浅谈智能电能表元器件可靠性管理

【摘要】元器件的可靠性是智能电能表质量的重要组成部分。有效对元器件的管理是可靠性工程的首要目标。器件的可靠性预计是提高智能电能表固有可靠性的重要技术手段。本文从器件对智能仪表的先期影响、智能电能表先期质量控制以及各种元器件筛选检测方法进行探讨分析，对提高智能电能表具有参考价值。

【关键词】元器件；可靠性预计；智能电能表

1.引言

随着当今电子信息技术的快速发展，电能表也在不断地更新升级，逐渐智能化，不但给用户带来方便，还给工作人员减少许多工作量。智能电能表是由电子元器件（以下简称元器件）组成的，元器件的可靠性是提高电子设备或系统的稳定性。可见，元器件的可靠性直接关系到整个产品的开发与研究，开展可靠性预计是提高智能电能表固有可靠性的重要技术手段，往往比事后验证、获得可靠性数据更经济、更有效。而基于元器件的可靠性预计方法一般有元器件应力法、元器件计数法、失效物理分析法。

在实际生活中，我们往往会遇到一些智能电表使用寿命不长或者出现数据错误等故障，一方面给用户带来一些不必要的麻烦，而另一方面，长期以往，对企业的发展是极其不利的。不但造成资源浪费，甚至严重影响企业的形象。因此，对智能电能表元器件可靠性进行管理是非常有必要的。

2.可靠性的定义及重要性

2.1 可靠性的定义

根据GJB 451A的定义：可靠性是指产品在正常的条件下，完成所规定功能的能力。狭义的可靠性指产品在使用期间没有发生故障的性质。广义可靠性是指使用者对产品的满意程度或对企业的信赖程度[1]。为了对产品可靠性做出具体和定量的判断，可将产品可靠性定义为在规定的条件下，元器件（产品）、设备或者系统稳定完成功能的程度或性质。电能表可靠性即电能表在正常条件下，完成所规定功能的能力。

2.2 可靠性的重要性

对产品而言，可靠性越高越好。从专业术语上来说，就是产品的可靠性越高，它无故障工作的时间就越长。从某种意义上说，可靠性可以综合反映产品的质量。一切电子装备均由各种电子元器件组成。装备的可靠性必然取决于电子元器件的可靠性。电子元器件在不同失效阶段的经济损失，不同用途的电子设备在不同阶段更换元器件的费用如下表1所示。

从上面的表格我们可以总结得出，提高产品的可靠性，有利于改善公司信誉，增强竞争力，扩大市场份额，从而提高经济效益。

3.智能电能表元器件可靠性研究与管理

元器件使用全过程包括在研制、生产、使用各阶段对电子元器件的选择、采购、检验、信息管理等全过程。其中选择是基础，要提高元器件的使用可靠性，必须对元器件使用的全过程进行控制和管理。

3.1 元器件的选用

通过优选元器件，限制选择非标准的和新研制的元器件，压缩选用元器件品种和规格，达到正确选择型号符合元器件的要求，保证设备的质量和可靠性。首先元器件的技术条件、技术性能、质量等级等均应满足装备的要求；其次优先选用经实践证明质量稳定、可靠性高的标准元器件[2]；再者应最大限度地压缩元器件的品种规格和生产厂家；最后应对关键元器件用户对生产方的质量鉴定。

3.2 选择工作程序

设计人员根据电路的功能和技术参数，从元器件优选目录中正确选择元器件的品种和规格，然后进行降额设计，最后确定元器件的规格；接下来根据可靠性要求和元器件工作的环境条件选择元器件质量等级、环境条件以及优选元器件生产厂，最后对关键重要元器件要经过评审。图1所示是工作程序流程图：

3.3 元器件采购管理

元器件采购一般应贯彻“保证质量、控制进度、节省经费、尽量集中”的原则，由采购部门统一协调、组织采购工作。采购标准应当根据型号的实际情况由有关部门对元器件技术标准或要求作出具体规定，作为采购元器件的技术依据。进口元器件的采购应选择设在本土的品牌公司作为供应商采购。

3.4 元器件监制与验收

型号承制单位的有关部门组织具备监制资格的人员按规定的标准或协议，到供货单位进行监制。在监制过程中发现严重质量问题或不合格元器件的比例较大时，应停止监制检验工作，并责成元器件生产单位重新检验或拒收有质量问题的批次[3]，进口元器件，若无法获得规定的技术标准，可参照相应的国内标准进行。

3.5 元器件信息管理

建立元器件质量信息管理制度，负责电子元器件质量信息收集、统计、整理及保管等各类质量记录，指定有关部门设专人管理。建立使用全过程的质量挡案，提供有价值的信息和科学依据。

4.可靠性预计方法分析

4.1 元器件应力法和元器件计数法

元器件应力法和元器件计数法以数理统计为基础，通过大量样品的收集分析，从而对模型进行鉴定，不仅方便应用，而且能反应失效率的统计平均水平，具有很强的工程实用性。元器件计数法和元器件应力法的基本原理是：元器件的可靠性决定了设备的可靠性；元器件的失效服从指数分布、即失效率是恒定不变的；可靠性模型是串联关系、即元器件失效率的加和为设备的失效率。预计模型表达式为：

式中，：设备的失效率；：为应力法中的元器件工作失效率；：计数法中的元器件工作失效率；：基本失效率；：失效率调整系数；：通用失效率；：计数法中的质量等级。另，应力法和计数法的失效率预计模型均为经验模型，不同的标准和手册有不同的具体形式。

元器件应力法与计数法的不同点在于它们考虑的元器件信息不一样，元器件应力法还对元器件类型、规格、质量等级等方面进行考虑；而元器件计数法只需考虑产品所用元器件类型、质量和环境因素。

4.2 失效物理分析法

失效物理分析法是基于可能发生的失效模式及其失效机理，利用仿真方法或推导出定量模型预计可靠性。这种分析法首先需要明确产品需求，包括功能、可维护性、安全性等；还要了解元器件的使用环境，包括温度、湿度等；进而结合材料和结构信息进行应力分析。此分析法能够预防、发现、纠正与产品设计、制造和应用相关的失效，利用已知失效机理可以确定耗损函数进行精确预计。但是实际的计算和分析是一项复杂的工程，其计算量大、资本投入较高、适用性较差，须同设备所用的元器件、材料工艺等相结合，很难量化整个设备的可靠性[4]。

4.3 各种元器件可靠性预计法的比较（如表2所示）

5.结束语

智能电表是机遇，更是挑战。技术和成本是现实的压力，可靠性更是长远的压力，可靠性更如何实现能把握电表平台建设，把握好可靠性与经济性的对立与统一，是决定这几年电表企业能否完成技术转型、产品转型的关键，所以我们要做好元器件可靠性管理，让电子信息设备或系统得到消费者的满意与支持！

参考文献

[1]孙娟，陈敏.军用光电产品元器件质量控制新思路的探讨[J].国防技术基础，2010（03）.

[2]张松，李亦非.智能电能表数据安全防护技术探讨[J].电力需求侧管理，2010（02）.

[3]瞿清昌.智能电网与计量标准[J].中国计量，2010（04）.

[4]张增照.可靠性预计及其准确性[J].电子产品可靠性与环境试验，2005（12）.