基于制造工藝的電子整機貯存失效機理模型及貯存可靠性評估技術(shù)指南本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電子整機貯存可靠性評估方法的范圍、術(shù)語、一般要求和詳細要求，適用于大部分領(lǐng)域中的典型電子整機。2規(guī)范性引用文件下列文件中的條款通過本標(biāo)準(zhǔn)的引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改（不包含勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本標(biāo)準(zhǔn)，然而，鼓勵根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)達成協(xié)議的各方研究使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》GB/T2689恒定應(yīng)力壽命試驗和加速壽命試驗方法總則GB/T5170.2電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗設(shè)備檢驗方法溫度試驗設(shè)備GB/T7826系統(tǒng)可靠性分析技術(shù)失效模式和影響分析(FMFA)程序GB/T37963電子系統(tǒng)可靠性預(yù)計模型及數(shù)據(jù)手冊GB/T37079設(shè)備可靠性評估方法GJB/Z108電子設(shè)備非工作狀態(tài)可靠性預(yù)計手冊GJB360B電子及電氣元件試驗方法GJB450裝備可靠性工作通用要求GJB451裝備通用質(zhì)量特性術(shù)語3術(shù)語和定義、縮略語3.1術(shù)語和定義下列術(shù)語以及GJB450、GB/T37963確定的術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。3.1.1電子整機由電子元器件組成具有通信、供電、信號傳輸?shù)茸饔玫募审w。3.1.2性能退化performancedegradation性能參數(shù)呈現(xiàn)出的具有一定趨勢和變化規(guī)律的不可逆漂移現(xiàn)象。3.1.3電子整機貯存任務(wù)剖面分析missionprofileanalysisofelectronicequipment電子整機在貯存期內(nèi)所經(jīng)歷的事件和環(huán)境的時序描述。3.1.4關(guān)鍵元器件keycomponents其失效或退化超差可能導(dǎo)致電子整機核心功能喪失或輸出超差，對電子整機性能表征參數(shù)影響較大2的元器件。3.1.5電子整機貯存可靠性評估physicsoffailurereliabilitypredictionforelectronicequipment評估電子整機在貯存期內(nèi)規(guī)定條件下、規(guī)定時間內(nèi)的性能參數(shù)變化的工作。3.2縮略語下列縮略語適用于本標(biāo)準(zhǔn)。BOM——物料清單4一般要求通過融合關(guān)鍵元器件加速貯存退化模型、電子整機數(shù)字化模型、電子整機貯存可靠性評估模型，實現(xiàn)在少可靠性信息或無可靠性信息條件下的電子整機貯存可靠性評估。4.2工作內(nèi)容基于制造工藝的電子整機貯存失效機理模型及貯存可靠性評估的工作內(nèi)容包括電子整機貯存失效模式與失效機理分析、電子整機數(shù)字化模型建立、關(guān)鍵元器件貯存失效機理突變點識別、關(guān)鍵元器件加速貯存退化模型建立與驗證、電子整機加速貯存可靠性評估模型建立與驗證、電子整機貯存可靠性評估，這些步驟確保試驗設(shè)計的科學(xué)性和結(jié)果的可靠性，具體流程如圖1所示。圖1基于制造工藝的電子整機貯存失效機理模型及貯存可靠性評估流程4.3工作輸入開展基于制造工藝的電子整機貯存失效機理模型及貯存可靠性評估的工作的輸入包括電子整機貯存任務(wù)剖面、電子整機電路原理圖及相關(guān)工藝文件、電子整機性能表征參數(shù)失效閾值、元器件BOM表及元器件試驗樣品、電子整機試驗樣品，且需滿足以下要求：1）應(yīng)明確電子整機貯存任務(wù)剖面應(yīng)覆蓋電子整機貯存期所有場景；2）電子整機數(shù)字化模型應(yīng)滿足準(zhǔn)確度要求；3）電子整機性能表征參數(shù)失效閾值應(yīng)根據(jù)實際任務(wù)功能需求設(shè)定；4）元器件試驗樣品工藝達到出廠標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)要求；5）電子整機試驗樣品工藝達到出廠標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)要求。4.4工作輸出經(jīng)過系統(tǒng)分析及數(shù)學(xué)建模等手段，輸出電子整機可靠度曲線等可靠性指標(biāo)。5詳細要求5.1電子整機貯存失效模式及失效機理分析5.1.1目的分析電子整機功能原理，按照電子設(shè)備的任務(wù)需求確定其關(guān)鍵輸出性能參數(shù)；調(diào)研電子整機歷史貯存失效模式，分析相應(yīng)的貯存失效機理；根據(jù)給定的電子整機任務(wù)剖面，分析電子設(shè)備所受典型應(yīng)力條件。5.1.2工作要點工作輸入：電子整機貯存任務(wù)剖面。工作要點包括：1）根據(jù)貯存任務(wù)剖面確定貯存期所有任務(wù)；2）逐個分析貯存期每項任務(wù)中貯存環(huán)境應(yīng)力；3）逐個分析在每類貯存環(huán)境應(yīng)力作用下，電子整機內(nèi)部元器件失效模式及失效機理；4）根據(jù)電子整機原理，分析在元器件失效時電子整機對應(yīng)的失效模式及失效機理。工作輸出：電子整機失效模式及失效機理。5.1.3注意事項若存在某一貯存任務(wù)的時間遠大于其他貯存任務(wù)的情況，其他貯存任務(wù)帶來的累計損傷退化量可以忽略不計，對應(yīng)的應(yīng)力無需納入考慮范圍；若電子整機以做三防處理，濕度應(yīng)力對其退化造成的影響可以忽略不計，對應(yīng)的濕度應(yīng)力可以無需納入考慮范圍。5.2電子整機數(shù)字化模型建立5.2.1目的實現(xiàn)在電子整機元器件參數(shù)變化情況下，模擬電子整機性能表征參數(shù)。5.2.2工作要點工作輸入：電子整機電路原理圖。工作要點包括：1）根據(jù)電子整機組成、設(shè)計手冊及工作原理，建立電子整機數(shù)字化模型；2）根據(jù)電子整機實測數(shù)據(jù)，獲得其電參數(shù)或特性曲線等；3）以2）中獲得的電參數(shù)或特性曲線為基準(zhǔn)，修正電子整機數(shù)字化模型；4）將滿足精度條件的模型輸出為可視化可編輯文件。工作輸出：滿足精度的可視化可編輯電子整機數(shù)字化模型文件。5.2.3注意事項1）電子整機數(shù)字化模型應(yīng)能描述電子整機在工作情況下的輸出電參數(shù)；42）電子整機數(shù)字化模型需具備靈敏度分析的功能便于后續(xù)開展關(guān)鍵元器件確定；3）電子整機數(shù)字化模型應(yīng)遵循簡單、實用原則，充分考慮通用性、魯棒性、擴展性等；4）應(yīng)明確電子整機數(shù)字化模型輸入、輸出的釋義和量綱；5）應(yīng)明確電子整機數(shù)字化模型的模型準(zhǔn)確度；6）電子整機數(shù)字化模型建議使用Saber、PSPICE等EDA軟件。5.3關(guān)鍵元器件貯存失效機理突變點識別5.3.1目的確定電子整機關(guān)鍵元器件，并對其開展步進應(yīng)力加速貯存退化試驗后，通過似然比判別方法確定其貯存失效機理突變點。5.3.2工作要點工作輸入：加速貯存退化試驗設(shè)備，元器件性能表征參數(shù)測試設(shè)備。工作要點包括：1）關(guān)鍵元器件確定，有如下四種方法可供參考：a)通過電子整機歷史失效情況確定關(guān)鍵元器件；b)使用靈敏度分析確定關(guān)鍵元器件，確認(rèn)待開展靈敏度分析的元器件及其性能表征參數(shù)，各因素在原有水平的基礎(chǔ)上增加或減少5%，當(dāng)某一因素變化時，其他因素保持不變，并通過式(1)依次計算該變化因素對各輸出參數(shù)的相對靈敏度，并取結(jié)果靠前的器件作為關(guān)鍵元器件；(1)式中：?OV——電子整機性能表征參數(shù)的變化量；OV0——電子整機性能表征參數(shù)的初始仿真結(jié)果；?PC——元器件性能表征參數(shù)的變化量（增加或減少5%）；PC0——元器件性能表征參數(shù)的仿真設(shè)定值。c)采用摸底試驗，認(rèn)為退化明顯的元器件是關(guān)鍵元器件；d)根據(jù)專業(yè)人員意見確定關(guān)鍵元器件。2）對電子整機關(guān)鍵元器件開展步進應(yīng)力加速退化試驗，最大應(yīng)力需考慮電子整機內(nèi)部元器件貯存極限情況；試驗樣本數(shù)量及應(yīng)力水平數(shù)量要求無對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)試驗成本設(shè)置即可；3）試驗平臺設(shè)計要求：測試時需恒溫至貯存溫度測試，并具有前端測試控制設(shè)備，后端計算機等人機操作設(shè)備，可在保證精度的前提下，自動或手動采集器件參數(shù)并保存；4）參數(shù)采集頻次要求：一般頻率為1天1測，若元器件退化緩慢可采取隔天測試等，完整試驗過5程中應(yīng)至少采集30次以上，并建議在試驗開始前和結(jié)束后至少各測試1次；5）關(guān)鍵元器件貯存失效機理突變點判別方法：定義失效機理突變模型M(h)的概率密度函數(shù)為h1(z,Θ(h))，其中Θ(h)表示參數(shù)集，共包含?1個參數(shù)。假設(shè)失效機理不突變模型M(h)與M(h)具有相同的函數(shù)形式，其對應(yīng)的概率密度函數(shù)為h0(z,Θ(h))，且參數(shù)集Θ(h)是Θ(h)的子集，Θ(h)共包含?2個參數(shù)。設(shè)有一組來自總體Z的樣本(Z1,Z2,…,Zn)，則設(shè)置假設(shè)H0：M(h)更適合描述總體Z，備擇假設(shè)H1：M(h)更適合描述總體Z，構(gòu)造式(2)定義似然比檢驗的統(tǒng)計量G，?2ln(G)漸近服從卡方分布，其自由度為Θ(h1)和Θ(h0)中參數(shù)個數(shù)之差，即?1??2。并令x-α(1-2)表示顯著性水平為α,自由度為?1??2的卡方分布。當(dāng)顯著性水平為α?xí)r，若0<?2ln(G)≤x-α(1-2)，則接受H0，即認(rèn)為此時應(yīng)力不為貯存失效機理突變點；若?2ln(G)>x-α(1-2)，則拒絕H0，認(rèn)為此時應(yīng)力為貯存失效機理突變點。式中：max(·)——括號內(nèi)的函數(shù)最大值；(h)和(h)——Θ(h)和Θ(h)對應(yīng)的極大似然估計值。工作輸出：關(guān)鍵元器件貯存失效機理突變點。5.3.3注意事項1）為保證結(jié)果準(zhǔn)確性，在初期數(shù)據(jù)處理過程中，異常數(shù)據(jù)需要剔除。2）異常事件記錄：對于試驗過程中的異常事件，應(yīng)詳細記錄發(fā)生的時間、試驗條件、異常現(xiàn)象等；3）潛在風(fēng)險：應(yīng)按條列出試驗過程中潛在的各項風(fēng)險點，包括但不限于早期失效問題、測試干擾問題、故障處理等；5.4關(guān)鍵元器件加速貯存退化模型建立與驗證5.4.1目的根據(jù)關(guān)鍵元器件貯存失效機理突變點識別結(jié)果，設(shè)計關(guān)鍵元器件加速貯存退化試驗，使用試驗數(shù)據(jù)建立加速貯存退化模型并驗證模型精度。5.4.2工作要點工作輸入：元器件試驗樣品成本，測試元器件性能表征參數(shù)的成本，運行應(yīng)力加載設(shè)備的能耗費用，加速貯存退化試驗設(shè)備，元器件性能表征參數(shù)測試設(shè)備。工作要點包括：1）根據(jù)貯存應(yīng)力類型，建立關(guān)鍵元器件加速貯存退化模型，定義參數(shù)向量集合Θ;2）確定試驗優(yōu)化目標(biāo)，建議以電子整機元器件在自然貯存狀態(tài)下經(jīng)過tf時間后的退化數(shù)據(jù)準(zhǔn)確預(yù)測作為試驗?zāi)繕?biāo)開展優(yōu)化設(shè)計；63）建立Fisher信息矩陣，如式(3)所示；Θlogf(X;Θ).▽Θlogf(X;Θ)T7」(3)式中：▽Θ——梯度算子；E[.]——期望；f(X;Θ)——關(guān)鍵元器件加速貯存退化模型概率密度函數(shù)。4）優(yōu)化為利用漸近方差描述關(guān)鍵元器件加速貯存退化模型參數(shù)估計結(jié)果，設(shè)為參數(shù)估計結(jié)果，應(yīng)使其漸近方差盡可能小為準(zhǔn)則，如式(4)所示；式中：Θ——加速貯存退化模型第一個參數(shù)；Θ——加速貯存退化模型最后一個參數(shù)；Q(.)——漸近方差。5）建立試驗成本函數(shù)，令ψk表示加速應(yīng)力等級Sk下兩次測量之間的時間間隔。建立的成本約束函數(shù)主要包含以下三個部分1）元器件樣本成本2）測試元器件性能表征參數(shù)的成本（如測試人員的薪水，測試設(shè)備的使用和折舊費用等3）運行應(yīng)力加載設(shè)備的能耗費用。令Csa表示單個樣本的費用，Cme表示單次測試的費用，Cop表示應(yīng)力加載設(shè)備設(shè)定S0時，運行單位時間的能耗費用。為了體現(xiàn)加速應(yīng)力等級增加對能耗費用的增加，假設(shè)應(yīng)力加載設(shè)備工作于Si時，單位時間的能耗費用為Copexp(Sk/S0-1)。恒定應(yīng)力加速貯存退化試驗對應(yīng)的成本函數(shù)可表示為式(5)；式中：d1,d2,…,dL——應(yīng)力1，2，…,L下各樣本測試數(shù)；N1,N2,…,NL——應(yīng)力1，2，…,L下各樣本數(shù)。6）優(yōu)化模型建立：除建立的優(yōu)化模型共有五項約束1）試驗成本不能超過預(yù)算Cb2）為了保證加速模型參數(shù)的準(zhǔn)確估計，加速應(yīng)力的個數(shù)建議不小于33）各加速應(yīng)力中的試驗樣本數(shù)和各樣本測試數(shù)d建議不小于104）加速應(yīng)力個數(shù)、測試數(shù)量、測試時間間隔Ψ、樣本數(shù)量N均為正整數(shù)5）所有加速應(yīng)力等級都需超過S0且小于應(yīng)力邊界S(B)（利用5.3節(jié)介紹的方法得7到）。根據(jù)上述約束可建立式(6)所示的恒定應(yīng)力加速貯存退化試驗優(yōu)化模型，通過任意優(yōu)化算法求解式(6)對應(yīng)的Pareto前沿，進而得到元器件加速貯存退化試驗優(yōu)化方案；L,d1,d2,…,dL,Ψ1,Ψ2,…,ΨL,N1,N2,…,NL∈N+lS02L7）求解優(yōu)化后的試驗方案開展加速貯存退化試驗，獲取關(guān)鍵元器件加速貯存退化數(shù)據(jù)，結(jié)果并最大化似然函數(shù)求解參數(shù)擬合加速貯存退化模型；8）擬合加速貯存退化模型后開展模型驗證工作，將元器件最后若干次測試結(jié)果與模型預(yù)測值對比，求解相對誤差，若誤差較大則需要更換模型或檢查測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。工作輸出：關(guān)鍵元器件加速貯存退化模型及其精度。5.4.3注意事項1）本節(jié)設(shè)計的加速貯存退化試驗均包含元器件初始性能表征參數(shù)值的測試，即加速貯存退化試驗各加速應(yīng)力下各樣本的第一次測試在0時刻進行；2）5.4.2節(jié)5)中的約束（2）和（3）可根據(jù)實際情況調(diào)整。3）潛在風(fēng)險：應(yīng)按條列出試驗過程中潛在的各項風(fēng)險點，包括但不限于早期失效問題、測試干擾問題、故障處理等；4）解決措施：應(yīng)針對潛在風(fēng)險點，逐一給出解決措施，并對措施的可行性、有效性、安全性等進行評估；5）異常事件記錄：對于試驗過程中的異常事件，應(yīng)詳細記錄發(fā)生的時間、試驗條件、異?，F(xiàn)象等；如試驗過程中試驗設(shè)備發(fā)生故障，應(yīng)對試驗設(shè)備對產(chǎn)品可能造成的風(fēng)險進行分析，保證產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)一致性；5.5電子整機性能表征參數(shù)加速貯存退化模型建立與驗證5.5.1目的根據(jù)關(guān)鍵元器件加速貯存退化模型參數(shù)估計結(jié)果，外推關(guān)鍵元器件貯存退化數(shù)據(jù)并代入電子整機數(shù)字化模型生成電子整機貯存退化數(shù)據(jù)，擬合電子整機加速貯存退化模型，并開展電子整機加速貯存退化試驗驗證模型精度，為后續(xù)電子整機可靠性評估建立基礎(chǔ)。85.5.2工作要點工作輸入：電子整機試驗樣品，加速貯存退化試驗設(shè)備。1）確定電子整機性能表征參數(shù)加速貯存退化模型類型，有如下幾種方法可供參考：a)基于失效物理的加速貯存退化模型，如阿倫尼烏斯模型、冪律模型等；b)基于隨機過程的加速貯存退化模型，如維納過程、伽馬過程、逆高斯過程等；c)基于統(tǒng)計的加速貯存退化模型，如線性/非線性回歸模型、協(xié)變量模型等；d)基于貝葉斯理論的加速貯存退化模型，如貝葉斯網(wǎng)絡(luò)。2）利用電子整機數(shù)字化模型生成某一時間序列下的電子整機貯存退化數(shù)據(jù)并排除最后5個數(shù)據(jù)，擬合電子整機性能表征參數(shù)加速貯存退化模型；3）對電子整機試驗樣品開展加速退化試驗；4）外推2）擬合的電子整機性能表征參數(shù)加速貯存退化模型并與排除的5個數(shù)據(jù)對比，驗證2)擬合的電子整機性能表征參數(shù)加速貯存退化模型準(zhǔn)確度，間接驗證電子整機貯存可靠性評估結(jié)果的準(zhǔn)確度。5）利用5.4節(jié)擬合的關(guān)鍵元器件加速貯存退化模型，外推某一時間序列中電子整機加速貯存退化試驗溫度應(yīng)力對應(yīng)的關(guān)鍵元器件的退化數(shù)據(jù)，代入電子整機數(shù)字化模型生成該應(yīng)力下電子整機加速貯存退化數(shù)據(jù)。將該數(shù)據(jù)與電子整機加速貯存退化試驗結(jié)果對比，求解最大誤差，驗證從器件到電子整機映射關(guān)系的準(zhǔn)確性。工作輸出：電子整機性能表征參數(shù)參數(shù)估計結(jié)果及其精度。5.5.3注意事項1）試驗樣本數(shù)量要求：建議電子整機產(chǎn)品數(shù)量至少為5臺/套，以形成一定樣本統(tǒng)計規(guī)律；2）試驗平臺設(shè)計要求：能夠在試驗環(huán)境下，具備前端測試控制設(shè)備，后端計算機等人機操作設(shè)備，保證精度地定時采集電子整機測點清單中的對應(yīng)參數(shù)并保存；3）試驗時長及采集頻次要求：試驗總時長建議大于100天，試驗前期建議保證1天1次，若電子整機退化迅速，建議半天1次，若電子整機退化緩慢，建議2天1次；4）數(shù)據(jù)隸屬要求：試驗數(shù)據(jù)須明確標(biāo)注所對應(yīng)電子整機的編號，且編號唯一；5）數(shù)據(jù)存儲要求：采集數(shù)據(jù)應(yīng)保留原始信號的波形數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)等，并按規(guī)定格式進行備份存儲，推薦保存格式包括但不限于.txt/.csv/.mat等；6）潛在風(fēng)險：應(yīng)按條列出試驗過程中潛在的各項風(fēng)險點，包括但不限于早期失效問題、測試干擾問題、故障處理等；7）解決措施：應(yīng)針對潛在風(fēng)險點，逐一給出解決措施，并對措施的可行性、有效性、安全性等進行評估；8）異常事件記錄：對于試驗過程中的異常事件，應(yīng)詳細記錄發(fā)生的時間、試驗條件、異常現(xiàn)象等；99）如試驗過程中試驗設(shè)備發(fā)生故障，應(yīng)對試驗設(shè)備對產(chǎn)品可能造成的風(fēng)險進行分析，保證產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)一致性。5.6電子整機貯存可靠度評估5.6.1目的使用VineCopula函數(shù)描述不同性能表征參數(shù)的相關(guān)性并使用蒙特卡洛方法進行電子整機貯存可靠性評估。5.6.2工作要點工作輸入：電子整機性能表征參數(shù)貯存退化模型參數(shù)估計結(jié)果。工作要點包括：1）根據(jù)電子整機性能表征參數(shù)貯存退化模型參數(shù)估計結(jié)果，求解模型累計分布函數(shù)；2）建立基于VineCopula函數(shù)的電子整機貯存可靠性評估模型；3）開展VineCopula函數(shù)參數(shù)估計工作；4）根據(jù)VineCopula參數(shù)結(jié)果，開展基于蒙特卡洛仿真的電子整機貯存可靠性評估，首先基于退化速率相關(guān)性模型生成樣本各性能表征參數(shù)對應(yīng)的退化速率，以此為基礎(chǔ)，在給定的步長ψ、給定生成樣本數(shù)、給定VineCopula參數(shù)估計結(jié)果下利用性能表征參數(shù)的邊緣退化模型生成貯存退化數(shù)據(jù)，通過與失效閾值的對比計算樣本壽命，最終計算得到貯存可靠度函數(shù)Rs(t)。工作輸出：電子整機貯存可靠度評估結(jié)果。5.6.3注意事項1）電子整機的失效閾值設(shè)需依據(jù)歷史失效情況或經(jīng)驗確定；2）VineCopula可根據(jù)不同電子整機退化數(shù)據(jù)選擇C-VineCopula、D-VineCopula和R-VineCopula函數(shù)。C-VineCopula結(jié)構(gòu)特點為依賴關(guān)系以核心變量為中心向外擴展，一般是存在主導(dǎo)變量：數(shù)據(jù)中有一個變量對其他變量有全局影響。D-VineCopula結(jié)構(gòu)特點為變量按固定順序排列，每層樹以相鄰變量對構(gòu)建Copula，依賴關(guān)系通過鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)傳遞，依賴強度通常隨變量間距離增加而衰減，相鄰變量的依賴強于非相鄰變量。R-VineCopula結(jié)構(gòu)特點為依賴結(jié)構(gòu)不受固定層級或順序限制，靈活性最高，可捕捉任意復(fù)雜的依賴模式；3）二元copula的選擇可以根據(jù)實際情況增添或降低；4）基于蒙特卡洛仿真的樣本數(shù)和步長可以根據(jù)使用情況改變。以某換流器單機為例，通過實例說明本標(biāo)準(zhǔn)具體實施過程。6.1換流器單機貯存失效模式及失效機理分析1）根據(jù)貯存任務(wù)剖面確定貯存環(huán)境應(yīng)力，換流器單機貯存期內(nèi)主要完成運輸與接裝、延壽整修、檢查與測試和庫房貯存四項任務(wù)，如圖2所示；圖2換流器單機主要貯存任務(wù)剖面2）貯存期內(nèi)主要包含振動、電應(yīng)力、濕度和溫度四種環(huán)境應(yīng)力類型；貯存期內(nèi)振動應(yīng)力的加載時間共計約44小時，加載的振動加速度約為2g，與換流器單機20年以上的貯存期相比，振動應(yīng)力帶來的機械疲勞、磨損等累計損傷退化量可以忽略不計。電應(yīng)力僅作用于換流器單機貯存期內(nèi)的延壽整修和檢查與測試中，對換流器單機貯存退化造成的影響也可以忽略。換流器單機內(nèi)部的電路板和元器件表面進行三防處理，濕度應(yīng)力對換流器單機貯存退化的加速作用有限，忽略濕度應(yīng)力。溫度應(yīng)力貫穿貯存任務(wù)，且溫度應(yīng)力能夠加速絕大多數(shù)產(chǎn)品的物理、化學(xué)反應(yīng)。綜合上述分析，確定溫度應(yīng)力為換流器單機貯存環(huán)境應(yīng)力；3）在溫度應(yīng)力長期作用下，元器件失效模式為：電容器電容值降低超過失效閾值、電阻器阻值增加超過失效閾值、三極管放大倍數(shù)降低超過失效閾值。失效機理為：聚酯電容薄膜氧化、金屬膜電阻金屬膜氧化、熱應(yīng)力作用下復(fù)合掉二氧化硅或硅片內(nèi)部部分電荷；4）上述元器件的失效會導(dǎo)致?lián)Q流器單機有效值和相位差退化超過失效閾值，因此換流器單機的失效模式為三相有效值和相位差輸出超過失效閾值，其失效機理為溫度應(yīng)力作用下，內(nèi)部電容器、電阻器、三極管輸出超過失效閾值。6.2換流器單機數(shù)字化模型建立1）根據(jù)廠家提供的換流器單機電路原理圖及工藝文件，使用EDA軟件Saber建立換流器單機數(shù)字化模型；2）將電阻、電容、電感、二極管、穩(wěn)壓二極管、三極管、結(jié)型場效應(yīng)管、小功率變壓器等簡單元器件參數(shù)保持與原廠件相同；3）數(shù)字電路部分性能退化程度較小且退化結(jié)果對換流器單機的工作影響不大，因此對換流器單機的數(shù)字電路部分進行簡化處理，主控相的晶體振蕩器使用一個方波信號源代替，其輸出頻率為500Hz、占空比為0.5、幅值為0.78V。另外，換流器單機內(nèi)部的±15V電壓是由28V直流輸入電壓經(jīng)過逆變、全波整流后通過兩個CW7815穩(wěn)壓芯片產(chǎn)生，其性能退化對換流器單機整體的工作影響也不大，故使用±15V的電壓源代替；對于變壓器，小功率變壓器按照其匝數(shù)設(shè)置相應(yīng)的理想變壓器模型，扼流圈按照電感量的測試值設(shè)置相應(yīng)的耦合電感模型，大功率變壓器按照主感、漏感、直流電阻的測試值設(shè)置相應(yīng)的非理想變壓器模型；4）經(jīng)調(diào)研分析，運放可能對仿真波形產(chǎn)生較大影響，為使運放參數(shù)盡量接近原廠件7F253MT，采用三級運放模型op3搭建仿真電路。op3運放模型可以調(diào)整失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流、偏置電流、CMRR、PSRR、開環(huán)增益等參數(shù)，將op3的參數(shù)修改為7F253MT的相應(yīng)參數(shù)，設(shè)置完畢后設(shè)置仿真參數(shù)并開始仿真；5）以原廠工藝文件為基準(zhǔn)修正電子整機數(shù)字化模型，當(dāng)模型輸出在工藝文件規(guī)定范圍內(nèi)，認(rèn)為模型準(zhǔn)確；將滿足精度條件的數(shù)字化模型輸出為可視化可編輯文件，在Saber中該文件為.sin文件。6.3換流器單機關(guān)鍵元器件失效機理突變點識別1）根據(jù)靈敏度分析方法并根據(jù)專業(yè)人員意見確定換流器單機關(guān)鍵元器件為金屬膜電阻、薄膜電容、鉭電容和功率三極管；2）搭建試驗平臺和測試平臺，對關(guān)鍵元器件開展步進應(yīng)力加速貯存退化試驗，對于每個元器件設(shè)置試驗樣本數(shù)為10、測試頻次為1天1次、試驗時長為90天；3）關(guān)鍵元器件在各加速應(yīng)力下的失效機理一致時，采用如式(7)所示的步進應(yīng)力加速貯存退化模型M0(SS)描述步進應(yīng)力加速貯存退化過程；0tLdL式中：YSS(t,Θ(MC))——步進應(yīng)力加速貯存退化試驗t時刻下實測性能表征參數(shù)值；Θ(MC)——參數(shù)集合(μ0,σ,μa,σ,ρ,σ2,σ,θ1,θ2,b)X0——初始性能表征參數(shù)值，并令X0~N(μ0,σ)；Sk——第k個應(yīng)力等級，共L個加速應(yīng)力等級，應(yīng)力等級滿足S1<S2<…<SL，且在第k個應(yīng)力等級Sk下，各樣本的測試方案相同；a——阿倫尼烏斯模型系數(shù)，并令a~N(μa,σ)，此外X0與a服從二元正態(tài)分布，相關(guān)性系數(shù)為ρ;b——失效激活能與氣體常數(shù)的比值；σ——擴散系數(shù)；B(·)——布朗運動；Λ(t,θ1)——漂移部分的時間尺度函數(shù)，θ1為其中的待定參數(shù)向量；τ(t,θ2)——擴散部分的時間尺度函數(shù)，θ2為其中的待定參數(shù)向量；ε——測試誤差，并令ε~N(0,σ)；4）式(7)的似然函數(shù)如式(8)所示：式中：N——樣本數(shù)，i=1,2,…,N；M——總測試次數(shù)；,Y)′；μ(SS)——均值矩陣，μ(SS)=μav(SS)+μ0eM,1，eM,1是M維全1列向量，v(SS)是尺度函數(shù)矩陣，其中矩陣的每個元素為vkj=exp(?b/Sk)；Σ(SS)——協(xié)方差矩陣；是M維單位矩陣；5）關(guān)鍵元器件在各加速應(yīng)力下的失效機理不一致時，采用式(9)所示的模型M0(SS)*；Yt,Θ(MI)=6）其似然函數(shù)與(8)類似，僅將尺度函數(shù)矩陣元素vkj=exp(?b/Sk)替換為v=exp(?bk/Sk)即可；7）使用最大似然估計對M0(SS)和M0(SS)*開展參數(shù)估計，求解參數(shù)結(jié)果后并根據(jù)5.3節(jié)公式(2)計算似然比判別關(guān)鍵元器件貯存失效機理突變點。6.4換流器單機關(guān)鍵元器件加速貯存退化模型建立與驗證1）確定關(guān)鍵元器件恒定應(yīng)力加速退化模型形式，如(10)所示，參數(shù)集合Θ(MC)=(μ0,σ,μa,σ,ρ,σ2,,θ2,b)；Y2）以換流器單機元器件在自然貯存狀態(tài)下經(jīng)過tf時間后的退化數(shù)據(jù)準(zhǔn)確預(yù)測作為試驗?zāi)繕?biāo)開展優(yōu)化設(shè)計，令f和分別表示μf和σ的極大似然估計結(jié)果恒定應(yīng)力加速貯存退化模型對應(yīng)的f和 漸近方差表達式如式(11)所示；3）根據(jù)式(3)建立Fisher信息矩陣，如式(12)所示；式中：CS)——均值矩陣，μCS)=μavCS)+μ0edk,1，edk,1是dk維列向量；ΣCS)——協(xié)方差矩陣，4）建立試驗成本函數(shù)，如式(5)所示；5）建立優(yōu)化問題，如(13)所示L,d1,d2,…,dL,Ψ1,Ψ2,…,ΨL,N1,N2,…,NL∈N+2L(B)6）使用非支配遺傳算法Ⅱ（NSGA-Ⅱ)求解(13)得到最優(yōu)試驗方案；7）搭建試驗平臺和測試平臺，并在最優(yōu)試驗方案中選擇一組試驗開展關(guān)鍵元器件恒定應(yīng)力加速貯存退化試驗并獲取數(shù)據(jù)；8）最大化(14)所示的似然函數(shù)，得到Θ(MC)的參數(shù)估計結(jié)果9）將該模型預(yù)測值與實測值對比，驗證其準(zhǔn)確性。6.5換流器單機性能表征參數(shù)加速貯存退化模型建立與驗證1）建立如式(15)所示的換流器單機性能表征參數(shù)加速貯存退化模型，定義Θ=(μ0,σ,μλ,σ,ρ,σ2,,θ2)為換流器單機性能表征參數(shù)加速貯存退化模型中的參數(shù)集合，由于各樣本間的初始性能表征參數(shù)和退化速率的差異均源自于產(chǎn)品的工藝因素，因此批次產(chǎn)品的初始性能表征參數(shù)和退化速率間存在相關(guān)性，通過相關(guān)系數(shù)為ρ的二元正態(tài)分布對上述相關(guān)性進行表征，如式(16)所示。假設(shè)某型號電子整機共有U個性能表征參數(shù)，其貯存退化過程均可用式(15)表示，利用上標(biāo)u（u=1,2,…,U）表示第u個性能表征參數(shù)的邊緣退化模型中的變量，則第u個性能表征參數(shù)的邊緣退化模型可表示為式(17)；(16)式中：Y(t)——t時刻下實測的性能表征參數(shù)值；X(t)——t時刻下真實的性能表征參數(shù)值；X0——初始性能表征參數(shù)值，等于X(0)，假設(shè)X0~N(μ0,σ)表征電子整機工藝數(shù)據(jù)的分散性（即性能表征參數(shù)個體差異），量化制造工藝因素對元器件貯存退化過程的影響；λ——退化速率，假設(shè)λ~N(μλ,σ)，表征批次產(chǎn)品退化軌跡不平行的性質(zhì)（即退化速率個體差異）則通過正態(tài)隨機化退化速率；σ——擴散系數(shù)，假設(shè)其為常數(shù)；B(·)——布朗運動；Λ(t,θ1)——漂移部分的時間尺度函數(shù)，θ1為其中的待定參數(shù)向量；τ(t,θ2)——擴散部分的時間尺度函數(shù)，θ2為其中的待定參數(shù)向量；ε——測試誤差，ε~N(0,σ)。2）利用6.4節(jié)建立的關(guān)鍵元器件加速貯存退化模型外推貯存溫度應(yīng)力下一系列時間序列的關(guān)鍵元器件貯存退化數(shù)據(jù)并代入換流器單機數(shù)字化模型，輸出換流器單機一系列時間序列的貯存退化數(shù)據(jù)；3）利用生成的換流器單機貯存退化數(shù)據(jù)進行參數(shù)估計，設(shè)置=σσ,=σμ001,2；式中：wi——測試數(shù)；+Ωi+Pw，ewi,wi是wi行wi列全1矩陣，ewi,1是wi行1列的全1矩陣，Pw是wi維單位矩陣；Yi——貯存退化數(shù)據(jù)矩陣，Yi=(Yi1,Yi2,…,Iim)′；Λi——漂移尺度函數(shù)矩陣，Λi=(Λi1,Λi2,…,AW;)′；4）進行參數(shù)估計后，利用生成的元器件退化數(shù)據(jù)驗證換流器單機性能表征參數(shù)加速貯存退化模型精度；5）搭建試驗平臺和測試平臺，開展換流器單機試驗樣品開展恒定應(yīng)力加速退化試驗；6）利用關(guān)鍵元器件參數(shù)估計結(jié)果，外推換流器單機恒定應(yīng)力加速貯存退化試驗下溫度應(yīng)力的一系列關(guān)鍵元器件數(shù)據(jù)，并代入換流器單機數(shù)字化模型生成虛擬的換流器單機加速貯存退化數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)與換流器單機恒定應(yīng)力加速貯存退化試驗實測值對比，驗證器件到系統(tǒng)映射關(guān)系的準(zhǔn)確性。6.6換流器單機貯存可靠性評估1）確定VineCopula形式，換流器單機變量存在自然順序，因此選擇D-vineCopula作為描述多變量間的關(guān)系；2）描述各性能表征參數(shù)間關(guān)系，確定退化速率為相關(guān)性表征參數(shù)，并利用D-vineCopula函數(shù)描述不同性能表征參數(shù)對應(yīng)退化速率間的相關(guān)性；3）令Fu(λ(u))和fu(λ(u))分別表示退化速率λ(u)對應(yīng)的累積分布函數(shù)和概率密度函數(shù)，則對于由各性能表征參數(shù)對應(yīng)退化速率組成的隨機向量λ=(λ(1),λ(2),…,λ(U))，其聯(lián)合累積分布函數(shù)和概率密度函數(shù)分別如式(21)和(22)所示；FF,Fλ(U)(21),,F,Fλ(U)UF,FU)——參數(shù)為θ)——參數(shù)為θ1,2,…,U的U維Vine)——參數(shù)為θ1,2,…,U的U維VineCopula的概率密度函數(shù)。4）根據(jù)D-vineCopula的性質(zhì)對式(22)的VineCopula解構(gòu)，結(jié)果如式(23)所示，將式(23)轉(zhuǎn)換為藤樹圖形式，如圖3所示，U維D-vineCopula共有U–1層樹。在第nT層樹中，共存在U–nT+1個節(jié)點和U–nT條邊，其中nT=1,2,…,U–1。每一條邊表示一個雙變量Copula函數(shù)，以描述對應(yīng)節(jié)點間的相關(guān)性（邊上方的數(shù)字與Copula函數(shù)的下標(biāo)相對應(yīng)）。第nT層樹中的節(jié)點源自于第nT–1層樹中的邊；圖3U維D-vineCopula藤樹圖5）解構(gòu)后概率密度函數(shù)如(23)所示；6）對(23)開展參數(shù)估計：第一階段：假設(shè)共有N個樣本的退化數(shù)據(jù)，每個樣本共有U個性能表征參數(shù)。對于第i個樣本的第u個性能表征參數(shù)，開展wi(u)次性能表征參數(shù)測試，并將第j次性能表征參數(shù)測試的時間記作tij(u)，其中i=1,2,…,N，u=1,2,…,U，j=1,2,…,wi(u)。根據(jù)3)可得第u個性能表征參數(shù)的邊緣退化模型的2λ22在tij時刻下測試的第i個樣本的第u個性能表征參數(shù)Y(u)(tij)，令Λ)和τij(u)分別表示Λ(u)(tij,θ1(u))和)。針對第i個樣本的第u個性能表征參數(shù)，定義退化增量向量ΔYi(u)=(Yi