CN111368426A - 板级电子产品可靠性加速试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种板级电子产品可靠性加速试验装置，其包括机柜、电源、数据采集系统、信号调理系统、试验方案优化设计模块、试验数据处理模块和可靠性指标评估模块；该装置覆盖了从方案、实施、数据处理、指标评估等加速试验全流程各项工作内容，为产品实施加速试验提供了规范化、流程化的整体解决方案；试验装置可实时进行数据采集和数据自动存储，对被试品状态进行在线实时检测及故障自动判断，大大提高了试验效率，节省人工成本。

Description

板级电子产品可靠性加速试验装置

技术领域

本发明涉及加速试验领域，具体涉及一种板级电子产品可靠性加速试验装置。

背景技术

由于电子产品具有质量要求苛刻、研制周期短、寿命要求高的研制特点，具不完全统计，家用电器的研制周期一般为3～6个月，汽车电子产品为6～18个月，通信电子产品研制周期为8～18个月；家用电器预期使用寿命一般为8～16年，汽车电子产品预期使用寿命为6～12年，通信电子产品的预期使用寿命一般为4～10年；而国产电子产品的质量与国际先进水平相比，还存在明显差距，据2018年质检中心的统计数据，家用电器抽检不合格率为15％～45％，汽车电子产品抽检不合格率为5％～12.8％，通信电子产品抽检不合格率为13％～22.7％。

由于时间和费用的限制，传统的可靠性验证试验技术难以满足产品的当前可靠性指标的验证要求，因此加速试验方法应运而生。然而当前我国大部分企业由于技术的欠缺，往往不具备独立开展加速试验的能力，因此，迫切需要一套完整的加速试验辅助工具，提供完整化、规范化的加速试验工作流程，并对加速试验的方案设计优化、试验检测、数据处理以及可靠性评估等具体工作提供技术支撑，指导企业规范合理的开展加速试验工作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是设计一套完整的加速试验设备，该设备能够覆盖包括方案实施、数据处理、模型拟合和指标评估的加速试验全流程，并能提供包括试验方案优化、加速模型选择和失效机理一致性分析的专业解决方案，实现产品可靠性快速验证、缩短研制周期、降低研制成本、提升产品可靠性水平。

为解决上述技术问题，本发明提出一种板级电子产品可靠性加速试验装置，该可靠性加速试验装置包括机柜、电源、数据采集系统、信号调理系统、试验方案优化设计模块、试验数据处理模块和可靠性指标评估模块；

所述机柜为所述数据采集系统、信号调理系统和电源提供支撑，所述机柜还包括用于和操作人员进行交互的按钮、开关、显示器、信号指示灯、键盘和鼠标；

所述电源包括电源管理模块，用于对所述实验设备外部输入的交流电进行处理，生成满足所述数据采集系统、信号调理系统、显示器和待测产品使用的交流电和直流电；

所述数据采集系统包括机箱、总线、控制器和数据集采集卡；所述机箱为控制器和数据采集卡提供电压、安装空间和总线连接；机箱由外壳和背板组成，背板上插槽包括系统插槽和外围插槽；所述外围插槽包括CPCI、CPCIe、PXI、PXIe、混合和系统定时插槽；所述背板上包括触发总线、星形触发和局部总线，所属背板产生本地总线信号和10MHz系统参考时钟；所述总线用于所述数据采集板卡和控制器之间的通信，所述总线的类型包括PXI、PXIe、PCI和PCIe总线，所述总线类型与所述机箱、控制器和数据采集卡的总线类型相匹配；所述控制器包括CPU、内存、存储设备、声卡、显卡和I/O接口；所述控制器安装在所述机箱内的系统插槽处，通过所述机箱背板与所述数据采集卡相连，用于向所述数据采集卡发送控制指令，并接收和存储所述数据采集卡采集到的数据；所述数据采集卡包括模拟输入卡、模拟输出卡、数字I/O卡、计数器/定时器卡、多功能卡、继电器卡、可编程电阻卡和通讯卡；所述数据采集卡用于采集存储所述待测设备产生的信号和数据，并可输出模拟、数字、频率控制信号，作为所述待测设备的测试激励信号；

所述信号调理系统包括转接电路和调理电路板；所述转接电路将每套待测产品的输入输出信号分配至所述数据采集卡的通道上，需要经过信号调理电路的信号首先经过所述调理电路板再连接至所述数据采集卡；所述调理电路板用于将待测产品输出的不满足所述数据采集系统采集范围的信号转换成可采集的信号，并将所述数据采集系统产生的不满足待所述测产品输入要求的控制信号转换成满足要求的信号；所述调理电路板包括交流转直流电路、电流转电压电路、放大电路、衰减电路、电平转换电路、隔离电路、滤波电路、驱动电路和多路复用调理电路；

所述试验方案优化设计模块用于根据被测产品特性、使用环境，利用加速试验系统中软件的试验方案优化设计模块，设计相应的加速试验；

所述试验数据处理模块接收所述数据采集系统采集到的数据，支撑用户进行试验数据的处理分析，包括对被试产品的寿命数据进行分布拟合、假设检验的功能、产品失效机理一致性定量判断功能以及加速模型的拟合分析功能；所述功能包括正态、威布尔和指数3种分布类型，支持最小二乘法和极大似然估计参数估计方法；

所述可靠性指标评估模块对所述试验数据处理模块输出的试验数据进行分析处理，为用户提供加速试验的评估结论，可支撑可靠度、特征寿命、概率密度函数等评估参数的反馈，并以数据、图形或表格等可视化的形式进行显示。

优选的，所述板级电子产品可靠性加速试验装置还包括综合管理模块；所述综合管理模块包括项目管理模块及license注册管理模块；所述项目管理模块用于产品信息管理、项目的新建、删除、保存等编辑处理；所述license注册管理模块用于软件版权的控制管理。

优选的，所述板级电子产品可靠性加速试验装置还包括故障信息检测模块；所述故障信息检测模块通过对于测试设备的参数控制、试验过程检测以及试验数据的收集及存储，实现对被测试产品的故障在线检测和故障判断，包括被试品状态的配置、被试品信号采集方式的配置和故障判断阈值编辑功能。

优选的，所述板级电子产品可靠性加速试验装置还包括可靠性验证模块；所述可靠性验证模块根据用户选择的使用方风险、寿命分布类型、试验截尾方式以及可靠性指标，确定被测试产品的可靠性验证试验方案，并根据加速因子计算结果，确定可靠性加速验证试验方案，用以验证被测试产品可靠性水平是否达到指标要求。

优选的，所述数据采集系统的通道数不少于1000个。

优选的，所述机箱具有报警模块，所述报警模块用于监控所述机箱内部温度和电源的散热情况。

优选的，所述机箱支持多机箱与远程计算机连接；所述多机箱与远程计算机连接方式包括A方式和B方式；所述方式A中，远程计算机内配置主机适配器接口卡，机箱内配置接口模块；主机适配器分别与各个机箱的接口模块相连，为计算机与机箱之间提供高性能链路；所述A方式要求主机适配器具有两个PCI/PCIe接口；所述方式B中远程计算机内配置主机适配器接口卡，机箱内配置接口模块；所述主机适配器首先与主机箱的接口模块相连，再与从机箱的接口模块相连，为计算机与机箱之间提供高性能链路；所述B方式要求主机箱内的接口模块具有两个PCI/PCIe接口。

优选的，所述机箱支持多机箱与嵌入式计算机连接；所述多机箱与嵌入式计算机连接的方式包括A方式和B方式：所述方式A中主机箱内系统插槽处配置嵌入式计算机，从机箱内系统插槽处配置接口模块；该方式要求主机内的嵌入式计算机需在所述控制器的基础上集成PCI/PCIe总线接口，为主机箱与从机箱之间提供高性能链路；所述方式B中主机箱内系统插槽处配置嵌入式计算机，外围插槽处配置接口模块，从机箱内系统插槽处配置接口模块，该方式中的嵌入式计算机无需集成PCI/PCIe总线接口，主从机箱通过接口模块进行数据传输。

本发明的效果如下：

本发明提供的板级电子产品可靠性加速试验装置覆盖了从方案、实施、数据处理、指标评估等加速试验全流程各项工作内容，为产品实施加速试验提供了规范化、流程化的整体解决方案；所述试验装置可实时进行数据采集和数据自动存储，对被试品状态进行在线实时检测及故障自动判断，大大提高了试验效率，节省人工成本。

附图说明

图1是本发明实施例的机柜结构布局图；

图2是本发明实施例中多机箱与远程计算机连接方式A；

图3是本发明实施例中多机箱与远程计算机连接方式B；

图4是本发明实施例中多机箱与嵌入式计算机连接方式A；

图5是本发明实施例中多机箱与嵌入式计算机连接方式B；以及

图6是本发明实施例中可靠性加速试验系统的软件功能流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

本实施例中，被测对象为某型冰箱电脑板。

电脑板当前试验存在以下问题：1、抽取的冰箱电脑板样本能够通过当前试验，但出厂后，在保修期内故障频发，造成大量的后期维修、更换成本；2、受试验场地限制，仅能摆下10台冰箱，占地约20平方米；3、目前的试验方案需要样本20台，每个样本需要试验25天，所以累积试验时间为50天；4、人为巡检只能检测出冰箱常规功能是否运行，但是运行参数，如：压缩机转速，内置灯运行电压等是否正常并无法检测到。

本发明实施例机柜采用本发明提出的板级电子产品可靠性加速试验装置，结构布局如图1所示，包括用以实现与待测设备的互连、采集存储待测设备产生的信号、数据，并为待测设备生成测试激励信号的机柜、数据采集系统、信号调理系统和电源，以及综合管理模块、试验方案优化设计模块、故障信息检测模块、试验数据处理模块、可靠性指标评估模块和可靠性验证模块；

机柜为系统数据采集系统、信号调理系统和电源提供支撑，操作人员可以通过机柜上的按钮、开关对电源通断进行控制，利用信号指示灯等对设备状态进行输出；机柜还通过立柱支撑架或内置托盘放置显示器、键盘和鼠标；

电源包括电源管理模块，用于对实验设备外部输入的交流电进行处理，生成满足数据采集系统、信号调理系统、显示器和待测产品使用的交流电和直流电；

数据采集系统包括机箱(1个，PXI-4318)、总线、控制器(PXIE-3874)和数据集采集卡；

总线用于各个数据采集板卡和控制器之间的通信，总线的类型包括PXI、PXIe、PCI和PCIe总线，总线类型与机箱、控制器和数据采集卡的总线类型相匹配；

控制器包括CPU、内存、存储设备、声卡、显卡和I/O接口；控制器安装在机箱内的系统插槽处，通过机箱背板与数据采集卡相连，用于向数据采集卡发送控制指令，并接收和存储数据采集卡采集到的数据；

数据采集卡包括模拟输入卡1块，DAQ-6280、模拟输出卡1块，DAC-6738、数字I/O卡1块，FPGA-7811、计数器/定时器卡1块，FPGA-7811、多功能卡、继电器卡1块，VCSP-3005、可编程电阻卡1块，VCSP-5002和通讯卡1块，COM-8430；数据采集卡用于采集存储待测设备产生的信号和数据，并可输出模拟、数字、频率控制信号，作为待测设备的测试激励信号；

机箱为控制器和数据采集卡提供电压、安装空间和总线连接；机箱由外壳和背板组成，背板上插槽包括系统插槽和外围插槽；外围插槽包括17个CPCI、CPCIe、PXI、PXIe、混合插槽和1个系统定时插槽；背板上包括触发总线、星形触发和局部总线，所属组背板产生本地总线信号和10MHz系统参考时钟；

信号调理系统包括转接电路和调理电路板；

转接电路应将每套待测产品的输入输出信号分配至各个数据采集卡的通道上，需要经过信号调理电路的信号首先经过调理电路板再连接至数据采集卡；

调理电路板用于将待测产品输出的不满足数据采集系统采集范围的信号转换成可采集的信号，并将数据采集系统产生的不满足待测产品输入要求的控制信号转换成满足要求的信号；包括交流转直流电路、电流转电压电路、放大电路、衰减电路、电平转换电路、隔离电路、滤波电路、驱动电路和多路复用调理电路；

图6是本发明实施例的可靠性加速试验系统中的功能流程图。

综合管理模块包括项目管理模块及license注册管理模块；项目管理模块用于产品信息管理、项目的新建、删除、保存等编辑处理；license注册管理模块用于软件版权的控制管理；

试验方案优化设计模块用于根据被测产品特性、使用环境，利用加速试验系统中软件的试验方案优化设计模块，设计相应的加速试验；

故障信息检测模块通过对于测试设备的参数控制、试验过程检测以及试验数据的收集及存储，实现对被测试产品的故障在线检测和故障判断，包括被试品状态的配置、被试品信号采集方式的配置和故障判断阈值编辑功能。

试验数据处理模块支撑用户进行试验数据的处理分析，包括对被试产品的寿命数据进行分布拟合、假设检验等数据处理功能、产品失效机理一致性定量判断功能以及加速模型的拟合分析功能。

该功覆盖工程上常用的正态、威布尔、指数等3种分布类型、支持最小二乘法、极大似然估计等参数估计方法。

可靠性指标评估模块基于试验数据的分析处理，为用户提供加速试验的评估结论，可支撑可靠度、特征寿命、概率密度函数等评估参数的反馈，并以数据、图形或表格等可视化的形式进行显示；

可靠性验证模块根据用户选择的使用方风险、寿命分布类型、试验截尾方式以及可靠性指标，确定被测试产品的可靠性验证试验方案，并根据加速因子计算结果，确定可靠性加速验证试验方案，用以验证被测试产品可靠性水平是否达到指标要求。

本实施例中，数据采集系统的通道数为1364个。

本实施例中，机箱具有报警模块，报警模块用于监控机箱内部温度和电源的散热情况。

本实施例中，机箱支持多机箱与远程计算机连接和多机箱与嵌入式计算机连接；

多机箱与远程计算机连接方式包括A方式，和B方式；图2是本发明实施例中多机箱与远程计算机连接方式A；图3是本发明实施例中多机箱与远程计算机连接方式B；方式A中远程计算机内配置主机适配器接口卡，机箱内配置接口模块；主机适配器接口卡插入远程计算机的PCI/PCIe插槽，接口模块插入机箱的系统插槽，主机适配器分别与各个机箱的接口模块相连，为计算机与机箱之间提供高性能链路；A方式要求主机适配器具有两个PCI/PCIe接口。方式B中远程计算机内配置主机适配器接口卡，机箱内配置接口模块；主机适配器接口卡插入远程计算机的PCI/PCIe插槽，接口模块插入机箱的系统插槽，主机适配器首先与主机箱的接口模块相连，再与从机箱的接口模块相连，为计算机与机箱之间提供高性能链路。B方式要求主机箱内的接口模块具有两个PCI/PCIe接口。

多机箱与嵌入式计算机连接的方式包括A方式和B方式：图4是本发明实施例中多机箱与嵌入式计算机连接方式A；图5是本发明实施例中多机箱与嵌入式计算机连接方式B；以及方式A中主机箱内系统插槽处配置嵌入式计算机，从机箱内系统插槽处配置接口模块；该方式要求主机内的嵌入式计算机需在控制器的基础上集成PCI/PCIe总线接口，为主机箱与从机箱之间提供高性能链路；方式B中主机箱内系统插槽处配置嵌入式计算机，外围插槽处配置接口模块，从机箱内系统插槽处配置接口模块，该方式中的嵌入式计算机无需集成PCI/PCIe总线接口，主从机箱通过接口模块进行数据传输。

针对该型冰箱电脑板，设计优化了该型冰箱电脑板的加速试验方案，具体步骤如下：

1、根据冰箱电脑板的产品特性、使用环境，利用加速试验系统中软件的试验方案优化设计模块，设计了8组温度、湿度综合应力试验；

2、利用数据采集系统中的数据采集卡及软件中的故障信息检测模块，成功模拟了电脑板的激励信号，同时，在线检测电脑板的输出信号，包含压缩机转速，变频板电压，化霜加热丝电压等，同时精确检测冰箱电脑板的运行参数，实时掌握电脑板的工作状态；

3、获取试验数据之后，利用软件中的数据处理模块，经比较各分布拟合优度后，选取威布尔分布拟合电脑板寿命分布，选择peck模型拟合参数和计算因子；

4、利用软件中的可靠性评估模块获取电脑板正常工作下的寿命，约为2.4年，未达到设计寿命3年的要求。

经分析故障数据，确定薄弱环节为某芯片在长时间使用后容易热集中烧毁，更换设计后，保修期内故障明显下降；最后，项目团队为冰箱电脑板制定了验证试验方案，在85℃，80％湿度条件下，选择18个样本开展试验20天，如无故障发生，则表明该批电脑板通过验证试验。

通过运用本发明提供的产品，优化了该型冰箱电脑板的加速试验方案，降低了对试验场地的需求，缩短了试验时间，并通过对试验数据的分析，成功定位电脑板设计薄弱环节，改进设计后，明显提高了电脑板质量，实现了产品可靠性快速验证、缩短研制周期、降低研制成本、提升产品可靠性水平的目标。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种板级电子产品可靠性加速试验装置，其特征在于，其包括机柜、电源、数据采集系统、信号调理系统、试验方案优化设计模块、试验数据处理模块和可靠性指标评估模块；

所述机柜为所述数据采集系统、信号调理系统和电源提供支撑，所述机柜还包括用于和操作人员进行交互的按钮、开关、显示器、信号指示灯、键盘和鼠标；

所述电源包括电源管理模块，用于对所述实验设备外部输入的交流电进行处理，生成满足所述数据采集系统、信号调理系统、显示器和待测产品使用的交流电和直流电；

所述数据采集系统包括机箱、总线、控制器和数据集采集卡；所述机箱为控制器和数据采集卡提供电压、安装空间和总线连接；机箱由外壳和背板组成，背板上插槽包括系统插槽和外围插槽；所述外围插槽包括CPCI、CPCIe、PXI、PXIe、混合和系统定时插槽；所述背板上包括触发总线、星形触发和局部总线，所述背板产生本地总线信号和10MHz系统参考时钟；所述总线用于所述数据采集板卡和控制器之间的通信，所述总线的类型包括PXI、PXIe、PCI和PCIe总线，所述总线类型与所述机箱、控制器和数据采集卡的总线类型相匹配；所述控制器包括CPU、内存、存储设备、声卡、显卡和I/O接口；所述控制器安装在所述机箱内的系统插槽处，通过所述机箱背板与所述数据采集卡相连，用于向所述数据采集卡发送控制指令，并接收和存储所述数据采集卡采集到的数据；所述数据采集卡包括模拟输入卡、模拟输出卡、数字I/O卡、计数器/定时器卡、多功能卡、继电器卡、可编程电阻卡和通讯卡；所述数据采集卡用于采集存储所述待测设备产生的信号和数据，并可输出模拟、数字、频率控制信号，作为所述待测设备的测试激励信号；

所述信号调理系统包括转接电路和调理电路板；所述转接电路将每套待测产品的输入输出信号分配至所述数据采集卡的通道上，需要经过信号调理电路的信号首先经过所述调理电路板再连接至所述数据采集卡；所述调理电路板用于将待测产品输出的不满足所述数据采集系统采集范围的信号转换成可采集的信号，并将所述数据采集系统产生的不满足待所述测产品输入要求的控制信号转换成满足要求的信号；所述调理电路板包括交流转直流电路、电流转电压电路、放大电路、衰减电路、电平转换电路、隔离电路、滤波电路、驱动电路和多路复用调理电路；

所述试验方案优化设计模块用于根据被测产品特性、使用环境，设计相应的加速试验；

所述试验数据处理模块接收所述数据采集系统采集到的数据，支撑用户进行试验数据的处理分析，包括对被试产品的寿命数据进行分布拟合、假设检验的功能、产品失效机理一致性定量判断功能以及加速模型的拟合分析功能；所述功能包括正态、威布尔和指数3种分布类型，支持最小二乘法和极大似然估计参数估计方法；

所述可靠性指标评估模块对所述试验数据处理模块输出的试验数据进行分析处理，为用户提供加速试验的评估结论，可支撑可靠度、特征寿命、概率密度函数等评估参数的反馈，并以数据、图形或表格等可视化的形式进行显示。

2.根据权利要求1所述的板级电子产品可靠性加速试验装置，其特征在于，还包括综合管理模块；

所述综合管理模块包括项目管理模块及license注册管理模块；所述项目管理模块用于产品信息管理、项目的新建、删除、保存等编辑处理；所述license注册管理模块用于软件版权的控制管理。

3.根据权利要求1所述的板级电子产品可靠性加速试验装置，其特征在于，还包括故障信息检测模块；

所述故障信息检测模块通过对于测试设备的参数控制、试验过程检测以及试验数据的收集及存储，实现对被测试产品的故障在线检测和故障判断，包括被试品状态的配置、被试品信号采集方式的配置和故障判断阈值编辑功能。

4.根据权利要求1所述的板级电子产品可靠性加速试验装置，其特征在于，还包括可靠性验证模块；

所述可靠性验证模块根据用户选择的使用方风险、寿命分布类型、试验截尾方式以及可靠性指标，确定被测试产品的可靠性验证试验方案，并根据加速因子计算结果，确定可靠性加速验证试验方案，用以验证被测试产品可靠性水平是否达到指标要求。

5.根据权利要求1所述的板级电子产品可靠性加速试验装置，其特征在于，所述数据采集系统的通道数不少于1000个。

6.根据权利要求1所述的板级电子产品可靠性加速试验装置，其特征在于，所述机箱具有报警模块，所述报警模块用于监控所述机箱内部温度和电源的散热情况。

7.根据权利要求1所述的板级电子产品可靠性加速试验装置，其特征在于，所述机箱支持多机箱与远程计算机连接；所述多机箱与远程计算机连接方式包括A方式和B方式；所述方式A中，远程计算机内配置主机适配器接口卡，机箱内配置接口模块；主机适配器分别与各个机箱的接口模块相连，为计算机与机箱之间提供高性能链路；所述A方式要求主机适配器具有两个PCI/PCIe接口；所述方式B中远程计算机内配置主机适配器接口卡，机箱内配置接口模块；所述主机适配器首先与主机箱的接口模块相连，再与从机箱的接口模块相连，为计算机与机箱之间提供高性能链路；所述B方式要求主机箱内的接口模块具有两个PCI/PCIe接口。

8.根据权利要求1所述的板级电子产品可靠性加速试验装置，其特征在于，所述机箱支持多机箱与嵌入式计算机连接；所述多机箱与嵌入式计算机连接的方式包括A方式和B方式：所述方式A中主机箱内系统插槽处配置嵌入式计算机，从机箱内系统插槽处配置接口模块；该方式要求主机内的嵌入式计算机需在所述控制器的基础上集成PCI/PCIe总线接口，为主机箱与从机箱之间提供高性能链路；所述方式B中主机箱内系统插槽处配置嵌入式计算机，外围插槽处配置接口模块，从机箱内系统插槽处配置接口模块，该方式中的嵌入式计算机无需集成PCI/PCIe总线接口，主从机箱通过接口模块进行数据传输。

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