电子产品可靠性与环境试验中国电子产品可靠性与环境试验研究所所长陈立辉：工业互联网平台赋能制造业转型助力产业智能化与绿色发展工业互联网迈向新征程-元器件百科-上海羊羽卓进出口贸易有限公司

电子产品可靠性与环境试验中国电子产品可靠性与环境试验研究所所长陈立辉：工业互联网平台赋能制造业转型助力产业智能化与绿色发展工业互联网迈向新征程

发布时间 : 2025-04-11

作者 : 小编

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中国电子产品可靠性与环境试验研究所所长陈立辉：工业互联网平台赋能制造业转型助力产业智能化与绿色发展工业互联网迈向新征程

此文为中国电子报原创稿件，转载请标注来源及作者。

编者按： 2017年11月，《国务院关于深化“互联网﹢先进制造业”发展工业互联网的指导意见》（以下简称《指导意见》）正式印发，成为我国工业互联网发展的纲领性文件，为开创我国工业互联网发展新局面指明了方向。近五年来，我国工业互联网发展蹄疾步稳，成为加快制造业数字化转型和支撑经济高质量发展的重要力量。为进一步深入推进《指导意见》，中国电子报联合工业互联网平台创新合作中心推出“工业互联网迈向新征程”专栏，邀请政府领导、专家学者、平台企业代表回顾我国工业互联网发展历程、总结我国工业互联网平台发展成效，并深入分析我国工业互联网平台发展现状，聚焦核心技术和产业科技发展趋势，解析行业平台赋能作用和发展方向。

我国制造业高级化发展与新一轮科技革命交汇融合，催生出了旨在促进制造业转型升级的工业互联网发展新模式新抓手。工业互联网作为制造业数字化转型的有效载体，加快推动工业互联网平台走向成熟和完善，赋能制造业数字化转型，是大势所趋，更大有可为。

工业互联网发展迈向新征程

互联网创新发展与新工业革命正处于历史交汇期，工业互联网作为新一代信息技术与制造业深度融合的产物，日益成为新工业革命的关键支撑和深化“互联网+先进制造业”的重要基石，对工业发展产生全方位、深层次、革命性影响。

（一）推动制造业数字化转型已是国际共识。工业互联网发展与数字化转型的国际竞争日趋激烈，各国将制造业数字化转型作为抢占新一轮发展制高点、把握时代主动权的关键抓手。美国凭借在云计算、人工智能、芯片、智能传感器等方面的优势，以通用电气等龙头制造公司为牵引，加快与先进制造业深度融合，致力于在数字化转型过程中保持产业领导地位。欧盟于2013年启动工业4.0战略，将推进工业数字化作为掌握全球科技竞争主动权的重要抓手，今年出台的“2030数字罗盘”计划更是提出，到2030年四分之三的欧盟制造业企业应使用云计算服务、大数据和人工智能，90%以上的中小企业应至少达到基本的数字化水平。日本于2016年开始定向谋划推动互联工业，聚焦人工智能、数字人才和数据流通等领域发展，以优势突破撬动制造业数字化转型。

（二）我国工业互联网发展迈上新台阶。我国工业互联网与发达国家基本同步启动，已逐步形成数字化转型新态势。一是保障机制日益完善。在国家制造强国建设领导小组下设立了工业互联网专项工作组，统筹协调各方面力量，密集发布了一系列相关政策文件，为工业互联网创新发展提供了指引。二是财政资金引导作用明显。近四年来，工业互联网创新发展工程累计带动相关投资近700亿元，培育了一大批公共服务平台及系统解决方案供应商。三是央地协同新格局基本形成。央地联动培育打造了28个跨行业、跨领域的综合性平台，培育了30万个以上面向特定行业、特定场景的工业APP，全面覆盖研发设计、生产制造、运营维护和经营管理等关键制造环节重点需求。

（三）我国发展工业互联网优势明显。区别于美、德等国将大型企业作为工业互联网平台的主要用户，我国以中小企业作为数字化转型主战场，通过大企业赋能中小企业，拥有更为广阔的市场需求、商业模式和应用场景。在大企业平台向中小企业赋能过程中，标准化、模块化和知识经验软件化将极大降低中小企业获取成熟方案、路径和知识经验的门槛和成本，有利于形成覆盖全要素、各行业环节的互联网生态。

工业互联网开创制造业数字化转型新路径

工业互联网平台承载数据汇聚、信息交互、产品服务交易和价值共创的功能，当其在各行各业呈现规模化应用时，能够发展成为产业链的“新链主”，它的企业生态核心资产属性也必然强化。

（一）人力替代需求是工业互联网发展的重要驱动力。我国面临劳动力成本上升带来持续的人力替代需求。人社部、工业和信息化部发布的《制造业人才发展规划指南》显示：中国制造业10大重点领域2020年的人才缺口超过1900万人，2025年这个数字将接近3000万人，缺口率高达48%。未来通过工业互联网等技术助力劳动力的经济性不断提升，建设工业互联网平台、企业数智化转型升级的驱动力将越发增强。

（二）工业互联网平台是产业集群和产业链乃至国家实力竞争的关键载体。随着产业分工发展，产业集群和产业链中的生产企业逐渐衍生出一些共同的生产和发展需求，进而衍化出平台型企业，专门为生产型企业提供公共服务，提升生产型企业轻资产运行水平，促使生产型企业专注生产核心和关键环节运营，并不必为配套的产业链环节而分散专注力。显著的市场竞争虽然发生在生产型企业之间，但其背后的竞争对象却是产业链协同的企业群体，工业互联网平台是这个企业群体协同的一种有效工具模式。通过平台型企业的重资产高效利用，可以显著降低每个搭载其上的生产型企业的固定成本。有平台依托且平台效率越高，企业群体的竞争力越强。从深层次看，产业集群、产业链乃至国家实力的比拼并不是单个优秀企业的比拼，而是企业群体和平台的竞争。

（三）工业互联网将重塑实体经济格局，乃至改变产业社会生产关系。工业互联网平台经济将打破旧有的研发设计、生产制造、运营管理、经营决策方式，改变技术、生产资料分配格局，将对企业经营、商业模式、产业链布局产生一系列影响，促进构建分布式制造体系，提高专业人才协同效率，加速重构产业新格局，甚至重新洗牌区域经济，进而引发社会生产关系改革。传统制造业与数字新技术深度融合，是换道超车的绝佳路径。

工业互联网锻造产业智能化绿色化发展新引擎

《“十四五”智能制造发展规划》要求构建知识驱动、动态优化、绿色低碳的智能制造系统。工业互联网将作为核心方法论和新型基础设施，连接人机料法环各生产要素，推动智能生产和管理创新，为制造业智能化升级、节能减排改造等典型场景落地应用提供技术保障。

（一）工业互联网是实现制造业智能化的制胜先机。工业互联网融合应用形成了网络化协同、个性化定制、服务化延伸、数字化管理、平台化设计等智能制造的新模式应用，为工业现场全要素环节的动态感知、互联互通、数据集成和智能管控提供工具和平台基础，是制造业企业提质、增效、降本、安全发展的重要依托。

（二）工业互联网是实现制造业绿色发展有效手段。制造业能耗历来是能源消耗的主阵地之一，也是实践绿色发展的最佳试验田。为推动实现“3060”双碳目标，在产业集群、区域推动工业互联网建设和运行，提高产业数字化，是快速实现降低碳排放的绿色经济方法。通过工业互联网平台推动产业数字化，构建碳达峰、碳中和产业体系，必将进行全产业链碳中和改造，将重构整个制造业，开创新的绿色发展模式。

下一步工作建议

（一）加速培育工业互联网生态圈。构建以产业平台型企业为主导的生态圈，集众智、聚众力打造数字化转型的生态组织，串接企业群体，引导专业和行业的技术企业充分融合释放制造+互联网的能力，完善人才培养和投融资政策机制，提升产业集聚程度、资源匹配程度、上下游协同程度，加速效率变革，增强区域产业链供应链的黏性和稳定性，提升区域实体经济的抗风险能力和竞争力。

（二）规范工业数据治理体系。制造业数字化转型新关口已经到来，但以工业互联网打通产业流通环节尚面临极大挑战，究其原因在于数据资源的公共属性难以界定、难以共享其利益。另一方面，数据的价值在于流通交易，数据要素流通交易相关方的各方权责需要进一步厘清，尤其是要强化对平台企业的监管，提升公众对数据要素资产化的意识。

（三）重视工业软件等普及成本和用户体验。工业互联网平台、数字化转型产品或方案的应用是一项较高成本、长期投入的工作，必须关注大中小企业的不同需求和可负担能力，注重产品或方案标准化、模块化、组件化、低成本策略，支持工业技术软件化赋能，降低先进工艺技术、产品方案推广普及成本。同时保障企业通过数字化转型获得减负、激发动能，提升体验感和获得感。

邵安林院士：营造工业互联网生态赋能行业转型发展 | 工业互联网迈向新征程 李伯虎院士：我国开启工业互联网2.0新阶段 | 工业互联网迈向新征程 中国电子信息产业发展研究院院长张立：加快推动“平台+园区”发展打造区域数字经济新高地 | 工业互联网迈向新征程 作者丨中国电子产品可靠性与环境试验研究所所长陈立辉编辑丨徐恒美编丨马利亚监制丨连晓东

试验电子设备可靠性加速试验

编者按

本文简要介绍电子设备可靠性指标的验证方式及可靠性加速试验的适用对象，并进一步介绍了可靠性加速试验的几个实施阶段和采用的加速模型。

目前验证电子设备可靠性指标的方式主要有基于GJB899A的常规可靠性试验、可靠性评估和加速可靠性试验等。

1 常规可靠性试验

其中，基于GJB899A的常规可靠性试验适用于可靠性指标相对不高的电子设备。一般根据电子设备相关技术文件的规定，通过选取合适的试验统计方案，在实验室环境条件下施加极限应力进行考核验证，其特点是试验周期相对较长、试验费用较高。

1.1 可靠性评估

可靠性评估一般通过收集设备某个阶段的实际使用数据或各个分设备试验数据进行统计分析，定量评估其可靠性指标。由于系统级电子设备组成庞大、结构复杂，国内实验室不具备系统级可靠性试验的能力，一般采用可靠性评估的方式进行验证。因此，可靠性评估适用于系统级的电子设备。

1.2 可靠性加速试验

可靠性加速试验是基于电子设备的故障物理分析结果，以确定电子设备的加速试验条件和加速因子，通过对电子设备施加高于正常水平的应力，实现在较短的时间内快速评估电子设备可靠性水平的试验方法。可靠性加速试验解决了常规可靠性试验时间长、效率低及费用高等问题，适用于高可靠性（通常指标在5000h以上）、长寿命的电子设备。

随着科技的快速发展和进步，武器装备的研制周期越来越短、更新换代的速度越来越快。尤其是在武器系统中起重要作用的电子设备，其逐渐向小型化、数字化和集成化的方向发展，同时随着工艺和技术水平的进步，许多电子设备的可靠性指标已经达到了数千甚至上万小时以上。电子设备可靠性水平的大幅提升，使得常规的可靠性试验方法难以满足高可靠性电子设备指标验证的需求。为快速评价电子设备的可靠性水平，采用可靠性加速试验的方式成为研制方的不二选择。

2 可靠性加速试验实施

电子设备的可靠性水平主要受温度、湿度、振动、冲击、电应力等各种环境因素的影响。20世纪90年代，美国军方对某基地电子产品故障进行调查分析，结果表明在环境因素引起的损坏失效或故障产品中，由温湿度引起的占60%，振动因素引起的占27%。由此可见，温湿度应力和振动应力是引起电子产品失效的主要环境因素。

可靠性加速试验一般分为以下几个实施阶段：故障物理分析、确定试验条件、试验实施和可靠性评估。

2.1 故障物理分析

可靠性加速试验是围绕电子设备的故障模式与故障机理进行的，进行加速试验的前提是：设备在短时间的加速应力条件下暴露出来的故障模式和故障机理，应与长时间使用环境下的故障模式和故障机理相一致。否则，通过加速试验获得结果不能真实反映电子设备的可靠性水平。

故障物理分析的目的是为了分析电子设备在其寿命周期环境条件下可能发生的故障位置、故障机理和故障模式。电子设备的寿命周期环境条件是指：电子设备在预期的任务剖面和环境剖面下，其可能承受的环境载荷(如温度、温度循环、振动、相对湿度等)和工作载荷（如电压、电流等）。

故障物理分析的主要方法有以下三个：

(1)采用有限元建模与仿真相结合的方法进行分析计算，简称仿真试验或仿真分析；

(2)利用相似产品故障数据进行推断，简称相似产品法；

(3)设计小型试验进行分析。‍‍‍

其中，可靠性仿真试验是故障物理分析最有效的手段之一。仿真试验以电子产品的结构、材料属性、器件类型、互联等信息作为输入，建立起电子产品的仿真模型，通过对该仿真模型施加各种模拟的环境条件和载荷，从而得出电子产品中各种故障可能发生的时间和模式。

2.2 加速试验应力的确定

加速试验应力的选取一般需遵循以下原则：

1）加速试验应力的类型应基于电子设备主要的故障模式和故障机理，即影响电子设备失效的主要因素；

2）加速试验应力应足够大，才能达到缩短试验时间，快速评价电子设备可靠性水平的目的。但是，加速试验应力不是无限加大，需要在设备极限工作应力范围内，否则发生的故障模式和故障机理与设备长时间使用的故障模式和故障机理不一致，达不到加速试验的目的；

3）加速试验中应对电子设备的功能性能进行检测。

2.3 加速试验的实施

针对电子设备，一般是采用整机加速的方式。首先按照GJB899A-2009的规定选取统计试验方案，确定试验时间。然后选取影响电子设备失效主要环境因素，如温度、湿度、振动和电应力。根据电子设备的各个环境因素的极限应力，制定加速试验剖面，确定加速因子。最后根据试验时间和加速因子计算出可靠性加速试验时间和循环数。

2.4 评估设备的可靠性水平

针对电子设备，一般是采用整机加速的方式。首先按照GJB899A-2009的规定选取统计试验方案，确定试验时间。然后选取影响电子设备失效主要环境因素，如温度、湿度、振动和电应力。根据电子设备的各个环境因素的极限应力，制定加速试验剖面，确定加速因子。最后根据常规可靠性试验时间和加速因子计算出可靠性加速试验的有效时间和循环数。

2.5 加速试验模型

加速模型是加速试验方案制定和试验数据统计分析的依据。单一应力下的加速模型成熟度较高，如阿伦尼斯模型为表征温度加速的模型，逆幂率模型表征动态应力（如冲击、振动）或气候应力（如温度变化、湿度、太阳辐射等）加速的模型。由于在综合环境下，多种应力相互叠加耦合，电子设备的失效机理和失效模式较为复杂，确立其加速应力与正常应力下的关系存在一定的难度。

目前，多种环境应力下的加速模型主要有两大类，一类是各种加速应力单独作用，忽略其相互之间的耦合作用，其代表为Peck模型；另一类是各种加速应力之间具有一定的相互耦合作用，其代表是广义艾琳模型。

以某型舰船电子设备为研究对象，采用可靠性加速的方式对其指标进行试验验证。由于该型电子设备受多种环境应力影响，且各种应力间相互耦合，故确定本次的加速模型为广义艾琳模型。

3 常规可靠性试验案例

3.1 确定试验方案及试验时间

研制要求规定该型舰船电子设备的MTBF最低可接受值≥5000h，选择GJB899A-2009中的高风险统计试验方案21，具体参数如下表1所示。

表1试验方案参数

按照21号统计方案，总试验时间为5000×1.1=5500h。由此可见，试验周期长、试验费用高，对项目研制进度影响非常大。综合考虑费效比、工程研制进度等因素，拟采用GB/T34986-2017《产品加速试验方法》附录B中推荐的B.3整机加速可靠性试验方案验证其可靠性指标。

3.2 确定试验应力

该型电子设备可靠性安装在舰船有温控舱室内，影响其可靠性的环境因素主要有温度、湿度、振动和电应力。因此，可靠性加速试验的应力应包含上述四种应力。

经分析，温度循环为引起该型电子设备耗损型故障的主因、振动应力是引起疲劳失效的主因，且两者均存在充裕的加速空间。因此，本次可靠性加速试验拟通过加严温度循环应力和振动应力，以达到缩短试验时间、降低试验费用和快速评估该型电子设备可靠性水平的目的。湿度应力按照GJB899A-2009中舰船舱内有温控设备的湿度剖面进行施加，电应力按照研制要求规定的电压变化范围进行施加。

3.3 确定加速因子

1）温度循环加速因子

本文温度循环加速因子的计算方法参考GB/T34986-2017《产品加速试验方法》附录B.4.2中热循环的计算公式，具体如下：