CN101655695B - 提高电子装置可靠度的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种提高电子装置可靠度的系统，包括一输入装置、一数据处理装置及一包括一数据库的数据存储装置，所述数据处理装置包括：一选择模块，用于接收所述输入装置的输入信息，并从所述数据库存储的电子元件信息中选择组成一电子装置的所需电子元件；一计算模块，用于计算出所选择的电子元件的标准差及均值，产生电子元件的正态分布样本，并计算出所述电子装置输出的电压；及一性能判断模块，用于判断电子装置输出的电压是否在允许范围内。本发明还提供一种提高电子装置可靠度的方法。本发明提高电子装置可靠度的系统及方法能够自动选择电子装置中所需的电子元件，保证电子装置的输出在其允许的误差范围内。

Description

提高电子装置可靠度的系统及方法
技术领域
本发明涉及一种提高电子装置可靠度的系统及方法。
背景技术
各种电子装置均由各种不同类型的电子元件组成，例如电阻、电容、比较器等。电子装置的工作稳定性与可靠度均由各电子元件决定。当气温、环境湿度和大气压力等条件改变时，各电子元件的参数就会改变，由此使得电子装置输出的电压或电流随着环境变化就会改变。
若在某一工作环境下，电子装置输出的电压或电流的改变超出了允许的误差范围，电子装置的工作稳定性与可靠度就会降低，用户就需查找并选择数据库中存储的电子元件，以将电子装置中的某一电子元件更换为参数不同的对应元件，直到使电子装置输出的电压或电流在其允许的误差范围内为止，从而使电子装置的可靠度提高，上述通过人工选取电子元件来提高电子装置可靠度的方法需花费大量的时间与精力，并且极容易出错，无法在短时间内完成作业，因此效率较低。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种提高电子装置可靠度的系统及方法，能够自动选择电子装置中所需的电子元件，保证电子装置的输出在其允许的误差范围内。
一种提高电子装置可靠度的系统，包括一输入装置、一数据处理装置及一包括一数据库的数据存储装置，所述数据处理装置包括：一选择模块，用于接收所述输入装置的输入信息，并根据所述输入信息从所述数据库存储的电子元件信息中选择组成一电子装置的所需电子元件；一计算模块，用于接收所述选择模块选择的电子元件，并根据所述数据库中存储的电子元件的规格、不同环境条件下的电子元件的相对误差，计算出所选择的电子元件的标准差及均值，由所选择的电子元件的均值与标准差产生电子元件的正态分布样本，并根据所述正态分布样本及所述电子装置的输出电压计算公式计算出所述电子装置输出的电压；及一性能判断模块，用于计算一表征电子装置的输出电压宽度的性能指标及一表征电子装置的输出电压是否偏离目标电压的性能指标，并判断所述两个性能指标是否大于某一预设值，若均大于所述预设值，则表示所述电子装置输出的电压在允许范围内，若其中之一性能指标小于所述预设值，则所述选择模块从所述数据库存储的电子元件信息中重新选择所需的电子元件，并重新计算所述两个性能指标，直至所述两个性能指标均大于所述预设值为止。
一种提高电子装置可靠度的方法，包括以下步骤：
接收一输入装置的输入信息；
根据所述输入信息从一数据库中选择组成一电子装置的所需电子元件；
接收所选择的电子元件，并根据所述数据库中存储的电子元件的规格、不同环境条件下的电子元件的相对误差，计算出所选择的电子元件的均值与标准差，由所选择的电子元件的标准差及均值产生电子元件的正态分布样本；
根据所述电子元件的正态分布样本及所述电子装置的输出电压计算公式，计算出所述电子装置输出的电压；及
计算一表征电子装置的输出电压宽度的性能指标及一表征电子装置的输出电压是否偏离目标电压的性能指标，并判断所述两个性能指标是否大于某一预设值，若均大于所述预设值，则表示所述电子装置输出的电压在允许范围内，若其中之一性能指标小于所述预设值，则返回执行从所述数据库中选择组成电子装置的所需电子元件的步骤。
本发明提高电子装置可靠度的系统及方法根据数据库中存储的电子元件信息，判断电子元件组成的电子装置的输出电压是否在允许的误差范围内，若不在允许的误差范围内则更换为参数不同的对应元件，确保电子装置在不同的工作环境中均能正常工作，提高了电子装置的工作稳定性和可靠度。
附图说明
图1是本发明提高电子装置可靠度的系统的较佳实施方式的架构图。
图2是本发明提高电子装置可靠度的方法的较佳实施方式的流程图。
图3是一种电子装置的局部电路图。
图4是图3中的电子装置输出电压的分布图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提高电子装置可靠度的系统的较佳实施方式包括一输入装置100、一数据处理装置200及一数据存储装置300。所述数据处理装置200包括一选择模块202、一计算模块204、一绘图显示模块206及一性能判断模块208。
所述输入装置100可以为一键盘或鼠标等输入设备，用户可通过所述键盘或鼠标将一电子装置的目标电压、输出电压的计算公式及所述电子装置所需的电子元件类型输入至数据处理装置200，所述电子元件的类型可以为电阻、电容、稳压器等类型。
所述数据处理装置200可以为任意具有数字处理能力的计算机、服务器、单片机等，其用于根据输入装置100的输入信息，对应进行相应的数据处理。
所述数据存储装置300包括一数据库，所述数据库通过一数据库连接与数据处理装置200进行通信，所述数据库连接可以为开放式数据库连接(OpenDatabase Connectivity，ODBC)或者Java数据库连接(Java DatabaseConnectivity，JDBC)等。所述数据库用于储存电子元件信息，所述电子元件信息包括电子元件类型、电子元件型号、电子元件规格及不同环境条件下的电子元件的相对误差。
所述选择模块202用于接收所述输入装置100的输入信息，并根据所述输入信息从数据存储装置300的数据库中存储的电子元件信息中选择组成电子装置的所需电子元件。
所述计算模块204用于接收选择模块202选择的电子元件，并根据数据存储装置300的数据库中存储的所选择的电子元件的规格、不同环境条件下的电子元件的相对误差，计算出所选择的电子元件的标准差及均值，由所选择的电子元件的均值与标准差产生电子元件的正态分布样本，并根据所述正态分布样本及电子装置的输出电压计算公式计算出电子装置输出的电压。
所述绘图显示模块206用于接收计算模块204计算出的电子装置输出的电压，作出电子装置输出的电压的分布图，并对电子装置输出的电压分布图进行直观显示。
所述性能判断模块208计算一表征电子装置的输出电压宽度的性能指标及一表征电子装置的输出电压是否偏离目标电压的性能指标，并判断此两个性能指标是否大于某一预设值，若均大于此预设值，则表示电子装置输出的电压在允许范围内，若其中之一性能指标小于此预设值，则选择模块202从数据存储装置300的数据库存储的电子元件信息中重新选择所需的电子元件，并重新计算此两个性能指标，直至两个性能指标均大于此预设值为止。
在其它实施方式中，还可以根据需要删除所述绘图显示模块206。
如图2所示，本发明提高电子装置可靠度的方法的较佳实施方式包括以下步骤：
步骤S100，数据处理装置200的选择模块202接收输入装置100的输入信息；
步骤S200，选择模块202根据此输入信息从数据存储装置300的数据库中选择组成电子装置的所需电子元件；
步骤S300，计算模块204接收选择模块202所选择的电子元件，并根据数据存储装置300的数据库中存储的所选择的电子元件的规格、不同环境条件下的电子元件的相对误差，计算出所选择的电子元件的均值与标准差，由所选择的电子元件的标准差及均值产生电子元件的正态分布样本，例如电子元件的均值可以为电子元件的规格大小，电子元件的标准差σ的计算公式可以为
Figure GDA0000044540700000041
其中x为电子元件的规格大小，mi为不同环境条件下电子元件的相对误差，n为环境条件数；
步骤S400，计算模块204根据电子元件的正态分布样本及电子装置的输出电压计算公式，计算出电子装置输出的电压，并通过绘图显示模块206接收计算模块204计算出的电子装置输出的电压，作出电子装置输出的电压的分布图，并对电子装置输出的电压分布图进行直观显示，例如此分布图的横坐标可表示电子装置的输出电压值，纵坐标可表示不同电压值的样本数量占样本总数的百分比；
步骤S500，所述性能判断模块208计算一表征电子装置的输出电压宽度的性能指标Cp及一表征电子装置的输出电压是否偏离目标电压的性能指标Cpk，并判断此两个性能指标是否大于某一预设值，若均大于此预设值，则表示电子装置输出的电压在允许范围内，若其中之一性能指标小于此预设值，则返回步骤S200，例如性能指标Cp及Cpk的计算公式可以分别为
Figure GDA0000044540700000051
Figure GDA0000044540700000052
其中，
Figure GDA0000044540700000053
σ为电子装置的输出电压的标准差，n为电子装置输出电压数目，u为电子装置输出电压均值，xi为电子装置输出电压值，Usl、Lsl分别为电子装置输出的电压上限值与电压下限值，Usl与Lsl之差为电子装置所允许的电压误差范围，Usl与Lsl分别与目标电压值相差为目标电压值的5％。
下面以图3所示的一种电子装置的局部电路为例具体说明提高电子装置可靠度的方法的工作过程：所述电子装置包括一电阻R1、一电阻R2及一比较器U1。比较器U1的同相输入端连接一参考电源VREF，比较器U1的输出端依次通过电阻R2及电阻R1后接地，比较器U1的反相输入端连接于电阻R1及R2之间的节点。
假设数据处理装置200接收输入装置100的输入信息包括所述电子装置的目标电压为1.5伏特、电子装置所需的电子元件为2个电阻及1个比较器、电子装置的输出电压vout的计算公式为vout＝vref*(1+r2/r1)，其中r1、r2分别为电阻R1及电阻R2的电阻值，vref为参考电源VREF的电压值(步骤S100)。
选择模块202根据此输入信息从数据存储装置300的数据库中选择所需各电子元件的规格依次为：参考电源VREF的电压值vref＝0.8伏特，电阻R1的阻值r1＝2320欧姆，电阻R2的阻值r2＝2100欧姆(步骤S200)。
由于各元件在不同的环境条件下均存在一定的误差，因此数据存储装置300的数据库中还存储电阻R1、电阻R2及参考电源VREF在不同环境条件下的相对误差，为了更清楚地理解本发明，此处将其归纳为表1，表1中列出了电阻R1、电阻R2及参考电源VREF在不同的环境条件下的相对误差大小，例如出厂、温度、老化、焊接等10项环境条件，并假设电阻R1的电阻值r1、电阻R2的电阻值r2及参考电源Vref的电压值vref的标准差分别为σ1、σ2、σ3，均值分别为u1、u2、u3，不同环境条件下的相对误差分别为mi、ni、bi，根据公式
Figure GDA0000044540700000062
Figure GDA0000044540700000063
计算模块204得到电阻R1的电阻值r1、电阻R2的电阻值r2及参考电源VREF的电压值vref的标准差分别为σ1＝15.025欧姆、σ2＝14.616欧姆、σ3＝2.667毫伏，均值分别为u1＝2320欧姆、u2＝2100欧姆、u3＝0.8伏特，再根据均值和标准差就可分别产生电阻R1的电阻值r1、电阻R2的电阻值r2、参考电源VREF的电压值vref服从正态分布的样本，此处设定产生此3种电子元件的样本数各为10000个(步骤S300)。
表1各元件在不同环境条件下的误差范围表
  环境条件   R2的误差   R1的误差   Vref的误差
  出厂   1.0％   1.0％   1.0％
  温度变化   0.6％   0.6％   0
  老化   1.0％   0.75％   0
  焊接   0.5％   0.2％   0
  温度周期   0   0.75％   0
  湿度   0.5％   0.5％   0
  低温   0.5％   0.5％   0
  高温   0   0.5％   0
  热力   1.0％   0.5％   0
  热震   0.5％   0.5％   0
然后计算模块204根据电子装置的输出电压公式vout＝vref*(1+r2/r1)计算出10000组电子装置的输出电压值，绘图显示模块206接收计算模块204计算出的电子装置输出的电压值，并绘制出电子装置的输出电压值vout的分布图，并对电子装置输出的电压分布图进行直观显示，如图4所示。图4的横坐标表示电子装置的输出电压值，纵坐标表示不同电压值的样本数量占样本总数的百分比，图4中还示出了电子装置的输出电压值vout的目标电压Ut、电压上限Us及电压下限Ls(步骤S400)。
性能判断模块208计算表征电子装置的输出电压宽度的性能指标Cp及表征电子装置的输出电压是否偏离目标电压的性能指标Cpk，并判断此两个性能指标是否大于某一预设值，若均大于此预设值，则表示电子装置输出的电压在允许范围内，性能指标Cp及Cpk的计算公式分别为
Figure GDA0000044540700000071
Figure GDA0000044540700000072
其中，
Figure GDA0000044540700000073
σ为电子装置的输出电压的标准差，n为电子装置输出电压数目，u为电子装置输出电压均值，xi为电子装置输出电压值，Usl、Lsl分别为电子装置输出的电压上限值与电压下限值，Usl与Lsl之差为电子装置所允许的电压误差范围，Usl与Lsl分别与目标电压值相差为目标电压值的5％，目标电压值为1.5伏特，Usl＝1.575伏特，Lsl＝1.425伏特，性能指标Cp值越大表示电子装置的输出异常越小，电压输出的精密度越高，电子装置的可靠度越高。性能指标Cpk值越大且越接近性能指标Cp值时，表示电子装置的输出电压越靠近目标电压Ut，且电路可靠性或质量越好。此处规定预设值为1.33。即性能指标满足Cp＞1.33，Cpk＞1.33即可(步骤S500)。若其中之一性能指标小于1.33，则性能判断模块208需重新从数据库中查找存储的元件信息，并将某一元件更换为参数不同的对应元件，并重复执行步骤S200-S500，直到Cp＞1.33，Cpk＞1.33为止。
本发明提高电子装置可靠度的系统及方法根据数据存储装置300的数据库中存储的电子元件信息，判断电子元件组成的电子装置的输出电压是否在允许的误差范围内，若不在允许的误差范围内则更换为参数不同的对应元件，确保电子装置在不同的工作环境中均能正常工作，提高了电子装置的工作稳定性和可靠度。

Claims (10)

1.一种提高电子装置可靠度的系统，包括一输入装置、一数据处理装置及一包括一数据库的数据存储装置，所述数据处理装置包括：
一选择模块，用于接收所述输入装置的输入信息，并根据所述输入信息从所述数据库存储的电子元件信息中选择组成一电子装置的所需电子元件；
一计算模块，用于接收所述选择模块选择的电子元件，并根据所述数据库中存储的电子元件的规格、不同环境条件下的电子元件的相对误差，计算出所选择的电子元件的标准差及均值，由所选择的电子元件的均值与标准差产生电子元件的正态分布样本，并根据所述正态分布样本及所述电子装置的输出电压计算公式计算出所述电子装置输出的电压；及
一性能判断模块，用于计算一表征电子装置的输出电压宽度的性能指标及一表征电子装置的输出电压是否偏离目标电压的性能指标，并判断所述两个性能指标是否大于某一预设值，若均大于所述预设值，则表示所述电子装置输出的电压在允许范围内，若其中之一性能指标小于所述预设值，则所述选择模块从所述数据库存储的电子元件信息中重新选择所需的电子元件，并重新计算所述两个性能指标，直至所述两个性能指标均大于所述预设值为止。
2.如权利要求1所述的提高电子装置可靠度的系统，其特征在于：所述数据处理装置还包括一绘图显示模块，所述绘图显示模块用于接收所述计算模块计算出的所述电子装置输出的电压，作出所述电子装置输出的电压的分布图，并对所述电子装置输出的电压分布图进行直观显示。
3.如权利要求1所述的提高电子装置可靠度的系统，其特征在于：所述输入装置为一键盘或鼠标，用户可通过所述键盘或鼠标将所述电子装置的目标电压、输出电压的计算公式及所述电子装置所需的电子元件类型输入至所述数据处理装置，所述数据处理装置为一计算机。
4.如权利要求1所述的提高电子装置可靠度的系统，其特征在于：所述数据库通过一数据库连接与所述数据处理装置进行通信，所述数据库连接为开放式数据库连接或者Java数据库连接。
5.如权利要求1所述的提高电子装置可靠度的系统，其特征在于：所述数据库中存储电子元件信息包括电子元件类型、电子元件型号、电子元件规格及不同环境条件下的电子元件的相对误差。
6.一种提高电子装置可靠度的方法，包括以下步骤：
接收一输入装置的输入信息；
根据所述输入信息从一数据库中选择组成一电子装置的所需电子元件；
接收所选择的电子元件，并根据所述数据库中存储的电子元件的规格、不同环境条件下的电子元件的相对误差，计算出所选择的电子元件的均值与标准差，由所选择的电子元件的标准差及均值产生电子元件的正态分布样本；
根据所述电子元件的正态分布样本及所述电子装置的输出电压计算公式，计算出所述电子装置输出的电压；及
计算一表征电子装置的输出电压宽度的性能指标及一表征电子装置的输出电压是否偏离目标电压的性能指标，并判断所述两个性能指标是否大于某一预设值，若均大于所述预设值，则表示所述电子装置输出的电压在允许范围内，若其中之一性能指标小于所述预设值，则返回执行从所述数据库中选择组成电子装置的所需电子元件的步骤。
7.如权利要求6所述的提高电子装置可靠度的方法，其特征在于：在根据电子元件的正态分布样本及电子装置的输出电压计算公式的步骤后及计算一表征电子装置的输出电压宽度的性能指标及一表征电子装置的输出电压是否偏离目标电压的性能指标的步骤前，还包括步骤：接收计算出的所述电子装置输出的电压，作出所述电子装置输出的电压的分布图，并对所述电子装置输出的电压分布图进行直观显示。
8.如权利要求7所述的提高电子装置可靠度的方法，其特征在于：所述分布图的横坐标表示所述电子装置的输出电压值，纵坐标表示不同电压值的样本数量占样本总数的百分比。
9.如权利要求6所述的提高电子装置可靠度的方法，其特征在于：所述输入信息包括所述电子装置的目标电压、输出电压的计算公式及所述电子装置所需的电子元件类型。
10.如权利要求6所述的提高电子装置可靠度的方法，其特征在于：所述数据库中存储电子元件信息包括电子元件类型、电子元件型号、电子元件规格及不同环境条件下的电子元件的相对误差。
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