一种电子产品的可靠性评估方法

张晓洁， 王强， 李政

（1.南京熊猫汉达科技有限公司通信技术研究所， 江苏 南京 210002；2.中国电子科技集团第二十八研究所， 江苏 南京 210016）

一种电子产品的可靠性评估方法

张晓洁1， 王强2， 李政1

（1.南京熊猫汉达科技有限公司通信技术研究所， 江苏 南京 210002；2.中国电子科技集团第二十八研究所， 江苏 南京 210016）

针对不便于进行试验室鉴定其可靠性水平的军用电子产品，提出了一种可操作性较强的可靠性评估方法。该方法应用已收集的调试、环境试验等其他的试验数据，通过环境因子的折算，并采用经典法对产品的平均故障间隔时间（MTBF）做出区间估计。 最终完成对评估对象可靠性水平的评估。

可靠性评估；电子产品；区间估计；经典法

0 引言

对于一般的军用电子类装备，要衡量它目前已达到的可靠性水平， 一般采用 GJB 899-1990 《可靠性鉴定和验收试验》的相应方法进行鉴定验收试验。但是，某些装备由于以下原因无法采用标准试验的考核：

a）样本台数少于 2 台[1]。 根据 GJB 899-1990的附录 A3.3.1 对试验样本的要求， 至少有 2 台最多不超过20台的受试设备进行试验。 对某些复杂装备，经常出现研制阶段只有1台设备的情况，此时则由于随机性过大而无法采用 GJB 899 的相应方法进行鉴定验收试验。

b）试验室条件难以满足要求[2]。 有些装备因为体积、重量过大，无法在试验室条件下进行试验。 例如： 某装备一共由 23个独立机柜组成， 每个机柜的体积都大于等于 6 007 001 490（mm）； 系统具有短波话音、数据、文电的传输等多种功能，属于多任务、多阶段系统，工作过程比较复杂。对于此类大型复杂类产品，传统的试验室试验很难满足对系统进行可靠性测评的要求[3]。

在上述条件的限制下，要得到装备目前的可靠性水平， 一般可以采用可靠性评估的方法[4]。 本文介绍一种可靠性评估的方法，对相应的装备运行数据进行收集后，进行区间估计计算，再根据计算结果，对产品的可靠性水平进行评价。

1 方法介绍

采用可靠性评估的方法对产品达到的可靠性水平进行评估，具体的流程如图1所示。

图1 可靠性验证流程

a）明确产品的可靠性要求

根据合同要求，列出被评估对象的可靠性指标， 如 MTBF、 MTBCF 等。

b）确定产品的定义

设备的定义包括设备的组成、功能和任务剖面等。任务剖面是产品在完成规定任务这段时间内所经历的时间和环境的时序描述。

c）建立各种任务剖面下的可靠性框图和模型

不同的任务剖面下建立相应的可靠性框图和模型，以便更好地理解和描述设备的可靠性相关环节。

d）明确产品的故障判据和故障统计原则

满足下列条件之一的，被判定为设备故障：

1）在规定的条件下， 设备不能完成规定的任务或性能指标不满足技术条件；

2）试验中时好时坏， 原因不明；

3）试验中更换未满寿命期的元器件或零件；

4）在规定的应力范围内， 由于机械零件或元器件断裂、变形、破碎和卡死等原因而不能完成规定的功能。

e）按大纲要求和故障判据、 故障统计原则进行实验数据的收集与整理

数据收集的内容包括：

1）设备的性能试验；

2）设备的出厂试验或者例行试验；

3）设备的环境试验；

4）系统/设备的联试试验、 专项试验等；

5）其他补充试验。

f）根据数据情况选取合适的评估方法， 对系统/设备的可靠性进行评估

根据收集的数据，采用区间估计的方法，对产品的 MTBF 做出估计。

g）对评估结果进行分析， 并取得相应的结论和建议

对于得到的结果，如果下限值大于给出的可靠性指标要求，则证明产品达到合同要求；反之，则不能满足要求。

h）完成评估报告

根据收集的数据，计算、分析得出结论，整理后形成报告。

2 数据处理

数据的综合处理分析包括下列内容：

a）通过综合试验计划分析， 挑出那些不能用于可靠性评估的试验项目的数据。

对所有的故障进行故障分析。那些属于非关联性故障的故障信息，包括从属故障、误用故障应给予剔除不计入评估；对属于关联故障的故障信息，要分清是责任故障还是非责任故障，若属于非责任故障，则应不计入评估，否则应计入评估。对不计入评估的这些故障虽然在评估时不利用，但须有认真的分析，并写入评估报告中。

b）汇总可用于可靠性评估的数据， 包括环境、工作时间、关联故障次数等。

对于一些属于关联故障，但经过认真的分析改进，经确认在今后的试验中没有重复出现，则可不将该故障计入评估（产品的工作时间或试验数等仍可以计入评估）。 对可以用于可靠性评估的数据则应分别填入汇总表，对于种种原因剔除的数据应在分析报告中汇总并说明。

c）环境因子的选择

因为采用可靠性评估的方案，而收集数据的范围如系统/设备的联试试验、 专项试验等种类繁多，因此有必要在评估过程中引入环境因子[5]。 环境因子根据 GJB 299C 中规定的有关元器件的环境系数进行比较而得出。例如：某系统是用于水面舰艇， 所以环境因子以 GJB 299C 中设备对应安装部位的环境因子为基准环境。对具体的试验环境进行分析， 选取 πE时，

这是恶劣地面固定（GF2）的 πE值与舰船良好舱内（NS1）的比值。

d）置信度的选取

过低的置信度使结果意义不大，过高的置信度往往不现实。因此，根据数据量的规模、质量和工程上的要求，一般属于样机阶段，综合考虑各方面的情况置信度 γ， 取 γ=0.8。

e）系统的寿命分布类型

以电子元器件为主的产品，可近似地认为是服从指数分布的。

f）评估方法及公式

电子产品，采用经典法根据收集的数据对产品的 MTBF 做出区间估计。 评估公式[2]如下：

MTBF 单侧置信下限

式（1）中： T——总的工作时间， 单位 h；

χ2分布可查数学用表， 或使用 excel的 CHIINV 函数计算获得；

r——故障数。

3 举例分析

某通信系统由收信设备、宽带发信设备、1 kW 窄带发信设备和 5 kW 发信设备 4 个部分组成。根据合同要求，可靠性指标要求如下：

1）宽带发信设备——单路 MTBF=803 h；

2）1 kW 窄带发信——单路 MTBF≥714 h；

3）5 kW 窄带发信——单路 MTBF≥361 h；

4）收信设备——单路 MTBF≥1 388 h。

积累的试验数据如表1所示，可靠性评估数据汇总如表2所示。

表1 积累的试验数据

计算过程如表3所示。

经评估， 宽带发信设备、 1 kW窄带发信设备、5 kW窄带发信设备满足基本可靠性的指标要求；收信设备不满足基本可靠性的指标要求。

4 结论

该方法实用性较强，在不便于实验室条件下验证装备可靠性水平时，可以通过收集处理已有的数据， 进而评估其可靠性水平。 而且， 选择公式（1）对数据进行处理，可以对零故障的数据进行评估。

表2 可靠性评估数据汇总表

表3 可靠性评估计算表

《电子产品环境与可靠性试验》 杂志 2012、2013年增刊出版和征订信息

随着工业和信息化科技与产品的迅速发展，质量与可靠性的科学技术渗透到工业和信息化的各个领域，可靠性与环境适应性问题也越来越受到广泛的关注。为了扩大可靠性与环境适应性技术的应用范畴，探讨技术发展趋势，推动科技工作的不断创新和持续发展以及成果交流，起到总结、提高、借鉴和促进的作用；并解决文稿积压过多、文章发表周期过长的问题，由工业和信息化部主管、工业和信息化部电子第五研究所主办的国内外公开发行、可靠性行业内具有权威性、影响力的专业科技期刊——《电子产品可靠性与环境试验》 杂志在 2012年 5 月、 2013 年 11 月以增刊的形式， 出版论文集。两本增刊各收录了七八十篇论文，专业性强、技术先进、内容和信息丰富、设计精美，欢迎订阅。

《电子产品环境与可靠性试验》 编辑部

A M ethod to Estimate the Reliability of Electronic Equipment

ZHANG Xiao-jie1， WANG Qiang2， LIZheng1
（1.Nanjing Panda Handa Science and Technology Ltd.， Nanjing 210002， China；2.No.28 Research Institute of CETC， Nanjing 210002， China）

To solve the problem of estimating the reliability of somemilitary electronic equipment that is difficult to test for qualification in the laboratory， a method having good operability to assess the reliability is proposed.Themethod refers to the data of debug test and environmental test.The data is adopted by consideration of environmental coefficient.The MTBF（ Mean Time between Failures）is calculated by applying the classical interval estimation theory， and the level of reliability of the equipment is known ultimately.

reliability assessment； electronic equipment； interval estimate； classicalmethod

TB 114.3

:A

:1672-5468（2014）01-0032-04

10.3969/j.issn.1672-5468.2014.01.007

2013-11-11

2013-12-27

张晓洁（1984-）， 女， 山东潍坊人， 南京熊猫汉达科技有限公司（国营第七一四厂）工程师， 主要从事机载短波、超短波无线通信领域国家重点工程项目设计工作。