装备贮存寿命综合评价方案

2015-12-10李锴高军李小兵黄道平

电子产品可靠性与环境试验 2015年4期

李锴，高军，李小兵，黄道平

（1.工业和信息化电子第五研究所，广东广州 510610；2.广东省电子信息产品可靠性技术重点实验室，广东广州 510610；3.广州市电子信息产品可靠性与环境工程重点实验室，广东广州 510610；4.华南理工大学自动化科学与工程学院，广东广州 510640）

0 引言

贮存寿命是装备的一个重要的技术指标。近年来，国内外许多学者都对装备贮存寿命评价技术进行了大量的研究。例如：文献 [1]基于装备的定期检测数据，通过对装备贮存可靠性的变化机理进行分析,建立了装备贮存可靠性预测模型，实现了对装备贮存寿命的评价。为了研究装备在长期的贮存过程中环境因素对其可靠性的影响，文献 [2]提出了一种基于BP神经网络的装备贮存可靠性预测模型，利用在装备贮存期间所采集到的环境信息来评估装备的贮存寿命。文献 [3-5]则是根据装备贮存可靠性物理模型和贮存可靠度变化的基本规律，建立装备贮存可靠度预测模型，进而定量、直观地反映装备贮存可靠性随贮存年限变化的规律。从已有的研究成果来看，多数装备的贮存寿命评价方法都只是以装备整机作为研究对象，并没有从装备的各个层次来全面地、系统地评价装备的贮存寿命。

因此，本文结合装备在长期的使用过程中所展现出来的特点和系统内不同层次的产品的特点，提出了一套 “五位一体”的整机加速贮存寿命综合评价方法。结合装备整机、分系统、板级电路和原材料各个级别的贮存寿命信息，对装备的贮存寿命进行了综合评价，为装备定延寿工作提供了支撑。

1 装备整机加速贮存寿命试验综合解决方案

根据加速试验的理论基础可知，掌握产品的失效机理是开展加速试验的前提条件，但是系统的失效机理与失效模式极为复杂，因而难以建立起系统加速试验关系模型，同时，建立的加速试验模型的合理性及其数据基础的准确性也可能存在一定的问题。针对上述情况，本文提出了一套 “五位一体”的装备贮存寿命综合评价方案，即：1）历史贮存信息统计评估；2）整机加速寿命试验与评价；3）整机环境适应性与模拟使用评价；4）板级电路贮存寿命特征检测与评价；5）结构件和原材料贮存加速退化试验与寿命评价。综合长期贮存与加速试验信息、宏观测试与微观分析信息，并结合各个层次的产品的试验、检测与评估的结果，快速地确定导弹的贮存寿命。

装备整机贮存寿命综合评价方案框图如图1所示。

图1 装备整机贮存寿命综合评价方案框图

1.1 装备整机贮存可靠度评估和预测的流程

首先，开展贮存信息的调研与收集工作，掌握装备的型号、批次、样本量和定检维修报告等历史信息，在剔除不符合贮存信息要求的装备信息后，对由贮存年度和贮存可靠度点估计值组成的时间序列按照典型寿命分布进行拟合，利用指数分布、威布尔分布和对数正态分布等典型的寿命分布模型参数计算出对应的模型参数。然后，通过典型的模型的拟合优度检验方法来检验模型的符合性。当整机的贮存可靠度评估和预测符合多种寿命分布模型时，则需要进一步地研究典型模型间的鉴别方法，最终选择出最优的模型。最后，利用确定的模型对整机的贮存可靠度进行预测，估算装备整机的贮存寿命，为下一步开展产品的加速寿命试验提供参考。

导弹贮存可靠度评估和预测方法的流程如图2所示。

图2 装备整机贮存可靠度评估和预测方法流程

图3 加速因子评估的流程

1.2 装备整机贮存加速试验

考虑到装备整机的数量有限，在进行试验计划安排时，可采用系统建模的方法，基于典型的贮存环境和加速环境条件，预估整弹的加速因子。以某型装备整机（除火工品、发动机和机械件以外的整机）为研究对象，采用一种基于应力分析的预计方法来评估该型整机的加速因子，评估的过程中，元器件的激活能信息主要来源于试验数据、相关国家标准、参考文献和国际标准，加速因子评估的流程如图3所示。

1.3 装备整机的环境适应性与使用验证试验

在装备整机（除火工品、发动机和机械件以外的整弹）达到目标贮存年限时，提取1套样品开展环境适应性试验（例如：典型工作环境高低温试验和振动试验等），以确认目标贮存年限内样品的环境适应性，环境适应性试验的验证条件通常可以根据产品的修理验收条件来确定。

对于装备整机而言，根据当前的寿命管理与修理制度，通常是延长两个寿命指标，一个是原位寿命N1，即返厂修理时间延长；一个是总寿命N2，即返厂修理后还可以使用一定年限。

在开展环境适应性试验与使用验证试验时，通常应分别针对等效贮存时间达到了2个寿命年限的装备整机进行验证试验，在N1年内不返厂修理的条件下，验证装备整机能否正常使用及其环境适应性能否满足要求；在返厂修理条件下使用到N2年时，验证装备整机能否正常使用及其环境适应性能否满足要求。

1.4 关键件贮存加速退化试验与检测分析

装备整机上的关键产品，例如：火工品、战斗部、发动机、密封件和储能件等产品的性能参数均具有明显的退化特征，因此，针对该类关键件可以开展贮存加速退化试验，充分利用产品失效前的性能退化信息，预测关键件在加速试验条件下的失效时间，并通过多组加速条件预测关键件的贮存寿命。与加速寿命试验相比，加速退化试验由于其进行寿命评估时不需要依赖失效数据，因而能够极大地缩短试验时间，节约试验样本。关键件贮存加速退化试验的流程如图4所示。

图4 关键件贮存加速退化试验的流程

对开展过贮存加速退化试验的关键件深入开展标准检测工作，查找其典型工艺、设计和材料的潜在问题；对类似于火工品这种专业性强的关键件，开展专项检测与分析，确定火工品的性能和理化特性，为装备整机贮存寿命综合评价提供数据支撑。

1.5 板级电路贮存寿命特征检测分析

板级电路贮存寿命特征检测分析包括两部分的工作即：1）对电路板和焊点的贮存寿命特征进行检测分析，以确认电路板及互连结构的贮存寿命状态；2）对元器件的贮存寿命特征进行检测分析，以确认元器件的贮存寿命状态。

焊点的试验分析包括外观检验、X-ray检查和金相切片分析等项目，目的是为了评估典型焊点的贮存可靠性。电路板的试验分析包括耐电压测试、绝缘电阻测试和金相切片分析，目的是为了评估电路板绝缘电阻能否满足标准要求，以及电路板通孔的质量情况。综合焊点和电路板试验和分析的结果，给出电路板贮存可靠性试验分析结论。

对元器件的贮存寿命特征进行检测分析时，可以采用X-ray检查、超声波扫描（C-SAM）、气密性检查、IVA和内部目检等方法来检查其材料性能和物理结构的退化情况，采用键合强度和芯片剪切来检查其互联结构的退化情况。

在板级电路和元器件检测分析中，如果发现样品存在缺陷，则应进一步对样品进行对比试验或分析，以判断缺陷是在产品制造阶段形成的固有缺陷，还是在贮存环境中形成的贮存缺陷。对于样品存在的固有缺陷，如果在规定的时间内该类缺陷未对产品的使用造成影响，则不应将其作为贮存寿命终了的判据；对于样品存在的贮存缺陷，如果该类缺陷造成了样品的贮存失效或故障，则应将其作为贮存寿命终了的判据。综合板级电路和元器件的合格样品，以及失效样品各项贮存寿命特征检测分析的结果，再参考以往导弹延寿科研板级电路和元器件的贮存寿命特征，检测分析结果，给出板级电路和元器件的贮存寿命特征检测分析结论。

2 整弹贮存寿命综合评价

在开展装备整机贮存加速试验和验证试验、关键件贮存加速退化试验与检测分析以及板级电路贮存寿命特征检测的基础上，结合装备整机贮存历史数据统计分析，综合样机原理分析和工厂修理经验，可对装备的贮存寿命和薄弱环节进行综合分析。

首先，利用装备整机的历史贮存信息和外场可靠性预测结果预测出导弹的贮存寿命。

其次，利用装备整机加速寿命试验与验证试验中所暴露的贮存寿命的影响因素对导弹的贮存寿命进行评估：在装备整机贮存加速寿命试验中，整机每通过一个试验周期的检测，表明整机在不采取修理措施的情况下的残余贮存寿命将增加1年；如检测未通过，且故障为整机贮存寿命影响因素所导致的，则整机贮存寿命不再增加；对于可采取经济、有效的维修措施的整机，整机在采取修理措施后的残余贮存寿命将继续增加1年；对于存在维修成本过高没有修理价值的故障的装备整机，其贮存寿命不再增加。

再次，对于整机上独立于电子部分的关键件，利用贮存加速退化试验得到其贮存寿命结论，其贮存寿命确定的原则与整弹的贮存寿命确定的原则相同；对于包含在电子部分中的关键件，利用贮存加速退化试验对整机贮存寿命结论进行修正。

然后，利用板级电路贮存寿命特征检测的结果，找出整机贮存寿命中的电路板和元器件的薄弱环节，并给出相应的修理建议。

最后，结合装备外场可靠性预测结果以及整机、关键件贮存寿命试验结果，综合样机原理分析和工厂维修经验，最终确定装备整机贮存延寿结论。