解江，郭琦，高軍

（1.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣州 510610； 2.華南理工大學(xué)，廣州 510641）

引言

許多裝備具有長(zhǎng)期貯存短時(shí)使用或長(zhǎng)期貯存單次使用的特點(diǎn)，貯存壽命是其重要的質(zhì)量可靠性特性。工程上為科學(xué)正確的評(píng)價(jià)裝備貯存期壽命，通常采用貯存數(shù)據(jù)評(píng)估預(yù)測(cè)與加速試驗(yàn)評(píng)估結(jié)合的方式評(píng)價(jià)裝備貯存壽命，涉及對(duì)評(píng)估對(duì)象歷史貯存信息的可靠性評(píng)估及預(yù)測(cè)，以及加速壽命試驗(yàn)和加速退化試驗(yàn)評(píng)估。同時(shí)，針對(duì)貯存壽命相關(guān)特征進(jìn)行檢測(cè)分析的技術(shù)，近幾年來也作為貯存壽命評(píng)價(jià)的重要方面在工程中推廣應(yīng)用。但由于貯存壽命評(píng)價(jià)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的缺失，當(dāng)前裝備貯存壽命評(píng)價(jià)工作主要還是根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)開展的特點(diǎn)產(chǎn)品定制化評(píng)價(jià)，貯存壽命評(píng)價(jià)的一些共性技術(shù)并沒有完成系統(tǒng)集成，形成便于工程實(shí)施的軟件工具。針對(duì)這種現(xiàn)狀，本文將就貯存壽命評(píng)價(jià)工具箱開發(fā)進(jìn)行需求分析方面的討論。

1 工具箱總體功能

貯存壽命評(píng)價(jià)工具箱依照工程需求，核心任務(wù)其一為基于歷史貯存信息的壽命評(píng)估及預(yù)測(cè)，其二是加速壽命與加速退化試驗(yàn)的方案設(shè)計(jì)、試驗(yàn)歷程記錄、數(shù)據(jù)處理，其三為基于失效物理的元器件級(jí)、板級(jí)壽命特征分析的指導(dǎo)及記錄。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，完成一系列的貯存壽命評(píng)價(jià)工作，主要由產(chǎn)品基本信息處理、歷史數(shù)據(jù)分析處理、加速試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)（依試驗(yàn)類型分為加速壽命試驗(yàn)和加速退化試驗(yàn)兩種）、加速試驗(yàn)實(shí)施記錄、加速退化試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、加速壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、壽命特征檢測(cè)方案設(shè)計(jì)、壽命特征檢測(cè)的實(shí)施與記錄這八個(gè)主要步驟來完成，各功能間的關(guān)系如圖1所示。以下分別對(duì)每個(gè)功能的情況予以說明，并對(duì)貯存壽命工具箱完成這些功能的需求情況進(jìn)行描述。

1.1 產(chǎn)品基本信息處理功能

貯存壽命評(píng)價(jià)作為工程項(xiàng)目，對(duì)象產(chǎn)品具有的許多信息會(huì)貫穿項(xiàng)目的始終，如產(chǎn)品名稱、型號(hào)、功能、參數(shù)、指標(biāo)等，需要工具箱應(yīng)有專門模塊對(duì)這些產(chǎn)品基本信息進(jìn)行進(jìn)行管理，其功能主要應(yīng)包括：添加產(chǎn)品名稱、定義產(chǎn)品層次和產(chǎn)品組成、錄入產(chǎn)品可靠性指標(biāo)或壽命指標(biāo)、導(dǎo)入元器件清單，輸入產(chǎn)品外場(chǎng)歷史使用數(shù)據(jù)等。

1.2 歷史數(shù)據(jù)分析評(píng)價(jià)功能

壽命評(píng)價(jià)中有許多工作環(huán)節(jié)需用到產(chǎn)品歷史相關(guān)信息，對(duì)歷史貯存數(shù)據(jù)信息進(jìn)行評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)也是貯存壽命評(píng)價(jià)的重要組成部分，工具箱中涉及對(duì)歷史信息進(jìn)行分析的模塊應(yīng)能對(duì)產(chǎn)品的外場(chǎng)歷史使用數(shù)據(jù)進(jìn)行初步評(píng)估，結(jié)合同類型產(chǎn)品或近似過往產(chǎn)品評(píng)估產(chǎn)品可靠性或壽命指標(biāo)，為加速壽命試驗(yàn)方案和加速退化試驗(yàn)關(guān)重件的選擇以及最終的貯存壽命評(píng)估結(jié)果提供依據(jù)。對(duì)包括產(chǎn)品貯存時(shí)間和失效信息及各次檢測(cè)記錄的性能參數(shù)和檢測(cè)時(shí)間信息等歷史貯存信息，工具箱應(yīng)能對(duì)其進(jìn)行貯存壽命分析評(píng)估，得到失效率與貯存可靠度。

1.3 加速試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)功能

圖1 貯存壽命評(píng)價(jià)工具箱的主要功能框圖

加速試驗(yàn)的順利實(shí)施和試驗(yàn)數(shù)據(jù)評(píng)估的有效均要靠完備的加速試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)能力來保障。工程中，應(yīng)在產(chǎn)品FMEA報(bào)告和歷史數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，得到影響產(chǎn)品壽命的關(guān)鍵部組件及其敏感應(yīng)力和應(yīng)力極限范圍；確定加速試驗(yàn)應(yīng)力的組合及間隔方式；樣品的分配確認(rèn)和試驗(yàn)截尾的方法等。試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)主要依靠工程技術(shù)人員的剪裁，工具箱中涉及該功能的模塊應(yīng)能記錄這些工作并將其轉(zhuǎn)化為特定模板下的數(shù)據(jù)報(bào)告，便于試驗(yàn)的實(shí)施。

1.4 試驗(yàn)實(shí)施及記錄功能

工具箱中應(yīng)有專門的模塊用于加速試驗(yàn)過程信息及數(shù)據(jù)的記錄，能記錄加速試驗(yàn)全過程中發(fā)生的重大事項(xiàng)包括測(cè)試時(shí)機(jī)、產(chǎn)品性能測(cè)試結(jié)果、故障時(shí)間、故障模式與機(jī)理，試驗(yàn)截止時(shí)間等?？稍谠撃K建立可擴(kuò)充的貯存失效信息庫，用于對(duì)測(cè)試及故障信息匯總分析評(píng)價(jià)，同時(shí)也可與貯存壽命特征檢測(cè)信息庫進(jìn)行關(guān)聯(lián)，加強(qiáng)對(duì)試驗(yàn)過程中出現(xiàn)故障的分析和判斷能力。

1.5 加速壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理功能

該模塊主要功能為根據(jù)各組產(chǎn)品的特征壽命估計(jì)應(yīng)力加速模型中的未知參數(shù)，獲得加速因子，最終得到常應(yīng)力下的可靠壽命。該模塊可以處理常用的應(yīng)力加速模型，包括阿倫尼斯模型，溫濕度應(yīng)力的艾琳模型、IPC模型、Peck模型，振動(dòng)應(yīng)力和電應(yīng)力的逆冪模型，溫循應(yīng)力的逆冪模型和W-E模型等。加速因子的計(jì)算主要基于經(jīng)驗(yàn)的物理模型，工具箱軟件應(yīng)將這些常用應(yīng)力的加速因子的計(jì)算方法固化入相應(yīng)模塊中。

1.6 加速退化試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理功能

貯存壽命評(píng)價(jià)中，對(duì)于組件、電路板級(jí)別的產(chǎn)品一般多采取貯存加速退化試驗(yàn)，結(jié)合失效物理和數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，外推并評(píng)估產(chǎn)品可靠性指標(biāo)。工具箱中相關(guān)模塊應(yīng)能根據(jù)各組產(chǎn)品的貯存敏感性能的退化規(guī)律，確定其性能退化方程，并根據(jù)產(chǎn)品性能隨時(shí)間的退化量估計(jì)性能退化方程的位置參數(shù)，同時(shí)結(jié)合產(chǎn)品性能退化的失效閾值，可以得到產(chǎn)品的偽失效分布函數(shù)從而得到產(chǎn)品的平均退化失效時(shí)間，為評(píng)估產(chǎn)品的壽命指標(biāo)提供依據(jù)。

1.7 壽命特征檢測(cè)技術(shù)信息庫

圖2 工具箱歷史貯存信息模塊主要業(yè)務(wù)流程

元器件及板級(jí)壽命特征檢測(cè)技術(shù)是產(chǎn)品壽命評(píng)價(jià)技術(shù)的重要組成部分，從失效物理的角度考評(píng)產(chǎn)品真實(shí)的貯存退化特征。由于貯存壽命特征檢測(cè)技術(shù)可以參照許多當(dāng)前較為成熟的元器件、電路板工藝質(zhì)量檢測(cè)分析相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，所以工具箱中可以用技術(shù)信息庫的形式將該部分技術(shù)形成獨(dú)立模塊。該模塊集合元器件及板級(jí)特征壽命檢測(cè)技術(shù)，將元器件及電子線路板壽命特征檢測(cè)試驗(yàn)項(xiàng)目、檢測(cè)規(guī)范方法、檢測(cè)判據(jù)等信息依照門類形成信息庫。

1.8 壽命特征檢測(cè)實(shí)施及分析功能

工具箱應(yīng)對(duì)具備輔助設(shè)計(jì)貯存壽命特征檢測(cè)分析方案的能力，使工程技術(shù)人員借助特征檢測(cè)技術(shù)信息庫中相關(guān)信息進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，工具箱需具備生成相應(yīng)檢測(cè)分析方案的能力。可依照選取的試驗(yàn)對(duì)象，對(duì)應(yīng)特征檢測(cè)技術(shù)信息庫中相關(guān)檢測(cè)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)條目進(jìn)行剪裁，并附帶依據(jù)檢測(cè)方案制定試驗(yàn)檢測(cè)記錄及報(bào)告模板的能力，同時(shí)應(yīng)能完善特征檢測(cè)中相關(guān)失效信息記錄匯總和證據(jù)保留等功能。

基于以上貯存壽命評(píng)價(jià)技術(shù)需求和工具箱功能需求，從貯存延壽工程技術(shù)特點(diǎn)和最終工具箱軟件的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)方式上進(jìn)行考量分析，將貯存壽命評(píng)價(jià)工具箱依照主要技術(shù)特點(diǎn)劃分為相對(duì)獨(dú)立的三個(gè)核心模塊，覆蓋以上描述的工具箱功能需求，共同構(gòu)建工具箱整體技術(shù)構(gòu)架。分別為：貯存歷史信息模塊、加速試驗(yàn)?zāi)K、貯存壽命特征檢測(cè)模塊，以下對(duì)各模塊主要需求特點(diǎn)和工具箱主要業(yè)務(wù)進(jìn)行論述。

2 歷史貯存信息模塊設(shè)計(jì)

2.1 歷史貯存信息模塊需求分析

工具箱的歷史貯存信息模塊需要收集廣泛的貯存相關(guān)技術(shù)信息，這些信息主要包括：貯存產(chǎn)品基本信息、貯存場(chǎng)地信息、可靠性預(yù)計(jì)信息、環(huán)境應(yīng)力篩選信息、環(huán)境試驗(yàn)信息、實(shí)驗(yàn)室可靠性試驗(yàn)信息、性能試驗(yàn)信息、檢測(cè)信息、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)信息、設(shè)計(jì)定型試驗(yàn)信息、產(chǎn)品貯存日志信息等。另一方面，歷史貯存信息模塊需要對(duì)收集的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理計(jì)算，得出評(píng)估值，這里主要應(yīng)包含各壽命分布類型的統(tǒng)計(jì)分析及檢驗(yàn)功能。

2.2 歷史貯存信息模塊業(yè)務(wù)描述

滿足上述功能需求，歷史貯存信息模塊應(yīng)具備以下業(yè)務(wù)內(nèi)容及邏輯關(guān)系見圖2所示。產(chǎn)品歷史事件表和子部件歷史事件表二者在具體項(xiàng)目中只需其一（圖中虛線表示），分析產(chǎn)品和分析子部件時(shí)只需用其各自的歷史事件表。標(biāo)準(zhǔn)壽命表、檢測(cè)事件表和首次故障部位分布表一旦在工具箱中導(dǎo)出則自動(dòng)靜態(tài)存儲(chǔ)在工具箱數(shù)據(jù)庫中?？煽啃怨烙?jì)流程的結(jié)果為工具箱運(yùn)行時(shí)的界面輸出信息，若需在數(shù)據(jù)庫中保存結(jié)果則需用戶將需要的信息寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析報(bào)告靜態(tài)保存。

2.3 歷史貯存信息模塊業(yè)務(wù)概念與數(shù)據(jù)描述

對(duì)歷史貯存信息模塊 中的各主要業(yè)務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)字典的編制，對(duì)涉及的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)描述和格式定義，形成圖3所示的業(yè)務(wù)概念圖。

3 加速試驗(yàn)?zāi)K設(shè)計(jì)

3.1 加速試驗(yàn)?zāi)K需求分析

貯存壽命評(píng)價(jià)加速試驗(yàn)包括加速壽命試驗(yàn)和加速退化試驗(yàn)兩大類型，本次工具箱設(shè)計(jì)主要考慮的加速試驗(yàn)類型為恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)（CSALT）、 恒 定應(yīng)力加速退化試驗(yàn)（CSADT）和步進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)（SSALT）。 貯 存壽命評(píng)價(jià)工具箱的加速試驗(yàn)部分主要目的在于利用計(jì)算機(jī)高效的完成加速試驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理工作。工具箱對(duì)加速試驗(yàn)的管理應(yīng)滿足以下兩條基本原則：

1）加速試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析自包含原則，即工具箱應(yīng)該管理并在數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)加速試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過程中需要的數(shù)據(jù)。

2）加速試驗(yàn)完整信息以及外部鏈接信息可索引原則，即通過工具箱管理的加速試驗(yàn)信息中的索引信息能準(zhǔn)確定位到關(guān)于該加速試驗(yàn)的更多信息，如對(duì)應(yīng)的加速試驗(yàn)紙質(zhì)記錄等。

圖3 工具箱歷史貯存信息模塊業(yè)務(wù)概念圖

圖4 恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)業(yè)務(wù)（數(shù)據(jù)處理）流程圖

在滿足以上兩條基本原則前提下，工具箱管理的加速試驗(yàn)信息應(yīng)遵循從簡(jiǎn)原則，無需在工具箱中對(duì)加速試驗(yàn)實(shí)施過程中的所有有價(jià)值的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)。例如加速試驗(yàn)開始時(shí)間、實(shí)施人等信息無需在工具箱中管理和存儲(chǔ)。雖然參與加速試驗(yàn)的產(chǎn)品本身常常是一個(gè)更大型系統(tǒng)的子部件，或者該產(chǎn)品還能分解為其他子部件，但在工具箱的加速試驗(yàn)部分中并不添加產(chǎn)品歸屬和歸屬于該產(chǎn)品的子部件等信息。對(duì)于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)層次等信息將在工具箱的歷史貯存部分管理，在工具箱的加速試驗(yàn)部分，只需留下足夠的產(chǎn)品索引信息。

3.2 加速試驗(yàn)?zāi)K業(yè)務(wù)描述

滿足上述功能需求，加速試驗(yàn)?zāi)K應(yīng)具備的業(yè)務(wù)內(nèi)容有：加速試驗(yàn)項(xiàng)目名稱、試驗(yàn)編號(hào)、試驗(yàn)產(chǎn)品類型、試驗(yàn)產(chǎn)品型號(hào)、試驗(yàn)類型、附加試驗(yàn)信息（由試驗(yàn)類型決定該項(xiàng)目的附加試驗(yàn)信息）、試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)時(shí)間單位、試驗(yàn)應(yīng)力種類數(shù)、試驗(yàn)應(yīng)力名稱、試驗(yàn)應(yīng)力單位、產(chǎn)品正常應(yīng)力水平、試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析報(bào)告。先給出恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)主要業(yè)務(wù)流程關(guān)系如圖4所示，具體數(shù)據(jù)處理算法在本文中不予討論。

3.3 加速試驗(yàn)?zāi)K業(yè)務(wù)概念與數(shù)據(jù)描述

對(duì)加速試驗(yàn)?zāi)K中的各主要業(yè)務(wù)和三種試驗(yàn)類型進(jìn)行數(shù)據(jù)字典的編制，對(duì)涉及的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)描述和格式定義，其業(yè)務(wù)概念圖如圖5所示。

4 特征檢測(cè)分析模塊設(shè)計(jì)

4.1 特征檢測(cè)模塊需求分析

特征檢測(cè)分析的對(duì)象是產(chǎn)品所用元器件及電子線路板，采用的技術(shù)方法是物理分析與性能參數(shù)評(píng)價(jià)。特征檢測(cè)分析模塊不需要進(jìn)行大量數(shù)據(jù)處理分析工作，該模塊的重點(diǎn)在于完備的特征檢測(cè)方案技術(shù)支持，和檢測(cè)記錄、分析評(píng)價(jià)過程的信息匯總與記錄。所以我們建立一個(gè)涵蓋全門類元器件和電子線路板相關(guān)特征檢測(cè)試驗(yàn)項(xiàng)目信息庫作為該模塊的基礎(chǔ)，根據(jù)這些技術(shù)信息構(gòu)建方案制定輔助功能，構(gòu)建檢測(cè)分析過程記錄與輔助分析評(píng)價(jià)等功能。

圖5 加速試驗(yàn)?zāi)K業(yè)務(wù)概念圖

圖6 主要業(yè)務(wù)流程圖

4.2 特征檢測(cè)模塊業(yè)務(wù)描述

依照以上需求構(gòu)建的特征檢測(cè)技術(shù)信息庫主要業(yè)務(wù)信息及業(yè)務(wù)流程如圖6。該特征檢測(cè)技術(shù)信息庫中元器件類別采用三級(jí)分類管理，涵蓋常規(guī)裝備產(chǎn)品用元器件種類；對(duì)于板級(jí)電路，僅作單、多層板區(qū)分，以板級(jí)電路功能來源或工藝特征作為類別名。信息庫中檢測(cè)項(xiàng)目的具體內(nèi)容涵蓋GJB 4027、GJB 362、IPC-A-610相關(guān)檢測(cè)分析條目。

4.3 特征檢測(cè)模塊業(yè)務(wù)概念與數(shù)據(jù)描述

對(duì)特征檢測(cè)模塊中的各主要業(yè)務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)字典的編制，對(duì)涉及的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)描述和格式定義，其業(yè)務(wù)概念圖如圖7所示。

圖7 特征檢測(cè)模塊業(yè)務(wù)概念圖

5 結(jié)束語

以上給出了貯存壽命評(píng)價(jià)工具箱主要功能的需求描述，并分別按照基于歷史貯存信息處理需求分析、加速壽命試驗(yàn)和加速退化試驗(yàn)的需求分析以及貯存壽命特征檢測(cè)的需求分析，給出了壽命評(píng)價(jià)工具箱技術(shù)框架和功能構(gòu)架，描述了核心模塊的業(yè)務(wù)流程圖和業(yè)務(wù)概念圖，為工具箱軟件的開發(fā)奠定了一定基礎(chǔ)。

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