通用電子產(chǎn)品全壽命周期可靠性分析方法

李磊+董玉蘭+鄭麗云

摘 要：可靠性是電子產(chǎn)品的不可見(jiàn)質(zhì)量。通用電子產(chǎn)品的故障事件頻發(fā)，但是，現(xiàn)有的針對(duì)電子產(chǎn)品可靠性的研究卻過(guò)于“專(zhuān)一化”，尚未對(duì)通用電子產(chǎn)品在整個(gè)壽命周期過(guò)程的可靠性作出全面的分析。如何在電子產(chǎn)品研制、試驗(yàn)、生產(chǎn)、使用和維修的整個(gè)壽命周期中，對(duì)電子產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行定性分析和量化評(píng)價(jià)，是通用電子產(chǎn)品可靠性分析評(píng)估中急需解決的問(wèn)題。針對(duì)以上問(wèn)題，提出了一種對(duì)電子產(chǎn)品在全壽命周期中的可靠性進(jìn)行定性與定量分析的方法。

關(guān)鍵詞：電子產(chǎn)品 全壽命周期 可靠性分析 方法

導(dǎo)言

在產(chǎn)品的全壽命周期過(guò)程中，產(chǎn)品都需要有許多可靠性的工作進(jìn)行處理，可靠性的數(shù)據(jù)管理是其中一項(xiàng)最重要也是最基本的工作，怎樣對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、獲取、管理是我們主要關(guān)心的問(wèn)題。每種產(chǎn)品都有其與眾不同的點(diǎn)，在全壽命周期中涉及到的可靠性數(shù)據(jù)也各有不同，為了能更好的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性管理來(lái)增加各類(lèi)產(chǎn)品的全壽命周期。就需要對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行深入探討。可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)一般用于工業(yè)或軍用產(chǎn)品的維修之中，對(duì)這些大型的復(fù)雜的設(shè)備進(jìn)行維修管理就需要對(duì)這些設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)包括出的各種故障的參數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，這些數(shù)據(jù)集為該產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)。可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)也是為了增加產(chǎn)品的全壽命周期做準(zhǔn)備。

1、產(chǎn)品全壽命周期的可靠性數(shù)據(jù)的收集、獲取流程

可靠性數(shù)據(jù)是指有利于一切可靠性工作的相關(guān)數(shù)據(jù)。可靠性數(shù)據(jù)也包含一些對(duì)數(shù)據(jù)集的相關(guān)描述。所以，可靠性數(shù)據(jù)總體指對(duì)產(chǎn)品的真實(shí)參數(shù)的數(shù)據(jù)記錄和對(duì)這些真實(shí)數(shù)據(jù)的文字描述的整合。

產(chǎn)品的可靠性工作具有復(fù)雜龐大、階段性突出的特點(diǎn)，所以產(chǎn)品可靠性數(shù)據(jù)至少包括：產(chǎn)品可靠性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品可靠性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品可靠性使用數(shù)據(jù)、產(chǎn)品可靠性工作項(xiàng)目數(shù)據(jù)等。可靠性數(shù)據(jù)在產(chǎn)品全壽命周期中起至關(guān)重要的作用，產(chǎn)品全壽命周期中的流程中包含論證階段、研制階段、生產(chǎn)階段、使用階段，這四個(gè)階段都時(shí)刻進(jìn)行著可靠性工作項(xiàng)目，可靠性工作項(xiàng)目需要用到可靠性數(shù)據(jù)及其他數(shù)據(jù)與信息，這些數(shù)據(jù)需要相關(guān)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)收集管理。由此可見(jiàn)可靠性數(shù)據(jù)管理充斥在產(chǎn)品的整個(gè)全壽命周期中。

可靠性數(shù)據(jù)的管理需要收集、分析、處理和應(yīng)用四個(gè)階段，每一步的側(cè)重點(diǎn)和所需技術(shù)都各不相同，在產(chǎn)品的全壽命周期的整個(gè)過(guò)程之中，前一階段的數(shù)據(jù)信息總是服務(wù)于后一階段的數(shù)據(jù)信息；后一階段的數(shù)據(jù)信息又以前一階段的數(shù)據(jù)信息為基礎(chǔ)。在研制和生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)品逐漸從模型走向?qū)嶓w，可靠性的數(shù)據(jù)與信息也是越積越多；在最后的生產(chǎn)使用階段可靠性的數(shù)據(jù)積累至最多且數(shù)據(jù)都一一確定下來(lái)，維修數(shù)據(jù)也是至關(guān)重要的，它在產(chǎn)品以后的維修階段起很重要的借鑒作用。

2、可靠性數(shù)據(jù)管理在產(chǎn)品全壽命周期中的具體應(yīng)用

2.1在產(chǎn)品維修當(dāng)中的應(yīng)用

以可靠性數(shù)據(jù)管理為中心的維修是產(chǎn)品維修的必要環(huán)節(jié)，產(chǎn)品的數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性的采集、歸納、管理有便于我們確定產(chǎn)品任意部件的故障最優(yōu)管理策略。基于可靠性數(shù)據(jù)管理的維修可以使產(chǎn)品能以最佳的費(fèi)用獲得良好的安全性、可靠性、穩(wěn)定性、完好性維修措施，可以保證有效維修過(guò)程的實(shí)施。

2.2預(yù)測(cè)及生命周期管理中的應(yīng)用

產(chǎn)品的預(yù)測(cè)與生命周期管理也需要依賴(lài)有效的數(shù)據(jù)測(cè)量及管理，在設(shè)備產(chǎn)品的工作能力不斷降低之前，檢測(cè)產(chǎn)品設(shè)備的工作性能和預(yù)估產(chǎn)品可能即將發(fā)生的故障，與相關(guān)要素相結(jié)合，利用可靠的數(shù)據(jù)管理，將非預(yù)測(cè)性的故障維修轉(zhuǎn)換成為可預(yù)測(cè)性的維修，或?qū)Ξa(chǎn)品設(shè)備的工作性能和對(duì)其維修的工作量降到最小而安排最佳時(shí)間。

可靠性的數(shù)據(jù)管理用來(lái)預(yù)測(cè)設(shè)備產(chǎn)品的故障發(fā)生有利于減少非預(yù)測(cè)性的維修中的一些不必要的維修過(guò)程，這樣做不僅可以減少人力、物力、財(cái)力上的不必要浪費(fèi)，還可以進(jìn)一步提升產(chǎn)品的使用性能和全壽命周期。這是可靠性數(shù)據(jù)管理在產(chǎn)品的全壽命周期中良好應(yīng)用的典型案例。

3、通用電子產(chǎn)品全壽命周期可靠性分析方法研究

3.1可靠性分析理論

3.1.1可靠性預(yù)計(jì)

可靠性預(yù)計(jì)主要用于電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段。在這個(gè)階段，根據(jù)電子產(chǎn)品的可靠性模型、結(jié)構(gòu)、材料和工作環(huán)境等信息定量地估計(jì)其組成單元及系統(tǒng)的可靠性水平。其作用在于能夠提前發(fā)現(xiàn)各種設(shè)計(jì)指標(biāo)是否滿(mǎn)足要求，找到較弱的環(huán)節(jié)，同時(shí)也可為改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)方案提供依據(jù)。目前，國(guó)內(nèi)開(kāi)展可靠性預(yù)計(jì)工作所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)主要是由工信部電子五所制定的GJB/Z299C《電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)》。GJB/Z299C是在充分地分析大量的可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)使用數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上編制而成的，它適用于我國(guó)的電子產(chǎn)品，同時(shí)也借鑒了美國(guó)、英國(guó)和法國(guó)等國(guó)家的可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)的優(yōu)點(diǎn)。該標(biāo)準(zhǔn)涉及21類(lèi)元器件，包括部分國(guó)產(chǎn)元器件和部分進(jìn)口元器件。它對(duì)這些元器件的預(yù)計(jì)模型、各種參數(shù)和基本失效率的圖表和公式進(jìn)行了深入的研究，并且給出了采用應(yīng)力分析法和元器件計(jì)數(shù)法進(jìn)行電子產(chǎn)品可靠性預(yù)計(jì)所需要的各種信息和圖表，應(yīng)用范圍比較廣泛。GJB/Z299D預(yù)計(jì)明年可以發(fā)布。

3.1.2可靠性評(píng)估

可靠性評(píng)估貫穿于電子產(chǎn)品研制、試驗(yàn)、生產(chǎn)、使用和維修的整個(gè)壽命周期中。在研制階段，對(duì)各項(xiàng)可靠性試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，可以驗(yàn)證試驗(yàn)的有效性；在定型階段，根據(jù)可靠性鑒定試驗(yàn)的結(jié)果，可以評(píng)估產(chǎn)品的可靠性水平是否達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，從而為生產(chǎn)決策提供管理信息；在生產(chǎn)階段，根據(jù)驗(yàn)收試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以評(píng)估產(chǎn)品的可靠性能否達(dá)到所要求的水平；在早期使用階段，通過(guò)收集分析和評(píng)估現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)能夠找出早期故障的原因，加強(qiáng)可靠性篩選，提高產(chǎn)品的可靠性；在使用過(guò)程中，定期地對(duì)電子產(chǎn)品進(jìn)行可靠性分析和評(píng)估，有利于及時(shí)地對(duì)可靠性水平低下的電子產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)。

3.1.3加速壽命試驗(yàn)

加速壽命試驗(yàn)是在不改變電子產(chǎn)品的失效機(jī)理、不增加新的失效模式的前提下，通過(guò)提高一些應(yīng)力的強(qiáng)度以加速失效進(jìn)程的試驗(yàn)方法，一般適用于電子產(chǎn)品壽命長(zhǎng)，急需縮短試驗(yàn)時(shí)間進(jìn)行產(chǎn)品壽命定量驗(yàn)證的情況。根據(jù)加速試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，可以定量地評(píng)估產(chǎn)品的壽命，指導(dǎo)電子產(chǎn)品的后期維護(hù)、保障。但是，需要注意的是，在開(kāi)展加速壽命試驗(yàn)之前，首先需要開(kāi)展可靠性預(yù)計(jì)，并且需要確保電子產(chǎn)品的可靠性預(yù)計(jì)的結(jié)果是滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的；否則，開(kāi)展加速壽命試驗(yàn)的效果可能就會(huì)不理想。

3.2可靠性分析方案流程

本文結(jié)合電子產(chǎn)品全壽命周期的特點(diǎn)及各生產(chǎn)和使用者開(kāi)展電子產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)、驗(yàn)證和評(píng)估工作的需求，提出了電子產(chǎn)品可靠性定性與定量分析相結(jié)合的方法，具體的過(guò)程如下所述。

3.2.1根據(jù)各個(gè)生產(chǎn)廠家和使用者提供的電子產(chǎn)品的數(shù)據(jù)，開(kāi)展可靠性預(yù)計(jì)工作通過(guò)可靠性預(yù)計(jì)，分析各個(gè)廠家的產(chǎn)品是否達(dá)到了可靠性設(shè)計(jì)的要求，是否具備開(kāi)展驗(yàn)證試驗(yàn)、可靠性評(píng)估和加速試驗(yàn)的條件。若預(yù)計(jì)結(jié)果符合要求，則繼續(xù)進(jìn)行下一步的驗(yàn)證、試驗(yàn)工作；否則，就要提出改進(jìn)建議，建議廠家改進(jìn)設(shè)計(jì)。

3.2.2按標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)

不同領(lǐng)域的電子產(chǎn)品開(kāi)展可靠性試驗(yàn)應(yīng)參照不同的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于一般的軍用電子產(chǎn)品，可按照GJB899A-2009開(kāi)展可靠性試驗(yàn)，以定性地考核其可靠性是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3.2.3收集可靠性數(shù)據(jù)

要求各個(gè)電子產(chǎn)品生產(chǎn)廠家提供產(chǎn)品研制過(guò)程的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，判斷數(shù)據(jù)是否足以支撐開(kāi)展可靠性評(píng)估。

結(jié)語(yǔ)

產(chǎn)品全壽命周期的可靠性數(shù)據(jù)管理的基礎(chǔ)是建成一個(gè)可靠性數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，系統(tǒng)需直觀、易懂。系統(tǒng)的模式可以按照不同的產(chǎn)品的特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，國(guó)內(nèi)外已有許多產(chǎn)品全壽命周期可靠性數(shù)據(jù)管理的系統(tǒng)建成的非常優(yōu)秀的典型案例，我們都可拿來(lái)進(jìn)一步的對(duì)比、借鑒并進(jìn)行深入探討，最終得到我們自己滿(mǎn)意的系統(tǒng)。

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