电子通讯设备的可靠性设计技术探讨

摘要：介绍了保障可靠性指标的设计技术、电磁兼容设计技术、热设计技术、耐环境设计技术和软件可靠性设计技术等在电子通讯设备中的应用。

关键词：可靠性设计 可靠性指标 电磁兼容 热设计 软件可靠性

1．引言

在竞争趋于白热化的今天，用户越来越重视产品的质量，电子设备制造商仅靠降低成本来获取市场的举措已不大可能解决问题。影响产品质量的因素很多，其中产品的可靠性对于提高其质量起到了很大的作用。

目前，许多企业已经了从“以检验手段来保证产品质量”这一传统的质量观念转变为当代质量观。这是因为后者的内容比前者有了很大的扩展和延伸、而可靠性是其重要内容之一。强调实施全方位、全过程的管理，提出“产品可靠性是设计出来的，生产出来的，管理出来的”，将可靠性技术融入到产品的设计中，从源头上确保产品的可靠性，达到提高可靠性和降低开发成本的双重目的，从而提高产品的市场竞争力。电子设备的可靠性设计技术包括的内容很多，笔者认为可以从以下几个方面进行考虑:保障可靠性指标的设计技术、EMC设计技术、热设计技术、耐环境设计技术和软件可靠性设计技术等。

2.保障可靠性指标的设计技术

对于用户而言，最关心的是设备的可用性。对于电子通讯设备而言，常用可靠性指标和维修性指标来定量要求其性能。影响设备的可靠性指标的因素有很多，一般通过采用元器件的控制、降额设计、简化设计、冗余设计和健壮设计等可靠性设计技术来保障和提高设备的可靠性指标。

2.1元器件的控制

电子通讯设备主要是由电子元器件组成。元器件的可靠性，将直接影响设备的可靠性。因此，为了保证电子通讯设备的可靠性，减少元器件的品种和规格，正确选择和合理应用元器件，降低综合保障费用和寿命周期费用，必须对元器件进行控制。为了确保元器件使用的可靠性，必须对设备的研制、生产及使用各阶段的元器件的选择、采购、监制、验收、筛选、贮存、保管和使用等选用全过程实施有效的质量与可靠性管理。

2.2降额设计技术

降额设计就是使元器件或电子设备工作时承受的工作应力适当低于元器件或电子设备的额定值，从而达到降低基本故障率、提高使用可靠性的目的。电子通讯设备的可靠性对电应力和温度应力较敏感，因此降额设计就显得更加突出，是必不可少的可靠性设计技术。

2.3简化设计技术

从系统的基本可靠性模型中可以看出，组成设备的单元数目越多，设备的可靠度就越低。由此可见，在保证设备性能要求的前提下，尽可能地使设备的设计简单化，即采用简化设计技术。在提高可靠度的同时，采用简化设计也可以降低设备的维修工作量以及生产成本。

2.4余度设计技术

以软件功能代替硬件功能。余度设计技术余度(冗余)设计是设备获得高可靠性的一种较常用的设计方法。“余度”就是指设备具有一套以上能完成给定功能的单元，只有当规定的几套单元都发生故障时设备才会丧失功能，从而使得设备的任务可靠性得到提高。但是余度设计使得设备的复杂性、重量、成本和体积增加，使设备的基本可靠性降低。工程经验认为只有在采用更好的元器件和采用简化设计、降额设计等技术都无法满足设备的可靠性要求时，或者改进元器件所需的费用比设备采用余度技术的费用更高时，才采用余度设计技术。

2.5健壮设计技术

所谓健壮设计就是使设备的性能对制造期间的变异或使用环境的变异不敏感，并且使设备在其寿命周期内，不管其参数、结构发生漂移或老化(在一定范围内)，都能持续满意地工作的一种设计技术。健壮设计主要是一种寻求低成本和高稳定性的系统优化设计方法。它的指导思想就是以用户需求为牵引，采用质量功能展开(QFD)、三次设计等方法精心优化设计方案，把问题解决在设计阶段，以最小的代价获得高稳定性，即健壮的产品。

QFD采用加权评分的方法，对设计、工艺等要求的重要性作出评定，标识出了产品的关键部件、关键工艺，从而为三次设计的开展指出了方向。一个完整的质量功能展开包括产品规划、零件规划、工艺规划和生产规划等4个阶段。三次设计指的是系统设计、参数设计及容差设计。此外，FMEA、FTA、WCCA和DOE等都是实现健壮设计的重要方法。

3．电磁兼容(EMC)设计技术

随着电子设备的普及，电子设备的种类迅猛增加，电磁频谱日益紧张，电子设备的EMC问题不断地暴露出来，加上国内EMC技术开展得比较晚，这方面的问题就更加突出。不过，近年来EMC设计技术也得到了很大的发展，形成了一些比较完整的理论体系和问题解决方案。集中体现在接地设计、屏蔽设计、滤波设计和瞬态抑制技术等几个方面。

4．热设计技术

随着电子通讯设备向高密度、集成化的方向发展，设备的散热问题越来越突出，成为影响其性能和可靠性的重要因素之一。因此，热设计得到了普遍的关注，热设计技术得到了广泛的应用。所谓热设计就是指采用冷却、加热或恒温等措施，保证电子设备及元器件在规定的温度范围内正常工作的一种可靠性设计方法。电子通讯设备热设计的目的就是要根据设备的热特征及可靠性指标，确定其合理的散热方法，用较少的成本获得高可靠的设备。电子设备的热设计要与电路设计、结构设计和维修性设计等同时进行，以满足设备的可靠性和维修性要求。

参考文献:

[1]电子科学研究院.电子设备三防技术手册[M].北京:兵器工业出版社，2000

[2]沙斐.机电一体化系统的电磁兼容技术[M].北京:中国电力出版社，2000

[3]王世萍，朱敏波.电子机械可靠性与维修性[M].北京:清华大学出版社，2000