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美国可靠性工程实践之环境因素

导读: 技术依据给出设备可靠性与它在寿命周期内所遇到的使用条件的关系,在设计过程的开始准确地了解这些条件是十分重要的。

一、概述1、方法:在设计过程的开始,确定设备寿命期间将会遇到的使用条件。2、益处:在设计过程中,要求考虑所确定的每种环境因素,这样就能保证设计出足够的环境强度以确保可靠性。3、已成功使用该方法的项目:空间电子火箭试验(SERT)I和II、通讯技术卫星(CTS), ACTS、空间实验、运载器、空间供电系统和自由空间站。

美国可靠性工程实践之环境因素

二、实施方法为了确保面向可靠性的设计,应规定设备所需的抵御环境的能力,第一步要求就是确定设备的使用环境。为此,应研究包含这种信息的寿命周期的环境剖面。1.寿命周期的环境剖面是预报产品从制造到报废所经受的各种事件及有关环境条件。寿命周期包括产品将遇到的各个阶段,如:装卸、运输或使用前的贮存;任务之间的各种安排(贮存、备用或转送到修理场地,或从修理场地运回);预期部署的地理位置以及平台的环境等。应确定在每个阶段设备将遇到的环境或组合环境,要对所有的部署方式作为一种基线给以说明,以便识别与每个寿命周期阶段有关的最可能的环境。下列因素也应加以考虑:a.硬件配置;b.将遇到的各种环境;c.平台/硬件接口;d.与其它设备的接口;e.暴露状态的绝对和相对持续时间;f.各种环境条件发生的概率;g.地理位置;h.任何有助于确定影响产品环境条件的其它信息。2.研究寿命周期环境剖面的步骤如下:1)描述设备的每个产品从工厂最后验收到最后耗尽或从库存清单中清除预期的各种事件。2)识别各种预期的装运、贮存和后勤事件(如运输、休眠贮存、备用、装卸和准备方式等)的有影响的自然的和诱发的环境或环境的组合。3)描述设备在寿命周期内将经受的环境和应力条件(用叙述的和统计的形式表示),数据可通过计算、实验室试验或工作测量得到。估算的数据应该用所确定的实际的数值代替。剖面应指出在获得应力和设计要求的平均值及其差异(用标准偏差表示)时所用的测点数。这种分析能用于:制定与预期的使用条件相一致的环境设计规范;评价环境条件变化的可能影响以及为将来在同一型号计划或其它型号计划使用时,对选择规范的依据提供可追溯性。表1列出了典型的环境因素。

表1 环境作用范围检查表(典型的)

美国可靠性工程实践之环境因素

三、技术依据给出设备可靠性与它在寿命周期内所遇到的使用条件的关系,在设计过程的开始准确地了解这些条件是十分重要的,表1列出了严重影响设备可靠性的环境因素,它提供了环境作用范围(典型的)检查表。同时作用(组合)的环境与单一环境的影响相比可能对可靠性更为不利。在确定设计过程特点时,必须考虑单一的和/或组合的环境两种情况的设计/试验准则,以便使硬件有能力经得住在系统剖面中所识别的危险。图1用矩阵关系说明了典型的组合环境的影响,它指出了哪些环境组合的总体影响比每种环境单独作用的累积影响更具有破坏性。例如,一个正被运输的产品可能会暴露在一个诸如温度、湿度、高度、冲击和振动的组合环境之中。应研究从验收到寿命终结整个历史这些组合环境的影响。表2给出了影响可靠性的许多环境因素对。

美国可靠性工程实践之环境因素

图1 组合环境因素的影响

表2 各种环境组合

美国可靠性工程实践之环境因素

表2(续1)

美国可靠性工程实践之环境因素

表2(续2)

美国可靠性工程实践之环境因素

对存在的标一种环境因索,都需要确定它对所设计设备使用的材料和零件的工作与可靠性特性的影响,应确定能提供必要的防护来对付导致性能下降的因素的封装技术。在选择环境强度技术之前的识别环境应力的过程中,主要应考虑与设备所有寿命阶段有关的各种应力。这包括工作和维修环境以及工作之前的环境,这种环境应力在厂成品制造、组装、检验、试验、装运和安装过程中对零件产生的影响,可能会严重影响设备的可靠性。而设备在工作之前所受的应力常常被忽略。但是,它们可能代表了设备必须经受的特别苛刻的环境。系统在运输和安装过程中遭遇到的环境往往比它们在正常工作条件下所遇到的环境更严酷。也有可能在系统设计中含有的某些环境强度特性针对在工作之前所遇到的环境条件而不是针对实际使用期间设备所经受的环境条件。环境应力以不同方式影响零件,表3列出了典型环境对系统零件和材料的主要影响。对于大多数电子产品来说,高温是十分严酷的应力,因为它不仅可能会导致灾难性的失效(例如焊点熔化和固态器件烧毁),而且主要由于化学降解作用还会使产品的可靠性逐步变差。温度过高往往被认为是电子设备可靠性差的主要原因。

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