可靠性工程技术在用能产品生态设计中的应用

可靠性工程技术在用能产品生态设计中的应用

张增照, 谢少锋, 焦志锋( 信息产业部电子第五研究所, 广东广州510610)

摘要: EuP 指令将对全球整个电子信息行业产生革命性的影响, 它强调对环境影响的设计, 特别是产品最小寿命、MTBF、待机能耗的设计; 要保证产品符合生态设计的要求, 必须重视产品功耗的控制, 对产品最小寿命进行设计、预计、分析、评价, 应抓紧可靠性工程技术在企业的推广应用工作。将可靠性工程技术应用于生态设计, 必须认真分析和权衡, 充分理解可靠性设计和生态设计内涵的一致性, 合理利用, 使产品的设计达到最佳化。另外还列举了在生态设计中应如何采用可靠性指标分析, 预计, 降额设计、热设计、电路简化设计等可
靠性工程技术的方法。

关键词: 可靠性工程技术; 用能产品; 生态设计; 最小寿命; 平均无故障时间; 预计; 降额

中图分类号: TB114.3; T- 651 文献标识码: A 文章编号: 1672- 5468 ( 2008) 02- 0001- 06

Application of Reliability Engineer ing Technology to Eco- design of Energy Using Products

Abstr act: The Eup directive will create revolutionary impact on the international electronic information industry. With the emphasis on the impact of a design on the enviroment, especially the minimal lifetime, MTBF and the stand- by power consumption, the reliability engineering techniques should be promoted in the industry to ensure satisfying the requirements of eco- design and controling of the power onsumption. The application of the reliability and controling of the power consumption. The application of the reliability engineering to the eco- design should be based on the full understanding of the consistent meanings between the reliability design and the eco- design
to ensure achieving the optimized design. How to use the reliability engineering techniques such as reliability analysis, prediction, derating, thermal design and circuit simplifying in the eco- design are also presented.
Key words: reliability engneering technology; energy- using products; eco- design; minimal lifetime; MTBF; prediction; derating

1 引言
继《关于报废电子电器设备指令》(WEEE)和《关于在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令》(ROHS) 两大欧盟环保指令之后, 2005 年7 月6 日, 欧洲议会和欧盟理事会又通过了编号为2005/32/EC 的指令, 即Establishing a Frameworkfor the Setting of Eco- design Requirements for Energy-using Products 《用能产品生态设计框架指令》简称为EuP 指令。该指令要求自2007 年8 月11日起, 各个欧共体成员国都要制定相应的法律法规对所有用能产品的设计从环保和节能降耗方面做出规范并实施。
指令要求通过生态设计手段, 达到用能产品在其整个生命周期中的节能降耗的目的; 凡是不能满足环保节能标准的产品都不允许投放市场和投入使用, 这将对全球电子信息行业产生革命性的影响,并全面改变现有的设计理念。
要积极应对EuP 指令, 必须保证产品设计符合生态设计的要求, 实际上, 重要的是如何控制产品的功耗, 如何设计、预计、分析、评价产品的最小寿命。
本文从生态设计的要求出发, 分析了可靠性工程技术在生态设计中的作用, 探讨了在生态设计中如何利用可靠性工程技术, 并举例说明了可靠性指标分析, 预计, 降额设计、热设计、电路简化设计等可靠性工程技术在生态设计中的应用。

2 EuP 的要求与影响

3 可靠性工程技术在EuP 生态设计的作用

4 可靠性工程技术在生态设计中的应用举例
4.1 最小寿命指标的选择
EuP 指令强调产品的最小寿命, 零件的最短使用时间(MTBF), 这实际上就是可靠性指标的另一种表述。

4.2 寿命指标的预计
为了提出合理的寿命指标来指导产品设计, 需要在设计中预估产品的最小寿命, 这样可以保证产品具有满足用户的可靠性指标, 也可约束和指导产品设计满足EuP 指令的要求。要达到此目的, 可靠性预计是一种成熟而实用的方法, 它有成熟的标准可参照。

4.3 通过降额设计, 提高寿命, 降低功耗降额设计是指元器件以承受低于其额定值的应力方式使用。应力是指施加在元器件上并能影响故障率的电气、机械或环境应力。

4.4 合理的储备设计, 降低维护成本, 延长产品寿命贮备有时也称之为冗余。为了提高可靠性, 在构成产品时, 增补一些工作单元或后备单元, 即使
其中之一发生故障, 而整个产品仍能照常工作, 这称为贮备设计。贮备设计是提高产品可靠性的主要方式之一。但是, 如何设计, 需认真权衡, 盲目的贮备, 虽然会提高可靠性, 也会增加成本, 浪费资源, 因此, 必须仔细研究贮备模式和特点, 求得最佳。

4.5 认真实施简化设计和功能优化, 节省能耗和资源, 延长寿命
简化设计, 是可靠性设计的重要方法, 在相同性能时, 产品结构简单, 不但可靠性高, 而且节省资源和能耗, 因此, 应将简化设计应用于生态设
计。简化电路的目的是要大大减少元器件的数量,为此, 除了要尽量革除电路中那些作用不大的元器件外, 还不可拘泥于原来的电路形式, 认真简化电路.

4.6 合理的热设计
产品的热量一方面来自产品自身发热, 另一方面来自环境的热。高温将影响产品的寿命, 因此,热设计包括两个方面, 一是减少设备( 线路) 内部产生的热量, 实际是降低功耗, 这是电路设计的一项指标; 二是减少热阻, 是电子设备结构设计的目的之一。
热设计使元件不在高温条件下工作, 以避免参数漂移, 这样才能保证电气性能稳定, 保持电气性能稳定, 延长使用寿命。