微型计算机可靠性验收试验探讨

刘 博，陈 鹏

(国家广播电视产品质量监督检验中心，北京 100015)

微型计算机可靠性验收试验探讨

刘 博，陈 鹏

(国家广播电视产品质量监督检验中心，北京 100015)

可靠性试验是对产品的可靠性进行分析评价的一种手段。以微型计算机为研究对象，对其进行可靠性试验。试验采用定时截尾方法，分别采用点估计和区间估计的方法对平均无故障时间(MTBF)进行处理。通过对试验数据的分析，对微型计算机做出了较为客观的可靠性评估。

微型计算机；可靠性；平均无故障时间； 定时截尾试验

可靠性是用来描述产品在规定的条件下、规定的时间内，处于无故障(或无失效)的状态术语。随着科技的不断发展，对微型计算机可靠性也提出了更高的要求，更快的处理速度、更加丰富的配置、更便携的体积等，都需要在可靠性的保障下才能充分体现。

可靠性试验是对产品的可靠性进行分析评价的一种手段。近年来，电子产品的可靠性试验研究获得了快速的发展，目前世界上可靠性试验方法有100种以上[1]，而产品不同，试验所要达到的目的不同，试验方式也就不同。

本文通过对微型计算机进行可靠性试验，从而有效评估产品质量。首先介绍可靠性试验原理，其次依据相关标准对可靠性试验方案进行确定，最后对试验数据分别采用了点估计和区间估计的方法进行处理，从而完成微型计算机的可靠性评价。

1 可靠性试验方案

1.1 试验方案的选择

可靠性验收试验方案的确定，首先要假设设备的故障率随时间的分布规律[2]。电子产品的故障率普遍服从指数分布，即故障率是常数。基于指数分布的假设，并综合考虑试验时间和成本，采用定时截尾试验方法。

定时截尾试验方法是验证电子产品可靠性的常用方法之一，这种方法的优点是试验前就已知试验时间，确定了最大接收允许失效数，时间成本较为经济[3]。

1.2 定时截尾试验方案

本文采用国标中的标准试验方案。首先介绍本方案的特征量，生产方风险率α，表示合格产品被拒收的概率，α越大，合格设备被拒收的概率越大。使用方风险率β，是使用方接收不合格设备的概率，β越大，不合格设备被接收的概率相应也就越大。α和β一般取0.10～0.20，高风险率也选择0.30。在本试验中，综合标准的试验方法及实际情况，选择α=β=0.20。

MTBF假设值的上限值m0，一般由设备的预计值来确定。MTBF假设值的下限值m1，当产品的真值接近于这个值时，设备被拒收的概率就会很高。鉴别比Dm是表示m0和m1差别大小的特征量，数值上等于m0与m1的比值，即Dm=m0/m1。Dm小说明m0和m1的差别小，当Dm=1时，不合格的设备100%被拒收，此时不存在风险，这在理论上是不可实现的，同时Dm越小时，试验时间越长。试验方案Dm一般取2或3比较合理，结合实际情况，取Dm=3，则选择《GB/T 5080.7—1986 设备可靠性试验 恒定失效率假设下的失效率与平均无故障时间的验证试验方案》中试验方案5:7[4]，详细试验方案见表1。

表1 试验方案

m0=15 000 h，则截尾时间T=21 900台时，本试验微型计算机样品共20台，则试验时间为1 095 h。在试验过程中，若样品失效数为3个或3个以上，则拒收该产品；若试验结束以后，失效数小于或等于2个，则通过本次可靠性试验。

2 微型计算机可靠性试验方法

2.1 试验环境条件

试验室需要满足的环境条件如下：

室温为35℃；相对湿度为45%～75%RH；大气压力为102.5 kPa。

2.2 电应力条件

为确定产品在正常使用条件下的可靠性水平，试验周期内受试样品在样品额定的电压值±10%的范围内工作，即施加220 V±10%的电源电压。不同电源电压在一个周期内的时间分配分别为：上限值242 V占25%，标称值220 V占50%，下限值198 V占25%。

2.3 故障的分类与处理

在整个试验过程中，运行检查程序，出现以下情况之一[5]时可记为一次故障：

1)受试样品在试验中出现了性能参数超出了规定值的上下限时；

2)受试样品在试验中出现了零部件的损坏或元器件的失效而使其不能完成规定的功能时。

故障根据其产生的类型分为关联性故障和非关联性故障。关联故障是由产品本身性能所决定的，是可以预期的，在试验结果分析时要记入的故障。而非关联故障则不是产品本身性能所决定的故障，是试验要求之外而引起的，非关联故障在试验结果分析时不进行记入。

微型计算机在可靠性试验中如下情形应判为故障：1)Bios档机；2)开机不显示；3)通电不开机；4)运行死机；5)蓝屏；6)不进系统；7)不读卡；8)屏上有白线；9)报警；10)无录音；11)USB无作用；12)风扇有异响。

经判定，20台样机在试验中未出现故障，因此失效数计为0，样品判定为合格。

3 定时截尾试验MTBF的验证值

统计方案参数(m0，m1，Dm，α，β)并不是试验结果，MTBF的下限值m0及上限值m1都是事先规定的，生产方风险率α和使用方风险率β代表产品是否合格的概率，因此，MTBF的验证值必须由试验结果来计算[6]。

3.1 置信度

方案要求的MTBF最低可接收值不低于5 000 h，则取m1=5 000 h，本试验选定的试验方案(GB5080.7 方案5:7)为α=0.2，β=0.2，Dm=3.0，T=1.46m0。

置信度C=(1-2β)×100%，则置信度C=60%。上、下限的置信度为：C′=(1+C)/2，则上、下限的置信度C′=80%。

3.2 接收时MTBF验证值的点估计

MTBF的点估计为

(1)

如果试验过程中没有观测到故障，则采用《GB5080.4—1985 设备可靠性试验 可靠性测定试验的点估计和区间估计方法(指数分布)》推荐的MTBF点估计[7]公式为

(2)

式中：T是产品的总试验时间；r是累积责任故障数。

3.3 接收时MTBF验证值的置信区间估计

根据责任故障数r及置信度C查表，查出置信下限系数mL(C′，r)和置信上限系数mU(C′，r)。按下式计算出置信下限系数mL(C′，r)和置信上限系数mU(C′，r)为

(3)

(4)

若表中的数据不够用，可按下式计算出置信下限系数mL(C′，r)和置信上限系数mU(C′，r)为

(5)

(6)

因此可以推导出

(7)

(8)

可以通过查表得到χ2数据。就可以将故障数r=0这一特殊情况进行处理，进而得到mL。

在本试验整个试验过程中未发生任何责任故障，通过了可靠性验收试验，仅能得到置信下限mL。

(9)

设备无任何责任故障时MTBF的置信下限估计值mL=13 600h，置信下限C′=80%。

4 结论

微型计算机的可靠性试验研究不仅获得了该批次产品的可靠性指标，而且为其他类似产品的可靠性试验设计提供了可靠性数据方面的参考，对微型计算机产品的质量控制和设计改进具有一定的指导意义。

[1]牟致忠. 机械可靠性工程基础[M]. 北京：机械工程师进修大学出版社，1989.

[2]李龙军. 计算机可靠性验证试验方法[J]. 系统工程与电子技术，1994(10)：68-75.

[3]陈鹏，刘博. 数字电视可靠性试验设计[J]. 电视技术，2012，36(20)：105-108.

[4]GB/T5080.7，设备可靠性试验 恒定失效率假设下的失效率与平均无故障时间的验证试验方案[S]. 1986.

[5]GB/T9813，微型计算机通用规范[S]. 2000.

[6]孙玉玉. 定时截尾试验装备评估方法探讨[C]//2013年工业与信息化产品环境技术研讨会论文集.大理：《环境技术》杂志，2013：158-160.

[7]GB 5080，设备可靠性试验 可靠性测定试验的点估计和区间估计方法(指数分布)[S]. 1985.

Discussion on Reliability Acceptance Test of Microcomputer

LIU Bo, CHEN Peng

(NationalTestingandInspectionCenterforRadio&TVProductsofChina,Beijing100015,China)

In the dissertation, the reliability test of the microcomputer is carried out. The fixed time truncated test is used in this experiment, and the mean time between failure (MTBF) is processed by the methods of point estimation & interval estimation. Based on the data analysis, a more objective estimation for the microcomputer can be obtained.

microcomputer; reliability; mean time between failure; fixed time truncated test

TB114.3

A

10.16280/j.videoe.2015.01.037

2014-09-25

【本文献信息】刘博，陈鹏.微型计算机可靠性验收试验探讨[J].电视技术,2015，39(1).

刘 博，硕士，工程师，主要从事可靠性理论研究及测试；

陈 鹏，本科，工程师，主要从事环境与可靠性技术研究及应用。

责任编辑：李 薇