速退化試驗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)合裝備整機貯存歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，綜合樣機原理分析和工廠修理經(jīng)驗，可對裝備的貯存壽命和薄弱環(huán)節(jié)進行綜合分析。

首先，利用裝備整機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，利用裝備整機加速壽命試驗與驗證試驗中所暴露的貯存壽命的影響因素對導(dǎo)彈的貯存壽命進行評估：在裝備整機貯存加速壽命試驗中，整機每通過一個試驗周期的檢測，表明整機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，且故障為整機貯存壽命影響因素所導(dǎo)致的，則整機貯存壽命不再增加；對于可采取經(jīng)濟、有效的維修措施的整機，整機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，其貯存壽命不再增加。

再次，對于整機上獨立于電子部分的關(guān)鍵件，利用貯存加速退化試驗得到其貯存壽命結(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對整機貯存壽命結(jié)論進行修正。

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、關(guān)鍵件貯存壽命試驗結(jié)果，綜合樣機原理分析和工廠維修經(jīng)驗，最終確定裝備整機貯存延壽結(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)出來的特點和系統(tǒng)內(nèi)不同層次的產(chǎn)品的特點，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。

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