艦載電子產品綜合環境應力篩選方法研究?

昝愛幫

（武漢數字工程研究所 武漢 430205）

1 引言

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

艦載電子產品開展環境應力篩選的傳統依據文件包括《海軍電子裝備環境應力篩選實施方法》和GJB1032A-2020，二者均強調的是采用隨機振動和溫度循環兩類單項應力，實施過程中難免存在反復拆裝產品以及過應力篩選的問題［4～6］。本文通過分析現階段艦載產品環境應力篩選方法及其特點，提出了綜合環境應力篩選方法，為研制單位高效開展環境應力篩選提供參考。

2 艦載電子產品環境應力篩選常規方法

目前，艦載電子產品篩選主要采用“順從式”篩選，即嚴格按照標準或規范要求的篩選條件來開展篩選。篩選的應力主要選擇隨機振動和溫度循環，篩選的程序是“缺陷剔除隨機振動→缺陷剔除溫度循環→無故障檢驗溫度循環→無故障檢驗隨機振動”。常見的篩選條件見表1。

3 艦載電子產品常規環境應力篩選問題及其對策

艦載電子產品采用常規方法開展篩選時，主要面臨是反復拆裝、過篩選和篩選對缺陷剔除不充分的問題。當前篩選采用單應力篩選，程序實施上將隨機振動和溫度循環交叉進行，使得需要在振動臺和試驗箱之間反復拆裝產品，從而影響產品交付進度。為此，研制單位可考慮采用三綜合（振動、溫度和濕度應力）可靠性試驗箱來完成篩選。

至于過篩選問題，則主要是由于標準規定的篩選條件往往超出了艦載電子產品使用環境條件。目前艦載電子產品開展振動試驗的主要依據標準是GJB150.16A-2009，開展可靠性試驗的主要依據標準是GJB899A-2009。其主要的振動條件見表2［7～11］。從表2 可知，艦載電子產品振動試驗頻率范圍覆蓋的是1Hz～200Hz，隨機振動功率譜峰值是0.01g2/Hz，與表1 所給的隨機振動頻率范圍20Hz～2000Hz，隨機振動功率譜峰值0.04g2/Hz存在明顯差異。理論上，艦載電子產品應按照其振動環境條件開展耐振動環境設計，強度設計會取一定的安全系數，但不會過度設計以降低產品的生產成本。

表2 艦載電子產品振動試驗參數

數據統計發現，艦載電子產品在可靠性試驗和裝備交付后的早期，常發生較多故障，通常是由于環境應力篩選不充分造成的，因為常規篩選主要采用的是單應力，而較多采用國產化工業級器件的艦載電子產品，常時間面臨的是綜合環境應力，很多綜合應力下才能激發的間歇缺陷難以在常規方法中得到剔除。

綜上所述，采用綜合環境應力篩選方法對艦載電子產品開展篩選是科學且高效的，能很好地釋放產品在將來可靠性試驗和實際中環境中可能存在的技術風險。

4 艦載電子產品綜合環境應力篩選方法及其應用

艦載電子產品綜合環境應力篩選采用的是恒定溫度、溫度變化、振動、電應力多應力綜合環境。實際上，GJB1032A-2020 的第7.2.3 節強調“環境應力篩選可采取”溫度、振動同時施加的綜合環境應力；《海軍電子裝備環境應力篩選實施方法》的附錄中給出了采用綜合環境應力的強化篩選方法。借鑒航空產品的綜合環境應力篩選經驗［12］，提出艦載電子產品綜合環境應力篩選方法，具體見表3，對應的篩選剖面見圖1。

圖1 綜合環境應力篩選剖面

表3 艦載電子產品綜合環境應力篩選方法

艦載電子產品綜合環境應力篩選的溫度循環數N由產品一個溫度循環的時間來決定，其計算方法是

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

某型號艦載計算機由于生產批量大，有較高的質量一致性要求。為了確保交付進度，同時提升產品的使用可靠性水平，采用了上述綜合環境應力篩選方法，與傳統篩選方法相比，提高了篩選效率。

5 結語

環境應力篩選作為裝備研制生產的一項工序已經融入研制單位生產過程。對于批量生產的產品，其實施過程耗費的人力、物力、財力巨大，必須基于成本分析改進當前的篩選方法。本文聚焦于艦載電子產品當前環境應力篩選的問題，分析了環境試驗和可靠性試驗的振動應力，結合工程經驗提出了適用于艦船電子產品的綜合環境應力篩選方法，為船舶行業相關產品環境應力篩選的高效實施提供借鑒。