張 迪，劉士通，張 強，劉少華

(1.軍事交通學院研究生管理大隊，天津300161;2.軍事交通學院軍事物流系，天津300161;3.76131部隊，湖南 衡陽421000)

戰(zhàn)備儲備物資(以下簡稱“戰(zhàn)儲物資”)具有“長期儲存、應急使用”的特點，在長期儲存過程中容易受到各種環(huán)境因素的影響，造成戰(zhàn)儲物資性能發(fā)生變化，甚至失效，從而導致戰(zhàn)儲物資戰(zhàn)備完好率下降［1］。

隨著戰(zhàn)儲物資可靠性水平的不斷提高，壽命測算面臨著一個長壽命、高可靠試樣的測算課題。如果按照傳統(tǒng)的自然貯存試驗技術(shù)進行評估，則往往難于在可行的時間內(nèi)完成。此外，由于科技的高速發(fā)展，產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度愈來愈快，人們迫切需要在較短時間內(nèi)獲得產(chǎn)品的壽命信息?？紤]到自然貯存試驗周期長，性能退化量隨時間變化緩慢等因素，自然貯存試驗尚不能適應產(chǎn)品更新?lián)Q代的要求。因此，加速壽命試驗的研究在可靠性試驗工程領(lǐng)域受到廣泛重視。利用加速壽命試驗法，可以在較短的時間內(nèi)獲得戰(zhàn)儲物資的性能退化參數(shù)，通過分析這些性能參數(shù)的退化規(guī)律可以測算出物資的貯存壽命，這是目前廣泛應用的一種測算方法。

1 加速試驗綜述

加速試驗法是通過分析物資在高應力水平下的失效數(shù)據(jù)或性能退化數(shù)據(jù)，評估正常應力下產(chǎn)品的可靠性特征，并確定正常應力下物資的貯存壽命。

按照施加應力方式的不同，加速試驗通常分為恒定應力加速試驗、步進應力加速試驗和序進應力加速試驗3種(如圖1所示)［2］。恒定應力加速試驗是將一定數(shù)量的試驗件分成幾組，每組在某一恒定加速應力水平下進行試驗，直到各組均有一定數(shù)量的試驗件發(fā)生失效為止。步進應力加速試驗是將全部試驗件先放在某一加速應力水平下進行試驗，試驗持續(xù)一段時間后，將失效試件退出試驗，再將試驗應力提高到更高水平，如此進行下去，直到一定數(shù)量的試驗件發(fā)生失效為止。序進應力加速試驗與步進應力加速試驗相似，只是所施加的加速應力水平隨著時間按一定規(guī)律連續(xù)上升，其中最簡單的是沿直線上升。

按照試驗采集數(shù)據(jù)的不同，又可分為加速壽命試驗法和加速退化試驗法。加速壽命試驗(ALT)主要分析產(chǎn)品在高應力水平下的失效數(shù)據(jù)［3］，加速退化試驗(ADT)主要分析產(chǎn)品在高應力水平下的性能退化數(shù)據(jù)［4］，兩者都是利用這些數(shù)據(jù)外推產(chǎn)品在正常應力水平下的壽命特征。兩者區(qū)別:加速退化試驗以表征參數(shù)退化為判據(jù)，不依賴失效，充分利用失效前產(chǎn)品的表征參數(shù)信息，加速壽命試驗是以故障為判據(jù);加速退化試驗是在性能退化預測的基礎上，再利用加速壽命模型進行壽命預測;加速退化試驗是基于預測機制，可以不進行到底，而加速壽命試驗是基于評估機制，須進行到底。

圖1 加速試驗分類

由于恒定應力試驗的理論與方法相比較更為成熟，且戰(zhàn)儲物資一般可靠性較高，不易在加速試驗中出現(xiàn)故障或失效，因此本文采用恒定應力對戰(zhàn)儲物資進行加速退化試驗。

2 貯存壽命測算步驟

(1)對戰(zhàn)儲物資進行貯存失效機理分析，確定加速試驗施加的應力類型。應力是引起物資發(fā)生失效的外因，而外因通過內(nèi)因發(fā)生作用，即通過整機產(chǎn)品內(nèi)部發(fā)生物理、化學、電氣和機械變化而導致失效。在戰(zhàn)儲物資貯存過程中，環(huán)境應力是影響貯存壽命最主要的因素，主要有溫度、濕度、力學環(huán)境等。

(2)確定退化敏感參數(shù)和失效判據(jù)［5］。通過對戰(zhàn)儲物資進行貯存失效模式分析，確定物資在貯存退化過程中比較敏感的參數(shù)，并根據(jù)現(xiàn)有的國家標準，合理確定物資敏感參數(shù)的失效閾值，即失效判據(jù)。

(3)進行加速退化試驗，定期檢測物資敏感參數(shù)，將數(shù)據(jù)記錄下來，并通過回歸分析，建立退化軌跡模型。

(4)獲取各應力水平下的偽失效壽命分布，并建立加速應力與壽命之間的關(guān)系模型，從而推導出正常應力水平下的貯存壽命。

3 貯存壽命測算模型構(gòu)建

本文根據(jù)某課題組提供的某電子類戰(zhàn)儲物資加速試驗數(shù)據(jù)［6］，進行分析并建立測算模型。加速試驗數(shù)據(jù)提供了某數(shù)字電路的鍵合強度等性能指標在不同溫度應力下隨時間的變化關(guān)系。通過分析，鍵合強度隨時間變化明顯，所以本文將其設定為敏感參數(shù)。根據(jù) GJB Z108A—2006［7］對電子元器件鍵合強度的要求，設定鍵合強度退化60%為失效判據(jù)。

3.1 擬合退化軌跡模型

試驗數(shù)據(jù)［6］提供了4個不同溫度應力下，鍵合強度退化率(R)與貯存時間(t)的變化關(guān)系，在每個溫度水平下進行4組試驗。將各溫度水平下的試驗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為折線圖，物資鍵合強度退化率與貯存時間具有良好的線性關(guān)系(如圖2所示)。

圖2 不同溫度下鍵合強度隨時間變化的退化率

利用SPSS軟件的線性回歸分析工具［8］，分別對各溫度應力水平下測得的數(shù)據(jù)進行線性回歸分析，經(jīng)分析后發(fā)現(xiàn)具有良好的擬合度。通過SPSS分析數(shù)據(jù)，可得到各組數(shù)據(jù)滿足的線性方程為

式中:y為鍵合強度退化率;t為貯存時間;a和b為常數(shù)。由于鍵合強度退化60%時判定該物資失效，即令y=60，可分別計算出各樣本物資的偽失效壽命to，結(jié)果見表1。

表1 各溫度應力水平下的偽失效壽命 h

3.2 擬合偽失效壽命分布

通過3.1節(jié)的計算得到物資在各溫度應力水平下的偽失效壽命，然后分別對各溫度應力下的偽失效壽命尋找其分布規(guī)律，從而確定各溫度應力水平下偽失效壽命的期望。本文利用SPSS軟件中的非參數(shù)檢驗模塊，對各溫度應力下的偽失效壽命數(shù)據(jù)進行單樣本K-S檢驗，顯示漸進顯著性，顯著性水平為0.05。分析結(jié)果顯示各溫度應力水平下的偽失效壽命服從正態(tài)分布(見表2)。

表2 非參數(shù)檢驗結(jié)果

3.3 確定正常溫度下的貯存壽命

為測算正常應力下元器件的儲存壽命，需要建立壽命—應力模型，將壽命與給定的應力聯(lián)系起來，這樣就可以用高應力下的儲存壽命來外推正常應力下的儲存壽命。

電子元器件的壽命與溫度應力之間的關(guān)系可用 Arrhenius方程［9］來描述:

式中:d M/d t為反應速率;A為頻數(shù)因子;Ea為激活能;k為常數(shù);T為溫度應力，K。

通過適當?shù)淖儞Q將壽命特征與應力之間的非線性關(guān)系變成線性關(guān)系:

將表2中的數(shù)據(jù)進行線性轉(zhuǎn)換，結(jié)果見表3，其中μ為偽失效壽命的期望值。

表3 線性轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)

對表3中的數(shù)據(jù)進行線性回歸分析，自動剔除不合理數(shù)據(jù)，計算得

取常溫25℃，即 T=298.15 K，代入式(1)計算得該類物資在常溫25℃下的貯存壽命μ=21.77年，與課題組試驗報告中估計的21.21年十分接近［6］，從而驗證了本文壽命測算方法的合理性。

4 結(jié)語

戰(zhàn)儲物資貯存壽命的測算是一個復雜、長期、動態(tài)的研究課題，對于"長期貯存、應急使用"的戰(zhàn)儲物資，合理測算其貯存壽命，對規(guī)范戰(zhàn)儲輪換工作，提高物資儲備效益具有重要意義。本文以典型戰(zhàn)儲物資的貯存壽命為研究對象，利用加速退化試驗法，對物資貯存壽命測算方法進行探索，為戰(zhàn)儲物資貯存壽命測算工作提供一種新的思路。

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