王 瑋

（航天恒星科技有限公司 北京 100095）

1 引言

可靠性工程已成為系統(tǒng)壽命周期中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它關(guān)系到系統(tǒng)任務(wù)的成?。?］。可靠性是系統(tǒng)保證任務(wù)能力的重要體現(xiàn)，直接影響系統(tǒng)型號(hào)的立項(xiàng)、研制、履約和使用等各個(gè)環(huán)節(jié)。根據(jù)系統(tǒng)型號(hào)產(chǎn)品的特點(diǎn)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重要度高，需要采用多種先進(jìn)技術(shù)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)高、型號(hào)需求重要等特點(diǎn)［2］，因此對(duì)可靠性有更高的要求；船舶產(chǎn)品除了以上特點(diǎn)外使用時(shí)的濕度、振動(dòng)環(huán)境也有特殊要求［3］，因此對(duì)產(chǎn)品可靠性有更高的要求。

對(duì)單機(jī)產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)驗(yàn)證，一般分兩個(gè)部分。第一個(gè)部分是在工程研制階段的可靠性預(yù)計(jì)，是對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的考核，可靠性預(yù)計(jì)值要大于可靠性規(guī)定值，才能保證設(shè)計(jì)可靠性滿(mǎn)足要求，以及后續(xù)生產(chǎn)出的產(chǎn)品滿(mǎn)足合同值。型號(hào)產(chǎn)品往往要求可靠性預(yù)計(jì)值滿(mǎn)足合同中的規(guī)定值，才能開(kāi)展后續(xù)的投產(chǎn)、試驗(yàn)，以確保設(shè)計(jì)可靠性滿(mǎn)足要求。第二個(gè)部分是在定型鑒定階段，根據(jù)產(chǎn)品的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計(jì)模型，進(jìn)行可靠性評(píng)估?？己肆水a(chǎn)品的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、工藝實(shí)現(xiàn)能力等［4］。

2 任務(wù)剖面建立原則

裝備系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈產(chǎn)品一般裝在導(dǎo)彈上或者導(dǎo)彈發(fā)射車(chē)上的發(fā)射架上。數(shù)據(jù)鏈產(chǎn)品的導(dǎo)彈掛在飛機(jī)上時(shí)，一般經(jīng)歷的任務(wù)階段有：掛飛、自檢、發(fā)射和自主飛［5］。對(duì)應(yīng)的工作模式有：靜默、小功率、中功率和大功率。一般，不同的任務(wù)階段，數(shù)據(jù)鏈產(chǎn)品的工作模式不同。

不同的任務(wù)階段，產(chǎn)品的工作模式不同，元器件的功率、工作電壓等工作參數(shù)［6］就不同，帶來(lái)的可靠性影響就不同。一方面環(huán)境系數(shù)不同，另一方面工作應(yīng)力不同，導(dǎo)致的元器件失效率就不同，可靠度就不同。如表1 所示，不同的任務(wù)階段帶來(lái)的元器件工作應(yīng)力情況［7］。

表1 任務(wù)階段與工作模式

例如：某型號(hào)任務(wù)的任務(wù)剖面見(jiàn)圖1 所示。T0-導(dǎo)彈發(fā)射時(shí)刻。

圖1 任務(wù)剖面模型

3 可靠性模型建立原則

產(chǎn)品的基本可靠性反映的是產(chǎn)品對(duì)維修人力費(fèi)用和后勤保障資源的需求，故產(chǎn)品的各個(gè)模塊故障均會(huì)引起維修人力、資源的保障，因此應(yīng)為全串聯(lián)模型［8］；任務(wù)可靠性是產(chǎn)品在規(guī)定的任務(wù)剖面中完成規(guī)定功能的能力。在不同的任務(wù)階段應(yīng)有不同的任務(wù)可靠性模型［9］。

3.1 可靠性框圖

圖1 為任務(wù)剖面，圖2 為任務(wù)可靠性框圖模型。在圖1 任務(wù)剖面中的各任務(wù)階段中，雖然可靠性框圖均為圖2，但是每個(gè)模塊的可靠度和故障率不同，因?yàn)楦麟A段內(nèi)的環(huán)境應(yīng)力和工作應(yīng)力不同。

圖2 可靠性框圖

3.2 可靠度數(shù)學(xué)模型

元器件和設(shè)備是電子產(chǎn)品，故障率函數(shù)服從指數(shù)分布?？煽啃钥驁D為串聯(lián)，見(jiàn)式（1）。為確保任務(wù)成功，模塊中的元器件為串-并-旁聯(lián)模型；串聯(lián)電路模塊內(nèi)故障率函數(shù)為各元器件故障率相加，可靠度函數(shù)為各可靠度連乘見(jiàn)式（2）；并聯(lián)電路模型見(jiàn)式（3）；旁聯(lián)電路模型見(jiàn)式（4）：

其中：Ri（t）為第i 個(gè)時(shí)間段可靠度，i=1，2，3；j 為第j個(gè)模塊；Rij（t）為第i時(shí)間段第j個(gè)串聯(lián)模塊可靠度；ti為第i 個(gè)時(shí)間段內(nèi)的工作時(shí)間（每個(gè)時(shí)間段的基準(zhǔn)時(shí)間為0）；lijm為第i時(shí)間段第j個(gè)模塊中第m個(gè)元器件故障率；RL為旁聯(lián)模塊中的選擇器件可靠度。

其中l(wèi)ijm與元器件工作的時(shí)間段中的工作應(yīng)力Gk、環(huán)境應(yīng)力L/F 均有關(guān)系。全任務(wù)階段段可靠度模型是串聯(lián)模型，可靠度見(jiàn)式（5）：

4 各任務(wù)階段元器件可靠性預(yù)計(jì)

4.1 預(yù)計(jì)方法

按照GJB/Z299C《電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)》中元器件應(yīng)力分析法［10］的要求，對(duì)本項(xiàng)目開(kāi)展可靠性預(yù)計(jì)。預(yù)計(jì)遵循的原則如下：

1）可靠性預(yù)計(jì)主要參數(shù)參考器件手冊(cè)和項(xiàng)目原理圖；對(duì)查不到的元器件參數(shù)和GJB/Z299C 沒(méi)有包含的元器件，借用雷同元器件的參數(shù)和可靠性值進(jìn)行預(yù)計(jì)［11］；

2）本產(chǎn)品為電子產(chǎn)品，故障函數(shù)為指數(shù)模型，故障率在每個(gè)任務(wù)時(shí)間階段為常數(shù)；

3）預(yù)計(jì)參數(shù)無(wú)法獲取的，按照最?lèi)毫忧闆r預(yù)計(jì)可靠度。

4.2 元器件預(yù)計(jì)參數(shù)

按照GJB/Z299C《電子設(shè)備工作可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)》中的元器件失效率模型，收集元器件固有參數(shù)和使用參數(shù)，進(jìn)行預(yù)計(jì)。收集信息表示例詳見(jiàn)表2。GJB/Z299C 和MIL217F［12］經(jīng)過(guò)足夠數(shù)量的相應(yīng)元器件失效統(tǒng)計(jì)模擬出的失效率模型。在信息收集時(shí)，需注意以下幾點(diǎn)：

表2 半導(dǎo)體單片模擬集成電路

1）根據(jù)GJB/Z299C 的元器件分類(lèi)，如果目標(biāo)元器件類(lèi)別不清晰的，如半導(dǎo)體數(shù)字電路也可能是FPGA，則兩種都計(jì)算，選擇失效率結(jié)果高的作為結(jié)果值；不在GJB/Z299C 的元器件分類(lèi)中的，問(wèn)廠(chǎng)家要失效率數(shù)據(jù)；

2）信息要準(zhǔn)確，才能確保失效率結(jié)果較為準(zhǔn)確，例如，元器件的結(jié)溫，可以通過(guò)熱仿真獲得結(jié)溫，也可知悉殼溫、熱耗、熱阻計(jì)算得到結(jié)溫［13］；熱耗在第三章分析的在不同的任務(wù)階段、工作模式，有不同的熱耗，結(jié)溫不同，失效率就不同。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)以上分析，可以總結(jié)出電子產(chǎn)品元器件可靠性預(yù)計(jì)技術(shù)需要注意以下幾點(diǎn)：

1）需要建立電子產(chǎn)品的任務(wù)剖面，分析任務(wù)剖面中的不同任務(wù)階段，產(chǎn)品的不同工作模式、以及元器件的工作方式，確定工作應(yīng)力的不同，主要是功率、工作電壓等；

2）任務(wù)剖面中的不同任務(wù)階段的工作環(huán)境可能不同，因此，按照GJB/Z299C 的環(huán)境分類(lèi)，劃分最接近的環(huán)境類(lèi)別，可適當(dāng)調(diào)整環(huán)境π系數(shù)，系數(shù)需通過(guò)專(zhuān)家審核確定；

3）質(zhì)量等級(jí)根據(jù)元器件使用時(shí)的二次篩選、DPA 檢測(cè)、復(fù)驗(yàn)管理等手段的加強(qiáng)，質(zhì)量等級(jí)系數(shù)可適當(dāng)降低π系數(shù)，系數(shù)需通過(guò)專(zhuān)家審核確定；

4）元器件的信息收集需要準(zhǔn)確，尤其是質(zhì)量等級(jí)、功耗、結(jié)溫、門(mén)數(shù)（位數(shù)、晶體管數(shù)）、管腿數(shù)、封裝形式等。結(jié)溫的取值方式可以是傳感器測(cè)量、熱仿真、熱成像、殼溫-功耗計(jì)算等途徑，力求準(zhǔn)確，才能保證計(jì)算出的可靠度準(zhǔn)確。