0.6米动中通天线可靠性研制报告

0.6 米动中通天线 可靠性研制报告可靠性研制报告 V1.0 共 32 页 广州市天珩通通信设备有限公司广州市天珩通通信设备有限公司 2011 年 1 月 拟 制： 审 核： 标准化： 批 准： 更改历史页 序号版本号日期更改条款作者（更改者） 00V1.020101215 V60 动中通天线可靠性研制报告 于水 0.6 米动中通天线可靠性研制报告 目 次 1概述.1 2引用文件.1 3术语、符号.1 4设备定义.1 4.1设备组成.1 4.2设备任务与功能.2 4.3设备性能参数及范围.3 4.4设备物理界限与功能接口.5 4.5设备寿命剖面和任务剖面.5 4.6任务成功准则和故障模型.7 5可靠性和维修性设计.8 5.1可靠性和维修性指标.8 5.2可靠性和维修性预计模型.8 5.3可靠性预计.9 5.4维修性预计.16 5.5可靠性分配.19 5.6维修性分配.21 5.7可靠性定性设计.23 5.8维修性设计.25 6总结.27 0.6 米动中通天线可靠性研制报告 0 1概述 本报告对 V60 的可靠性设计进行了分析，包括可靠性预计和分配结果，目的是 通过分析和设计，达到规定的可靠性要求。本报告是 V60 在研制过程中开展可靠性和 维修性工作的基本依据。 2引用文件 GJB/Z 102-1997 软件可靠性和安全性设计准则 GJB/Z 299C-2006 电子设备可靠性预计手册 GJB 367A-2001 军用通信设备通用规范 GJB 450A-2004 装备可靠性工作通用要求 GJB 813-1990 可靠性模型的建立和可靠性预计 武器装备可靠性与维修性管理规定 武器装备可靠性维修性设计若干要求 军用综合移动通信系统研制总要求 3术语、符号 MTBF全称是 Mean Time Between Failure，即平均故障间隔时间，是可修复 产品的一种基本可靠性参数。度量方法为：在规定的条件下和规定的期间内，产品寿 命单位总数与故障总次数之比。 MTBCF全称是 Mean Time Between Critical Failures，即平均严重故障间隔时 间，是与任务有关的一种可靠性参数。其度量方法为：在规定的一系列任务剖面中， 产品任务总时间与严重故障总数之比。原称致命性故障间的任务时间。 MTTR全称是 Mean Time To Repair，即平均修复时间，是产品维修性的一 种基本参数，它是一种设计参数。度量方法为：在规定的条件下和规定的期间内，产 品在规定的维修级别上，修复性维修总时间与该级别上被修复产品的故障总数之比。 可达性产品维修或使用时，接近各个部位的相对难易程度的度量。 4设备定义 4.1设备组成 V60 由天线方位控制单元和天线信号收发单元组成 0.6 米动中通天线可靠性研制报告 1 V60 天线方位控制单元采用模块化设计方案，从结构形态上划分为七种相对独 立的单元，即 CPU 控制单元、方位电机驱动单元、极化控制单元、传感器单元、LNB 单元、天线板单元、ACU 单元和电机单元。 CPU 控制单元完成与 IDU 通信和天线板方位俯仰控制。 传感器模块应用 RS485 与 CPU 控制板通讯，传递陀螺仪，电子罗盘，加速度传 感器，温度传感器数据信息。 方位电机控制模块接受 CPU 控制板的 PWM 信号，驱动直流电机，编码盘反馈 方位信号给 CPU 控制板。完成 48V/28V 电压转换，自检和保护功能。 俯仰电机模块步进马达对俯仰角进行调整，编码盘反馈俯仰信号给 CPU 控制板。 4.2设备任务与功能 V60 任务是自动捕获及识别卫星，基于惯导系统及 RSSI 检测自动跟踪卫星，并 且根据地理位置信息自动调节极化方向；也可从卫星数据库选择卫星参数，进行手动 模式。V60 功能框图如图 1 所示。 0.6 米动中通天线可靠性研制报告 2 图 1 V60 任务功能框图 主机单元电源模块为传感器模块、方位电机俯仰控制模块和信道模块提供 DC /DC 电源；采用屏蔽电缆和同轴电缆供电；保证连接可靠性和电磁屏蔽性。 V60 通过 50 同轴射频电缆与 BUC 和 Modem 进行通信。 4.3设备性能参数及范围 4.3.1发射指标 发射频率：14.0 GHz 14.5GHz； 辐射效率：见表 1； 表 1 发射辐射功率 单位发射频率 GHz1414.2514.5 %949390 天线增益：37.6dBi； 0.6 米动中通天线可靠性研制报告 3 旁瓣电平:13.2dB； 波束宽度 ：见表 2（方位/俯仰）； 表 2 发射波束宽度 单位发射频率 GHz1414.2514.5 deg1.0/5.21.0/5.10.9/5.0 方向性：见表 3； 表 3 发射方向性 单位发射频率 GHz1414.2514.5 dB38.138.238.3 馈线插入损耗：0.25dB。 4.3.2接收指标 发射频率：14.0 GHz 14.5GHz； 辐射效率：见表 4； 表 4 接收辐射效率 单位接收频率 GHz12.2512.512.75 %949393 天线增益：见表 5； 表 5 接收天线增益 单位接收频率 GHz12.2512.512.75 dBi36.336.436.6 旁瓣电平:13.2dB； 波束宽度：见表 6（方位/俯仰）； 表 6 接收波束宽度 单位接收频率 0.6 米动中通天线可靠性研制报告 4 GHz12.2512.512.75 deg1.1/5.91.1/5.81.1/5.7 方向性：见表 7； 表 7 接收方向性 单位接收频率 GHz12.2512.512.75 dB36.83737.2 馈线插入损耗：0.25dB。 4.3.3整机指标 工作电压：直流电压+24V，交流电压 220V； Rx 频率：12.25 GHz 12.75GHz； Tx 频率：14.0 GHz14.5GHz； Rx G/T:12.4B/K(25仰角、净空，Ku 频段 LNA：80K)； 极化方式：线极化（90可调）； 天线方位控制范围：0 360； 天线俯仰控制范围：0 80(跟踪模式)，0 90(手动模式)； 跟踪方式：自动跟踪； 重量：55kg； 外形尺寸： 1300mm, H298mm。 4.4设备物理界限与功能接口 4.4.1物理界限 外形尺寸：1300mm, H298mm； 重量：55kg。 4.4.2功能接口 Rx 接口：通过 NTC 母头接口，应用射频电缆连接 Modem;将经过 LNB 的中频 信号调制解调。 Tx 接口：采用 WR75 波导法兰接口，将信号经过 BUC 传递给天线。 0.6 米动中通天线可靠性研制报告 5 控制供电接口：采用 MS3100E14S-2P 接口，传递 RS485 数据，同时提供 48V DC. 4.5设备寿命剖面和任务剖面 4.5.1寿命剖面 V60 从使用方验收合格后，装备部队使用直到报废或退役这段时间内所经历的 全部事件和环境的时序描述为其寿命剖面。其寿命剖面示意图如图 2 所示。 采 购 验 收 发 货 运 输 仓 库 贮 存 使 用 运 输 或 启 封 通 信 联 络 准 备 装 备 部 队 执 行 任 务 设 备 维 修 报 废 或 退 役 战备训练 图 2 寿命剖面示意图 寿命周期内经历的主要事件： 运输：包装好的设备可采用任何运输工具进行运输，其尺寸、形状、重量和重 心应能适应公路、铁路、水运和空运的环境条件，并应符合 GJB 182 规定的尺寸系列。 在运输过程中，设备应能承受各种冲击和振动。应符合 GJB367A-2001 附录 C（补充件） 中 C2.2 条和 C2.7 条规定的振动和冲击要求。需铁路运输的设备应能适应在运输中可 能遇到的车辆编组、刹车等的冲击。置于包装箱内的设备，在经受按 GJB 150.18 规定 的撞击速度和撞击方法进行的铁路车辆撞击试验后，设备应能正常工作； 仓储：设备的长期贮存环境条件见 GJB 150.18 的 5.10.5 条。 设备短期存放时，应有遮蔽物，应防烟火、淋雨、浸水、雷电、太阳辐照、砂 尘、老鼠、白蚁、强烈震动和冲击。不应接触腐蚀性气体或液体及其他有害物质。 ； 执行任务：提供具有抗干扰、抗毁、安全保密的集群通信能力； 0.6 米动中通天线可靠性研制报告 6 维修：天线的传动机构要便于维护和更换； 伺服控制机箱面板上应标明开关、旋钮、表头、测试孔等的功能； 各种线缆和馈源接口等要有标示； 报废：15a 服役期满后视情报废或延寿。 任务剖面 V60 在完成规定任务这段时间内所经历的事件和环境的时序描述。其中包括任 务成功或致命故障的判断准则。 V60 的任务剖面如图 3 所示。 开 通 图 3 V60 任务剖面 4.6任务成功准则和故障模型 4.6.1任务成功准则 无法锁定并跟踪卫星，接收发送射频信号为系统故障； 产品的正常工作状态： 开关机正常，各单元电源指示灯正常，各单元的工作指示灯正常。 故障判别准则： 对于基本可靠性，凡是需要维修的事件，以及产品超过技术指标规定范围者均 计为故障。 对于任务可靠性，可以参照以下故障判据。凡属下列情况之一者均统计为故障： 开关机不正常。 任务 卫星信标、接收下行信号，能够通过上述 两种辨识方式跟踪和锁定卫星。其主要作 战任务与使命是： a）能够根据输入的数据，自动控制天线 对准卫星； b）具有自检功能，判断故障点，具有记 忆功能，掉电保护功能； c）接收和发送卫星信号。 检 测 检 测 停 机 0.6 米动中通天线可靠性研制报告 7 锁星不正常。 通讯不正常。 攻放连接信号不正常。 机械部件、结构部件的失效、退化、破裂、断裂、变形、失灵、卡死等非正常状态。 对于由于产品外部原因，如维护或操作人员误操作等造成的故障属于非关联故 障，不计入故障总数。但是，对非关联故障要详细记录，并认真分析，尽可能采取相 应措施，如加强对用户的培训，对产品进行容错设计，以减少甚至避免非关联故障的 产生。 4.6.2故障模型 4.6.2.1V60 锁定卫星 V60 自动或者手动锁定需要的卫星，天线处于抖动或移动状态时能够自动跟踪 卫星。 4.6.2.2通过卫星通讯 V60 锁定卫星的情况下，能够正常的接收并发送信号；车辆在颠簸的路面行驶， 或者转弯的条件下能够正确的跟踪卫星，不影响通讯。 5可靠性和维修性设计 5.1可靠性和维修性指标 5.1.1可靠性要求 在典型作战模式下，V60 的全功能运行可用度达到 95。 平均故障间隔时间 MTBF 的值应不小于 2000h。 5.1.2维修性要求 V60 主要设备在不打开机盖的情况下，利用机内测试装置可诊断故障到模块级， 并在 2 分钟内能确定到模块级故障的 90%。 V60 各设备的平均修复时间 MTTR 的值应不大于 30min。 5.2可靠性和维修性预计模型 V60 可靠性框图如图 4 所示。维修性预计框图同可靠性框图。 0.6 米动中通天线可靠性研制报告 8 CPU 控 制 单 元 传 感 器 单 元 极 化 单 元 LNB 单 元 方 位 电 机 控 制 单 元 力 分 析， 计 算 表 格 如 表 9 所 示。 表 9 ： 任 务 可 靠 性 预 计 计 算 子件序号名称数量 pIpN 一、CPU 控制单元单元失效率88.26 CPU 控制 板 1驱动，大功率224.876949.7538 2LSI(CPU)10.38630.3863 3LSI(FLASH)10.3020.302 4MMIC60.883775.30262 5MSI230.611414.0622 6RF 连接器30.00250.0075 7SSI160.26684.2688 8硅三极管80.0270.216 9 片式膜电阻器 （100K,1M） 40.00330.0132 11片式线圈和电感器1490.02353.5015 12普通二极管40.12430.4972 13贴片钽电解电容570.03161.8012 14贴片陶瓷电容器3160.00431.3588 15谐振器/振荡器60.241.44 16印刷电路用连接器300.1233.69 17整流二极管30.10740.3222 18PCB 焊点数15000.000070.105 19PCB 板10.4230.423 二、极化控制单元单元失效率5.1503 极化控制板 1MSI20.61141.2228 2LSI(CPU)10.38630.3863 3SSI20.26680.5336 4 片式膜电阻器 （=100K） 310.00330.1023 5片式线圈和电感器110.02350.2585 6普通二极管70.12430.8701 7贴片钽电解电容40.03160.1264 8贴片陶瓷电容器310.00430.1333 9谐振器/振荡器10.240.24 10印刷电路用连接器80.1230.984 11PCB 焊点数10000.000070.07 12PCB 板10.2230.223 三、方位电机驱动单元单元失效率81.68 方位电机驱 动板 1驱动，大功率324.876981.686 2SSI90.26682.4012 3硅三极管30.0270.081 4 片式膜电阻器 （100K,1M） 30.00330.0099 7片式线圈和电感器60.02350.141 8普通二极管90.12431.1187 9贴片钽电解电容110.03160.3476 10贴片陶瓷电容器340.00430.1462 11印刷电路用连接器40.1230.492 12MSI30.61141.8342 13PCB 焊点数9000.000070.063 14PCB 板10.2230.223 四、传感器单元单元失效率8.43 传感器板 1LSI(CPU)10.38630.3863 2SSI70.26681.8676 3电子罗盘11.23541.2354 4加速度传感器13.521463.52146 5 片式膜电阻器 （=100K） 250.00330.0825 6 片式膜电阻器 （=1M） 10.00330.0033 7片式线圈和电感器120.02350.282 8贴片钽电解电容100.03160.316 9贴片陶瓷电容器390.00430.1677 10谐振器/振荡器10.240.24 11印刷电路用连接器40.01230.0492 12PCB 焊点数8000.000070.056 13 PCB 板 10.2230.223 五、LNB 单元单元失效率16 六、天线板单元单元失效率23 七、ACU 单元单元失效率56 八、电机单元单元失效率2.6 V 60 设 备 的 任 务 可 靠 性 模 型 （ 或 致 命 性 故 障 间 隔 任 务 时 间 M T B C F 模 型） ， 参 见 图 4 。 由 C PU 控 制 单 元、 方 位 电 机 驱 动 单 元、 极 化 控 制 单 元、 传 感 器 单 元、 LN B 单 元、 天 线 板 单 元、 AC U 单 元 和 电 机 单 元 组 成。 V6 0 设 备 总 的 设 备 失 效 率 （ 失 效 数 1, 00 0, 00 0h ） ； 则 V 60 设 备 的 总 失 效 率 表 示 为： V6 0 设 备 CP U + 极 化 + 方 位 驱 动 + 传 感 器 + LN B+ 天 线 板 + AC U+ 电 机 28 1. 12 V 60 设 备 的 M T B F = 1/ V6 0 设 备 = 35 57 .2 0h 。 预 计 结 果： V 60 设 备 的 M T B F = 35 57 .2 0h 20 00 h ， 满 足 可 靠 性 设 计 指 标 要 求。 根 据 任 务 可 靠 性 预 计 计 算 表， V 60 设 备 的 主 要 由 C P U 单 元 和 方 位 电 机 控 制 单 元 贡 献， 占 了 总 数 的 31 % （ 俯 仰 电 机 控 制） 和 29 % 。 C P U 模 块 的 CP U = 88 .2 6 ， 其 中 驱 动 模 块 = 49 .7 53 8 占 单 个 功 放 比 例 达 57 % 。 方 位 控 制 板 驱 动 模 块 = 74 .6 3 占 了 方 位 驱 动 = 81 .6 8 数 的 91 % 。 因 此， 要 改 进 V 60 设 备 的 整 机 可 靠 性 应 从 提 高 C P U 板 和 方 位 电 机 控 制 板 驱 动 模 块 的 可 靠 性 着 手 单 元 ACU 单 元 电 机 单 元 图 4 可靠性框图 5.3可靠性预计 5.3.1可靠性预计的原则 根据在设备设计、研制的不同阶段采用不同的可靠性预订预计方法。 5.3.2可靠性预计方法及其说明 V60 设备的可靠性预计采用元器件应力分析可靠性预计法对产品的可靠性水平 进行预计。 这种预计模型为基本失效率 b 与 E、Q 等一系列 系数相连乘的形式。 采用这种方法所需要的信息如下： 元器件的种类及数量； 元器件质量等级 Q； 设备环境 E。 采用这种方法计算设备失效率的数学表达式为： 设备i 对于给定的设备环境来说，式中： 设备总的设备失效率（失效数1000000h） ； i第 i 个可更换单元或通用元器件的通用失效率（失效数1000000h） ； 0.6 米动中通天线可靠性研制报告 9 5.3.3预计用数据说明 预计用元器件数据来源于设计图纸。 元器件的可靠性参数，全部取处 GJB/Z 299C-2006。本报告可靠性预计采用元器 件应力分析可靠性预计法。 表 8 元器件的可靠性参数 失效率单位：1E-6 序 号 类别系数或参数 工作失效率计算公式：p=（b1N+b2）eqc 环境系数 e： 8.0 质量系数 q=1.0 复杂度系数 c PCB 层数 6 c ： 2.0 基本失效率：b1=0.00017 b2=0.0011 1 PCB 板 （国产） N 是金属化孔数目 工作失效率计算公式：p=beq 基本失效率 b： 焊接方式 铬铁焊 再流焊 压接 b 0.000092 0.000070 0.000700 环境系数 e： 7.0 2焊接点 质量系数 q=1.0 工作失效率计算公式：p=beqts 基本失效率 b： 薄膜电阻器： （小于 1W 小于 1MHz）b= 0.00017 （小于 1W 大于 1M Hz）b=0.0010 （大于 1W 小于 1MHz）b=0.0015 （大于 1W 大于 1MHz）b=0. 0035 片式膜电阻器： b=0.0005 环境系数 e 4.5 质量系数 q=1.0 3 电阻 （进口） 温度系数 t： T=75时： t= 1.35（片式膜电阻器、薄膜电阻器小于 1W） 应力系数 s： s= 1.1（薄膜电阻器、片式膜电阻器、大于 1W 功率薄膜电阻器） 工作失效率计算公式 p=b eqtsch 基本失效率 电容类别（TAN 密封） （瓷介质） （铝电解 400 微法以内） b 0.0005 0.0004 0.003 4 电容 （进口） 环境系数 e： 4.6 0.6 米动中通天线可靠性研制报告 10 质量系数 q=1.0 温度系数 t： T=75时： t=1.35（钽电解） ；1.2（瓷介质电容） ；2.7（铝电解电容） 应力系数 s： 电应力 S 取 0.6 时： s=1.4（钽电解） ；1.5（瓷介质电容） ；1.3（铝电解电容 ） 电应力 S 取 0.9 时： s=4.1（钽电解） ；5.2（瓷介质电容） ；2.6（铝电解电容） 表面贴装系数 ch 片电容类别：（片式钽电解） ；（片式瓷介质电容） ；（片式铝电解） ch 1.1 1.3 1.1 有引脚电容类别：（有引脚钽电解、 瓷介质电容 、铝电解） ch 均为 1.0 工作失效率计算公式；p=beqtp 基本失效率 b： 连接器 通用功率 电气同轴 插头 印刷电路用 带状电缆 b 0.0015 0.00020 0.00005 0.00037 0.00010 环境系数 e： 4.6 质量系数 q=4 温度系数 t=2.75（T=75） 5 连接器 （进口） 接触系数 p 接触数（个） 1 15 16 40 100 以上 p 1.00 2.43 2.53 4.98 15.0 工作失效率计算公式 p=QC1t + C2e 质量系数 Q=6.0 电路复杂度失效率 C1：单位（1E-6） 单片数字集成电路（门数） 1，000 10，000，000 电路复杂度失效率 C1 0.0037 0.0212 单片模拟集成电路（晶体管数）1，000 5，000 电路复杂度失效率 C1 0.0324 0.0547 微处理器： OMAP5912：预与 80386 同级，取 80486 级，1250000 个晶体管； MPC8260：预与 80386 同级，取 80486 级，1250000 个晶体管时； 微处理器 OMAP5912 、 MPC8260： C1=0.0088 SRAM： 4MB 时 C1=0.0294； 32MB 时 C1=0.0506 DRAM：1MB 时 C1=0.0073 EPROM：128kB 时 C1=0.0030 FLASH： 1MB 时 C1=0.0049；8MB 时 C1=0.0082；32MB 时 C1=0.0115 6 半导体单 片集成电 路 (进口) 温度系数 t： T=75时： 单片数字集成电路（MOS） t=0.82 0.6 米动中通天线可靠性研制报告 11 单片模拟集成电路 t=1.866 微处理器（MOS） t=1.082 存储器（MOS） （SRAM/DRAM/EPROM/FLASH）t=1.084 封装复杂度失效率 C2：单位（1E-6） 双列直插 40 脚 C2=0.0019 扁平封装 140 脚 C2=0.00592 BGA 封装： 280 脚 C2=0.0156；320 脚 C2=0.0175；400 脚 C2=0.0213 环境系数 e： 7.0 工作失效率计算公式：p=QC1tPA +C2e 质量系数 Q=6.0 电路复杂度失效率 C1：单位（1E-6） 51-100 晶体管 C1=0.0292 101- 1000 晶体管 C1=0.0400 温度系数 t=7.458 （T=75） 工艺系数 P：（晶体管结构分别为 MESFET、HBT、HEMT） MESFET P=1.0； HBT P=1.2； HEMT P=3.8 应用系数 A： 小功率/开关/低噪声应用 A=1.0；功率型/驱动应用 A=3.0 封装复杂度失效率 C1：单位（1E-6） C1=0.0067 （1-10 个晶体管） C1=0.0167 （11-50 个晶体管） 封装复杂度失效率 C2 ：单位（1E-6） C2=0.0016（密封，表面安装，10 引出脚） C2=0.0057（密封，表面安装，36 引出脚） GaAs MMIC （进口） 环境系数 e ： 7.0 工作失效率计算公式：p=bEQtS 基本失效率 b： 普通硅 NPN： 小于 0.6W ： b =0.000667 0.6W6.0W： b =0.001 大于 6.0W： b =0.00125 普通二极管，小于 1A ： b =0.0007 变容二极管： b=0.0033 高频场效应管： b=0.014167 微波晶体管： 连续波 b=0.256667 ；脉冲放大 b=0.128333。 环境系数 e ： 8.5 质量系数 Q=6.0 7 半导体分 离器件 （进口） 温度系数 t： T=75时： 普通双极型晶体管 t=1.65； 微波晶体管 t=2.7； 电压/电流调整二极管 、变容二极管 t=1.35 。 T=120时：普通双极型晶体管 t=3.15； 微波晶体管 t=10.7； 电压/电流调整二极管、变容二极管 t=2.05。 0.6 米动中通天线可靠性研制报告 12 应力系数 S： 普通双极型晶体管： S=1.69（电压负荷率 Sv、功率负荷率 Sp 均取 0.6) 普通二极管： S=1.43 (电流负荷率 Si、电压负荷率 Sv 均取 0.6) 微波晶体管： S=1.30 （S 取 0.6） ；S=2.60 (S 取 0.9) 电压/电流调整二极管： S=1.30 （S 取 0.6) ；S=2.60 （S 取 0.9) 变容二极管： S=1.50 （S 取 0.6) ；S=5.2 （S 取 0.9) 工作失效率计算公式：p=bEQT 基本失效率 b：普通发光二极管 b=0.00030 环境系数 e ：GM1 时 2.4；GM2 时 6.5；NS2 时 5.1；NU 时 7.5 质量系数 Q=6.0， B-2 工业级 8 光电子器 件 （进口） 温度系数 t =4.15 （T=75） 工作失效率计算公式 p=bEQTC 基本失效率 b=0.0104 环境系数 e ： 7.0 质量系数 Q=1.0，B2 符合 GB/T 12565 的 I 类产品 温度系数 t ： T=75时 t=15.2（发光二极管、红外发光二极管） 9 光电子器 件 （国产） 种类系数 C：发光二极管 C=0.2 ；红外发光二极管 C=1.7 工作失效率计算公式：p=beQ 基本失效率 b：谐振器 b=0.010 ； 振荡器 b=0.024 环境系数 e ： 10 10 谐振器/ 振荡器 （进口） 质量系数 Q：按军用规范 Q=1.0；其他民用 Q=2.5 工作失效率计算公式：p=beQ 基本失效率 b：(谐振器) b=0.14 ；(振荡器)b=0.35 环境系数 e ： 12 11 谐振器/ 振荡器 （国产） 质量系数 Q：按军用规范 A1 级 Q=0.2；SJ 行标 B 级 Q=1 工作失效率计算公式：p=beqt 基本失效率 b=0.0005 环境 e 6.0 质量系数 q=1.0，符合国际 M 级 12 片式电感 /线圈 （进口） t=1.175 (T=75) 工作失效率计算公式：p=beqt 基本失效率 b=0.002 环境 e 10 q =1 (符国标 B 级) 13 片式电感 /线圈 （国产） t=1.175 (THS=80) 工作失效率计算公式：p=beq 16 电机 基本失效率 b：2.6 0.6 米动中通天线可靠性研制报告 13 环境 e 10 质量系数 q： 符国军标质量等级 A 时 q=0. 5 5.3.4任务可靠性预计计算 根据表 8 元器件可靠性参数进行应力分析，计算表格如表 9 所示。 表 9 ：任务可靠性预计计算 子件序号名称数量 pIpN 一、CPU 控制单元单元失效率88.26 1驱动，大功率224.876949.7538 2LSI(CPU)10.38630.3863 3LSI(FLASH)10.3020.302 4MMIC60.883775.30262 5MSI230.611414.0622 6RF 连接器30.00250.0075 7SSI160.26684.2688 8硅三极管80.0270.216 9 片式膜电阻器 （100K,1M） 40.00330.0132 11片式线圈和电感器1490.02353.5015 12普通二极管40.12430.4972 13贴片钽电解电容570.03161.8012 14贴片陶瓷电容器3160.00431.3588 15谐振器/振荡器60.241.44 16印刷电路用连接器300.1233.69 17整流二极管30.10740.3222 18PCB 焊点数15000.000070.105 CPU 控制 板 19PCB 板10.4230.423 二、极化控制单元单元失效率5.1503 1MSI20.61141.2228 2LSI(CPU)10.38630.3863 3SSI20.26680.5336 4 片式膜电阻器 （=100K） 310.00330.1023 极化控制板 5片式线圈和电感器110.02350.2585 0.6 米动中通天线可靠性研制报告 14 6普通二极管70.12430.8701 7贴片钽电解电容40.03160.1264 8贴片陶瓷电容器310.00430.1333 9谐振器/振荡器10.240.24 10印刷电路用连接器80.1230.984 11PCB 焊点数10000.000070.07 12PCB 板10.2230.223 三、方位电机驱动单元单元失效率81.68 1驱动，大功率324.876981.686 2SSI90.26682.4012 3硅三极管30.0270.081 4 片式膜电阻器 （100K,1M） 30.00330.0099 7片式线圈和电感器60.02350.141 8普通二极管90.12431.1187 9贴片钽电解电容110.03160.3476 10贴片陶瓷电容器340.00430.1462 11印刷电路用连接器40.1230.492 12MSI30.61141.8342 13PCB 焊点数9000.000070.063 方位电机驱 动板 14PCB 板10.2230.223 四、传感器单元单元失效率8.43 1LSI(CPU)10.38630.3863 2SSI70.26681.8676 3电子罗盘11.23541.2354 4加速度传感器13.521463.52146 5 片式膜电阻器 （=100K） 250.00330.0825 6 片式膜电阻器 （=1M） 10.00330.0033 7片式线圈和电感器120.02350.282 8贴片钽电解电容100.03160.316 9贴片陶瓷电容器390.00430.1677 10谐振器/振荡器10.240.24 11印刷电路用连接器40.01230.0492 传感器板 12PCB 焊点数8000.000070.056 0.6 米动中通天线可靠性研制报告 15 13 PCB 板 10.2230.223 五、LNB 单元单元失效率16 六、天线板单元单元失效率23 七、ACU 单元单元失效率56 八、电机单元单元失效率2.6 V60 设备的任务可靠性模型（或致命性故障间隔任务时间 MTBCF 模型） ，参见图 4。 由 CPU 控制单元、方位电机驱动单元、极化控制单元、传感器单元、LNB 单元、天线 板单元、ACU 单元和电机单元组成。 V60 设备总的设备失效率（失效数1,000,000h） ；则 V60 设备的总失效率表 示为： V60 设备CPU + 极化+方位驱动+传感器+LNB+天线板+ACU+电机 281.12 V60 设备的 MTBF=1/V60 设备=3557.20h。 预计结果：V60 设备的 MTBF=3557.20h2000h，满足可靠性设计指标要求。 根据任务可靠性预计计算表，V60 设备的 主要由 CPU 单元和方位电机控制 单元贡献，占了 总数的 31%（俯仰电机控制）和 29%。 CPU 模块的 CPU =88.26，其中驱动模块 =49.7538 占单个功放 比例达 57%。 方位控制板驱动模块 =74.63 占了 方位驱动=81.68 数的 91 %。因此，要改进 V60 设备的整机可靠性应从提高 CPU 板和方位电机控制板驱动模块的可靠性着手。 5.3.5预计结果分析 根据预计结果分析，CPU 板和方位电机控制板可靠性 ，对 V60 整机的可靠性 影响分别为 39%、36%。 5.4维修性预计 5.4.1目的 维修性预计的目的如下： 预先估计产品设计方案可能达到的维修性水平，以便做出设计决策； 及时发现维修性设计及保障缺陷，作为更改设计或保障安排的依据； 当研制过程中更改设计或保障要素时，估计其对维修性的影响，以便采取对策。 0.6 米动中通天线可靠性研制报告 16 5.4.2基本步骤 维修性预计的基本步骤如下： 收集所预计产品的资料和类似产品维修性资料； 建立维修性物理模型，进行产品维修职能与功能层次分析； 从 GJB/Z 57-1994 中选用适当的方法进行维修性预计； 对维修性预计结果及时进行修正。 5.4.3预计方法 V60 的各个单元的维修时间估计，参考 GJB/Z 57-1994维修性分配与预计手册 中相关数据资料和设备重启动时间估计。 V60 各模块的维修时间估计见表 10。 表 10 V60 各模块的维修时间估计 标准用时 单元名称步骤(分)数量分步用时(分)总用时(分) 故障定位 拆卸标准螺钉0.16162.56 拆卸多脚连接器0.07130.91 拆卸快速同轴接头0.0420.08 更换故障板0.2610.26 安装标准螺钉0.26164.16 安装快速同轴接头0.0420.08 安装多脚连接器0.1131.3 CPU 板 设备重启动0.610.69.95 拆卸标准螺钉0.1681.28 拆卸多脚连接器0.0770.49 更换故障板0.2610.26 安装多脚连接器0.170.7 安装标准螺钉0.2682.08 极 化 控 制 板 设备重启动0.610.65.41 拆卸标准螺钉0.1681.28 拆卸多脚连接器0.0740.28 更换故障板0.2610.26 安装多脚连接器0.140.4 安装标准螺钉0.2682.08 方 位 电 机 控 制 板设备重启动0.610.64.9 0.6 米动中通天线可靠性研制报告 17 拆卸标准螺钉0.1681.28 拆卸多脚连接器0.0410.04 更换故障板0.2610.26 安装多脚连接器0.110.1 安装标准螺钉0.2682.08 传 感 器 控 制 板 设备重启动0.610.64.36 拆卸标准螺钉0.1681.28 拆卸快速同轴接头0.0420.08 更换故障单元0.2610.26 安装标准螺钉0.26164.16 安装快速同轴接头0.0420.08 LNB 设备重启动0.610.66.46 拆卸标准螺钉0.16325.12 拆卸快速同轴接头0.0420.08 更换故障单元0.2610.26 安装标准螺钉0.26328.32 安装快速同轴接头0.0420.08 天 线 板 设备重启动0.610.614.46 拆卸连接线0.140.4 更换 ACU0.210.2 安装连接线0.140.4 ACU 设备重启动0.610.61.6 拆卸标准螺钉0.1640.64 拆卸多脚连接器0.0720.14 更换电机0.2610.26 安装多脚连接器0.120.2 安装标准螺钉0.2641.08 电 机 设备重启动0.610.62.92 采用功能层次预计法，分功能层次统计维修时间，按 Mct=iMcti/i 计算。 Mctii 单元的实际 MTTR； ii 单元的故障率； Mct系统的 MTTR。 V60MTTR 预计见表 11。 表 11 V60MTTR 预计 0.6 米动中通天线可靠性研制报告 18 i Mcti 单元 i（10-6/h）（Min） iMcti CPU 板88.269.95878.187 极化控制板5.15035.4127.863123 方位电机控制板81.684.9400.232 LNB166.46103.36 天线板2314.46332.58 传感器控制板8.434.3636.7548 ACU 单元561.689.6 电机单元2.62.927.592 总计 281.121876.17 总计 MTTRs Mct=iMcti/i 6.67 根据表 11 中的数据预计得出的 Mct=6.67min 30min，符合对平均修复时间 MTTR 的要求。 5.5可靠性分配 5.5.1可靠性分配的原则 可靠性分配的基本原则是： 复杂程度高的分配低指标； 技术上不成熟的分配低指标； 环境条件恶劣的分配低指标； 长时间工作的分配低指标； 重要度高的分配高指标； 维修性差的分配高指标。 5.5.2可靠性分配方法及其说明 可靠性分配采用可靠性工程试凑法，考虑各单元的复杂性、功能性、环境敏感 性、重要性、维修性因素。 5.5.3分配用数据说明 分配用数据参考我公司现有 400M 军用 V60 的数据分配计算。 0.6 米动中通天线可靠性研制报告 19 5.5.4分配计算 各单元加权因子取值见表 12。 表 12 各单元模块加权因子取值表 单元模块复 杂 因 子 K1 标准 化因 子 K2 环境 因子 K3 质量因 子 K4 维修 因子 K5 CPU 板1.11.111.20.91.31 极化控制板0.91.110.80.90.71 方位电机控制板0.91.111.10.80.87 传感器控制板0.81.111.11.11.06 天线板1.21.111.11.16.1 LNB111111 11.93 电机0.8111.110.88 5.5.5可靠性分配的结果 V60 可靠性要求： MTBFQ12000h 则： 3MTBFQ1=6000h 由公式 MTBFB B= （6.55/） 6000，B=1/MTBF 得各模块单元的 MTBF 5 1i Ki 其可靠性分配的结果见表 13。 表 13 可靠性分配结果 单元模块复 杂 因 子 K1 标 准 化 因 子 K2 环 境 因 子 K3 质 量 因 子 K4 维 修 因 子 K5 MTBF （h） CPU 板1.11.111.20.91.30685464118.3 极化控制板0.91.110.80.90.7128 1008179.92 方位电机控制 板0.91.111.10.80.87128227612.16 传感器控制板0.81.111.11.11.0648 11.93 6752914.81 5 1i Ki 5 1i Ki 5 1 3 1iJ KiJ 5 1 3 1iJ KiJ 0.6 米动中通天线可靠性研制报告 20 天线板1.21.111.11.11.59721173585.22 LNB1111117158013.97 电机0.8111.110.88 8134112.30 v60=1+2+3+4+5+6+7=166.71 MTBF=1/v60=5999.44h2000h；满足要求。 5.5.6分配结果分析 根据分析，天线板和 CPU 板可靠性对 V60 可靠性影响最大；应在设计中尽可能 提高天线板和 CPU 板可靠性，以此改善 V60 的可靠性。 5.6维修性分配 维修性分配的目的是为了确定系统各部分应达到的维修性指标，评价设备应满 足维修性要求的程度，为详细设计和制定维修性保证方案提供依据。 本报告采用平均修复时间（MTTR）维修性加权分配法。 设备 MTTR 的指标分配应考虑两方面的因素： 设备 MTBF 的水平； 对设备采用的故障检测，故障隔离和故障修复的方法不同，其分配的 MTTR 指标也应不 同。 在 V60 的最小可更换模块有六种，CPU 板，极化控制板 ，方位电机控制板，传 感器控制板，天线板和 LNB。 上述两种因素可用单元维修性加权因子 K 表示，K 又可细分为若干具体因子 K i i ，令： ij K = i n j = 1 K ij 对于设备来说 K 取以下四种因子，并根据其不同程度从 14 间取值。 i 式中， K是故障检测与隔离方式加权因子； i1 0.6 米动中通天线可靠性研制报告 21 K是可达性因子； i2 K是可更换加权因子； i3 K是调整性加权因子。 i4 维修性分配公式： MTTR = MTTR i K i K s 式中， MTTR 是设备的维修性指标。 s 总加权系数： K = 1 V60 各单元的加权因子见表 14。 表 14 V60 各单元的加权因子 检测与隔离可达性可更换性调整性备注 单元 方式Ki1方式Ki2方式Ki3方式Ki4 CPU 板自动检测1 好1 好1不调1 极化控制 板 半自动检测 +人工检测 2 较好2好1不调1 方位电机 控制板 半自动检测 +人工检测 2 较好2好 1不调1 传感器控制 板 半自动检测 +人工检测 2 一般3好1不调1 天线板人工检测4较好2一般3不调1 LNB 半自动检测 +人工检测 2好1较好2不调1 电机 半自动检测 +人工检测 2较好2 好1不调1 V60 的 MTTR 分配结果见表 15，系统要求的可维修时间为 30min。 表 15 60 各单元的 MTTR 分配结果表 0.6 米动中通天线可靠性研制报告 22 i iKiMTTRi 单元 i（10-6/h） Ki1Ki2Ki3Ki4Ki 10-6/hMin CPU 板87.8311114351.3421.07 极化控制板4.922211629.5631.61 方位电机控制 板 81.4622116 488.7831.61 LNB162311711236.87 天线板2342311023052.68 传感器控制板8.202121649.2431.61 电机2.62211615.631.61 总计 225.03 391260.93 总计 MTTRs30 Ki=39 K=5.695.31566 可以用下面的公式验证分配的指标是否满足整机的要求： MTTR = =6643.05/221.43=29.88（min） s 1 因此，分配的结果满足系统的指标 30min 的要求。 5.7可靠性定性设计 5.7.1简化设计 在满足系统功能和性能的前提下，简化设计，减少装备的复杂性。 5.7.2冗余设计 在设计时，用多于一种的途径来完成规定的功能，以提高系统的任务可靠性和 安全性。 5.7.3降额设计 降低元器件、零部件承受的应力，降低设备故障率，提高装备的安全性和可靠 性，按照 GJB/Z 35-1993 进行降额设计。 5.7.4加强元器件、零部件和原材料的选择与控制 按照元器件保证大纲的要求选择和控制元器件、零部件和原材料。严格执行电 子元器件贮存和超期复验要求的规定，减少元器件、零部件和原材料品种，元器件的 0.6 米动中通天线可靠性研制报告 23 质量等级和可靠性要求相匹配