电子产品可靠性计数法预计指南.doc

Q / ZX
深圳市中兴通讯股份有限公司企业标准
（可靠性技术标准）

Q/ZX 23.001 - 1998

电子产品可靠性计 数法预计指南

1998-06-16发布 1998-06-16实施

深圳市中兴通讯股份有限公司 发 布

Q/ZX 23.001 - 1998

前 言
本标准规定了深圳市中兴通讯股份有限公司电子产品可靠性预计的方法和程序。必要时提出建议更改某些选用的对可靠性起关键作用的元器件的来源、质量等级等,以提高产品的可靠性达到预定指标。
本标准由深圳市中兴通讯股份有限公司中心实验室提出，企管部归口。
本标准由中心实验室可靠性组起草。
本标准于1998年6月首次发布。

深圳市中兴通讯股份有限公司企业标准
（可靠性技术标准）

Q / ZX 23.001 - 1998
电子产品可靠性计数法
预计指南

1 范围
本指南适用于深圳市中兴通讯股份有限公司所有设计的电子产品（包括电路板、整机）的可靠性计数法预计。
元器件计数可靠性预计法是一种较粗糙的预计法，在产品开发的初期起就可使用。
国内外实践证明：可靠性预计得到的整机MTBF值与现场实际统计值的差异一般可大到一倍左右。
作为绝对值而言，预计不太精确；但作为产品不同设计方案的故障率的优化比较而言，则是一项有效方法。
[注] 元器件应力分析可靠性预计法是一种较精确的预计法。在产品开发的后期，已具备了详细的元器件清单及电话、已知产品工作时的元器件的若干参数（如工作电压、结温……等条）时可使用。
计数法与应力分析法亦可结合使用，即对确知应力分析法需要的若干参数的元器件用应力分析法分析，不确知的元器件用计数法分析。
本预计工作有电子部五所的“可靠性预计软件”（公司包括上海、南京所都已购置，供使用）
2 引用标准
GJB299B 1998 电子设备可靠性预计手册
MIL-HDBK217F 1991 电子设备可靠性预计手册
GJB1909 1994 装备可靠性、维修性参数选择与指标确定要求
3 符号术语
3.1 基本失效率λb
3.2 工作失效率λp
3.3 环境系数ЛE ：不同环境类别的环境应力（除温度应力外）对元器件失效率影响的调整系数。
本公司的产品环境为：一般地面固定，国标代号GF1，美标代号GF 。
特殊情况有：平稳地面移动（如车载），国标代号GM1，美标代号GM 。
背负（人携带），国标代号MP，美标GM 。
质量系数ЛQ ：是不同质量等级对元器件工作失效率影响的调整系数。
本公司产品一般选：
·深圳市中兴通讯股份有限公司1998-06-16批准 1998-06-16实施1
Q/ZX 23.001-1998
国产品： B2 符合国标生产的产品
B1 符合国标生产的产品并经公司规范，筛选老炼的产品。
C 低档产品
进口产品：分立半导体器件
军用
民用
民用塑封
微电路
　　　　B级（按MIL-M-38510的B级）
　　　　Ｂ－１级
　　　　Ｄ级（民品）
　　　　Ｄ－１级（民用塑封）
3.5 工作失效模型中的其它调整系数（π系数）
见GJB/Z 299B之3.5及MIL-HDBK217F有关章节。
可靠性指标的规定值（specified value）合同和任务书中规定的期望产品达到的合同或任务书指标。产品预计值应高于规定值，例如为规定值的125%。
4 计数法预计方法
设：产品由n种零、组、部件组成；第i种零、组、部件的用量为n i ；在产品的工作环境条件下，第i 种零组部件的失效率为λi 。

λ= ∑ n iλi
则产品的总故障率的（计数法）预计值为：
n

i=1

[注] 如同一种规格的零、组、部件在产品中有不同工作环境，则由于不同工作环境失效率不尽相同，需分别计算后累加。
如果零件是电子元器件，则：

λi = Лiq λig

这里的λig 为电子元器件的通用失效率，可查
国产品： GJB/Z 299B之表达5.2；
进口产品： MIL-HDBK-217F之附条A。
如使用电子部五所的预计软件，则λi 不需查检，软件自动给出。
5 冗余处理
如P件1的故障率为λ1 ，P件2的故障率为λ2 ，……P件K 的故障率为λK ，将K者构成一可靠性并联的单元，则并联单元的故障率λ为：
K
　　　　　　　λ=1/θ
i=1
θ=（1/λ1+1/λ2+……+1/λK）-{1/（λ1+λ2）+1/（λ1+λ3）+……+（-1）K+1/∑λ1

近似地有：如两个相同构造故障率为λ1的P件构成一可靠性并联的部件，则并联P件的故障率λ近似为:
λ≈(1/1.5)λ1=0.667λ1
[注] 整件冗余的代价较大,而故障率下降并不一定最有效。如果P件有故障较高的薄弱环节，则薄弱环节改进设计可能是效费比更高的措施。
6 可靠性改进
根据产品可靠性预计结果，如果未满足预定指标要求，或是其中有突出故障率（称为失效率关键）的元器件、零组部件，则在设计上需要采取一定措施。例如：
l 改选质量等级高的某些元器件；
[注] 提高质量等级的方法之一为加强筛选。
l 把某些国产元器件改为进口元器件；
l 采取元器件零组部件或单板的冗余；
l 上述措施的混合措施。
设可以采取n种方案。
设采取第K种措施，使故障率降低△λK ，增加费用△CK，则为提高可靠性的效费比为：
eK = △λK /△CK
[原则1] 应优先采取效费比高的措施或组合措施。
[原则2] 在诸多可能的改进方案中选成本不超过规定值，总失效率最低的方案；或选总成本最低，总失效率达到规定指标的优化方案。
7 示例：
本产品所用的元器件种类、数量、质量等级、价格如下表。工作环境为地面固定，成本规定值为小于150元，产品总失效率规定值小于25（10-6/h）。
元器件种类及参数
数量(ni)
Л0iQ
λ0iG (10-6/h)
ni (ЛiQ λiG) （10-6/h）
价格（元）
CMOS数字电路10门
3
10
0.024
0.72
3×3
CMOS数字电路101~1000门
2
10
0.074
1.48
10×2

8
4
0.035
1.12
0.1×8

16
4
0.47
30.08
0.2×16

20
4
0.18
14.4
0.16×20

4
4
1.87
29.92
8×4

1
2.5
0.008
0.02
50×1
K
根据GB/Z 299B和MIL-217F元器件计数法，计算本电子产品初始设计的总失效率

i=1
λ0 = ∑ ni Л0iQλ0iG = 77.74(10-6/h)，价格=118.2(元)。总失效率λ0 > 规定上限值25(10-6/h)。

为达到规定值，改进设计一般有几种方法，针对在总失效率中占比例多的元器件提出改进方案。
[方案1] 提高元器件质量等级
如：
电阻由C级 B2级，则质量系数πQ ：4 1 价格（元）：0.1 0.2
铝电解电容由C级 B2 πQ ：4 1 0.2 0.4
陶瓷电容由 C级 B2 πQ : 4 1 0.16 0.3
继电器由 B2级 B1 πQ ： 4 1.5 8 20
IC不变，因为提高等级一般来说成本太高。
重新计算 λ ＝24.84 (10 - 6 / h), 价格＝173（元）。
[方案2] 改选失效率低的元器件
如：
铝电解电容 钽电解电容 λ G ：0.47 0.17 价格（元）：0.2 0.4
陶瓷电容 进口陶瓷电容 λ G ：0.18 0.047 0.16 0.25
继电器 进口继电器 λ G ： 1.87 0.28 8 12
重新计算λ＝22.46 (10- 6 / h), 价格＝139.2（元）。
[方案3] 某些部分采用冗余设计
如：冗余部份包括
1片CMOS电路（500门）， ni(λ i G π iQ ) = 0.74
4只金属膜电阻 = 0.56
5只铝电解电容 = 9.4
2只继电器 = 14.96
进行冗余备份,冗余部份的λ 冗余=∑ niλ i G π iQ =25.66
重新计算λ＝ 2 / 3 λ 冗余＋λ其它＝17.11 + 52.07＝69.18 (10- 6 / h) ,
价格＝145.6（元）。
[方案4] 提高某些元器件的质量等级并改选失效率低的元器件
如：
继电器由B2级 B1级 π Q ：4 1.5 价格（元）：8 20
铝电解电容 钽电解电容 λ G ：0.47 0.17 0.2 0.4
重新计算 λ= 39.84(10- 6 / h)，价格＝169.4（元）。
计算各方案的效费比
[方案1] λ从 77.74(10- 6 / h) 24.84 (10- 6 / h)，△λ=52.9(10- 6 / h)；
C从118.2元 173元 , △C =54.8元 .
效费比e = △λ /△C =52.9/54.8 = 0.965(10- 6 / h/元).
[方案2] λ从 77.74(10- 6 / h) 24.46 (10- 6 / h)，△λ=55.28(10- 6 / h)；
C从118.2元 139.2元 , △C =21元 .
效费比e = △λ /△C =55.28/21 =2.632(10- 6 / h/元).
[方案3] λ从 77.74(10- 6 / h) 69.18 (10- 6 / h)，△λ=8.56(10- 6 / h)；
C从118.2元 145.6元 , △C =27.4元 .
效费比e = △λ /△C =0.312(10- 6 / h/元).
[方案4] λ从 77.74(10- 6 / h) 39.84(10- 6 / h)，△λ=37.9(10- 6 / h)；
C从118.2元 169.4元 , △C =51.2元 .
效费比e = △λ /△C =0.740(10- 6 / h/元).
方案3、4未满足λ≤25(10- 6 / h/元)的要求还需进一步改进，但费用已接近或超过上限150元，按原则1，方案1、2能满足λ及C的要求，从效费比出发，选效费比高的方案，故选定方案2。

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