某型装备大修后的使用年限的分析

何志红 王钰 陈丁

摘 要：对于装备大修后适用年限长是装备使用单位比较关心的问题，然而装备设计研发人员很难对此作出确定性的结论。根据从事可靠性工程与技术研究多年经验，从概率原理结合产品特点出发，将产品大修后的工作年限进行了详细分析与阐述，最终得到了对此问题较为较为确定性的结论。

关键词：产品特性；大修方式：大修程度；MTTF；可靠性

1 可靠性概念

关于可靠度定义是在规定的条件下和规定的时间区间内无故障持续完成规定功能的概率。工程上对于电子产品一般用指数分布进行拟合，这是使用得非常广泛的一种分布。在工程应用中常将用一个专门术语MTTF（mean time to failure）表示，称为平均失效前时间，它就是不可修复元件的平均寿命，也就是产品中组成最小可更换单元的元件的平均寿命[1]。

2 电子元器件寿命分析

2.1 浴盆曲线

许多实际元件的故障率特性的形状象一个浴盆，所以又简称“浴盆曲线”。通常将其分为三个区间，第I个区间常称初期损坏期或调试阶段。第Ⅱ个区间常称正常使用或有效寿命期，故障率为常数，这时故障的发生纯属偶然，是唯一适用指数分布的区域。第Ⅲ个区间则代表衰耗或元件疲劳屈服的阶段，这时故障率随时间急剧上升。电子元件有一个较长的有效寿命期，在这段时间的特性是l趋近一个常数。对于该型号装备来讲，就可将其看成一个复杂的大型电子设备。在工程应用中，常常假设大多数元件可以通过经常而细心的维护和预防性维修使其维持在经济有效寿命期内，这样一来，就可以利用指数分布模拟元件和系统的可靠性，使问题的分析大大简化。

2.2 影响电子元件寿命因素

该型号装备大部分电子元器件都作了严格的失效率等级控制，其控制等级l一般在亚7级水平。理论上每一个组成的电子元器件理论上应为100多年。影响电子元器件寿命有：环境条件的影响、电环境的影响、使用情况的影响、突发情况的影响，其中环境条件和电环境影响最为突出。

2.2.1 环境条件

南方地区的气候特点对材料、电子元器件的影响最重要是高温高湿，盐碱，霉菌等，尤其是高温高湿，高湿能加速金属腐蚀，改变介电特性，促进材料分解、长霉及形变等，介质通常具有表面吸附和体内吸湿两种，体内吸湿比表面吸附更严重，特别是高温同时存在的情况下，除使其机械、化学、电气特性劣化以外，还会加速其老化。北方气候的特点是空气寒冷，干燥、风沙，灰尘及风霜冰雪等，尤其是寒冷、风沙、灰尘和冰雪对材料和电子元器件的影响比较显著，低温影响设备的启动性能，可能使膨胀系数不一致的键合材料之间或焊接出现断裂或虚焊等，使密封材料的密封性能变差，从而导致器件性能变坏。

2.2.2 电环境影响

该型号装备属于大型复杂的机械电子设备，其中强电与弱电并存，数字电路与模拟电路几乎各占一半，机械部分也起着显著的作用。虽然在设计中采用了各种措施来保护，但是只能减缓或降低综合环境应力的作用。

2.3 从统计学上的分析

对于以上情况对电子元器件或电子设备的综合影响，在定大修期限的时候，我们考虑到极端情况，即产品一直连续工作后，也能保证随时随地战斗所需的情况下，大部分电子元器件进入耗损期，大部分电子元器件损耗期T=（平均使用使命/一直开机时间）=105h/（24h*365）=11年，根据军品的可靠性保证需要（或裕量观点）将其定为10年。

因此，该型号装备是可修系统，其失效概率函数也服从负指数分布，其中的组成部分属于大串联结构，到了大部分电子元器件（70%～80%）都进入耗损期时，通过大修的方式，更换故障率l大于亚7级水平的电子元器件或寿命器件来延续正常使用寿命，从而保证其故障率为一个恒定的常数，维持其特性不变。其实际的XX型号装备使用情况，其占空比（工作比）约为1：5，其实际的影响可以作一修正，这就是为什么有些电子元器件可以使用上20多年的原因[2]。

3 延长电子元器件寿命的措施

通过上述的分析，大修后，怎么保证该型号装备继续使用8～10年。这就要结合前边提到的两个问题：大修的方式和大修的程度（最小可更换单元）。提供的大修方案中，修理的方式由三种：更换、检修、维护保养。

更换：在到大修期限后，更换掉可靠性水平低于亚7级产品的电子元器件，当然包括短寿命器件和在实际的售后服务中收集到的一些质量水平不高的元器件。检修：因为该型号装备是一个大型的电子设备，我们在设计的过程中考虑到维修的便利，基本上设计成模块化的形式方便维修。维护保养：主要针对机电产品和纯机械产品，因为其在该型号装备服役期间，上文论述的影响对其可靠性水平影响不大，所以我们可以通过维护保养的方式从而達到其技术状态的完好[3]。

通过以上的大修以后的产品，其使用寿命由前期未更换掉的电子元器件的可靠性水平决定（故障率l小于亚7级水平），经过分析过：一般的电子元器件（故障率l小于亚7级水平）在该型号装备的使用条件中可以使用到20年，所以大修完后整个产品的期限近10年。

[参考文献]

[1]陈丁，董吉印，董惠林，等.某型雷达检测适配器的研制[J].电子测量技术，2013，36（9）：119-122.

[2]曹晋华，程侃.可靠性数学引论[M].北京：高等教育出版社，2012.

[3]总装备部标准化委员会.GJB450A-2004 装备的可靠性工作通用要求[S]北京：中国标准出版社，2004.