一、背景
通/斷電循環(huán)以及連續(xù)工作，是影響電子、機電產(chǎn)品可靠性的重要因素。通過案例，分析機電產(chǎn)品在多應(yīng)力條件下，開關(guān)循環(huán)條件下的壽命情況。
二、開關(guān)循環(huán)及多應(yīng)力條件下的機電產(chǎn)品可靠性模型研究情況
APPLO Guidance computer Data中，給出了相應(yīng)的開關(guān)條件下的機電產(chǎn)品可靠性數(shù)據(jù)情況，給出的數(shù)據(jù)包括電子器件和組件的貯存、電源開/關(guān)狀態(tài)、通電3類狀態(tài)的數(shù)據(jù)。他們收集了697百萬次的開/關(guān)循環(huán)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)20次故障，故障率為28.7/10E9。
在該指南中，還給出了如下結(jié)論：
（1）單次電源開/關(guān)循環(huán)到熱平衡并返回到室溫大約是165到375倍之間，或者說發(fā)生故障時的壓力平均是休眠時間的270倍。
（2）另一種說法是，預(yù)計33次通電/斷電（開/關(guān)）循環(huán)等于一年以上的待機（休眠）時間導致故障。
（3）發(fā)生故障時，通電/斷電循環(huán)的壓力約是通電穩(wěn)態(tài)情況下的5倍。
Kujawski和rypka分析了通電/斷電循環(huán)對慣性導航設(shè)備和船舶動力控制系統(tǒng)的可靠性影響，他們給出了一種從總故障率中識別和量化設(shè)備故障循環(huán)次數(shù)占比的方法。該方法是找出觀測的故障率與運行周期長度之間的比率。
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λt——設(shè)備總的失效率
λe——通電工作狀態(tài)的失效率
λc——開/關(guān)循環(huán)導致的失效率
t——工作時間
N——循環(huán)周期
Kujawski和rypka提出，運行周期的時間長短是影響電子設(shè)備故障率的一個重要因素，在預(yù)測設(shè)備可靠性時應(yīng)考慮到這一點，通過謹慎選擇運行周期和減少“開/關(guān)”循環(huán)，可以提高設(shè)備的可靠性。
Demko提出了一個描述設(shè)備MTBF與使用因素（工作時間、關(guān)機時間和開關(guān)循環(huán)次數(shù)）的函數(shù)。工作、關(guān)機和循環(huán)次數(shù)故障率假設(shè)是常數(shù)。
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λobs——是觀測到的故障率
λop——工作/運行故障率
λd——非工作狀態(tài)的故障率
λC——循環(huán)故障率
OFF——平均斷電的時間
ON——平均工作的時間
國內(nèi)外較多人員開展了通斷電循環(huán)下的機電產(chǎn)品可靠性模型研究，具體實際情況下的機電產(chǎn)品通斷電循環(huán)對于機電類產(chǎn)品的可靠性有什么影響呢？
三、直流電機可靠性試驗設(shè)計，分析通斷電及多應(yīng)力條件下的可靠性
為了分析機電產(chǎn)品的可靠性，需要設(shè)計試驗。使用直流電機為例，研究故障特征與通/斷電循環(huán)、多應(yīng)力下連續(xù)工作的關(guān)系。使用的電機是小型直流永磁電機。
小型直流電動機使用永磁體來提供磁場通量以產(chǎn)生功率。他們可以應(yīng)用于許多領(lǐng)域，如電動打印機，玩具，剃須刀，和其他電池供電的電器的商業(yè)重要性。
通過試驗設(shè)計（可使用PosWeibull的DOE設(shè)計），設(shè)計了幾個試驗方案。每個試驗方案至少需要6個樣本，試驗以失效為截止。
首先說一下負載情況。負載定義為電阻型負載。連接在一個直流電機軸上的齒輪與另一個（相同）直流電機的齒輪并聯(lián)。當驅(qū)動電機在額定電壓下運行時，它產(chǎn)生的功率使另一臺電機作為發(fā)電機轉(zhuǎn)動。該負載定義為正常荷載。研究人員用驅(qū)動電機的電流系數(shù)來表示不同的工作負載變化。
共設(shè)計了7個試驗方案。
方案1： 電壓=3V dc
載荷=0.2 amps
工作條件=開/關(guān)
方案2： 電壓=3V dc
載荷=0.48 amps
工作條件=開/關(guān)
方案3： 電壓=6V dc
載荷=0.3 amps
工作條件=開/關(guān)
方案4： 電壓=6V dc
載荷=0.65 amps
工作條件=開/關(guān)
方案5： 電壓=3V dc
載荷=0.48 amps
工作條件=連續(xù)工作
方案6： 電壓=6V dc
載荷=0.65 amps
工作條件=連續(xù)工作
方案7： 電壓=3V dc
載荷=0.08 amps
工作條件=連續(xù)工作
四、試驗數(shù)據(jù)收集
分別收集了7個試驗的試驗數(shù)據(jù)。
五、數(shù)據(jù)分析
（1）打開PosWeibull軟件，新建數(shù)據(jù)表，數(shù)據(jù)表模板選擇【空】模板。
（2）新建四列，分別命名為組別、電壓、工作類型（1/0，表示通斷電或連續(xù)工作）、載荷、故障時間。
（3）錄入或者拷貝粘貼方式，將試驗數(shù)據(jù)錄入到數(shù)據(jù)表。
（4）選擇【加速壽命試驗】模塊，彈出的加速壽命試驗數(shù)據(jù)分析設(shè)置界面，將故障時間列添加到*時間，電壓、工作類型、載荷3列添加到應(yīng)力。
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默認情況下，PosWeibull會推薦一個加速模型用于分析上述數(shù)據(jù)，此時，點擊【加速參數(shù)計算】切換到加速參數(shù)計算頁面，加速模型選擇【多應(yīng)力廣義阿倫尼烏斯模型】，在應(yīng)力選擇列表，分別點擊電壓、工作類型、載荷應(yīng)力對應(yīng)的變量表達式，定義加速模型。其中，壓力選擇ln，載荷也選擇ln（可根據(jù)實際情況選擇），工作類型直接點擊確定。至此，定義好了加速模型。然后選擇【威布爾分布】之后，點擊計算，即可計算加速參數(shù)。結(jié)果如下圖所示。
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點擊【壽命計算】，即可得到該直流電機的可靠性分析結(jié)果。如下圖所示。
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如果需要分析通斷電的壽命與連續(xù)工作的壽命關(guān)系，可在數(shù)據(jù)表選擇忽略某些行，將通斷電循環(huán)工作類型的數(shù)據(jù)和連續(xù)工作類型的數(shù)據(jù)分別計算，即可得到相應(yīng)結(jié)果。更多關(guān)于PosWeibull的信息可聯(lián)系我們。
六、結(jié)論
通過該直流電機的壽命試驗及數(shù)據(jù)分析結(jié)果可知，該直流電機的失效率為30.43/10E9,計算結(jié)果基本與APPLO Guidance computer Data的實際統(tǒng)計結(jié)果相近。