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终端

六性分析报告

共1册 第1册 共14页

有限公司
二O一六年 月
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目 录

1 概述 2
2 产品用途、特色及系统组成 2
3 产品可靠性、维修性、测试性、保障性、安全性、电磁兼容性性能指标 3
4 产品可靠性、维修性、测试性、保障性、安全性、电磁兼容性管理工作概况 3
5 可靠性分析 4
6 维修性分析 12
7 测试性分析 12
8 保障性分析 13
9 安全性分析 13
10 电磁兼容性 13
11 对产品可靠性、维修性、测试性、保障性、安全性、电磁兼容性设计水平的基本评价 14

1　 概述
为确保产品质量符合要求，根据 终端 技术 指标要求及项目《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　 产品用途、特色及系统组成
2.1　 产品用途、特色
终端以 为移动平台，规范了 等技术要求，适用于各类 的安装使用，为 功能。
终端设备具有抗震性强、安全可靠等特点，能满足 对 设备的要求，具有良好地环境适应能力，可为 提供 等功能。
作为应用于 领域的 系统，系统设备具备以下特点：
a) 自主性： 。
b) 全时性： 。
c) 集成性： 。
2.2　 系统组成
终端包括 终端、平板电脑（如图1）。

图1 终端组成框图
3　 产品可靠性、维修性、测试性、保障性、安全性、电磁兼容性性能指标
产品可靠性指标：
平均故障间隔时间（MTBF）：≥1000h；该项指标允许在试验测试或 试用中考核。
产品兼容性指标：
电磁骚扰特性应符合GB 9254 中B级的要求。
4　 产品可靠性、维修性、测试性、保障性、安全性、电磁兼容性管理工作概况
4.1　 管理机构
a) 公司六性管理在总工程师直接领导下，由生产技术部归口管理，生产技术部设一名设备六性管理专职人员。
b) 为保证设备六性数据的收集、分析、应用形成畅通的渠道，加强对六性管理的组织和协调工作，公司设立设备六性工作小组。由设备六性管理专职兼任工作小组组长。
c) 设备六性工作小组成员包括：生产技术部专业组长，设备管理部各专业组长，采购部两名，测试组、文档组专工各一名。
4.2　 管理智能实施
a) 总工程师负责审核、批准上报的设备六性基础数据，推动设备六性管理工作的开展，并督促设备六性工作小组按计划开展工作。
b) 生产技术部主任负责对设备六性管理具体工作进行指导和协调。签发设备六性工作小组月度例会会议纪要。接受上级主管部门的业务指导，监督设备六性工作小组执行统一的规程，开展有针对性的设备六性统计、分析和应用。
c) 设备六性工作小组成员职责
d) 生产技术部专工负责审核本专业提高设备六性的措施，对措施的实施情况进行跟踪检查。围绕设备六性管理的阶段性工作任务和研究课题，组织有关人员对提高设备六性的措施进行全面地分析、研究，努力做到彻底分析、查清故障设备的技术原因，审核或批准改善设备六性的意见和建议。设备六性工作小组成员对设备六性情况进行总结，分析影响设备六性的主要设备问题，提出提高设备六性的对策。参与技术改进和更新项目的可行性论证，运用六性分析方法对项目的可行性、项目的方案进行比较、论证。
5　 可靠性分析
5.1　 设计总体原则
严格贯彻国军标、部标及有关规范。严格按照本工程《质量保证大纲》进行各研制阶段的可靠性工作。
严把元器件质量关，采用“合格供方”的产品，不经老化筛选的器件不上机。
认真进行电路、结构和关键工艺的可靠性设计。
设计的结构、线路、组装方式应尽量简化、一体化、模块化、标准化、通用化。
在设备研制的全过程，抓好每一个环节，实现设备的高质量、高可靠性的研制目标。
具体设计措施包括：成熟设计、热设计、降额设计、裕度设计、集成化设计、简化电路设计、可使用性设计、耐环境设计、机械隔离设计等。
在整机设计时采取了有利的可靠性措施来保证可靠性指标。整机的模块化设计，充分保证了整机可维修性，提高了整机的可靠性。软件可靠性设计也充分借鉴多项军工产品的软件可靠性技术成果，按照软件工程化设计准则进行软件设计，保证了整机的可靠性指标。
5.2　 元器件选型
序号
名称

1
PIN二极管、三极管

2
片状电容

3
片状电容

4
圆片电容

5
电感

6
集成电路

7
集成电路

8
贴片电阻

9
贴片电阻

10
贴片电阻

11
射频绝缘子

12
电源绝缘子

13
射频同轴连接器

表1 元器件选型表
5.3　 可靠性预计
设备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。
设备所采用的元器件如上表1所示为例，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）
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。
本系统 终端部分安装于 巡逻车车顶，其环境代号Ns2，工作温度-40℃～+70℃，现计算其可靠性指标。
5.3.1　 PIN二极管的工作失效率
本器件使用PIN二极管，其工作失效率模型为：
　　 ＝ 　　（2）
式中：
—— 基本失效率，；
—— 环境系数；
—— 质量系数；
—— 种类系数。
由表1查得基本失效率=0.212×；
由表2查得环境系数=14；
由表3查得质量系数=0.05；
由表5.3.11-4查得种类系数=0.5；
本器件中使用了18只PIN二极管，故其工作失效率为：

5.3.2　 片状电容器的工作失效率
本器件选用的片状电容器，其工作失效率模型为：
　　　　　　 　　 （3）
—— 基本失效率，；
—— 环境系数；
—— 质量系数；
—— 电容量系数；
—— 种类系数；
—— 表面贴装系数。
由表5.7.2-2查得基本失效率=0.00637×；
由表5.7.2-4查得环境系数；
由表5.7.2-5查得质量系数；
由表5.7.2-6查得电容量系数=0.75；
由表5.7.2-7查得种类系数=0.3；
由表5.7.2-1查得表面贴装系数=1.2；
本器件中共使用了片状电容器7只，故其工作失效率为：

5.3.3　 电感的工作失效率
本器件选用的片状电容器，其工作失效率模型为：

—— 基本失效率，；
—— 环境系数；
—— 质量系数；
—— 种类系数；
—— 结构系数。
由表5.8.3-1查得基本失效率=0.0062×；
由表5.8.3-2查得环境系数=17；
由表5.8.3-3查得质量系数=1；
由表5.8.3-4查得种类系数=1；
由表5.8.3-5查得结构系数=2；
本器件中共使用了电感7只，故其工作失效率为：

5.3.4　 集成电路的工作失效率
半导体集成电路的工作失效率模型为：

—— 质量系数；
—— 温度应力系数；
—— 电压应力系数；
—— 环境系数；
—— 成熟系数；
、—— 电路复杂度失效率；
—— 封装复杂度失效率。
由表5.2.2-2查得环境系数=14；
由表5.2.2-3查得质量系数=0.08；
由表5.2.2-4查得成熟系数=1；
由表5.2.2-5查得温度应力系数=1.02；
由表5.2.2-14查得电压应力系数=1；
由表5.2.2-19查得电路复杂度失效率=0.4272×、
=0.0406×；
由表5.2.2-19查得封装复杂度失效率=0.1673×。
本器件使用集成电路3只，故其工作失效率为：
2.3.5 贴片电阻的工作失效率
贴片电阻的工作失效率模型为:
= (6)
式中:
—— 基本失效率；；
—— 环境系数；
—— 质量系数；
—— 阻值系数。
由表5.5.3-1查得基本失效率=0.0031×；
由表5.5.3-3查得环境系数=10；
由表5.5.3-4查得质量系数=1；
由表5.5.3-5查得阻值系数=1；
本器件使用贴片电阻9只，故其工作失效率为：

2.3.6 射频连接器的工作失效率
本组件选用射频连接器，其工作失效率模型为：
(7)
—— 基本失效率，；
—— 环境系数；
—— 质量系数；
—— 接触件系数；
—— 插拔系数；
—— 插孔结构系数；
由表5.11.1-1查得基本失效率=0.0303×；
由表5.11.1-2查得环境系数=10；
由表5.11.1-3查得质量系数=1；
由表5.11.1-4查得接触件系数=1；
由表5.11.1-5查得插拔系数=1；
由表5.11.1-8查得插孔结构系数=0.3；
本器件使用接插件13只；故其工作失效率为：

2.3.7 印制板的工作失效率
印制板的工作失效率模型为
(8)
、—— 基本失效率，，取值为0.00017×，取
值为0.0011×；
N —— 使用的金属化孔数；
—— 环境系数；
—— 质量系数；
—— 复杂度系数
由表5.13.1-1查得环境系数=13
由表5.13.1-2查得质量系数=1.0
由表5.13.1-3查得复杂度系数=1.0
本器件使用印制板1块，故其工作失效率为：

2.3.8 焊接点的工作失效率
焊接点的工作失效率模型为：
(9)
—— 基本失效率，；
—— 环境系数；
—— 质量系数；
由表5.13.2-1查得基本失效率=0.000092×；
由表5.13.2-2查得环境系数=10；
由表5.13.2-3查得质量系数=1.0；
本组件共有约100个焊接点,其工作失效率为：
=0.000092××10×1×100=0.092×
2.3.9 开关的总工作失效率
开关的总失效率为：
=
=（1.3356+0.1154+1.4756+0.8031+0.279+1.1817+0.03861+0.092）×
=5.321×
故平均故障间隔时间为：MTBF==187934 h
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。
5.4　 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
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%
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%
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。
5.5　 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。
Ⅱ类（致命的） ——这种故障会引起重在经济损失或导致任务失败。
Ⅲ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。
Ⅳ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。
表2 故障模式及影响分析表
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
1
PIN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
Ⅱ类
2
片式电容器
短路
粘接不牢或过量
影响器件性能
重新粘接
Ⅲ类
3
绕线电感
开路
虚焊
不能提供直流偏置
补焊
Ⅱ类
4
集成电路
无输出
静电击穿
驱动器失效
更换器件
Ⅱ类
5
贴片电阻
开路
粘接不牢
功能受到影响
重新粘接
Ⅳ类
6
射频连接器
插损高
器件老化、磨损
性能变差
更换器件
Ⅲ类
7
印制板
孔化不良
虚焊
性能变差或功能受影响
补焊
Ⅳ
8
焊接点
虚焊
电压击穿
可靠性变差
更换器件
Ⅳ

由上表可知，从故障影响严酷度的角度看，属于Ⅱ类严酷度的有3种元器件：PIN二极管、电感和集成电路。属于Ⅲ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Ⅳ类。
5.6　 结论和建议
由上面的分析,可以得出以下结论:
a) 本组件的平均故障间隔时间可以达到指标大于1,000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。
b) 从故障模式的分布来看，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。
c) 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。
6　 维修性分析
终端设备的维修性设计主要从以下三方面开展。
a) 缩短故障定位时间
采用故障自动检测的方式，即信号处理板上加状态指示灯方式，很快将问题定位到每个部件。
b) 缩短故障排除时间
在结构设计上，整部件、关键器件便于拆装，最大限度缩短更换器件的时间。各部件采用模块化设计，接口明确简单，现场可在较短时间内完成拆卸更换。
c) 缩短恢复验证时间；
关键指标测试有测试点，状态有显示，可调部位调整方便，以缩短恢复验证时间。在系统设计中，严格贯彻国军标、部标及有关规范；设计的结构、线路、组装方式尽量简化、一体化、积木化、插件化，并努力提高部件的模块化、标准化、通用化程度。
7　 测试性分析
产品设计故障测试方便有效，能快速有效定位到每个整部件。整机具有各个整部件主要工作状态指示，工作状态可通过指示灯或数据串口进行故障检测。整机有数据接口，根据软件中设计的测试协议，可通过数据接口上报具体测试结果。产品对外接口为有射频输入端口及电源供电借口。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，直接将故障件替代更换，返厂维修。
信号处理板上有状态指示灯，可以对射频部分、信号处理部分状态进行指示。信号处理板可以对射频部分进行有效监控，通过算法中的幅相标校网络可以对射频的幅相性能进行实时监控，并作出修正。当射频通道的幅相误差太大，通过修正也无法保证抗干扰性能时，通过指示灯或输出串口报警。信号处理板上的指示灯对信号处理板本身和抗干扰算法进行实时测试监控。通过频谱仪测射频口输出可以判断DAC和射频上变部分是否工作正常。
8　 保障性分析
a) 依据总体研制要求，编写了《使用维护说明书》，根据项目需要可对使用人员进行初次培训，根据服务合同及使用部门需求将提供不间断的培训和服务。无需外场额外的调整，提供的使用说明书和用户手册可指导使用方较好的操作设备。
b) 按照GJB3968的要求，在设计定型前完成技术资料编制。提供的随机文件有：技术说明书、使用说明书、维修资料册、产品合格证或产品履历书、产品组成清单、随机文件清单。
c) 根据任务要求，采用定性和定量分析制定设备随机备件清单和初始备件清单。
d) 根据总体要求，制定包装、装卸、存贮和运输要求，并分析包装、装卸、存贮和运输对设备设计的影响，在研制中考虑包装、装卸、存贮和运输的约束和要求。
e) 通过装备在研制阶段和鉴定阶段，特别是在鉴定阶段中试验过程中，充分验证装备的保证性，随机材料都较好的保障了设备完成功能。
9　 安全性分析
电源和信号接口设计时选用具有防误插的接插件，同时有明确的标识指示第一脚；同时设备外表设计圆润光滑，不会对使用人员造成划伤。
通过试验中涉及到安全性方面的试验验证产品的安全性。
使用器件内不含有毒有害物质，不会对人体造成损害。
该设备具有明确的操作使用说明和安全须知，警示使用者避免发生意外。
10　 电磁兼容性
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，对于 终端，自然条件下一般最高工作温度在60～70℃。高温对该器件的作用主要表现在以下两个方面：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。
终端进行了电磁骚扰特性实验，试验结果符合系统设计技术 要求。
11　 对产品可靠性、维修性、测试性、保障性、安全性、电磁兼容性设计水平的基本评价
综上所述， 终端设备的可靠性、维修性、测试性、保障性、安全性、电磁兼容性主要技术指标满足设计要求，可以提交审查。

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