第1-2可靠性设计概述概要

1.4可靠性设计1.4.1可靠性要求——设计、分析、试验和验收的依据。可靠性设计要求可分为：定性要求;定量要求。定性要求内容有:遵守一般可靠性设计和准则等。定量要求内容有:使用与合同参数和指标。使用参数和指标：直接与产品完好性、任务成功性、维修人力和保障资源费用有关的一种度量。其度量值称为使用指标（目标值与门限值）。合同参数和指标：在合同中表达订购方要求的，并且是承制方在研制和生产过程中可以控制的参数。其度量值称为合同指标（规定值和最低可接受值）。使用指标合同指标目标值门限值规定值最低可接受值期望产品达到的使用指标，它既能满足产品使用需求，又可使产品达到最佳的效费比，是确定规定值的依据产品必须达到的使用指标，它能满足产品的使用需求，是确定最低可接受值的依据，也是现场验证的依据合同和研制任务书中规定的期望产品达到的合同指标，它是承制方进行可靠性设计的依据合同和研制任务书中规定的、产品必须达到的合同指标，它是进行厂内考核或验证的依据可靠性定量要求——使用指标和合同指标表2使用指标和合同指标可靠性定量要求——主要参数特征量a.可靠度可靠性的概率度量，其符号为R(t)例如:R(t)=0.95，0.99等。b.平均故障间隔时间meantimebetweenfailures(MTBF)可修复产品的一种基本可靠性参数。其度量方法为：在规定的条件下和规定的期间内，产品寿命单位总数与故障总次数比。c.平均故障前时间meantimetofailures(MTTF)不可修复产品的一种基本可靠性参数。其度量方法为：在规定的条件和规定的期间内，产品寿命单位总数与故障产品总数之比。可靠性定量要求——主要指标参数d.平均首次故障前时间meantimetofirstfailure(MTTFF)可修复产品的一种基本可靠性参数。其度量方法为：在规定的条件下，产品从开始使用到出现首次故障时产品寿命单位总数与产品首次故障总数之比。e.故障率产品可靠性的一种基本参数。其度量方法为：在规定的条件下和规定的期间内，产品的故障总数与寿命单位总数之比。产品层次产品使用特征量连续或间歇工作(可修复)连续或间歇工作(不可修复)一次性使用装备R(t)或MTBFR(t)或MTTFP(S)或P(F)分系统设备R(t)或MTBFR(t)或λP(S)或P(F)组件元器件λλP(F)注：R(t)：可靠度MTBF：平均故障间隔时间P(S)：成功概率MTTF：平均故障前时间P(F)：故障概率λ：故障率表3可靠性常用的设计指标参数的应用niis1niisBFST111式中：Ri、λi——单元的可靠度、故障率（1/h）；Rs、λs——系统的可靠度、故障率（1/h）。此时，系统的故障率λs为单元的故障率λi之和:系统的平均故障间隔时间为：=λ1+λ2+……+λn可靠性设计指标参数的关系(串联模型)niistRtR1)()(＝R1×R2×…×Rn1.4.2可靠性设计工作内容——按可靠性要求开展设计工作表4可靠性设计（定性）工作内容1成熟设计2简化设计3余度设计4环境防护设计5按可靠性设计准则设计6软件可靠性设计7包装、贮存、运输设计等可靠性设计准则的制定与贯彻(按可靠性设计准则设计)a.目的通过制定并贯彻产品可靠性设计准则，把有助于保证、提高产品可靠性的一系列设计要求设计到产品中去。b.可靠性设计准则文件的基本内容产品可靠性设计准则是在产品设计中能够直接贯彻实施的可靠性设计要求细则与保证措施，可靠性设计准则文件基本内容包括：概述、目的、适用范围、依据、可靠性设计准则。这是属可靠性设计（定性）的工作内容,很重要。c.可靠性设计准则的作用与特点（1）可靠性设计准则是进行可靠性定性设计的重要依据为了满足规定的可靠性设计要求，必须采取可靠性设计技术，贯彻可靠性设计准则是其中一项重要内容,在设计中必须逐条予以实施。（2）贯彻可靠性设计准则可以提高产品的固有可靠性产品的固有可靠性是设计和制造所赋予，设计人员在设计中遵循可靠性设计准则，可避免一些不该发生的故障，从而提高产品的固有可靠性。（3）贯彻可靠性设计准则是实现可靠性与产品性能设计同步的有效方法设计人员只要在设计中贯彻可靠性设计准则,就可以把可靠性设计到产品中去，使产品的性能设计和可靠性设计相互有机地结合。（4）可靠性设计准则是研制经验的总结与升华可靠性设计准则是以往产品研制经验的结晶，用于指导设计人员进行可靠性设计，保证实现产品合同规定的可靠性要求。制定并实施可靠性设计准则不仅有益于企业经验和知识的传承，还能为年轻设计人员的成长提供帮助。1.4.2可靠性设计工作内容——按可靠性要求开展设计工作表5可靠性设计（定量）工作内容1建立可靠性模型2可靠性（指标）分配设计3可靠性预计4元器件选用设计5降额设计6热设计等下面简要介绍前三项可靠性定量工作具体内容，后三项在元器件选用中介绍。1、建立可靠性模型目的：用于定量分配、计算和评价产品的可靠性。可靠性模型的含义：可靠性模型指的是可靠性框图及数学模型。可靠性框图是用方框表示产品各单元的故障如何导致产品故障的逻辑关系。可靠性模型的分类:产品的可靠性模型按用途分为基本可靠性模型和任务可靠性模型。基本可靠性模型是将产品组成单元进行全串联的模型，用以估计产品及其组成单元引起的维修及综合保障要求。任务可靠性模型较复杂，它用于描述在完成任务过程中产品各单元的预定用途。产品的可靠性模型基本结构类型主要包括串联、并联、混联、桥联、旁联、表决等。123n…串联模型系统的所有组成单元中任一单元的故障都会导致整个系统的故障，称为串联模型。串联模型是最常用和最简单的模型之一，既可用于基本可靠性建模，也可用于任务可靠性建模该可靠性框图对应的数学模型为：式中：Rs(t)——系统的可靠度；Ri(t)——单元的可靠度；n——组成系统的单元数。niistRtR1)()(＝R1·R2…RnLC原理图LC可靠性框图串联模型的可靠性框图如图所示。123n串联模型tnitniisniiieetRtR111)()(串联模型几种典型的可靠性模型Ri、λi_——单元的可靠度、故障率（1/h）；Rs、λs——系统的可靠度、故障率（1/h）。n——组成系统的单元数。并联模型12nniiStRtR1)(11)(并联模型几种典型的可靠性模型r/n(G)模型12nr/n(G)nriiniinstRtRCtR)(1)()(表决模型几种典型的可靠性模型r/n(G)表决器↖基本可靠性模型比较输入模块M1CPU模块M2输出接口模块M3电源模块M4比较输入模块M5CPU模块M6输出接口模块M7电源模块M8图综合处理计算机的基本可靠性框图任务可靠性模型比较输入模块M1CPU模块M2输出接口模块M3电源模块M4比较输入模块M5CPU模块M6输出接口模块M7电源模块M8图综合处理计算机的任务可靠性框图2、可靠性指标分配设计目的：可靠性分配是指将产品的可靠性指标逐级分配至产品各层次(由上到下)，作为产品各层次的可靠性设计目标，使各级设计人员明确要求，及早研究设计方案，并估计所需人力、时间和资源，以确保交付使用的产品逐步通过增长能够达到可靠性目标值。适用对象和情况:可靠性分配适用于电子、电气、机械，或新研产品、老品改进等有可靠性指标要求的产品，应根据不同产品以及指标要求的情况，选取合适的可靠性分配方法。可靠性分配工作一般应在方案阶段开始进行，并延续至初步设计阶段，根据设计方案的更改反复迭代，使指标分配逐渐趋于合理。分配原则①对于复杂度高的分系统、设备等产品应分配较低的可靠性指标；②对于技术上不成熟的产品，可分配较低的可靠性指标；③对于处于恶劣环境条件下工作的产品，可分配较低的可靠性指标；④对于需要长期工作的产品，可分配较低的可靠性指标；⑤对于重要度高的产品，应分配较高的可靠性指标。分配方法:主要包括等分配法、比例组合法（等改进法）、评分法、再分配法（最小工作量法）、考虑重要度和复杂度的分配法、预计分配法以及工程相似法。各种分配方法适用于不同的情况。等分配法用于设计初期当产品情况还不十分清晰，或缺乏有关产品可靠性数据的情况。这是最简单、方便的一种分配方法，没有考虑产品的各单元实现可靠性值的难易程度，如单元的复杂程度、技术难度等，建议尽量不使用。设某系统由n个分系统串联组成，若给定系统可靠性指标为λs，则按等分配法分配给各下属系统或设备的可靠性指标为：可靠性比例分配法新设计的系统与老系统相似，且有老系统及其分系统的故障率数据或老系统中各分系统故障数占系统故障数百分比的统计资料，可用比例分配法进行分配。iSiSiSiK****新新老老新新或故障数的百分比。个分系统故障数占系统第—；个分系统的故障率老系统中第—；个分系统的故障率分配给新系统中第—；新、老系统的故障率—、老新老新iKhihihiiiSS)1()1()1(**比例分配法选取的可靠性分配方法,其使用要求如表6所示：分配方法适用的研制阶段适用的可靠性模型适用的情况等分配法方案论证阶段各类模型产品定义不十分清晰，或缺乏有关可靠性数据比例组合法（等改进法）初步设计阶段各类模型新老产品非常相似，且老产品及其所属单元的故障率数据已知评分分配法初步设计阶段各类模型产品的基本情况已知，但缺乏有关可靠性数据再分配法（最小工作量法）详细设计阶段串联模型工作量减到最少并使产品可靠性要求得到满足考虑重要度和复杂度的分配法详细设计阶段简单串并联模型能得到较为合理的产品各单元重要度和复杂度数据预计分配法详细设计阶段各类模型能得到产品各单元的可靠性数据工程相似法方案论证阶段和初步设计阶段各类模型新老产品极为相似，可靠性指标要求相近，且老产品的可靠性数据完整可靠3、可靠性预计目的:是对组成产品的元器件、部件和子系统的可靠性，由下到上、由局部到整体的逐级预计，预计产品能否达到规定的可靠性指标要求；方案论证时可根据可靠性预计结果选择方案；及早发现设计中的薄弱环节并改进；并为可靠性分配的迭代提供相关数据；还可为可靠性试验方案的确定提供依据。适用对象和情况:可靠性预计适用于新研产品、老品改进等各类有可靠性指标要求的产品，需根据产品的不同阶段、不同产品的层次及特性，选取合适的可靠性预计方法。可靠性预计工作一般在方案阶段就应开始进行，并延续至详细设计阶段，根据设计方案的更改和细化反复迭代，从而使产品设计达到所规定的可靠性。可靠性预计的类型可靠性预计作为定量设计手段，为设计决策提供依据。在设计的不同阶段及产品的不同级别上可采用不同的预计方法，由粗到细。预计按详细程度可分为:可行性预计、初步预计和详细预计;按预计的参数可分为:基本可靠性预计和任务可靠性预计;按预计的对象可分为:电子产品预计和非电子产品预计。进行不同类型的可靠性预计应选取不同的、适用的方法。电子、电气产品的可靠性预计方法●电子、电气产品一般的可靠性预计主要有元器件计数法和元器件应力分析法。●元器件计数法适用于方案论证及初步设计阶段；●元器件应力分析法适用于详细设计阶段。按GJB/Z299C、MIL-HDBK-217F的要求进行（此两标准可用于军用和民用产品）。niQiGiiGSN1元器件计数法:元器件计数法适用于初步设计阶段，此时元器件的种类和数量已大致确定，但具体的工作应力和环境等尚未明确。元器件计数法的基本原理是对元器件的通用故障率进行修正，预计模型为：式中：λGS——产品总故障率（1/h）；λGi——第i种类元器件的通用故障率（1/h）；πQi——第i种类元器件的通用质量系数；Ni——第i种类元器件的数量；n——单元所用元器件的种类数目。表7元器件计数法预计结果表（例子）编号元器件类别数量N质量等级质量系数πQλG/(10-6/h)N(λGπQ)/(10-6/h)1调整二极管4B10.52.244.482合成电阻器2B10.60.050.063云母电容器4B10.50.120.24总计4.78应力分析法应力分析法用于电子产品详细设