CN110736595B - 轨道交通舱室内电子设备寿命评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道交通舱室内电子设备寿命评估方法，根据受试样品最大的量级振动方向的振动频谱图确定工作环境下振动应力；确定温度加速应力和振动加速应力；确定在工作温度下的失效率和在温度加速应力下的失效率；根据在工作温度下的失效率、在温度加速应力下的失效率、振动加速应力和工作环境下振动应力，求取加速因子；在温度加速应力、振动加速应力、最大的量级振动方向的振动频谱下进行加速寿命试验，记录试验中的责任故障发生时间和次数至样品进入耗损期；根据加速因子、故障发生时间和次数，确定平均寿命。该方法解决了现有评估方法用于轨道交通舱室内电子设备寿命评估时需要样本量多、评估过程复杂、评估结果可信度不高的问题。

Description

轨道交通舱室内电子设备寿命评估方法

技术领域

本发明涉及轨道交通电子设备技术领域，具体涉及一种轨道交通舱室内电子设备寿命评估方法。

背景技术

传统的加速寿命试验方法需要在不同应力台阶(至少三个)下进行试验，根据试验故障信息，结合加速模型和相应的数理统计分析方法，确定加速因子和寿命特征值。为了保证评估结果精度，传统方法需要的样本量较多，一般至少十二个以上。而轨道交通电子设备，其组成结构复杂，价格昂贵，能提供的试验样本量往往只有一台或两台，如果直接采用传统加速试验方法进行评估，不仅评估过程复杂，其统计分析结果的可信度也不高。因此，亟需一种现实可行的轨道交通电子设备寿命试验及评估方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种轨道交通舱室内电子设备寿命评估方法，以至少解决现有的评估方法用于轨道交通舱室内电子设备寿命评估时评估过程复杂、评估结果可信度不高的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种轨道交通舱室内电子设备寿命评估方法，包括：根据预先确定的受试样品最大的量级振动方向的振动频谱图，确定最大的量级振动方向的工作环境下振动应力；确定试验时的温度加速应力和振动加速应力；确定受试样品在工作温度下的失效率和在温度加速应力下的失效率；根据受试样品在工作温度下的失效率、受试样品在温度加速应力下的失效率、振动加速应力和工作环境下振动应力，结合逆幂律模型求取受试样品加速试验加速因子；在温度加速应力、振动加速应力、受试样品最大的量级振动方向的振动频谱条件下对受试样品进行加速寿命试验，记录试验过程中的故障发生时间和次数直至受试样品进入耗损期；根据受试样品加速试验加速因子、责任故障发生时间和次数，确定受试样品的平均寿命。

进一步地，受试样品最大的量级振动方向的振动频谱图通过IEC61373-2010或其最新版中规定的轨道交通机车车辆设备的振动谱确定，或者通过如下方法确定：获取受试样品在实际运行环境下横向、纵向、垂向三个互相垂直方向的振动实测数据，根据振动实测数据确定最大的量级振动方向，绘制最大的量级振动方向的振动频谱图。

进一步地，在确定试验时的温度加速应力和振动加速应力之前，方法还包括：采用三综合可靠性试验设备，结合振动频谱图对受试样品进行可靠性强化试验，确定受试样品的振动工作极限应力、振动破坏极限应力、温度工作极限应力以及温度破坏极限应力。

进一步地，温度加速应力设定为低于温度工作极限应力和温度破坏极限应力，振动加速应力设定为低于振动工作极限应力和振动破坏极限应力。

进一步地，温度加速应力优选设定为低于温度工作极限应力5℃-10℃或低于温度破坏极限应力10℃-15℃；振动加速应力优选设定为不大于振动工作极限应力的90％或不大于振动破坏极限应力的80％。

进一步地，确定受试样品在工作温度下的失效率和在温度加速应力下的失效率包括：根据受试样品的系统结构建立产品可靠性模型，得到受试样品系统失效率与各组成部分失效率的关系；查询GJB299C或其最新版本，得到受试样品各组成部分在工作温度和温度加速应力下的可靠性预计值；根据受试样品系统失效率与各组成部分失效率的关系以及可靠性预计值，确定受试样品在工作温度下的失效率和在温度加速应力下的失效率。

进一步地，通过可靠性仿真软件仿真得到受试样品在工作温度下的失效率和在温度加速应力下的失效率。

进一步地，根据受试样品在工作温度下的失效率、受试样品在温度加速应力下的失效率、振动加速应力和工作环境下振动应力，结合逆幂律模型求取受试样品加速试验加速因子包括：根据加速因子定义，结合逆幂律模型，通过以下公式求取受试样品加速试验加速因子：

其中，AF为受试样品加速试验加速因子，A₁为受试样品在温度加速应力下的失效率，A₀为受试样品在工作温度下的失效率，B₁为振动加速应力，B₀为工作环境下振动应力，m为预设参数，其取值范围优选为3≤m≤9。

进一步地，根据受试样品加速试验加速因子、责任故障发生时间和次数，确定受试样品的平均寿命包括：由受试样品加速试验加速因子、责任故障发生时间和次数，通过以下公式求取受试样品的平均寿命：

其中，θ为受试样品的平均寿命，AF为受试样品加速试验加速因子，t_i为责任故障发生时间，n为责任故障发生次数。

进一步地，方法还包括：根据指数分布有替换定数结尾试验的参数估计方法，确定受试样品的平均寿命在置信度1-α下的置信区间，置信区间为：

其中，θ为受试样品的平均寿命，n为责任故障发生次数。

应用本发明技术方案的寿命评估方法，通过温度-振动综合应力加速寿命评估方式，结合轨道交通电子设备的大量历史经验数据，极大程度上缩短了试验时间，减少了试验样本数量，降低了试验费用，相比于现有的单应力加速试验，本发明的温度-振动综合应力加速试验只需一个应力台阶即能进行试验，加速效率更高，更能缩短试验时间，适用于小子样、长寿命的轨道交通舱室内电子设备评估，解决了现有的评估方法用于轨道交通舱室内电子设备寿命评估时需要样本量多、评估过程复杂、评估结果可信度不高的技术问题。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明实施例的寿命评估方法的流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。

参见图1，本发明的一种实施例，提供了一种轨道交通舱室内电子设备寿命评估方法，该方法包括以下步骤：

步骤S101：根据预先确定的受试样品实际工作环境下最大的量级振动方向的振动频谱图，确定最大的量级振动方向的工作环境下振动应力B₀；

步骤S103：确定试验时的温度加速应力T₁和振动加速应力B₁；

步骤S104：确定受试样品在工作温度下的失效率A₀和在温度加速应力T₁下的失效率A₁；

步骤S105：根据受试样品在工作温度下的失效率A₀、受试样品在温度加速应力T₁下的失效率A₁、振动加速应力B₁和工作环境下振动应力B₀，结合逆幂律模型求取受试样品加速试验加速因子AF；

步骤S106：在温度加速应力T₁、振动加速应力B₁、受试样品最大的量级振动方向的振动频谱条件下对受试样品进行加速寿命试验，统计试验试验过程中的责任故障发生时间t_i和次数n直至受试样品进入耗损期；

步骤S107：根据受试样品加速试验加速因子AF、责任故障发生时间t_i和次数n，确定受试样品的平均寿命θ。

通过温度-振动综合应力加速寿命评估方式，结合轨道交通电子设备的大量历史经验数据，极大程度上缩短了试验时间，减少了试验样本数量，降低了试验费用，相比于现有的单应力加速试验，本发明采用温度-振动综合应力加速试验只需一个应力台阶即能进行试验，加速效率更高，更能缩短试验时间，适用于小子样、长寿命的轨道交通舱室内电子设备评估，解决了现有的评估方法用于轨道交通舱室内电子设备寿命评估时需要样本量多、评估过程复杂、评估结果可信度不高的问题。

在本实施例中，步骤S103中，受试样品最大的量级振动方向的振动频谱图可以通过以下两种方式确定：

第一种方式为：首先获取受试样品在实际运行环境下横向、纵向、垂向三个互相垂直方向的振动实测数据，根据所获取的振动实测数据确定最大的量级振动方向，然后绘制最大的量级振动方向的振动频谱图，根据该振动频谱图确定最大的量级振动方向的工作环境下振动应力B₀。

第二种方式为：通过IEC61373-2010或其最新版中规定的轨道交通机车车辆设备的振动谱确定受试样品最大的量级振动方向的振动频谱图。采用这种方式无需进行振动实测数据采集和处理工作。

在具体评估时，可根据实际情况在上述两种方式中进行选择。若条件允许，优选采用第一种方式。

可选的，在确定试验时的温度加速应力T₁和振动加速应力B₁之前，该评估方法还可以包括：

步骤S102：采用传统的三综合可靠性试验设备，结合振动频谱图对受试样品进行可靠性强化试验，确定受试样品的振动工作极限应力V_OL、振动破坏极限应力V_DL、温度工作极限应力T_OL、温度破坏极限应力T_DL；然后，将温度加速应力T₁设定为低于温度工作极限应力T_OL和温度破坏极限应力T_DL，将振动加速应力B₁设定为低于振动工作极限应力V_OL和振动破坏极限应力V_DL。这样，可以确保试验时温度加速应力T₁不超过温度工作极限应力T_OL和温度破坏极限应力T_DL，振动加速应力B₁不超过振动工作极限应力V_OL和振动破坏极限应力V_DL。可靠性强化试验方法可参考GBT 29309-2012，试验过程中，保持振动谱型不变。

进一步地，温度加速应力T₁优选设定为低于温度工作极限应力T_OL5℃-10℃或低于温度破坏极限应力T_DL10℃-15℃；振动加速应力B₁优选设定为不大于振动工作极限应力V_OL的90％或不大于振动破坏极限应力V_DL的80％。如此，可以确保试验过程的可靠性和安全性。对于振动加速应力B₁值，还可根据实际情况继续调低，避免试验过程中因振动加速应力B₁过大而引入新的失效机理(相对于实际环境)。

在本实施例中，步骤S104中，确定受试样品在工作温度下的失效率A₀和在温度加速应力T₁下的失效率A₁具体包括：根据受试样品的系统结构建立产品可靠性模型，得到受试样品系统失效率与各组成部分失效率的关系：λ_s＝f(λ_i),i＝1,2,…n；查询GJB299C或其最新版本，得到受试样品各组成部分在工作温度和温度加速应力下的可靠性预计值：

根据受试样品系统失效率与各组成部分失效率的关系以及可靠性预计值，确定受试样品在工作温度下的失效率A₀和在温度加速应力T₁下的失效率A₁。

可选的，受试样品在工作温度下的失效率A₀和在温度加速应力T₁下的失效率A₁也可以通过可靠性仿真软件仿真得到。

在本实施例中，步骤S105中，根据受试样品在工作温度下的失效率A₀、受试样品在温度加速应力T₁下的失效率A₁、振动加速应力B₁和工作环境下振动应力B₀，结合逆幂律模型求取受试样品加速试验加速因子AF具体包括：

根据加速因子定义，结合逆幂律模型，通过以下公式求取受试样品加速试验加速因子AF：

其中，AF为受试样品加速试验加速因子，A₁为受试样品在温度加速应力下的失效率，A₀为受试样品在工作温度下的失效率，B₁为振动加速应力，B₀为工作环境下振动应力，m为预设参数(与失效模式或其他因素相关的参数)，其取值范围优选为3≤m≤9，根据轨道交通机车车辆设备大量的历史经验数据，m通常取4。

在本实施例中，步骤S106中，根据受试样品加速试验加速因子AF、责任故障发生时间t_i和次数n，确定受试样品的平均寿命θ具体包括：

试验时，产品全程进行通电并监测性能，试验过程中出现故障，试验暂停，对故障进行完全修复后继续试验，并统计试验过程中责任故障发生时间t_i、次数n和故障原因，试验至故障频繁(即产品寿命进入耗损期)出现时停止。

由受试样品加速试验加速因子AF、责任故障发生时间t_i和次数n，通过以下公式求取受试样品的平均寿命θ：

其中，θ为受试样品的平均寿命，AF为受试样品加速试验加速因子，t_i为责任故障发生时间t_i(i＝1,2,…n)，n为责任故障发生次数。

可选的，在本实施例中，该评估方法还可以包括：

步骤S108：根据指数分布有替换定数结尾试验的参数估计方法，确定受试样品的平均寿命在置信度1-α下的置信区间，该置信区间为：

其中，θ为受试样品的平均寿命，n为责任故障发生次数。

总体而言，本发明基于实测振动路谱和GJB299C(电子设备可靠性预计手册)，开展温度-振动综合应力寿命试验，只需一个或两个样本量，更加符合工程实际，评估精度高；基于轨道交通机车车辆设备大量的历史经验数据和产品设计数据为基础，确定加速模型中的未知参数取值，从而可以大大缩减加速寿命试验的试验成本及费用，解决了昂贵设备可靠性寿命试验开展困难的问题；试验过程中采用综合应力，相对于单应力寿命试验具有更高的加速系数，试验时间更短，满足目前日益紧张的产品研发进度的需求。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种轨道交通舱室内电子设备寿命评估方法，其特征在于，包括：

根据预先确定的受试样品最大的量级振动方向的振动频谱图，确定所述最大的量级振动方向的工作环境下振动应力；

确定试验时的温度加速应力和振动加速应力；

确定所述受试样品在工作温度下的失效率和在温度加速应力下的失效率；

根据所述受试样品在工作温度下的失效率、所述受试样品在温度加速应力下的失效率、所述振动加速应力和所述工作环境下振动应力，结合逆幂律模型求取所述受试样品加速试验加速因子；

在所述温度加速应力、所述振动加速应力、所述受试样品最大的量级振动方向的振动频谱条件下对所述受试样品进行加速寿命试验，记录试验过程中的责任故障发生时间和次数直至所述受试样品进入耗损期；

根据所述受试样品加速试验加速因子、所述责任故障发生时间和次数，确定所述受试样品的平均寿命；

根据所述受试样品在工作温度下的失效率、所述受试样品在温度加速应力下的失效率、所述振动加速应力和所述工作环境下振动应力，结合逆幂律模型求取所述受试样品加速试验加速因子包括：

根据加速因子定义，结合逆幂律模型，通过以下公式求取所述受试样品加速试验加速因子：

其中，AF为受试样品加速试验加速因子，A₁为受试样品在温度加速应力下的失效率，A₀为受试样品在工作温度下的失效率，B₁为振动加速应力，B₀为工作环境下振动应力，m为预设参数，其取值范围为3≤m≤9；

根据所述受试样品加速试验加速因子、所述责任故障发生时间和次数，确定所述受试样品的平均寿命包括：

由所述受试样品加速试验加速因子、所述责任故障发生时间和次数，通过以下公式求取所述受试样品的平均寿命：

其中，θ为受试样品的平均寿命，AF为受试样品加速试验加速因子，t_i为责任故障发生时间，n为责任故障发生次数；

根据指数分布有替换定数结尾试验的参数估计方法，确定所述受试样品的平均寿命在置信度1-α下的置信区间，所述置信区间为：

其中，θ为受试样品的平均寿命，n为责任故障发生次数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述受试样品最大的量级振动方向的振动频谱图通过IEC61373-2010或其最新版中规定的轨道交通机车车辆设备的振动谱确定，或者通过如下方法确定：

获取所述受试样品在实际运行环境下横向、纵向、垂向三个互相垂直方向的振动实测数据，根据所述振动实测数据确定最大的量级振动方向，绘制所述最大的量级振动方向的振动频谱图。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在确定试验时的温度加速应力和振动加速应力之前，所述方法还包括：

采用三综合可靠性试验设备，结合所述振动频谱图对所述受试样品进行可靠性强化试验，确定所述受试样品的振动工作极限应力、振动破坏极限应力、温度工作极限应力以及温度破坏极限应力。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述温度加速应力设定为低于所述温度工作极限应力和所述温度破坏极限应力，所述振动加速应力设定为低于所述振动工作极限应力和所述振动破坏极限应力。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述温度加速应力设定为低于所述温度工作极限应力5℃-10℃或低于所述温度破坏极限应力10℃-15℃；所述振动加速应力设定为不大于所述振动工作极限应力的90％或不大于所述振动破坏极限应力的80％。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述受试样品在工作温度下的失效率和在温度加速应力下的失效率包括：

根据所述受试样品的系统结构建立产品可靠性模型，得到所述受试样品系统失效率与各组成部分失效率的关系；

查询GJB299C或其最新版本，得到所述受试样品各组成部分在工作温度和温度加速应力下的可靠性预计值；

根据所述受试样品系统失效率与各组成部分失效率的关系以及所述可靠性预计值，确定所述受试样品在工作温度下的失效率和在温度加速应力下的失效率。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过可靠性仿真软件仿真得到所述受试样品在工作温度下的失效率和在温度加速应力下的失效率。

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