自動(dòng)控制壓力實(shí)驗(yàn)設(shè)備可靠性、維修性、保障性、測(cè)試性、安全性、環(huán)境適應(yīng)性分析報(bào)告

1、共享知識(shí)分享快樂(lè)編號(hào):自動(dòng)控制壓力實(shí)驗(yàn)設(shè)備可靠性、維修性、保障性、測(cè)試性、安全性、環(huán)境適應(yīng)性分析報(bào)告擬制：審核：批準(zhǔn)：信陽(yáng)星宇航天標(biāo)準(zhǔn)件制造有限公司二零一二年九月1概述為確保產(chǎn)品質(zhì)量符合要求，達(dá)到顧客滿(mǎn)意，根據(jù)自動(dòng)控制壓力實(shí)驗(yàn)設(shè)備產(chǎn)品質(zhì)量保證大綱 的規(guī)定，對(duì)該產(chǎn)品的可靠性、維修性、保障性、測(cè)試性、安全性、環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行分析。2可靠性分析2.1 元器件清單元件選型上截止閥、減壓閥、安全閥等元件經(jīng)過(guò)GJB150環(huán)境試驗(yàn)，管道采用不銹鋼 管，接頭采用37。航天標(biāo)準(zhǔn)的接頭標(biāo)準(zhǔn)，保證了氣路可靠性；測(cè)控系統(tǒng)元件選擇汽車(chē)級(jí)或者軍 品級(jí)的元件，工作溫度覆蓋系統(tǒng)工作溫度范圍，并經(jīng)過(guò)篩選，具有較高的可靠性；電池組

2、選擇軍品電池。2.2 可靠性預(yù)計(jì)本器件所采用的元器件有7類(lèi)13種共57個(gè)。其中任一元器件失效，都將造成整個(gè)器件 失效，即器件正常工作的條件是各元器件都能正常工作。因此，本器件的可靠性模型是一個(gè) 串聯(lián)模型。該器件是可修復(fù)產(chǎn)品，壽命服從指數(shù)分布，根據(jù)可靠性理論，其平均故障間隔時(shí)間與失效 率成反比，即：YMTBF= 1/f( 1)所用元器件均是通用或固化產(chǎn)品，其質(zhì)量水平、工作應(yīng)力及環(huán)境條件都相對(duì)固定，其失效 率因子等有關(guān)可靠性參數(shù)可參考GJB/Z299C-2006電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)，從而采用應(yīng)力分析法來(lái)預(yù)計(jì)本器件的可靠性指標(biāo)。本器件一般內(nèi)置于系統(tǒng)機(jī)箱內(nèi)，使用大環(huán)境是艦船甲板或艦船艙內(nèi)，其環(huán)境代號(hào)

3、Ns2,工 作溫度-40 C+70C，現(xiàn)計(jì)算其可靠性指標(biāo)。2.2.1 PIN二極管的工作失效率f本器件使用PIN二極管，其工作失效率模型為'p1='bZl E_1 qZI k( 2)式中：七基本失效率10-6/h ；二E環(huán)境系數(shù)；二Q質(zhì)量系數(shù)；二K種類(lèi)系數(shù)。由表5.3.1查得基本失效率-b =0.212 x 106/h ；由表53112查得環(huán)境系數(shù)二e=14;由表5.3.1L3查得質(zhì)量系數(shù)二q=0.05 ;由表53114查得種類(lèi)系數(shù)：k=0.5 ;本器件中使用了 18只PIN二極管，故其工作失效率為：pi =0.212 10-6 14 0.05 0.5 18 =1.3356 1

4、0A/h2.2.2 片狀電容器的工作失效率“2本器件選用的片狀電容器，其工作失效率模型為：,p2 二'b E.q.CV . K ch-b基本失效率，106/h ；二E環(huán)境系數(shù)；: Q質(zhì)量系數(shù)；二CV電容量系數(shù)；二K種類(lèi)系數(shù)；二ch表面貼裝系數(shù)。由表5.7.2-2查得基本失效率b =0.00637 X 10 6/h ；由表5.7.24查得環(huán)境系數(shù) e=11.5 ;由表5.7.2-5查得質(zhì)量系數(shù)Q=1 ;由表5.7.2-6查得電容量系數(shù)-cv =0.75 ;由表5.7.2-7查得種類(lèi)系數(shù)二k =0.3 ;由表5721查得表面貼裝系數(shù)二面=1.2 ;本器件中共使用了片狀電容器7只，故其工作失

5、效率為：P2 =0.00637 7/11.5 1 0.75 0.3 1 7=0.1154 107h2.2.3 電感的工作失效率 P 3本器件選用的片狀電容器，其工作失效率模型為： , * *1 */ 4 ，p3=，b_. E-. Q_. K_. C( ) b基本失效率 7 0-6/h ；二E環(huán)境系數(shù)； : Q-質(zhì)量系數(shù)； : K-種類(lèi)系數(shù)；Mc結(jié)構(gòu)系數(shù)。由表5.831查得基本失效率-b =0.0062 X 10-6力；由表5.8.3-2查得環(huán)境系數(shù)二e=1 7;由表5.8.33查得質(zhì)量系數(shù)二。二1 ；由表5834查得種類(lèi)系數(shù)二k=1 ；由表5.8.3-5查得結(jié)構(gòu)系數(shù)二c=2;本器件中共使用了電

6、感7只，故其工作失效率為：P3 =0.0062 10“ 17 1 1 2 7=1.4756 10A/h2.2.4 集成電路的工作失效率4半導(dǎo)體集成電路的工作失效率模型為：,p4 £qc1 YTS C2 c3)'YEfYL( 5 )Q質(zhì)量系數(shù)； T溫度應(yīng)力系數(shù)； V電壓應(yīng)力系數(shù)；"E環(huán)境系數(shù)； : L成熟系數(shù)；Cl、C2電路復(fù)雜度失效率；C3封裝復(fù)雜度失效率。由表522-2查得環(huán)境系數(shù)二e=1 4;由表522-3查得質(zhì)量系數(shù)二q=0.08 ；由表522-4查得成熟系數(shù)二l二1 ；由表5225查得溫度應(yīng)力系數(shù)T=1.02 ;由表5.2.214查得電壓應(yīng)力系數(shù)；：v=1；

7、由表5.2.219查得電路復(fù)雜度失效率G=0.4272 XIO-6/h、C2=0.0406X 10 6/h ;由表52219查得封裝復(fù)雜度失效率C3=0.1673 Xl0-6/h。本器件使用集成電路3只，故其工作失效率為：p4=0.08 0,4272 10u 1.02 1 (0.0406 0.1673) 10 14 1 3 = 0.8031 10A/h2.2.5 貼片電阻的工作失效率 丘貼片電阻的工作失效率模型為：'p5 二，b.E .Q .R( 6)式中：-b基本失效率，106/h ；二E環(huán)境系數(shù)；Q質(zhì)量系數(shù)；二R阻值系數(shù)。由表553-1查得基本失效率八=0.0031 X 10 6/

8、h ；由表553-3查得環(huán)境系數(shù)二e=1 0;由表5.5.3-4查得質(zhì)量系數(shù)二q=1 ；由表5,5.3-5查得阻值系數(shù)二r=1 ；本器件使用貼片電阻9只，故其工作失效率為：p5 =0.0031 10 占 10 1 1 9 = 0.279 10»/h2.2.6 射頻連接器的工作失效率 P 6本組件選用射頻連接器，其工作失效率模型為,p6=, b：；:甘（7） b基本失效率，10-6/h ；二E環(huán)境系數(shù)；二Q質(zhì)量系數(shù)； : P一接觸件系數(shù)； -K插拔系數(shù)； : C插孔結(jié)構(gòu)系數(shù)；由表5.11.1-1查得基本失效率b =0.0303 X 10-6/h .由表5.11.12查得環(huán)境系數(shù)-：E=

9、10;由表5.11.L3查得質(zhì)量系數(shù)二q=1 ；由表查得接觸件系數(shù)二p=1 ；由表5.11.1-5查得插拔系數(shù)二k=1 ；由表5.11.1-8查得插孔結(jié)構(gòu)系數(shù)c=0.3 ；本器件使用接插件13只，故其工作失效率為：P6 =0.0303 10H 10 111 0.3 13 = 1.1817 10A/h227印制板的工作失效率s印制板的工作失效率模型為H-* */ 8 ,p7 = *bl, b2WE _、Q _. C()打i打2基本失效率7 O-6/h ,焉取值為0.00017 X 10-6/h，丸b2取值 、為 0.0011 X 10-6/h ；N使用的金屬化孔數(shù)； E環(huán)境系數(shù)； : Q質(zhì)量系數(shù)

10、；二c復(fù)雜度系數(shù)；由表5.13.L1查得環(huán)境系數(shù)二e=13;由表5.13.L2查得質(zhì)量系數(shù)二q=1.0 ;由表5.13.L3查得復(fù)雜度系數(shù)二c=1.0 ;本器件使用印制板1塊，故其工作失效率為1=0.00017 11 0.001110“ 13 1 1 = 0.03861 10)2.2.8焊接點(diǎn)的工作失效率應(yīng)焊接點(diǎn)的工作失效率模型為： p8=, b .E .Q(9)b基本失效率1 0-6/h ；二E 一環(huán)境系數(shù)；Q 質(zhì)量系數(shù)；由表5.1321查得基本失效率b =0.000092 X 10-6/h ；由表5.13.2-2查得環(huán)境系數(shù)二e=10 ；由表5.13.2-3查得質(zhì)量系數(shù)二q=1.0 ;本組

11、件共有約100個(gè)焊接點(diǎn)，其工作失效率為：P8 =0.000092 X 10 6X 10X 1X 100=0.092 X 10 6/h229開(kāi)關(guān)的總工作失效率p開(kāi)關(guān)的總失效率為：-8,P = T 'Pii4=(1.3356+0.1154+1.4756+0.8031 +0.279+1.1817+0.03861 +0.092 )X 10 6=5.321 X 10-6小故平均故障間隔時(shí)間為：MTBF=1/，P =187934 h該開(kāi)關(guān)的MTBF旨標(biāo)要求為大于50000h,因此，理論分析表明開(kāi)關(guān)的平均故障間隔時(shí)間可以 達(dá)到要求。2.3 可靠性數(shù)據(jù)分析根據(jù)前面計(jì)算得到的各種元器件的工作失效率和GJ

12、B299c列出的失效率模式分布，計(jì)算整理結(jié)果如表1所示：從工作失效率的角度看，可能產(chǎn)生故障的主要元器件有以下幾種：PIN二極管，工作失效率占總失效率的25.1%；繞線(xiàn)電感，工作失效率占總失效率的27.73%；集成電路，工作失效率占總失效率的15.09%；表1可靠性數(shù)據(jù)分析表序號(hào)名稱(chēng)工作失效率失效率百分比主要故障模式故障模式頻數(shù)比1PIN二極管1.3356 X 10-625.1%開(kāi)路50%2片式電谷器0.1154 X 10-62.17%短路74%3繞線(xiàn)電感1.4756 X 10-627.73%開(kāi)路80%4集成電路0.8031 X 10-615.09%無(wú)輸出23%5貼片電阻0.279 X 10-6

13、5.24%開(kāi)路91.9%卑微如蜷蟻、堅(jiān)強(qiáng)似大象6射頻連接器1.1817X 10-622.2%插損圖80%7印制板0.03861 X 10-60.73%孔化不良60%8焊接點(diǎn)0.092 X 10-61.73%虛焊60%上面3種元件的工作失效率之和占總失效率的67.92%,在元器件選擇和裝 配時(shí)應(yīng)特別加以注意。2.4 故障模式影響故障模式影響是分析元器件主要故障對(duì)器件產(chǎn)生的后果，并將其進(jìn)行嚴(yán)酷度分類(lèi)。嚴(yán)酷度類(lèi)別是元器件故障造成的最壞潛在后果的表示。根據(jù)嚴(yán)酷度的一般分類(lèi)原則，可把本器件的嚴(yán)酷度分為三類(lèi)。U類(lèi)（致命的）一一這種故障會(huì)引起重在經(jīng)濟(jì)損失或?qū)е氯蝿?wù)失敗。川類(lèi)（臨界的）一一這種故障會(huì)引起一定的

14、經(jīng)濟(jì)損失或?qū)е氯蝿?wù)降級(jí)。w類(lèi)（輕度的）一一這種故障不會(huì)引起明顯的經(jīng)濟(jì)損失或系統(tǒng)任務(wù)的完成，但會(huì)導(dǎo)致非 計(jì)劃性維護(hù)和修理。本組件的故障模式影響分析如表2所示。序號(hào)名稱(chēng)障式故模故障原因故障 影響補(bǔ)償措施嚴(yán)酷度類(lèi)另u1PIN 二極管開(kāi)路金絲未鍵合影響器件性能，嚴(yán)重時(shí)功能喪失補(bǔ)焊n類(lèi)2片式電容器短路粘結(jié)不牢或過(guò)量影響器件性能重新粘接川類(lèi)3繞線(xiàn)電感開(kāi)路虛焊不能提供直流偏置補(bǔ)焊n類(lèi)4集成電無(wú)輸出靜電擊穿驅(qū)動(dòng)器失效更換器件n類(lèi)路5貼片電阻開(kāi)路粘接不牢功能受到影響重新粘接“類(lèi)6射頻連接器插損高器件老化、磨損性能變差更換器件川類(lèi)7印制板孔化不良虛焊性能變差或功能受影響補(bǔ)焊“類(lèi)8焊接點(diǎn)虛焊電壓擊穿可靠性變差更換器

15、件“類(lèi)表2故障模式及影響分析表由上表可知，從故障影響嚴(yán)酷度的角度看，屬于U類(lèi)嚴(yán)酷度的有3種元器件：PIN二極 管、電感和集成電路。屬于川類(lèi)嚴(yán)酷度的有2種元器件：片式電容，射頻連接器。其余的屬于 W類(lèi)。2.5 結(jié)論和建議由上面的分析，可以得出以下結(jié)論：1 .本組件的平均故障間隔時(shí)間可以達(dá)到指標(biāo)大于50,000小時(shí)的要求。影響 本組件工作可靠性的首要器件是繞線(xiàn)電感，其次是PIN二極管和集成電路。目前選用的電感都是自制繞線(xiàn)電感，其焊接的質(zhì)量對(duì)組件的可靠性影響最大， 因此要 重視焊接過(guò)程和焊接人員的培訓(xùn)。2從故障模式的分布來(lái)看，元器件的開(kāi)路故障概率極大，因而在設(shè)計(jì)方案確定后，應(yīng)十 分重視安裝調(diào)試工藝，

16、以消除產(chǎn)品潛在故障。3.因?yàn)殡娮赢a(chǎn)品的故障率曲線(xiàn)是典型的浴盆曲線(xiàn)，因而在產(chǎn)品的研制生產(chǎn)階 段，對(duì)部件 和組件都必須進(jìn)行可靠性應(yīng)力篩選試驗(yàn)，用以發(fā)現(xiàn)并消除產(chǎn)品的早期故障，使產(chǎn)品的故障迅 速下降到較低的偶然故障階段，從而保證產(chǎn)品的可靠性。3保障性本器件復(fù)雜度不高，組成相對(duì)簡(jiǎn)單，是整機(jī)配套的一個(gè)零件，使用要求和用途均由顧客指 定，承制方只需要根據(jù)顧客指定要求進(jìn)行簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，達(dá)到易于安裝、更換的目的即可。交付時(shí) 應(yīng)提供使用說(shuō)明書(shū)。當(dāng)顧客要求時(shí)，應(yīng)按顧客要求配合完成相關(guān)保障性工作。4維修性、測(cè)試性本器件復(fù)雜度不高，對(duì)外接口較少，與其它器件的連接相對(duì)簡(jiǎn)單，器件本身的可恢復(fù)性 維修工作不能在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)只能

17、更換代替，故障件需返廠后方可進(jìn)行維修。因此，該器 件在維修性、測(cè)試性方面不作過(guò)多的分析，設(shè)計(jì)時(shí)主要應(yīng)考慮便于快速定位檢測(cè)故障。該器件對(duì)外接口為：1個(gè)射頻輸入端口，3個(gè)射頻輸出端口，5個(gè)電源供電及控制端 子。借助矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、數(shù)字萬(wàn)用表等儀表可方便完成測(cè)試和故障檢測(cè)，定位故障部位。 確定故障后，直接將故障件替代更換，返廠維修。5安全性本器件不含磁性介質(zhì)，無(wú)電磁干擾影響，使用的供電電壓為安全電壓，器件內(nèi)不含有毒 有害物質(zhì)，不會(huì)對(duì)人體造成損害。6環(huán)境適應(yīng)性環(huán)境適應(yīng)性是指裝備在其壽命期預(yù)計(jì)可能遇到的各種環(huán)境的作用下能實(shí)現(xiàn)其所 有預(yù)定功能、性能和不被破壞的能力，是裝備的重要質(zhì)量特性之一。本器件主要應(yīng)用

18、在艦載 電子系統(tǒng)中，系統(tǒng)安置于甲板或艙內(nèi)。其可能存在的環(huán)境條件有日照高溫、低溫、潮濕、雨 雪霧等，現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行分析。4.1 高溫電子系統(tǒng)處于日照狀態(tài)下，使各器件工作在相對(duì)較高的溫度區(qū)域內(nèi)，一般發(fā)熱器件工 作時(shí)的溫度可達(dá)8090C,對(duì)于開(kāi)關(guān)，自然條件下一般最高工作溫度在6070c。高溫對(duì)該器 件的作用主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一是物理特性的變化，由于材料膨脹系數(shù)的不同，高溫 下會(huì)產(chǎn)生變形，造成某些配合關(guān)系的變化，此外，一些非金屬材料中的易揮發(fā)物質(zhì)揮發(fā)，加 速其老化和失效；二是電器性能方面的變化，主要是一些半導(dǎo)體器件對(duì)溫度的敏感性，使在 高溫時(shí)電性能發(fā)生變化。本器件一般安裝于封閉機(jī)箱內(nèi)，保持器件與機(jī)箱

19、良好的導(dǎo)熱可降低 器件的工作溫度，避免器件內(nèi)部半導(dǎo)體元件受損、老化，延長(zhǎng)其使用壽命。4.2 低溫低溫與高溫對(duì)該器件的影響機(jī)理相同，同屬溫度環(huán)境的影響。在寒冷地區(qū)的冬季，極 惡劣的低溫條件下約為-40-20 C。溫度變低，主要影響半導(dǎo)體器件的性能，使插入損耗發(fā)生 變化。對(duì)于該開(kāi)關(guān)器件，試驗(yàn)和既往經(jīng)驗(yàn)表明，溫度在-4070C變化時(shí)，對(duì)關(guān)鍵指標(biāo)插入損耗的影響并不很大。因此，低溫下主要是器件的老化影響。4.3 潮濕空氣中的濕度過(guò)高，會(huì)再固體表面附著一層肉眼看不到的水膜，水膜與空氣中的酸性 氣體（如CO、SQ NO等）作用而具有弱酸性。這種水膜使金屬零件表面銹蝕，元器件焊點(diǎn) 被腐蝕，從而產(chǎn)生斷路或電子產(chǎn)