1、编号： 自动控制压力实验设备可靠性、维修性、保障性、测试性、安全性、环境适应性分析报告拟 制： 审 核： 批 准： 信阳星宇航天标准件制造有限公司二零一二年九月11 概述为确保产品质量符合要求，达到顾客满意，根据自动控制压力实验设备产品质量保证大纲的规定，对该产品的可靠性、维修性、保障性、测试性、安全性、环境适应性进行分析。2 可靠性分析2.1 元器件清单元件选型上截止阀、减压阀、安全阀等元件经过 GJB150 环境试验，管道采用不锈钢管，接头采用 37航天标准的接头标准，保证了气路可靠性；测控系统元件选择汽车级或者军品级的元件，工作温度覆盖系统工作温度范围，并经过筛选，具有较高的可靠性；电池
2、组选择军品电池。2.2 可靠性预计本器件所采用的元器件有 7 类 13 种共 57 个。其中任一元器件失效，都将造成整个器件失效，即器件正常工作的条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个串联模型。该器件是可修复产品，寿命服从指数分布，根据可靠性理论，其平均故障间隔时间与失效率成反比，即：MTBF= 1/ （1）pi所用元器件均是通用或固化产品，其质量水平、工作应力及环境条件都相对固定，其失效率因子等有关可靠性参数可参考GJB/Z299C-2006 电子设备可靠性预计手册 ，从而采用应力分析法来预计本器件的可靠性指标。本器件一般内置于系统机箱内，使用大环境是舰船甲板或舰船舱内，
3、其环境代号 Ns2，工作温度-40+70，现计算其可靠性指标。2.2.1 PIN 二极管的工作失效率 1p本器件使用 PIN 二极管，其工作失效率模型为（2）KQEbp1式中： 基本失效率，10 -6/h；b2 环境系数；E 质量系数；Q 种类系数。K由表 5.3.11-1 查得基本失效率 =0.21210-6/h；b由表 5.3.11-2 查得环境系数 =14；E由表 5.3.11-3 查得质量系数 =0.05；Q由表 5.3.11-4 查得种类系数 =0.5；K本器件中使用了 18 只 PIN 二极管，故其工作失效率为： hp /10356.8.051402.61 2.2.2 片状电容器的
4、工作失效率 2p本器件选用的片状电容器，其工作失效率模型为：（3）chKCVQEbp2 基本失效率，10 -6/h；b 环境系数；E 质量系数；Q 电容量系数；CV 种类系数；K 表面贴装系数。ch由表 5.7.2-2 查得基本失效率 =0.0063710-6/h；b由表 5.7.2-4 查得环境系数 =11.5；E由表 5.7.2-5 查得质量系数 =1；Q由表 5.7.2-6 查得电容量系数 =0.75；CV由表 5.7.2-7 查得种类系数 =0.3；K3由表 5.7.2-1 查得表面贴装系数 =1.2；ch本器件中共使用了片状电容器 7 只，故其工作失效率为： hp /1054.13.
5、051.0637. 662 2.2.3 电感的工作失效率 3p本器件选用的片状电容器，其工作失效率模型为：（4）CKQEbp3 基本失效率，10 -6/h；b 环境系数；E 质量系数；Q 种类系数；K 结构系数。C由表 5.8.3-1 查得基本失效率 =0.006210-6/h；b由表 5.8.3-2 查得环境系数 =17；E由表 5.8.3-3 查得质量系数 =1；Q由表 5.8.3-4 查得种类系数 =1； K由表 5.8.3-5 查得结构系数 =2；C本器件中共使用了电感 7 只，故其工作失效率为： hp /104756.21062.3 2.2.4 集成电路的工作失效率 4p半导体集成电
6、路的工作失效率模型为：（5）LEVTQp C)(3214 质量系数；Q 温度应力系数；T4 电压应力系数；V 环境系数；E 成熟系数；L、 电路复杂度失效率；1C2 封装复杂度失效率。3由表 5.2.2-2 查得环境系数 =14；E由表 5.2.2-3 查得质量系数 =0.08；Q由表 5.2.2-4 查得成熟系数 =1；L由表 5.2.2-5 查得温度应力系数 =1.02；T由表 5.2.2-14 查得电压应力系数 =1；V由表 5.2.2-19 查得电路复杂度失效率 =0.427210-6/h、1C=0.040610-6/h；2由表 5.2.2-19 查得封装复杂度失效率 =0.16731
7、0-6/h。3本器件使用集成电路 3 只，故其工作失效率为： hp /1083.140)167.04.(12.0427.08. 6664 2.2.5 贴片电阻的工作失效率 5p贴片电阻的工作失效率模型为：（6）RQEbp5式中： 基本失效率，10 -6/h；b 环境系数；E 质量系数；Q 阻值系数。R5由表 5.5.3-1 查得基本失效率 =0.003110-6/h；b由表 5.5.3-3 查得环境系数 =10；E由表 5.5.3-4 查得质量系数 =1；Q由表 5.5.3-5 查得阻值系数 =1；R本器件使用贴片电阻 9 只，故其工作失效率为： hp /10279.10031. 665 2.
8、2.6 射频连接器的工作失效率 6p本组件选用射频连接器，其工作失效率模型为（7）CKPQEbp6 基本失效率，10 -6/h；b 环境系数；E 质量系数；Q 接触件系数；P 插拔系数；K 插孔结构系数；C由表 5.11.1-1 查得基本失效率 =0.030310-6/h；b由表 5.11.1-2 查得环境系数 =10；E由表 5.11.1-3 查得质量系数 =1；Q由表 5.11.1-4 查得接触件系数 =1；P由表 5.11.1-5 查得插拔系数 =1；K由表 5.11.1-8 查得插孔结构系数 =0.3；C本器件使用接插件 13 只，故其工作失效率为： hp /1087.13.0103.
9、 666 62.2.7 印制板的工作失效率 7p印制板的工作失效率模型为（ 8）CQEbpN217、 基本失效率，10 -6/h， 取值为 0.0001710-6/h， 取1b2 1b2b值为 0.001110-6/h；N 使用的金属化孔数； 环境系数；E 质量系数；Q 复杂度系数； C由表 5.13.1-1 查得环境系数 =13；E由表 5.13.1-2 查得质量系数 =1.0；Q由表 5.13.1-3 查得复杂度系数 =1.0；C本器件使用印制板 1 块，故其工作失效率为667 1038.10.0. p2.2.8 焊接点的工作失效率 8p焊接点的工作失效率模型为：（9）QEbp8 基本失效
10、率，10 -6/h；b 环境系数；E 质量系数；Q由表 5.13.2-1 查得基本失效率 =0.00009210-6/h；b由表 5.13.2-2 查得环境系数 =10；E由表 5.13.2-3 查得质量系数 =1.0；Q7本组件共有约 100 个焊接点,其工作失效率为：=0.00009210-6101100=0.09210-6/h8p2.2.9 开关的总工作失效率 p开关的总失效率为：=p81iPi=（1.3356+0.1154+1.4756+0.8031+0.279+1.1817+0.03861+0.092）10 -6=5.32110-6/h故平均故障间隔时间为：MTBF=1/ =1879
11、34 hp该开关的 MTBF 指标要求为大于 50000h，因此，理论分析表明开关的平均故障间隔时间可以达到要求。2.3 可靠性数据分析根据前面计算得到的各种元器件的工作失效率和 GJB299C 列出的失效率模式分布，计算整理结果如表 1 所示：从工作失效率的角度看，可能产生故障的主要元器件有以下几种：PIN 二极管，工作失效率占总失效率的 25.1%；绕线电感，工作失效率占总失效率的 27.73%；集成电路，工作失效率占总失效率的 15.09%；表 1 可 靠 性 数 据 分 析 表序 号名 称工 作 失 效 率失效率百分比主要故障模式故障模式频数比1 PIN 二极管 1.335610-6
12、25.1% 开路 50%2 片式电容器 0.115410-6 2.17% 短路 74%3 绕线电感 1.475610-6 27.73% 开路 80%4 集成电路 0.803110-6 15.09% 无输出 23%5 贴片电阻 0.27910-6 5.24% 开路 91.9%8上面 3 种元件的工作失效率之和占总失效率的 67.92%，在元器件选择和装配时应特别加以注意。2.4 故障模式影响故障模式影响是分析元器件主要故障对器件产生的后果，并将其进行严酷度分类。严酷度类别是元器件故障造成的最坏潜在后果的表示。根据严酷度的一般分类原则，可把本器件的严酷度分为三类。类（致命的）这种故障会引起重在经济
13、损失或导致任务失败。类（临界的）这种故障会引起一定的经济损失或导致任务降级。类（轻度的）这种故障不会引起明显的经济损失或系统任务的完成，但会导致非计划性维护和修理。本组件的故障模式影响分析如表 2 所示。6 射频连接器 1.181710-6 22.2% 插损高 80%7 印制板 0.0386110-6 0.73% 孔化不良 60%8 焊接点 0.09210-6 1.73% 虚焊 60%序号 名 称故 障模 式故 障原 因故 障 影 响补 偿措 施严酷度类 别1PIN 二极管开路金丝未键合影响器件性能，严重时功能丧失补焊 类2片式电容器短路 粘结不牢或过量影响器件性能 重新粘接 类3绕线电感开路
14、虚焊 不能提供直流偏置 补焊 类4集成电 无输出静电击穿 驱动器失效 更换器件 类9表 2 故障模式及影响分析表由上表可知，从故障影响严酷度的角度看，属于类严酷度的有 3 种元器件：PIN 二极管、电感和集成电路。属于类严酷度的有 2 种元器件：片式电容，射频连接器。其余的属于类。2.5 结论和建议由上面的分析,可以得出以下结论:1.本组件的平均故障间隔时间可以达到指标大于 50,000 小时的要求。影响本组件工作可靠性的首要器件是绕线电感，其次是 PIN 二极管和集成电路。目前选用的电感都是自制绕线电感，其焊接的质量对组件的可靠性影响最大，因此要重视焊接过程和焊接人员的培训。2.从故障模式的
15、分布来看，元器件的开路故障概率极大，因而在设计方案确定后，应十分重视安装调试工艺，以消除产品潜在故障。3.因为电子产品的故障率曲线是典型的浴盆曲线，因而在产品的研制生产阶段，对部件和组件都必须进行可靠性应力筛选试验，用以发现并消除产品的早期故障，使产品的故障迅速下降到较低的偶然故障阶段，从而保证产品的可靠性。3 保障性本器件复杂度不高，组成相对简单，是整机配套的一个零件，使用要求和用途均由顾客指定，承制方只需要根据顾客指定要求进行简化设计，达到易于安装、更换的目的即可。交付时应提供使用说明书。当顾客要求时，应按顾客路5贴片电阻开路粘接不牢 功能受到影响 重新粘接 类6射频连接器插损高 器件老化
16、、磨损性能变差 更换器件 类7印制板 孔化不良虚焊 性能变差或功能受影响 补焊 类8 焊接点 虚焊 电压击穿 可靠性变差 更换器件 类10要求配合完成相关保障性工作。4 维修性、测试性本器件复杂度不高，对外接口较少，与其它器件的连接相对简单，器件本身的可恢复性维修工作不能在现场进行，现场只能更换代替，故障件需返厂后方可进行维修。因此，该器件在维修性、测试性方面不作过多的分析，设计时主要应考虑便于快速定位检测故障。该器件对外接口为：1 个射频输入端口，3 个射频输出端口，5 个电源供电及控制端子。借助矢量网络分析仪、数字万用表等仪表可方便完成测试和故障检测，定位故障部位。确定故障后，直接将故障件
17、替代更换，返厂维修。5 安全性本器件不含磁性介质，无电磁干扰影响，使用的供电电压为安全电压，器件内不含有毒有害物质，不会对人体造成损害。6 环境适应性环境适应性是指装备在其寿命期预计可能遇到的各种环境的作用下能实现其所有预定功能、性能和不被破坏的能力，是装备的重要质量特性之一。本器件主要应用在舰载电子系统中，系统安置于甲板或舱内。其可能存在的环境条件有日照高温、低温、潮湿、雨雪雾等，现对其进行分析。4.1 高温电子系统处于日照状态下，使各器件工作在相对较高的温度区域内，一般发热器件工作时的温度可达 8090，对于开关，自然条件下一般最高工作温度在 6070。高温对该器件的作用主要表现在以下两个
18、方面：一是物理特性的变化，由于材料膨胀系数的不同，高温下会产生变形，造成某些配合关系的变化，此外，一些非金属材料中的易挥发物质挥发，加速其老化和失效；二是电器性能方面的变化，主要是一些半导体器件对温度的敏感性，使在高温时电性能发生变化。本器件一般安装于封闭机箱内，保持器件与机箱良好的导热可降低器件的工作温度，避免器件内部半导体元件受损、老化，延长其使用寿命。114.2 低温低温与高温对该器件的影响机理相同，同属温度环境的影响。在寒冷地区的冬季，极恶劣的低温条件下约为-40-20。温度变低，主要影响半导体器件的性能，使插入损耗发生变化。对于该开关器件，试验和既往经验表明，温度在-4070变化时，
19、对关键指标插入损耗的影响并不很大。因此，低温下主要是器件的老化影响。4.3 潮湿空气中的湿度过高，会再固体表面附着一层肉眼看不到的水膜，水膜与空气中的酸性气体（如 CO2、SO 2、NO 2等）作用而具有弱酸性。这种水膜使金属零件表面锈蚀，元器件焊点被腐蚀，从而产生断路或电子产品性能下降；此外，水膜还会使陶瓷、玻璃等绝缘电阻下降等。当湿度由低到高变化剧烈时，诸如绝缘陶瓷、玻璃等致密性材料因吸湿性很小而吸湿速度慢，湿气在表面凝聚成水珠，形成凝露现象，使表面电阻下降 1001000 倍。本开关器件置于封闭机箱内，可有效降低潮湿带来的危害影响，加上器件本身采取相关密闭措施，使得其能在潮湿环境下良好工
20、作。4. 盐雾舰载电子系统通常都工作与海面环境下，而盐作为最普遍的化合物之一，必定对舰载电子系统产生影响。在盐雾环境下，盐雾液体是作为电解液存在的，它加速电化学腐蚀过程，使金属或涂层腐蚀生锈、起泡，从而产生构件、紧固件腐蚀破坏，机械器件、组件的活动部位阻塞或黏结，对印刷线路板开路或短路，元件管腿断裂。此外，盐溶液的导电性大大降低了绝缘体表面电阻和体积电阻，影响产品电性能。对该器件进行相关的表面钝化处理可提高其防盐雾能力。4.5 振动和冲击本器件置于舰船上，必然会遇到剧烈的振动和冲击作用。这种振动是随机的，其振幅和不同的频率相对时间随机变化。冲击是很短时间内的剧烈振动，如舰船上的炮弹发射时就会产生很强的冲击。振动和冲击都会对电子元器件产生影响，致使电子电气及机械装置发生故障，对运动的和静止的结构产生机械12的或结构的损坏。在这种环境中，应考虑必要地减振措施。本器件安装在整机系统中，通常，整机系统都有减振装置以缓冲剧烈振动带来的危害影响。通过以上分析表明：开关器件在实际环境中可以满足有关环境要求、可靠地工作。
