電子產(chǎn)品基于故障物理的可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化方法研究

引言：隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)電子產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高。為了滿足人們對(duì)電子產(chǎn)品的需求，電子產(chǎn)品技術(shù)不斷革新，以確保電子產(chǎn)品的使用性、安全性和可靠性等性能。但是在對(duì)電子產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行分析時(shí)并不了解設(shè)計(jì)信息和故障過程，致使產(chǎn)品的性能設(shè)計(jì)與可靠性設(shè)計(jì)相分離，造成“兩張皮”的局面。本文以基于故障物理的可靠技術(shù)為指導(dǎo)，研究電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，希望有效解決電子產(chǎn)品的性能設(shè)計(jì)與可靠性設(shè)計(jì)相分離的問題。

隨著社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)電子產(chǎn)品的要求越來越高，因此，電子產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中，不僅要確保電子產(chǎn)品的使用性，還應(yīng)該確保產(chǎn)品的安全性和可靠性。對(duì)于電子產(chǎn)品的可靠性研究，我國是以故障物理數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、推斷為基礎(chǔ)，但是對(duì)于產(chǎn)品的故障過程和設(shè)計(jì)信息等方面了解的并不是很清楚，因此致使電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和可靠性相分離。為了實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可靠性，必須從統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品的故障物理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成分析故障的過程，以可靠性技術(shù)為指導(dǎo)，采用設(shè)計(jì)優(yōu)化方法將可靠性與設(shè)計(jì)優(yōu)化相結(jié)合。

一、電子產(chǎn)品的可靠性技術(shù)

（一）電子產(chǎn)品的可靠性技術(shù)指標(biāo)

所謂電子產(chǎn)品的可靠性即在規(guī)定時(shí)間和條件下，電子產(chǎn)品完成規(guī)定功能的能力。對(duì)于產(chǎn)品的可靠性水平的衡量既有定性的也有定量的。一般通過可靠度、可靠壽命以及故障率、平均無故障時(shí)間MTBF等評(píng)價(jià)方式來衡量電子產(chǎn)品的可靠性水平。

（二）可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)

可靠性設(shè)計(jì)主要是通過預(yù)計(jì)、分配、技術(shù)設(shè)計(jì)、評(píng)定等方面的工作來完成電子產(chǎn)品的可靠性。在設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)該選用簡單化、插件化、成熟化的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)以及典型的電路，同時(shí)要綜合考慮產(chǎn)品的性能、經(jīng)濟(jì)性以及可靠性等方面，從而提高產(chǎn)品的可靠性。對(duì)于電子產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)一般采用冗余化設(shè)計(jì)、元器件的降額設(shè)計(jì)以及熱設(shè)計(jì)等等。

二、電子產(chǎn)品的可靠性評(píng)價(jià)原理

（一）電子產(chǎn)品的可靠性評(píng)價(jià)方法

由于特定的工作應(yīng)力和環(huán)境應(yīng)力等方面引起的產(chǎn)品故障機(jī)理，從而造成電子產(chǎn)品故障。在分析電子產(chǎn)品的故障過程中，首先要對(duì)故障的原因進(jìn)行分析，確定產(chǎn)品發(fā)生故障的位置、模式、機(jī)理、故障發(fā)生時(shí)間以及故障應(yīng)力等故障信息，然后按照風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，如故障聚類等評(píng)價(jià)方法確定故障類型，這樣在設(shè)計(jì)過程中就能夠明確方向。同時(shí)也可按照競爭故障原理評(píng)價(jià)電子產(chǎn)品的可靠性。

（二）電子產(chǎn)品的可靠性參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

在優(yōu)化設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品的可靠性參數(shù)時(shí)，應(yīng)該先分析設(shè)計(jì)、工藝等方面的參數(shù)敏感性，然后按照對(duì)產(chǎn)品提出的任務(wù)時(shí)間要求優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)和離散特性等。

（三）基于故障物理的可靠性仿真分析流程

在進(jìn)行可靠性仿真分析時(shí)，首先應(yīng)該輸入電子產(chǎn)品的工作載荷、環(huán)境載荷以及產(chǎn)品特性等方面的內(nèi)容。其中工作載荷主要包括產(chǎn)品的電流、電壓、功率以及頻率等內(nèi)容；環(huán)境載荷主要包括電子產(chǎn)品的壽命周期溫度、溫度循環(huán)、溫度梯度、濕度以及壓力、壓力梯度、沖擊等方面的內(nèi)容；產(chǎn)品特性主要包括電子產(chǎn)品的材料、結(jié)構(gòu)、尺寸、連結(jié)關(guān)系及各個(gè)參數(shù)波動(dòng)的范圍等方面的內(nèi)容。將這些內(nèi)容輸入進(jìn)產(chǎn)品壽命周期環(huán)境載荷歷程和產(chǎn)品分析模型中，接著對(duì)其溫度、熱—機(jī)械、機(jī)械等應(yīng)力進(jìn)行分析，分析完成后再分析潛在故障，主要是確定潛在故障的模型和機(jī)理，并對(duì)潛在故障的發(fā)生時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，再接著對(duì)敏感載荷、敏感應(yīng)力以及關(guān)鍵參數(shù)等方面分析其敏感度，最后對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化分析。在設(shè)計(jì)優(yōu)化分析完成后就會(huì)輸出關(guān)鍵故障矩陣、設(shè)計(jì)改進(jìn)建議、產(chǎn)品的壽命分布、設(shè)定的加速試驗(yàn)條件以及可靠性評(píng)估等方面的內(nèi)容。

三、基于故障物理方法的振動(dòng)仿真試驗(yàn)

振動(dòng)仿真試驗(yàn)是一種借助電腦仿真軟件建立電子產(chǎn)品的材料、幾何特性以及振動(dòng)剖面和邊界條件等，從而計(jì)算產(chǎn)品的各單元位移、應(yīng)力以及加速度等，最后結(jié)合故障物理模型計(jì)算平均故障時(shí)間。通過振動(dòng)仿真可以將電子產(chǎn)品的性能設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)相結(jié)合，從而擺脫“兩張皮”的局面。在進(jìn)行振動(dòng)仿真試驗(yàn)時(shí)通過分析振動(dòng)應(yīng)力能夠獲得產(chǎn)品振動(dòng)的模態(tài)和振動(dòng)激勵(lì)條件的相應(yīng)分布，并從中發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中我、的問題，從而有效指導(dǎo)設(shè)計(jì)，為設(shè)計(jì)提供修改建議，進(jìn)而提高產(chǎn)品的耐振動(dòng)設(shè)計(jì)的合理性。同時(shí)將隨機(jī)振動(dòng)和故障物理模型相結(jié)合，以解決工程上的一些難題。

結(jié)語

隨著電子產(chǎn)品技術(shù)的不斷革新，電子產(chǎn)品技術(shù)得到眾多電子企業(yè)的廣泛應(yīng)用、在電子產(chǎn)品市場上，產(chǎn)品的可靠性成為人們衡量產(chǎn)品質(zhì)量的技術(shù)指標(biāo)。因此企業(yè)要不斷優(yōu)化電子產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)，以基于故障物理的可靠性技術(shù)作為指導(dǎo)，將產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)與性能設(shè)計(jì)相結(jié)合，從而擺脫性能設(shè)計(jì)與可靠性設(shè)計(jì)“兩張皮”的局面。

參考文獻(xiàn)

[1]李艷.電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)理論及應(yīng)用概要[J].科技致富向?qū)В?013（08）.

[2]李永紅，曾晨暉.電子產(chǎn)品基于故障物理的可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化方法研究[J].航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2008（04）.

[3]任占勇，武月琴，曾照洋.高可靠性產(chǎn)品的一體化設(shè)計(jì)[J].中國質(zhì)量，2010（03）.

作者簡介

王進(jìn)，1984年7月，性別：女，民族：漢，籍貫：山東省萊蕪市，學(xué)歷：大學(xué)，職稱：助理工程師，研究方向：電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及維護(hù)，從事的工作：儀器儀表的測試及維護(hù)。

（作者單位：山東萊鋼自動(dòng)化部電子公司產(chǎn)品事業(yè)部）