提高产品可靠性的方法

五、提高产品可靠性的方法

提高电子产品可靠性的方法主要从以下三个方面来进行，一是在电子线路上采取措施，二是采用备份系统，三是采取各种环境防护措施。

(一)在电子线路上采取措施

(1)采用经过大量实践证明性能良好，可靠性高的标准电路。这种电路除了本身的可靠性高外，生产人员对这种电路接触多，线路熟，因此生产质量可以保证，发生故障后也容易检查和维修。

(2)在保证性能的前提下，尽量使电路和系统简化。从串联系统可靠性的计算可以看出这一点。

(3)采用集成电路，尽量少用分立元件。采用集成电路后，解决了大量的晶体管连接元件的布线接点出现焊接不良、布线错误的问题，从而提高了设备的可靠性。如计算机采用集成电路后，可靠性提高的情况如下:1960年的电子管电子计算机的失效间隔平均时间(MTBF)为8．65小时，1964年的晶体管计算机为73小时，1968年的集成电路计算机为4 650小时，1970年的达到12 400小时。同时采用集成电路后，可以使设备体积小、重量轻。这符合现代电子设备在体积、重量方面的要求。

(4)正确选用元器件。这包括二层意思，一是通过对元器件进行筛选，剔除故障元器件，保留合格元器件;二是对已选出的合格元器件正确使用，如选用的参数合理、使用方法正确等。

(5)对元器件降额使用。元器件在额定负荷下使用和在降额下使用其失效率和寿命相差很多，如图2－10所示。经验表明，电容器应在额定电压50%以下使用;电阻器应在额定功率的25%以下使用;晶体管应在额定功率的20%～30%使用。减额要适当，过分减额有时会降低可靠性。

图2－10　元器件降额使用

1－元器件在额定负荷下使用　2－元器件降额使用

(6)采用故障指示和排除装置。如采用插换装置，一旦发生故障可很快抽出故障元器件，插上合格元器件，以减少维修时间，提高维修可靠性。

(二)采用备份系统提高产品可靠性

备份系统也称冗余系统。把元器件、电路或整个系统或某一软件程序并联起来组成备份系统作为备用，是提高可靠性的有效手段。备份系统有四种:

(1)并联系统，如图2－9所示。从其特点由式(2－18)可知，并联备份系统可提高整个系统的可靠性。

(2)待机系统，如图2－11所示。当子系统A₁工作时，A₂处于待机备用状态。当A₁发生故障时，转换开关K立即合上，子系统A₂工作，从而保证系统从输入到输出的畅通。我国第一颗人造卫星上播放《东方红》乐曲的电路即采用此系统。转换开关K的要求很高。要求能及时发现A₁的故障，并立即可靠地接通A₂的电路。

图2－11　待机系统

图2－12　多数表决系统

(3)表决系统，见图2－12。这是一个2/3表决系统。当3个子系统中有2个正常时，即为多数正常，则多数表决开关正常工作，系统畅通，若有二个发生故障，则正常工作的子系统只有一个，为少数，表决开关断开，系统不能正常工作。同样，表决开关的高可靠性是最重要的，否则整个系统将失效。除了2/3表决系统外，还有3/5或4/7表决系统。以上三种冗余系统也称为硬件冗余。

(4)软件冗余。采取程序复执的方式，能有效地预防和处理瞬时故障，提高产品的可靠性。所谓复执是指在系统出现瞬时故障时，重复执行故障的那部分程序。由于故障是瞬时的，所以在复执的时候原来的故障已消失，这样系统不必关机，往往可以自动回复到原来正确的动作。这种方式实际上是给了二次或多次的时间完成某一程序，所以也称为时间冗余。

硬件冗余会增加设计的困难，增加成本，增加体积、重量，所以只在极重要的场合下采用，如导弹制导、原子弹及卫星设备上采用，或者在元器件可靠性满足不了要求时采用。

(三)采用有效的环境防护措施

电子设备会在各种环境下使用，运输和贮存，这些环境因素包括温度、机械因素、电磁干扰因素、气候及化学腐蚀等。它们都会引起电子设备、元器件失效，降低电子产品的可靠性。电子设备结构设计的主要任务就是研究环境防护的基本原理及措施，从而提高电子设备的可靠性。