MIL-HDBK-217F探讨

1引言

由美国国防部于1991年11月02日发布的军用手册MIL-HDBK-217F是1990年01月02日发布的MIL-HDBK-217E,Notice 1的升级替代版本,至今仍在使用。MIL-HDBK-217F共有23节(Section)正文和3个附录,正文包括:范围、引用文件、导言、可靠性分析计算4节,以及关于具体设备的可靠性分析预计共19节内容;附录为“元件计数可靠性预计法”的简介、一个具体电路的详细模型以及参考书目。

2相对于旧版本的改进

MIL-HDBK-217F相对于MIL-HDBK-217E,Notice 1的改进,主要体现在以下几个方面:
1)为8类主要微电路提供了新的失效率模型,
分别是:单片双极数字与线性逻辑阵列器件、单片MOS数字与线性逻辑阵列器件、单片双极与MOS数字微处理器器件(包括控制器)、单片双极与MOS数字存储器器件、单片镓砷数字器件、杂化微电路、磁泡存储器、表面声波器件;
2)为超高速集成电路(Very High Speed Inte-grated Circuits—VHSIC/VHSIC Like)和甚大规模集成(Very Large Scale Integration—VLSI)器件(逻辑门数超过60 000)提供了新模型;
3)环境系数πE的个数从27降至14;
4)为网络电阻器提供了修订的失效率模型;
5)基于(美)电子工业协会微波部提供的数据,修订了行波管与速调管的模型;
6)整个手册重新拟定格式,更易于使用。
特别是从MIL-HDBK-217F提供的新模型来看,具体对应的是逻辑门数达到60 000的双极与
MOS微电路、晶体管数达到3 000的线性微电路、32位双极与MOS数字处理器与协处理器、内存达到1 Mb的存储器、活跃因子达到1 000的砷化镓单片微波集成电路和晶体管数达到10 000的砷化镓集成电路。



3目标与预测方法

MIL-HDBK-217F的首要目标是为军用电子设备或系统建立稳定一致的固有可靠性(InherentReliability,专指已定型的产品或设计已成熟的产品)预计方法,并使预计方法持续有效;其次,MIL-HDBK-217F不仅为检验、验收军用电子设备或系统提供了统一的标准,也为相关设计者或竞标设计者奠定了统一的基础,在此意义上,MIL-HDBK-217F可作为设计者提高电子设备可靠性的工具来使用。
MIL-HDBK-217F使用了两种可靠性预测方法:元器件应力分析法(Part Stress Analysis)和元件计数法(Parts Count),前者在手册的第5节至第23节中,后者在附录A中进行阐述。使用这两种方法所需的信息量不同,具体地说,使用元器件应力分析法需要更多的详细信息,适用于设计后期阶段,即具体的硬件和电路已设计完成之后;而使用元件计数法所需的信息一般只包括元件数量、质量水平、使用环境即可,适用于设计初期阶段。通常,元件计数法的结论相比元器件应力分析法更保守,即系统可靠性的失效率会更高一些。

4可靠性预计的局限性

MIL-HDBK-217F特别指出了可靠性预计的局限性:
a)失效率模型采用点估计,而点估计的有效性基于其采集数据的有效性,因此,失效率模型只
有符合在其建立时数据采集的条件下才具有有效性。那么,采用失效率模型时某些外推是有效的,而另一些仅凭经验使用则应受到严格的限制。例如:MIL-HDBK-217F中的所有模型都未包括核辐射条件下的可靠性预计。
b)即使外部条件相同,但系统使用环境的差异对模型有效性的影响同样不可忽视。对地面电子系统来说,实际可靠性和预计可靠性相比总是相差甚微,但机载电子系统却没有那么好的结果。其原因是地面电子系统之间的环境压力变化较小,那么实际工作时的外部条件就与失效率模型建立时数据采集的条件相近,而机载电子系统恰好相反。
c)失效率受到操作流程、操作者习惯、测量技术以及失效定义等因素的影响,因此,决不能假定可靠性预计能够代替战场实际使用者测量得到的可靠性。但是,这并非否定了可靠性预计作为一项可靠性工程的价值,注意到MIL-HDBK-217F所讨论的应用都未要求其结果必须匹配战场实际测量可靠性。
d)电子技术日新月异,新的软硬件层出不穷,这都增加了可靠性预计的难度。技术改进尚可以既有模型外推出结果,面对技术创新,只能推迟可靠性预计分析。
e)可靠性预计的方法本身也限制了其应用。
元器件应力分析法要求有系统设计的大量详细信息,这本身就需要大量的时间和资金;另外,在设计的初期阶段,许多细节不明,更无法获取信息。

5结束语

Mil-Hdbk-217F通过修订、新增模型,更易于实际使用;其中的两种可靠性预测方法是可靠性预计的基本方法,但在系统设计和分析时必须考虑到这两种方法各自的局限性。Mil-Hdbk-217F较之GJB/Z 299B-98的优势及其数学模型的理论分析我们将在以后的研究中给出。
参考文献:
[1]MIL-HDBK-217-1991,Reliability Prediction of Electron-
ic Equipment[S].
[2]GJB/Z 299B-98,电子设备可靠性预计手册[S].