南方企业文化宣传网----文章编号:3367----加入日期:2011/9/6

『关闭窗口』

可靠性设计

可靠性设计
　　产品的可靠性是设计出来的，生产出来的，也是管理出来的。产品开发者的可靠性设计水平对产品固有的可靠性影响是重大的，因此可靠性设计与分析在产品开发过程中具有很重要的地位。可靠性设计的主要技术有:
　　(1)规定定性定量的可靠性要求。有了可靠性指标，开展可靠性设计才有目标，也才有开展可靠性工作的动力；有了可靠性指标也才能对开发的产品可靠性进行考核，以避免产品在顾客使用中因故障频繁而使开发商和顾客利益受到损失。最常用的可靠性指标是平均故障间隔时间，即MTBF。其次是使用寿命，本书不展开论述。
　　(2)建立可靠性模型。用于预计或估计产品可靠性的一种模型叫可靠性模型。建立产品系统级、分系统级或设备级的可靠性模型，可用于定量分配、估计和评价产品的可靠性。
　　可靠性模型包括可靠性方框图和可靠性数学模型。
　　产品典型的可靠性模型有串联模型和并联模型。串联模型是指组成产品的所有单元中任一单元发生故障都会导致整个产品故障的模型。并联模型是指组成产品所有单元同时工作时，只要有一个单元不发生故障，产品就不会发生故障，亦称工作贮备模型。
　　对于复杂产品的一个或多个功能模式，用方框表示的各组成部分的故障或它们的组合如何导致产品故障的框图叫可靠性框图。串、并联模型的可靠性框图和数学模型见表5.3-1。
　　①式中Ri(t)与λi(t)——第i单元的可靠度与故障率；
　　Rs(t)与λs(t)——产品的可靠度、故障率。
　　

　　产品的可靠性框图表示产品中各单元之间的功能逻辑关系，产品原理图表示产品各单元的物理关系，两者不能混淆。例如某振荡器电路由电感和电容组成，从原理图上看两者是并联关系，但从可靠性关系看两者只要其中一个发生故障，振荡器都不能工作，因此是串联模型。
　　

　　〔例5.3-1]已知图5.3-1中电感和电容的故障率λL=λC=10-5/h，求振荡器的MTBF。
　　解:λS=λL+λC=2×10-5/hMTBFs= = =50000h
　　〔例5.3-2]假设一个产品是由10个部件组成，若每一个部件工作10000小时的可靠度都为0.9，求产品工作10000小时的可靠度。
　　

　　R(10000)= Ri(10000)0.910=0.348 由〔例5.3-2]可以看出，组成串联系统的单元越多，产品的可靠度越低。因此，提高产品可靠性的一个重要途径是在满足性能要求前提下尽量简化设计，产品越简单越可靠，同时提高组成产品的各单元的可靠性。
　　(3)可靠性分配。可靠性分配是为了将产品总的可靠性的定量要求分配到规定的产品层次。通过分配使整体和部分的可靠性定量要求协调一致。它是一个由整体到局部，由上到下的分解过程。
　　可靠性分配有许多方法，如评分分配法、比例组合法、动态规划法等。
　　评分分配法是一种常用的分配方法。在产品可靠性数据缺乏的情况下，可以请熟悉产品、有工程实际经验的专家，按照影响产品可靠性的几种主要因素进行评分，然后根据评分的结果给各分系统或部件分配可靠性指标。
　　选择故障λ为分配参数，主要考虑四种影响因素——复杂度、技术成熟度、重要度及环境条件。每一种因素的分值在1～10之间。
　　复杂度:根据组成分系统的元部件数量以及它们组装调试的难易程度评定。最复杂的评10分，最简单的评1分。
　　技术成熟度:根据分系统的技术水平和成熟程度评定。技术成熟度低评10分，技术成熟度高评1分。
　　重要度:根据分系统重要度评定。重要度最低的评10分，重要度最高的评1分。
　　环境条件:根据分系统所处环境条件评定。经受恶劣条件的评10分，环境条件最好的评1分。
　　这样分配给第i个分系统的故障率λi为:
　　λi=Ciλs(5.3-1)
　　式中:Ci——第i个分系统的评分系数；
　　λs——系统规定的故障率指标。
　　Ci=ωi/ω(5.3-2)
　　式中:ωi——第i个分系统的评分数；
　　ω——系统的评分数。
　　

式中:γij——第i个分系统第j个因素的评分数；
　　j=1代表复杂度；
　　j=2代表技术成熟度；
　　j=3代表重要度；
　　j=4代表环境条件。
　　

式中:i=1，2，…，n——分系统的数量。
　　[例5.3-3]假设由部件A、部件B、部件C、部件D组成的串联电子系统，其可靠性指标为MTBF=500h，试用评分分配法将可靠性指标分配到各部件。
　　

　　请5位相关的专家进行评分，并通过计算，得出表5.3-2的结果。
　　(4)可靠性预计。可靠性预计是在设计阶段对系统可靠性进行定量的估计，是根据相似产品可靠性数据、系统的构成和结构特点、系统的工作环境等因素估计组成系统的部件及系统的可靠性。系统的可靠性预计是一个自下而上，从局部到整体的系统综合过程。可靠性预计结果可以与要求的可靠性相比较，估计设计是否满足要求，通过可靠性预计还可发现组成系统的各单位中故障率高的单元，找到薄弱环节，加以改进。
　　

　　可靠性预计有许多方法，如元器件计数法、应力分析法、上下限法等。
　　电子产品可靠性预计通常采用元器件计数法和应力分析法。
　　元器件计数法适用于产品设计开发的早期。它的优点是不需要详尽了解每个元器件的应用及它们之间的逻辑关系就可迅速估算出产品的故障率，但预计结果比较粗糙。元器件计数法公式为:
　　

式中:λs——产品总的故障率；
　　λGi——第i种元器件的通用故障率；
　　πQi——第i种元器件的通用质量系数；
　　Ni——第i种元器件的数量；
　　n——产品所用元器件的种类数目。
　　应力分析法适用于电子产品详细设计阶段，已具备了详细的文件清单、电应力比、环境温度等信息，这种方法比元器件计数法的结果要准确些。应力分析法分三步求出。第一步先求出各种元器件的工作故障率λp:
　　λp=λb•πE•K(5.3-6)
　　式中:λp——元器件工作故障率；
　　λb——元器件基本故障率；
　　πE——环境系数；
　　K——降额因子，其值小于等于1，由设计根据使用范围例如GJB/Z 35—93选定应力等级后决定。
　　第二步求产品的工作故障率λs:
　　

式中:λpi——第i中元器件的工作故障率；
　　Ni——第i种元器件的数量；
　　n——产品中元器件的种类数。第三步求产品的MTBF:
　　

　　基本故障率λb、环境系数πE等可查国军标GJB 299B(但由于近年来元器件可靠性提高很快，GJB 299B数据有的已太保守)，国外元器件可查美军标MIL—STD—217F。
　　(5)可靠性设计准则。可靠性设计准则是把已有的、相似产品的工程经验总结起来，使其条理化、系统化、科学化，成为设计人员进行可靠性设计的所遵循的原则和应满足的要求。
　　可靠性设计准则一般都是针对某种产品的，但也可以把各种产品的可靠性设计准则的共性内容，综合成某种类型的可靠性设计准则，如直升机可靠性设计准则等。当然，这些共性可靠性设计准则经剪裁、增补之后又可成为具体产品专用的可靠性设计准则。
　　可靠性设计准则一般应根据产品类型、重要程度、可靠性要求、使用特点和相似产品可靠性设计经验以及有关的标准、规范来制定。
　　(6)耐环境设计。产品使用环境对产品可靠性的影响十分明显。因此，在产品开发时应开展抗振动、抗冲击、抗噪音、防潮、防霉、防腐设计和热设计。
　　(7)元器件选用与控制。电子元器件是完成产品规定功能而不能再分割的电路基本单元，是电子产品可靠性的基础。要保证产品的可靠性对所使用的元器件进行严格控制是极为重要的一项工作。制定并实施元器件大纲是控制元器件的选择和使用的有效途径。
　　(8)电磁兼容性设计。对电子产品来说，电磁兼容设计是不可缺少的。它包括静电抗扰性，浪涌及雷击抗扰性，电源波动及瞬间跌落抗扰性，射频电磁场辐射抗扰性等。
　　(9)降额设计与热设计。元器件、零部件的故障率是与其承受的应力紧密相关的，降低其承受的应力可以提高其使用中的可靠性，因此设计时应将其工作应力设计在其规定的额定值之下，并留有余量。产品特别是电子产品周围的环境温度过高是造成其故障率增大的重要原因。因此应利用热传导、对流、热辐射等原理结合必要的自然通风、强制通风、以致水冷及热管等技术进行合理的热设计，以降低其周围的环境温度。热设计软件是一种有效工具。
文章来源：www.5s886.com

>>上篇文章:浴盆曲线
>>下篇文章:可靠性分析