電子通訊設備的可靠性設計技術探討

摘要：介紹了保障可靠性指標的設計技術、電磁兼容設計技術、熱設計技術、耐環境設計技術和軟件可靠性設計技術等在電子通訊設備中的應用。

關鍵詞：可靠性設計 可靠性指標 電磁兼容 熱設計 軟件可靠性

1．引言

在競爭趨于白熱化的今天，用戶越來越重視產品的質量，電子設備制造商僅靠降低成本來獲取市場的舉措已不大可能解決問題。影響產品質量的因素很多，其中產品的可靠性對于提高其質量起到了很大的作用。

目前，許多企業已經了從“以檢驗手段來保證產品質量”這一傳統的質量觀念轉變為當代質量觀。這是因為后者的內容比前者有了很大的擴展和延伸、而可靠性是其重要內容之一。強調實施全方位、全過程的管理，提出“產品可靠性是設計出來的，生產出來的，管理出來的”，將可靠性技術融入到產品的設計中，從源頭上確保產品的可靠性，達到提高可靠性和降低開發成本的雙重目的，從而提高產品的市場競爭力。電子設備的可靠性設計技術包括的內容很多，筆者認為可以從以下幾個方面進行考慮:保障可靠性指標的設計技術、EMC設計技術、熱設計技術、耐環境設計技術和軟件可靠性設計技術等。

2.保障可靠性指標的設計技術

對于用戶而言，最關心的是設備的可用性。對于電子通訊設備而言，常用可靠性指標和維修性指標來定量要求其性能。影響設備的可靠性指標的因素有很多，一般通過采用元器件的控制、降額設計、簡化設計、冗余設計和健壯設計等可靠性設計技術來保障和提高設備的可靠性指標。

2.1元器件的控制

電子通訊設備主要是由電子元器件組成。元器件的可靠性，將直接影響設備的可靠性。因此，為了保證電子通訊設備的可靠性，減少元器件的品種和規格，正確選擇和合理應用元器件，降低綜合保障費用和壽命周期費用，必須對元器件進行控制。為了確保元器件使用的可靠性，必須對設備的研制、生產及使用各階段的元器件的選擇、采購、監制、驗收、篩選、貯存、保管和使用等選用全過程實施有效的質量與可靠性管理。

2.2降額設計技術

降額設計就是使元器件或電子設備工作時承受的工作應力適當低于元器件或電子設備的額定值，從而達到降低基本故障率、提高使用可靠性的目的。電子通訊設備的可靠性對電應力和溫度應力較敏感，因此降額設計就顯得更加突出，是必不可少的可靠性設計技術。

2.3簡化設計技術

從系統的基本可靠性模型中可以看出，組成設備的單元數目越多，設備的可靠度就越低。由此可見，在保證設備性能要求的前提下，盡可能地使設備的設計簡單化，即采用簡化設計技術。在提高可靠度的同時，采用簡化設計也可以降低設備的維修工作量以及生產成本。

2.4余度設計技術

以軟件功能代替硬件功能。余度設計技術余度(冗余)設計是設備獲得高可靠性的一種較常用的設計方法。“余度”就是指設備具有一套以上能完成給定功能的單元，只有當規定的幾套單元都發生故障時設備才會喪失功能，從而使得設備的任務可靠性得到提高。但是余度設計使得設備的復雜性、重量、成本和體積增加，使設備的基本可靠性降低。工程經驗認為只有在采用更好的元器件和采用簡化設計、降額設計等技術都無法滿足設備的可靠性要求時，或者改進元器件所需的費用比設備采用余度技術的費用更高時，才采用余度設計技術。

2.5健壯設計技術

所謂健壯設計就是使設備的性能對制造期間的變異或使用環境的變異不敏感，并且使設備在其壽命周期內，不管其參數、結構發生漂移或老化(在一定范圍內)，都能持續滿意地工作的一種設計技術。健壯設計主要是一種尋求低成本和高穩定性的系統優化設計方法。它的指導思想就是以用戶需求為牽引，采用質量功能展開(QFD)、三次設計等方法精心優化設計方案，把問題解決在設計階段，以最小的代價獲得高穩定性，即健壯的產品。

QFD采用加權評分的方法，對設計、工藝等要求的重要性作出評定，標識出了產品的關鍵部件、關鍵工藝，從而為三次設計的開展指出了方向。一個完整的質量功能展開包括產品規劃、零件規劃、工藝規劃和生產規劃等4個階段。三次設計指的是系統設計、參數設計及容差設計。此外，FMEA、FTA、WCCA和DOE等都是實現健壯設計的重要方法。

3．電磁兼容(EMC)設計技術

隨著電子設備的普及，電子設備的種類迅猛增加，電磁頻譜日益緊張，電子設備的EMC問題不斷地暴露出來，加上國內EMC技術開展得比較晚，這方面的問題就更加突出。不過，近年來EMC設計技術也得到了很大的發展，形成了一些比較完整的理論體系和問題解決方案。集中體現在接地設計、屏蔽設計、濾波設計和瞬態抑制技術等幾個方面。

4．熱設計技術

隨著電子通訊設備向高密度、集成化的方向發展，設備的散熱問題越來越突出，成為影響其性能和可靠性的重要因素之一。因此，熱設計得到了普遍的關注，熱設計技術得到了廣泛的應用。所謂熱設計就是指采用冷卻、加熱或恒溫等措施，保證電子設備及元器件在規定的溫度范圍內正常工作的一種可靠性設計方法。電子通訊設備熱設計的目的就是要根據設備的熱特征及可靠性指標，確定其合理的散熱方法，用較少的成本獲得高可靠的設備。電子設備的熱設計要與電路設計、結構設計和維修性設計等同時進行，以滿足設備的可靠性和維修性要求。

參考文獻:

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