昝愛幫

（武漢數(shù)字工程研究所 武漢 430205）

1 引言

艦載電子產(chǎn)品功能要求多、組成復(fù)雜，實(shí)際研制生產(chǎn)過程中會(huì)大量選用國產(chǎn)化器件，必然會(huì)引入一定數(shù)量的潛在缺陷，從而使得產(chǎn)品的實(shí)際可靠性水平受到影響。環(huán)境應(yīng)力篩選作為剔除產(chǎn)品早期缺陷的重要手段，主要是通過向產(chǎn)品施加應(yīng)力以激發(fā)缺陷，使其發(fā)展成為故障并加以糾正，從而提高產(chǎn)品的可靠性［1～3］。

艦載電子產(chǎn)品開展環(huán)境應(yīng)力篩選的傳統(tǒng)依據(jù)文件包括《海軍電子裝備環(huán)境應(yīng)力篩選實(shí)施方法》和GJB1032A-2020，二者均強(qiáng)調(diào)的是采用隨機(jī)振動(dòng)和溫度循環(huán)兩類單項(xiàng)應(yīng)力，實(shí)施過程中難免存在反復(fù)拆裝產(chǎn)品以及過應(yīng)力篩選的問題［4～6］。本文通過分析現(xiàn)階段艦載產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選方法及其特點(diǎn)，提出了綜合環(huán)境應(yīng)力篩選方法，為研制單位高效開展環(huán)境應(yīng)力篩選提供參考。

2 艦載電子產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選常規(guī)方法

目前，艦載電子產(chǎn)品篩選主要采用“順從式”篩選，即嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范要求的篩選條件來開展篩選。篩選的應(yīng)力主要選擇隨機(jī)振動(dòng)和溫度循環(huán)，篩選的程序是“缺陷剔除隨機(jī)振動(dòng)→缺陷剔除溫度循環(huán)→無故障檢驗(yàn)溫度循環(huán)→無故障檢驗(yàn)隨機(jī)振動(dòng)”。常見的篩選條件見表1。

3 艦載電子產(chǎn)品常規(guī)環(huán)境應(yīng)力篩選問題及其對策

艦載電子產(chǎn)品采用常規(guī)方法開展篩選時(shí)，主要面臨是反復(fù)拆裝、過篩選和篩選對缺陷剔除不充分的問題。當(dāng)前篩選采用單應(yīng)力篩選，程序?qū)嵤┥蠈㈦S機(jī)振動(dòng)和溫度循環(huán)交叉進(jìn)行，使得需要在振動(dòng)臺和試驗(yàn)箱之間反復(fù)拆裝產(chǎn)品，從而影響產(chǎn)品交付進(jìn)度。為此，研制單位可考慮采用三綜合（振動(dòng)、溫度和濕度應(yīng)力）可靠性試驗(yàn)箱來完成篩選。

至于過篩選問題，則主要是由于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的篩選條件往往超出了艦載電子產(chǎn)品使用環(huán)境條件。目前艦載電子產(chǎn)品開展振動(dòng)試驗(yàn)的主要依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是GJB150.16A-2009，開展可靠性試驗(yàn)的主要依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是GJB899A-2009。其主要的振動(dòng)條件見表2［7～11］。從表2 可知，艦載電子產(chǎn)品振動(dòng)試驗(yàn)頻率范圍覆蓋的是1Hz～200Hz，隨機(jī)振動(dòng)功率譜峰值是0.01g2/Hz，與表1 所給的隨機(jī)振動(dòng)頻率范圍20Hz～2000Hz，隨機(jī)振動(dòng)功率譜峰值0.04g2/Hz存在明顯差異。理論上，艦載電子產(chǎn)品應(yīng)按照其振動(dòng)環(huán)境條件開展耐振動(dòng)環(huán)境設(shè)計(jì)，強(qiáng)度設(shè)計(jì)會(huì)取一定的安全系數(shù)，但不會(huì)過度設(shè)計(jì)以降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

表2 艦載電子產(chǎn)品振動(dòng)試驗(yàn)參數(shù)

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，艦載電子產(chǎn)品在可靠性試驗(yàn)和裝備交付后的早期，常發(fā)生較多故障，通常是由于環(huán)境應(yīng)力篩選不充分造成的，因?yàn)槌Ｒ?guī)篩選主要采用的是單應(yīng)力，而較多采用國產(chǎn)化工業(yè)級器件的艦載電子產(chǎn)品，常時(shí)間面臨的是綜合環(huán)境應(yīng)力，很多綜合應(yīng)力下才能激發(fā)的間歇缺陷難以在常規(guī)方法中得到剔除。

綜上所述，采用綜合環(huán)境應(yīng)力篩選方法對艦載電子產(chǎn)品開展篩選是科學(xué)且高效的，能很好地釋放產(chǎn)品在將來可靠性試驗(yàn)和實(shí)際中環(huán)境中可能存在的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

4 艦載電子產(chǎn)品綜合環(huán)境應(yīng)力篩選方法及其應(yīng)用

艦載電子產(chǎn)品綜合環(huán)境應(yīng)力篩選采用的是恒定溫度、溫度變化、振動(dòng)、電應(yīng)力多應(yīng)力綜合環(huán)境。實(shí)際上，GJB1032A-2020 的第7.2.3 節(jié)強(qiáng)調(diào)“環(huán)境應(yīng)力篩選可采取”溫度、振動(dòng)同時(shí)施加的綜合環(huán)境應(yīng)力；《海軍電子裝備環(huán)境應(yīng)力篩選實(shí)施方法》的附錄中給出了采用綜合環(huán)境應(yīng)力的強(qiáng)化篩選方法。借鑒航空產(chǎn)品的綜合環(huán)境應(yīng)力篩選經(jīng)驗(yàn)［12］，提出艦載電子產(chǎn)品綜合環(huán)境應(yīng)力篩選方法，具體見表3，對應(yīng)的篩選剖面見圖1。

圖1 綜合環(huán)境應(yīng)力篩選剖面

表3 艦載電子產(chǎn)品綜合環(huán)境應(yīng)力篩選方法

艦載電子產(chǎn)品綜合環(huán)境應(yīng)力篩選的溫度循環(huán)數(shù)N由產(chǎn)品一個(gè)溫度循環(huán)的時(shí)間來決定，其計(jì)算方法是

式中，T0表示由GJB1032A 附錄B 所確定的缺陷剔除時(shí)間，取值為40h；Tc表示由GJB1032A 附錄A 通過溫度測定確定的一個(gè)循環(huán)時(shí)間，包括高溫保持時(shí)間、低溫保持時(shí)間和升降溫時(shí)間；[]?表示取整。

某型號艦載計(jì)算機(jī)由于生產(chǎn)批量大，有較高的質(zhì)量一致性要求。為了確保交付進(jìn)度，同時(shí)提升產(chǎn)品的使用可靠性水平，采用了上述綜合環(huán)境應(yīng)力篩選方法，與傳統(tǒng)篩選方法相比，提高了篩選效率。

5 結(jié)語

環(huán)境應(yīng)力篩選作為裝備研制生產(chǎn)的一項(xiàng)工序已經(jīng)融入研制單位生產(chǎn)過程。對于批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，其實(shí)施過程耗費(fèi)的人力、物力、財(cái)力巨大，必須基于成本分析改進(jìn)當(dāng)前的篩選方法。本文聚焦于艦載電子產(chǎn)品當(dāng)前環(huán)境應(yīng)力篩選的問題，分析了環(huán)境試驗(yàn)和可靠性試驗(yàn)的振動(dòng)應(yīng)力，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)提出了適用于艦船電子產(chǎn)品的綜合環(huán)境應(yīng)力篩選方法，為船舶行業(yè)相關(guān)產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選的高效實(shí)施提供借鑒。