08第三章可靠性预计和分配01

1第三章可靠性预测和分配(1)第一节系统可靠性指标的论证-------------------------（4）一、常用可靠性指标--------------------------(4)二、系统可靠性指标的论证方法----------(5)三、元器件的失效率------------------------(6)第二节可靠性预测（预计）------------------------------（9）一、可靠性预测的含义和作用------------（9）二、产品在投标阶段和设计阶段的可靠性预测-----------------------(10)三、设计中的系统可靠性预测--------------(16)例3-1-----------------------------------------（30）2上一章我们讲完了系统的可靠性模型，主要解决了已知组成系统各单元的可靠性求系统可靠性的方法。在产品生产中不但要确定产品的目的和用途、所要求的功能，工作条件和环境条件，而且还要有可靠性指标的要求。单元的可靠性如何确定？即是我们这一章（第三章）所讲的可靠性预计（预测）和分配。3如果想得到高可靠性的产品，必须进行产品可靠性定量指标的控制。为了达到这个目的，就需要：在设计时，对未来产品的可靠性进行定量的计算，合理地分配组成件的可靠性。使产品的可靠性定量指标达到设计要求。在使用时，对产品进行可靠性指标评估，以论证其与设计可靠性的差距，从而科学地确定弥补措施。可靠性预测和分配的目的是确定产品的可靠性（即可靠度）。42.一般系统：(1)不可修产品的常用可靠性指标：常用可靠度R(t)或平均寿命MTTF（失效前的平均工作时间）。(2)可修产品的常用的可靠性指标：常用可用性A(t)或平均无故障工作时间MTBF（故障间隔平均时间）。第一节系统可靠性指标的论证1.电子元器件、电子线路、电子设备(电子产品)的常用可靠性指标：常用失效率λ(t)。一、常用可靠性指标5二、系统可靠性指标的论证方法1.以各组成部分的可靠性指标来确定系统可靠性指标，有时（如做方案比较时）可不确定各方案系统的可靠性指标，只做各组成部分可靠性的比较。2.根据以往统计的同类产品实际达到的可靠性指标，只做宏观分析。人所周知，产品，特别是一般可靠性不太好的电子产品大多是由很多元器件组成的，故知元器件是组成产品的最小、最基本的单元。元器件的失效率直接影响所组成产品的可靠性，故应了解元器件的失效率情况。6三、元器件的失效率1.元器件种类(1)集成电路(数字电路，模拟电路)；(2)半导体分立器件(晶体管、二、三极管等)；(3)电子管；(4)电阻器；(5)电容器；(6)电位器；(7)电感元件；(8)继电器；7(9)开关；(10)连接器；(11)旋转电机；(12)印刷电路板；(13)焊接点；(14)其他元器件等。2.元器件失效率的预计根据国标和国军标和应用有关手册进行预计。(1)我国民品手册《电子设备可靠性预计手册》；8产品的可靠性高低并不取决于论证，而决定于其产品本身。(2)我国军品手册—《电子设备可靠性预计手册》－GJB299；(3)美国军品用手册—MIL－HDBK－217。下面分别讨论预测和分配这两个问题。若想提高产品本身的固有可靠性，则应在产品设计阶段对它进行可靠性的预测和分配，返回19第二节可靠性预测（预计）一、可靠性预测的含义和作用可靠性预测是指在设计阶段（当产品还只是图纸时）定量地估计未来产品的可靠性的一种方法。1.可靠性预测的含义（2）为用一般元器件和一般设计代替昂贵元器件和特殊可靠性设计提供依据，以节约费用加快进度，降低成本。2.可靠性预测的作用（1）发现可靠性的薄弱环节，对设计方案提出改进意见，以保障产品质量。10二、产品在投标阶段和设计阶段的可靠性预测（5）元器件应力分析法。产品设计后期1.预测方法（1）相似设备法；（2）有源组件估计法；（3）功能预计法；投标阶段（4）元器件计数法；产品设计早期以上方法（1）、（2）、（3）用于粗略估计，（5）用于具备了附有元器件应力数据清单的系统的可靠性预测；方法（4）是常用的方法，我们在这里只讲元器件计数法方法（4）。112.元器件计数法—产品设计早期预计法①产品所有通用元器件的种类及数量；②元器件的质量等级；③产品的环境。(1)需要预先采集的信息(2)基本数学公式在产品原理图基本形成和元器件清单初步确定的情况下，可应用下式计算产品（设备）的失效率：1)-(31iQGniiN设备器件种类数。设备所用的不同通用元—种元器件数量；第—数；种元器件的通用质量系第—；种元器件的通用失效率第—设备总失效率；—式中设备niNiiiiiQG12因为只有通用元器件才能在《电子设备可靠性预计手册》中查到元器件通用失效率和通用质量系数，可见这种估算方法是预测其可靠性最好情况。iGiQ为什么只统计通用元器件？（3）元器件计数法近似的数学公式为了保证设备质量，使用现场通用失效率时，再加一个补偿系数α，则设备失效率为2)-(31G1iniiN设备器件种类数。设备所用的不同通用元—；补偿系数取种元器件数量；第—；种元器件的通用失效率第—设备总失效率；—式中设备niNiii05.0~01.0G13（4）示例：某一电子设备，用五类元件，元件情况如下表所示，请预测该设备工作50小时的可靠性。通用失效率50300200161数量EDCBA种类h/1016h/101006h/1056h/10206h/105.16,5)1,2(1Qii系数查表得各类元件的质量环境类别为地面良好，求：该设备的可靠性解：（1）根据式（3—1）求设备的总失效率1)-(31iQGniiN设备1420.4681105QG51QG1QG51)(NNNiii设备通用失效率50300200161数量EDCBA种类h/1016h/101006h/1056h/10206h/105.16110)1505.1300202005161001(615即预测该设备在工作50小时的时候可靠概率为（2）根据失效率和可靠性的关系式得设备可靠性为tttttR020d104681.0-d-ee设备）（设备t-210-0.4681e79132.0e505010-0.4681-2）（设备R%132.7916三、设计中的系统可靠性预测1.预测方法（3）Monte-Carlo模拟法（蒙特-卡勒法）,它仅适用于难以用概率关系式表达的复杂系统，故这里不作介绍。（1）概率法：按系统的可靠性框图，由单元可靠性计算系统可靠性，第二章所讲。（2）上、下限法（边值法）。本节我们将重点介绍边值法（即上、下限法）。因为对于复杂系统用概率法是十分麻烦和不便的，而用上、下限法特别合适，因为它既省钱省力又能保证一定计算精度。曾用在阿波罗飞船的可靠性预测上。172.上、下限法预测系统可靠性（1）上、下限法预测系统可靠性的基本思路：对研究系统分别逐步做一些假设简化;分别计算出各步（上限m步和下限n步）的简化系统的可靠性上、下限可靠性数值。①假设系统中非串联部分的可靠度为1→系统可靠度最高，即得。上限1R②假设系统中非串联单元不起冗余作用，全部作为串联单元处理→系统可靠度最低，即得。下限1R③考虑一些非串联单元同时失效→系统可靠度↓。1上限R。下限1R④考虑一些非串联单元失效,不引起系统失效→18)()(nmRR下限上限，⑤考虑的因素越多，上、下限越接近可靠度的真值(图3-1)。⑥若对可靠度上限作m次简化，对可靠度下限作n次简化得)()()(nmSRRfR下限上限，系统可靠度为）（下限3RSR）（上限1R）（上限2R）（下限1R）（下限2R19（2）上、下限法预测系统可靠性的数学公式计算公式为其系统可靠性个非串联单元组成。个串联单元和设有一系统由S21Rkk11)-(3111SnmRRR下限上限。式中22,3,2,1;1,3,2,1knnkmm20①计算系统可靠性上限（第m次假设简化后）为上式为系统串联单元可靠性计算式，（非串联单元可靠性假设为为1）。5)-(3321mmQQQRR上限上限上限上限上限—第1次简化后系统的上限值，可靠性保险不能超过的值，但又≠1,是何值？计算式为1上限式中R(1)~11111kiRRkii上限21(2))(2211,11)2(nkjkjkjkjjkiiRRqqRRQ上限—系统串联单元可靠性确定的情况下，在实际系统中非串联单元中任何2个单元同时失效引起系统失效的概率，（注意此时其他非串联单元可靠度仍均为1），设该种组合有种,其计算式为2上限Q2n—系统串联单元可靠性确定的情况下，在实际系统中非串联单元中任何3个单元同时失效引起系统失效的概率，（注意此时其他非串联单元可靠度仍均为1），设该种组合有种，其计算式为)3(上限Q3n(3))(3211,,11)3(nnkjnkjnkjkjjkiiRRRqqqRRQ上限22(4))......(1...,11)(21mnmkjmkjmkjkjjkiimRRRqqqRRQ上限—系统串联单元可靠性确定的情况下，在实际系统中非串联单元中任何m个单元同时失效引起系统失效的概率，设该种组合有种,其计算式为mQ上限mn）得分别代入式（，，，，将上限上限上限上限53321mQQQR6)-(3)1223111,1.,1,,,1kjnkjnnkjmkjmkjmkjnkjnkjkjkjjkiimRRRqqqRRRqqqRRqqRRR上限共3个共m个23因为非串联单元中不存在1个单元失效引起系统失效的可能，故此正整数m=2~k2。当非串联单元失效概率很小（λ≤0.1）时，为简化计算并保证一定精度，可将式（3-6）中的高次（n≥3）项舍去，即取m=2。7)-(31122111,212kikjnkjkjkjjiRRqqRRQRR）（上限）（上限）（上限可取的数值：中）讨论上式（上限mQm4式（3-5）和式（3-6）为248)-(3)1-211)nnRRRRR（下限）（下限）（下限）（下限（下限(5)~1211121kkiRRkkii）（下限②计算系统可靠性下限（第n次假设简化后）为—第1次假设简化后系统的下限值，即假设系统的非串联单元全串联起来的系统可靠性，系统可靠性，保险超过的值（但≠0），是何值？显然为1下限式中R25若非串联单元中第j个单元失效系统仍工作,该系统工作概率为21211121kkijjikkjkRqRRqRRR设此种情况有n1种组合,则—在第1次简化假设的基础上，串联单元可靠性确定的情况下，在实际系统中非串联单元中任意1个单元失效系统仍可靠的概率，设非串联单元中第j个单元失效，系统仍工作，此时有n1种组合。1下限R(6)121111nijjkkiiRqRR下限26—在第1次简化假设的基础上，若系统串联单元可靠性确定的情况下，在实际系统中非串联单元中任意2个单元失效系统仍可靠的概率，设非串联单元中第j个和第k单元同时失效，系统仍工作，此时系统的工作概率为)2(下限R(7))(2211,1)2(2nkjKJkjkkiiRRqqRRn下限种组合，即此时有21211121kkikjkjikkkjkRRqqRRqqRRR27—在第1次简化假设的基础上，串联单元可靠性确定的情况下，在实际系统