谈谈电子设备的可靠性

无线电技术发展的初期，人们只能拿它用于通信与广播方面，而且当时的设备也比现在简单得多。随着无线电技术的飞跃发展，近年来，电子设备已经广泛地应用到各个科学技术部门中去，同时要求它完成的任务也越来越繁重，因而使设备中的元件数量大大增加，对结构与性能的要求也日益复杂。

我们日常生活中常用的无线电设备，如收音机和电视机等等，最多也不过有一、二十只电子管，线路和结构都较简单，不太容易出故障。即使偶尔出些故障也容易检查修复，一般不会造在什么严重的后果。但是对于近代复杂的自动控制设备、电子计算机以及用于导弹和宇宙飞船中的电子设备，情况却大不相同，它们比收音机和电视机等不知要复杂多少倍。例如一部大型电子计算机就有几千只电子管和几万个其他元件；一个洲际导弹的制导系统包括的元件数量竟高达几十万个。

设备能否正常工作与组成它的每一个元件都有关系，有时即使是个别元件损坏也全使设备发生故障，严重的甚至会使整个设备失去工作能力。元件数量越多，出现故障的机会也就越多，况且元件之间都是有互相联系的，一个元件的损坏往往使另一些元件的性能也发生变化或损坏，造成设备的严重故障。例如前述导弹的制导系统，使用元件数量既如是之多，当然产生故障的机会以及发射的失误可能性就很大了。据统计，有的导弹成功发射的次数只占总发射次数的百分之三十几。由这个例子可见，如何保证近代复杂的电子设备运用可靠，确是一个很突出的问题。这也就是电子工程上尤其是军用电子学上常常谈论的所谓“可靠性问题”。

什么是“可靠性”呢？从字面上看可以说这个名词是指设备使用的可靠程度。当然，这样说是很粗略的，今天在电子工程上对“可靠性”下的精确定义是：“一种电子设备在一定时间内和一定使用条件下无故障地完成一定任务的本领”，或者定量地说是：“一种电子设备在一定的时间内、一定工作条件下，按一定性能要求正常工作的概率”。当然后一种说法更明显地表达了这个词的数量涵义。所谓概率则是一个数学和统计学上的概念，意思是：在大量可能出现的事件中，某一希望的事件出现的机会或可能性的估计数量。

影响电子设备可靠性的因素很多。如前述设备的结构复杂与元件数量增多是影响可靠性的主要因素之一。此外，设备的使用条件也会大大影响它的可靠性。例如据报道，有一种驱逐舰上用的无线电设备，在实验室中平均寿命为155小时，装到驱逐舰上由于经常受到强烈地振动和冲击，其平均寿命仅为1.7小时，由此就可见一般了。

目前对电子设备小型化的要求，也是影响设备可靠性的原因之一。由于特殊条件的限制，有些设备（例如宇宙飞船上的设备）必须向小型化的方向发展。电子器件、元件及设备的小型化，往往使元件及设备的耐热、耐压等性能都大大降低。

从另一方面来看，电子设备所执行的任务越来越重要，因而对其可靠性的要求也越来越高。在某些情况下要求它必须绝对正确地工作。不允许出现任何故障。例如宇宙飞船的无线电控制和导航系统一旦失灵就会导致整个飞行计划的失败。即使一般的电子设备，如果可靠性很低，在运用中就需要大量的维护人员，大量的物资消耗及大量的备分等等，因而造成极大的人力物力的浪费。

由以上情况可知，提高电子设备的可靠性是一项十分重要的任务，它与新技术的发展和广泛应用是紧密联系的。

可靠性问题的研究，不仅限于消极地说明某种设备可靠或不可靠，而是要把研究成果用来指导设计和生产，以制造优良可靠的设备。

电子设备的质量好坏都是通过一定的技术指标来表现的。可靠性是表示电子设备质量的技木指标之一。研究可靠性问题时，很重要的一个工作是确定能说明设备可靠性能的数量指标和计算方法。不过可靠性指标和其他技术指标不同，“它不是个别产品的质量的鉴定，而是大量产品质量的预告”，它必须能够较好地表示大量设备（而不是某一设备）的实际可靠性。

此外，设备的可靠性与其组成元件可靠性之间有着十分密切的关系，如何由元件的可靠性确定设备的可靠性，或者在规定了设备的可靠性时，如何确定对元件可靠性的要求，这也是需要解决的问题。

提高设备可靠性的方法和方向，并确定设备的维护修理方法以及运用中必须的备分等等，也都是可靠性问题的研究课题。

目前可靠性理论还处于研究阶段，上述问题都还未获得完全满意的解决。但所得结果已能在一定程度上说明上述问题间的联系，并且可以期望，不久便会得到更好的结果。

由于影响可靠性的因素非常复杂，在很多情况下往往难于明确了解影响可靠性的原因及其后果间的确定联系，因此研究可靠性的主要方法是统计的方法，可靠性指标也是根据大量的统计数据而提出的。

由于无线电电子设备应用领域非常广泛，要想找出一个统一的确切的数量指标，是有困难的，因此只能采用几种不同的指标，从不同的方面描述某一种设备的可靠性。

精确地讨论可靠性指标必须应用许多数学方法，我们这里只从概念上粗略地介绍几种最基本的可靠性指标，以了解一般情况。

第一种基本的“可靠性”指标是所谓“可靠性概率”，这是表示一定时间内预期能正常工作的设备数的指标，常用一个小数或百分数表示。例如某种电子设备要求连续工作时间为500小时，在100部同型设备中有70部能工作到500小时，其他的工作不到500小时就失效了。这时就说这种设备的可靠性概率（或简称“可靠性”）为70％。当然这个数字是对大量产品进行统计的结果，因此它所表示的也只是设备可靠工作的一种可能性。

第二种“可靠性”指标是“平均无故障工作时间”（或称“平均寿命”）。这个指标表示某种电子设备，在一定使用条件下，总工作时间与产生障碍的次数之比（实用上常以小时表示），这也就是指一种设备平均在发生两次障碍之间的正常工作时间。例如一种电子设备大部分工作1500小时出障碍3次，则它的“平均寿命”就是500小时。当然，所谓“大部分”，就不是说每一部电子设备都恰是工作500小时才出一次障碍，而是大量这种电子设备平均来看的结果。平均寿命越高可靠性就高，反之则低。

从使用者方面来看，这种可靠性指标并不完全恰当，因为它只指出某种电子设备的平均寿命，而不能决定某一部电子设备能否保证在500小时的时间内无故障的工作。但是从生产单位来看，它毕竟还能用来比较不同型式设备的工作可靠性，从中分析可靠性低的原因，寻求改进办法。

第三种表示可靠性的指标，是所谓“损坏率”，设备的“损坏率”表示在单位时间内产生障碍的次数（也就是平均寿命的倒数），常以每小时、100小时、1000小时内的障碍次数表示，或以每千小时内，可能产生障碍次数对平均寿命时间内产生障碍（即1次）的百分数表示。若论组成设备的“元件的损坏率”，则可用元件的总数除设备的损坏率而得。例如一部无线电设备平均寿命为1000小时，共有元件1000个，则设备的损坏率即为每千小时100％，而元件的损坏率即为每千小时0.1％，当然电子设备及其元件的损坏率愈低工作就愈可靠。

除以上所介绍的几种可靠性指标外，还有许多别的表示可靠性的指标，限于篇幅这里就不一一介绍了。

提高电子设备的可靠性是一项十分复杂的任务，它不但与设计和制造人员有关，而且还与运输、使用和维护人员有关。只有大家共同努力，人人都有提高可靠性的观念，才能保证设备在一定的环境条件下可靠地工作。下面我们分别从设计、制造、使用、维护等几个环节谈谈提高可靠性的方法。

采用优良的结构设计：设备的可靠性与它的结构（包括线路与机械结构）有密切关系，首先在设计时要采用经过考验的可靠线路。由于设备越复杂，元件越多，可靠性就越低，因此在不影响其他技术指标的原则下，设计时还应该考虑最大限度地简化线路和设备的结构。在提高设备的其他性能时，增加元件的数目也决不允许降低设备的可靠性。

配置备分：在很多复杂而重要的无线电设备里都配有备分机。这些备分机经常处于准备工作的状态，主要工作设备一旦发生故障，备分机能够立即接替它的工作，而不致使工作中断。

使用高可靠性的元件：整机由元件组成，元件损坏则使整机出现障碍，因此提高整机的可靠性，关键就在于在制造时要使用高可靠性的元件。这一点对于设计具有几百几千只电子管和上万个元件的复杂设备更有特别重要的意义。

采用自动化和标准化生产：元件和整机在大量生产中很难对全部产品都进行可靠性实验，目前产品的检验大都采用“抽样”的方法。因为每批产品的数量常达几万以至几十万件，而抽出的样品只有几十个，要使这些样品确能代表全部产品的性能，必须要求样品与产品完全在同样的工艺条件下制造，严格要求产品的标准化。在人工操作的情况下很难避免由于不同熟练程度而使每批产品具有不同的质量。采用自动化生产便能克服这个缺点，保持产品的标准化，而且也提高了生产效率。

对设备和元件进行老练：元件在生产过程中，常常由于原材料的一些缺点没有检查出来，或者工艺中有疏忽以及不清洁等等，而给它带来一些“隐患”。这些隐患在工作的初期最容易表现出来，假如把元件装入设备之前预先进行短期老练，便可剔出这种工作不可靠的元件，余下的元件在工作中失效的可能性就大大下降。

使用中应注意的事项：使用中最重要的是保持产品说明书中所规定的工作状态，例如电源电压不能过高和过低，连续使用时间不能过长等等。此外周围环境条件（如温度、湿度、振动及环境卫生等）也必须和所规定的一致。加强预检预修能够及时发现可能产生的故障，并迅速消除。

最后还要考虑到人的因素，使用人员必须加强自己完成任务的责任感，工作时注意力集中，尽量减少错误的操作。（田佳）