微型計算機可靠性驗收試驗探討

劉 博，陳 鵬

(國家廣播電視產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，北京 100015)

微型計算機可靠性驗收試驗探討

劉 博，陳 鵬

(國家廣播電視產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，北京 100015)

可靠性試驗是對產(chǎn)品的可靠性進行分析評價的一種手段。以微型計算機為研究對象，對其進行可靠性試驗。試驗采用定時截尾方法，分別采用點估計和區(qū)間估計的方法對平均無故障時間(MTBF)進行處理。通過對試驗數(shù)據(jù)的分析，對微型計算機做出了較為客觀的可靠性評估。

微型計算機；可靠性；平均無故障時間； 定時截尾試驗

可靠性是用來描述產(chǎn)品在規(guī)定的條件下、規(guī)定的時間內(nèi)，處于無故障(或無失效)的狀態(tài)術(shù)語。隨著科技的不斷發(fā)展，對微型計算機可靠性也提出了更高的要求，更快的處理速度、更加豐富的配置、更便攜的體積等，都需要在可靠性的保障下才能充分體現(xiàn)。

可靠性試驗是對產(chǎn)品的可靠性進行分析評價的一種手段。近年來，電子產(chǎn)品的可靠性試驗研究獲得了快速的發(fā)展，目前世界上可靠性試驗方法有100種以上[1]，而產(chǎn)品不同，試驗所要達到的目的不同，試驗方式也就不同。

本文通過對微型計算機進行可靠性試驗，從而有效評估產(chǎn)品質(zhì)量。首先介紹可靠性試驗原理，其次依據(jù)相關(guān)標準對可靠性試驗方案進行確定，最后對試驗數(shù)據(jù)分別采用了點估計和區(qū)間估計的方法進行處理，從而完成微型計算機的可靠性評價。

1 可靠性試驗方案

1.1 試驗方案的選擇

可靠性驗收試驗方案的確定，首先要假設設備的故障率隨時間的分布規(guī)律[2]。電子產(chǎn)品的故障率普遍服從指數(shù)分布，即故障率是常數(shù)?；谥笖?shù)分布的假設，并綜合考慮試驗時間和成本，采用定時截尾試驗方法。

定時截尾試驗方法是驗證電子產(chǎn)品可靠性的常用方法之一，這種方法的優(yōu)點是試驗前就已知試驗時間，確定了最大接收允許失效數(shù)，時間成本較為經(jīng)濟[3]。

1.2 定時截尾試驗方案

本文采用國標中的標準試驗方案。首先介紹本方案的特征量，生產(chǎn)方風險率α，表示合格產(chǎn)品被拒收的概率，α越大，合格設備被拒收的概率越大。使用方風險率β，是使用方接收不合格設備的概率，β越大，不合格設備被接收的概率相應也就越大。α和β一般取0.10～0.20，高風險率也選擇0.30。在本試驗中，綜合標準的試驗方法及實際情況，選擇α=β=0.20。

MTBF假設值的上限值m0，一般由設備的預計值來確定。MTBF假設值的下限值m1，當產(chǎn)品的真值接近于這個值時，設備被拒收的概率就會很高。鑒別比Dm是表示m0和m1差別大小的特征量，數(shù)值上等于m0與m1的比值，即Dm=m0/m1。Dm小說明m0和m1的差別小，當Dm=1時，不合格的設備100%被拒收，此時不存在風險，這在理論上是不可實現(xiàn)的，同時Dm越小時，試驗時間越長。試驗方案Dm一般取2或3比較合理，結(jié)合實際情況，取Dm=3，則選擇《GB/T 5080.7—1986 設備可靠性試驗 恒定失效率假設下的失效率與平均無故障時間的驗證試驗方案》中試驗方案5:7[4]，詳細試驗方案見表1。

表1 試驗方案

m0=15 000 h，則截尾時間T=21 900臺時，本試驗微型計算機樣品共20臺，則試驗時間為1 095 h。在試驗過程中，若樣品失效數(shù)為3個或3個以上，則拒收該產(chǎn)品；若試驗結(jié)束以后，失效數(shù)小于或等于2個，則通過本次可靠性試驗。

2 微型計算機可靠性試驗方法

2.1 試驗環(huán)境條件

試驗室需要滿足的環(huán)境條件如下：

室溫為35℃；相對濕度為45%～75%RH；大氣壓力為102.5 kPa。

2.2 電應力條件

為確定產(chǎn)品在正常使用條件下的可靠性水平，試驗周期內(nèi)受試樣品在樣品額定的電壓值±10%的范圍內(nèi)工作，即施加220 V±10%的電源電壓。不同電源電壓在一個周期內(nèi)的時間分配分別為：上限值242 V占25%，標稱值220 V占50%，下限值198 V占25%。

2.3 故障的分類與處理

在整個試驗過程中，運行檢查程序，出現(xiàn)以下情況之一[5]時可記為一次故障：

1)受試樣品在試驗中出現(xiàn)了性能參數(shù)超出了規(guī)定值的上下限時；

2)受試樣品在試驗中出現(xiàn)了零部件的損壞或元器件的失效而使其不能完成規(guī)定的功能時。

故障根據(jù)其產(chǎn)生的類型分為關(guān)聯(lián)性故障和非關(guān)聯(lián)性故障。關(guān)聯(lián)故障是由產(chǎn)品本身性能所決定的，是可以預期的，在試驗結(jié)果分析時要記入的故障。而非關(guān)聯(lián)故障則不是產(chǎn)品本身性能所決定的故障，是試驗要求之外而引起的，非關(guān)聯(lián)故障在試驗結(jié)果分析時不進行記入。

微型計算機在可靠性試驗中如下情形應判為故障：1)Bios檔機；2)開機不顯示；3)通電不開機；4)運行死機；5)藍屏；6)不進系統(tǒng)；7)不讀卡；8)屏上有白線；9)報警；10)無錄音；11)USB無作用；12)風扇有異響。

經(jīng)判定，20臺樣機在試驗中未出現(xiàn)故障，因此失效數(shù)計為0，樣品判定為合格。

3 定時截尾試驗MTBF的驗證值

統(tǒng)計方案參數(shù)(m0，m1，Dm，α，β)并不是試驗結(jié)果，MTBF的下限值m0及上限值m1都是事先規(guī)定的，生產(chǎn)方風險率α和使用方風險率β代表產(chǎn)品是否合格的概率，因此，MTBF的驗證值必須由試驗結(jié)果來計算[6]。

3.1 置信度

方案要求的MTBF最低可接收值不低于5 000 h，則取m1=5 000 h，本試驗選定的試驗方案(GB5080.7 方案5:7)為α=0.2，β=0.2，Dm=3.0，T=1.46m0。

置信度C=(1-2β)×100%，則置信度C=60%。上、下限的置信度為：C′=(1+C)/2，則上、下限的置信度C′=80%。

3.2 接收時MTBF驗證值的點估計

MTBF的點估計為

(1)

如果試驗過程中沒有觀測到故障，則采用《GB5080.4—1985 設備可靠性試驗 可靠性測定試驗的點估計和區(qū)間估計方法(指數(shù)分布)》推薦的MTBF點估計[7]公式為

(2)

式中：T是產(chǎn)品的總試驗時間；r是累積責任故障數(shù)。

3.3 接收時MTBF驗證值的置信區(qū)間估計

根據(jù)責任故障數(shù)r及置信度C查表，查出置信下限系數(shù)mL(C′，r)和置信上限系數(shù)mU(C′，r)。按下式計算出置信下限系數(shù)mL(C′，r)和置信上限系數(shù)mU(C′，r)為

(3)

(4)

若表中的數(shù)據(jù)不夠用，可按下式計算出置信下限系數(shù)mL(C′，r)和置信上限系數(shù)mU(C′，r)為

(5)

(6)

因此可以推導出

(7)

(8)

可以通過查表得到χ2數(shù)據(jù)。就可以將故障數(shù)r=0這一特殊情況進行處理，進而得到mL。

在本試驗整個試驗過程中未發(fā)生任何責任故障，通過了可靠性驗收試驗，僅能得到置信下限mL。

(9)

設備無任何責任故障時MTBF的置信下限估計值mL=13 600h，置信下限C′=80%。

4 結(jié)論

微型計算機的可靠性試驗研究不僅獲得了該批次產(chǎn)品的可靠性指標，而且為其他類似產(chǎn)品的可靠性試驗設計提供了可靠性數(shù)據(jù)方面的參考，對微型計算機產(chǎn)品的質(zhì)量控制和設計改進具有一定的指導意義。

[1]牟致忠. 機械可靠性工程基礎(chǔ)[M]. 北京：機械工程師進修大學出版社，1989.

[2]李龍軍. 計算機可靠性驗證試驗方法[J]. 系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，1994(10)：68-75.

[3]陳鵬，劉博. 數(shù)字電視可靠性試驗設計[J]. 電視技術(shù)，2012，36(20)：105-108.

[4]GB/T5080.7，設備可靠性試驗 恒定失效率假設下的失效率與平均無故障時間的驗證試驗方案[S]. 1986.

[5]GB/T9813，微型計算機通用規(guī)范[S]. 2000.

[6]孫玉玉. 定時截尾試驗裝備評估方法探討[C]//2013年工業(yè)與信息化產(chǎn)品環(huán)境技術(shù)研討會論文集.大理：《環(huán)境技術(shù)》雜志，2013：158-160.

[7]GB 5080，設備可靠性試驗 可靠性測定試驗的點估計和區(qū)間估計方法(指數(shù)分布)[S]. 1985.

Discussion on Reliability Acceptance Test of Microcomputer

LIU Bo, CHEN Peng

(NationalTestingandInspectionCenterforRadio&TVProductsofChina,Beijing100015,China)

In the dissertation, the reliability test of the microcomputer is carried out. The fixed time truncated test is used in this experiment, and the mean time between failure (MTBF) is processed by the methods of point estimation & interval estimation. Based on the data analysis, a more objective estimation for the microcomputer can be obtained.

microcomputer; reliability; mean time between failure; fixed time truncated test

TB114.3

A

10.16280/j.videoe.2015.01.037

2014-09-25

【本文獻信息】劉博，陳鵬.微型計算機可靠性驗收試驗探討[J].電視技術(shù),2015，39(1).

劉 博，碩士，工程師，主要從事可靠性理論研究及測試；

陳 鵬，本科，工程師，主要從事環(huán)境與可靠性技術(shù)研究及應用。

責任編輯：李 薇