某型平显可靠性增长研究

[摘要]　某型平显是为飞机配套研制的先进机载火控设备，在设计过程中尽管采取了各种可靠性措施，但由于受条件限制，在内外场试验和使用中故障较多，不能满足部队实际使用需要。通过对收集到的故障进行分析，提出了32项有针对性的改进措施，有计划解决了影响平显可靠性水平的技术质量问题。改地进后的平显经可靠性鉴定试验验证表明采取的纠正措施合理有效，其可靠性水平MTBF提高到单边置信下限近294h(置信度80%),可靠性增长工作取得了明显成效。
关键词：　机载火控设备　　平显　　可靠性增长

[Abstract]　In spite of many reliability design methods adopted, the head-up display, designed for the advanced airborne fire control equipment of aircraft, can not meet the needs of the army for its failures in tests and services resulted from the limited technical conditions. based on the failure analysis, the authors propose 32 pieces of improvement measures to solve technical difficulties in a planned way. The reliability evluation test on the improved head-up display shows that the corrective actions are resonable and practical, the lower confidence limit of the display is near 294 hours with 80%confidence level, and a distinct improvement has been achieved on the reliability growth.
Keywords:　airborne fire control equipment　　head-up display　　reliability growth

　　某型平显是为某型飞机配套研制的先进机载火控设备，它主要由电子组件和驾驶员显示组件组成。它的任务是完成对有关机载设备参数的输入处理和存储；完成对火控公式的解算、处理，并控制武器投放；显示各种攻击状态及导航画面。因此，平显的正常与否，直接关系到飞机的整体作战效能，所以，平显的可靠性就显得十分重要。
　　在某型平显的设计过程中，虽有效地使用了热设计、电子元器件降额设计、裕度设计、抗干扰设计、简化设计等可靠性措施。但是，由于当时种种条件限制，诸如电子元器件可靠性水平低、三防设计措施不得力、元器件集成度不高、设计经验不足等因素，平显在内场试验以及产品交付、外场使用中故障较多，有掉画面、画面锁定、画面倾斜和字符闪烁等现象。据可靠性测定试验和外场使用数据统计，某型平显的MTBF点估计值仅为几十小时，不能满足部队实际使用需要。因此，开展某型平显可靠性增长工作有其重要意义。

1　收集并分析故障信息，提出可靠性改进措施

　　某型平显可靠性增长工作是从调查与统计故障开始的。对某型平显在内场试验以及产品交付、外场使用中所发生的故障进行收集与统计，共获得各种类型的故障145个。为了研究对这些故障应采取的对策，通过分析将这些故障按其性质分为设计缺陷、元器件缺陷、元器件早期失效、加工与工艺缺陷等4大类。对于设计缺陷引起的故障需通过改进设计来解决；对于元器件质量差而产生的故障应通过更换质量好的元器件来解决；对于元器件早期失效，可通过加强元器件老化筛选的方法来解决；对于加工与工艺缺陷，则通过严格工艺规程、加强加工过程中的质量控制等方法加以解决。本项目重点对上述前二类缺陷进行研究与分析，根据不同情况采取相应的纠正措施。
　　为了有计划地解决影响某型平显可靠性水平的技术质量问题，在分析基础上，提出有针对性的改进措施。在这次可靠性增长工作中，共采取了32项改进措施，诸如，采用密封机箱（即军用加固机技术）以使平显的耐霉菌、盐菌、砂尘效果得到明显改善；采用针式插头/座以解决簧片式插头/座接触不良的问题；采用冷板结构、机箱壁内留风道，利用风机抽风以解决散热问题；底板走线采用印制电路板（简称母板）、增加电源滤波器以使干扰消除或大大减弱；采用进口的集成电源模块代替散装件电源、用大规模集成的总线收发器代替原来的小规模集成电路和分立元件，偏放板采用二次集成等措施，使电子元器件数量减少150个左右；采用高压电源一体化设计以解决高压频繁出现故障的问题；采用进口的高压接插件以解决显示组件内部高压打火现象；采用通用性设计以使该平显在其它型号上能通用，简化了产品加工、装配、调试，且为部队使用维护带来了方便等等。
　　在进行故障分析，采取针对性改进措施方面，坚持了试验-分析-纠正-验证的科学方法，解决了平显的系统性故障，使平显的可靠性水平得到了增长。例如，在某型平显可靠性测定试验中，显示组件中的3DG182E管子发生2次失效，造成平显故障。在平显外场使用信息中亦发现3DG182E管子有8次失效。这些信息表明3DG182E元件失效频繁已成为系统性故障，必须采取有力措施加以改进。分析认为：造成3DG182E元件失效多的主要原E因可能是线路设计上存在缺陷、或者可能是电子元器件老化筛选不严格、也可能是元器件本身可靠性水平低。为此，由产品主管设计师对线路设计以及3DG182E元件使用情况进行了专题分析和计算、由型号质量主管对该种元件老化筛选条件、程序、记录进行了现场核查。从计算与核查情况看，可以排除设计问题和老化筛选问题。最后经检测中心解剖分析确认3DG182E元件开路的原因为内引线脱焊，其失效机理为内涂胶使内引线与芯片键合点之间热匹配性差，在高低温环境下产生应力，导致内引线焊点脱开。分析单位建议改用表面钝化工艺的元件可满足机载环境条件要求。据此，采取了针对性措施，在以后的试验中验证措施有效。
　　再如，在某型平显可靠性摸底试验中，第13循环，由低温升高温时，出现了透镜破裂现象。当时立即停止试验，并组织有关人员认真分析研究，认为透镜破裂的原因是：透镜与其壳体配合间隙偏小是透镜破裂的主要因素；轴向压力过大或不均匀是透镜破裂的一般因素。针对故障原因，采取了将原来的透镜外径磨小以增加配合间隙的纠正措施。采取纠正措施后的产品在接下来继续进行的可靠性摸底试验和以后进行的可靠性鉴定试验中未出故障。

2　进行可靠性增长摸底试验

　　改进后的平显进行了可靠性增长摸底试验。试验剖面按“某型飞机综合环境应力可靠性试验剖面”（见下图）进行。产品通电工作时间为242h35min。试验过程中平显共发生5次故障，其中偏转线圈虚焊一次，胶合透镜破裂一次，波段开关接触不良一次，备用环灯泡失效两次。试验过程中，平显每出现一次故障，均由试验人员作了记录，填写了“故障报告表”以及“故障报告、分析与纠正措施表”。对胶合透镜破裂、偏转线圈虚焊均召开了专题质量分析会，分析了原因，提出了纠正措施。

某型飞机综合环境应力可靠性试验剖面图

　　经过可靠性增长措施的实施，可靠性摸底试验表明，原来平显的薄弱环节得到了有效的控制。例如：采取针式插头座取代簧片式插头座之后，消除了插头座接触不良问题；采用高压一体化设计之后，消除了高压故障频繁问题；采用进口集成电路、三极管之后，消除了元器件失效多问题等。在摸底试验过程中，采取可靠性增长措施较多的电子组件未发生一次故障，说明可靠性增长措施的效果明显。

3　进行可靠性鉴定试验

　　随后，由有关部门对某型平显进行了可靠性鉴定试验，以确定改进后的平显在某型飞机任务剖面对应的综合环境应力条件下的可靠性水平，鉴定其是否达到MTBF检验下限θ_{1≥×××小时的要求。同时尽可能地暴露某型平显在研制、生产中存在的薄弱环节，分析原因，寻找改进措施，提出可靠性增长的方向，促使其可靠性向MTBF检验下限θ1≥×××小时增长。
　　本次可靠性鉴定试验采用GJB899-90《可靠性鉴定和验收试验》中方案17给出的参数（见下表）进行。}

可靠性鉴定试验参数表

方案号决策风险鉴别比允许故障数αβD=θ_{0/θ11720%20%3.0≤2}

　　总试验时间：T=473h,执行总试验时间593.9h,共117个循环，即按图1所示的试验剖面进行117个周期的试验，其中总工作时间473h。
　　在整个试验过程中，平显（除CRT外）未发生一次故障，顺利地通过了可靠性鉴定试验。
　　由试验数据，平显的MTBF单边下限估计值可由下式计算得出：

θ_{L≥2T/χ^2(2γ+2,1-a)}

　　式中　T——产品工作时间；
　　　　　γ——自由度（故障次数）；
　　　　　a——风险率。
　　本次试验中，T为473h,γ为0,a为20%,则θ_{L=293.8(h)
　　由此得出，某型平显在置信度80%时的MTBF下限值为293.8h。
　　值得注意的是，平显中的部件CRT在试验过程中出现过失效。尽管根据可靠性鉴定试验大纲的规定，部件CRT的故障在本次可靠性鉴定试验中不计入平显的故障，但是，提高CRT的可靠性水平仍然是今后进行平显可靠性增长工作的重点。}

4　结论

　　在某型平显可靠性增长工作中，对平显在内场试验和外场使用中暴露出的每一个故障经过认真分析，主要针对设计缺陷、元器件质量差等方面采取了32项技术改进措施。经可靠性鉴定试验的验证，证明所采取的纠正措施合理可行、确实有效，对提高平显系统可靠性水平有显著的实际效果，使平显的可靠性水平从可靠性测定试验的观测值几十个小时提高到可靠性鉴定试验的单边下限值近294h(置信度80%),可靠性增长工作取得明显成效。