可靠性资料整理-Read

可靠性整理第一部分：概述（一）可靠性的必要性：1.客户的需要：仪器的使用部门，尤其是实时在线检测仪器的使用部门，强烈地希望所使用的仪器能够长时间连续、无故障得工作。

2.自身的需要：仪器自身可靠性的提高，就意味着自身竞争力的提高，最终的结果不是我们寻求客户，而是客户寻求我们。

（二）可靠性的定义可靠性的经典定义：产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。

该定义明确指出评价一个产品的可靠性，与规定的工作条件和规定的工作时间有关，也与规定产品应完成的功能有关。

产品的可靠性与工作条件的关系极为密切。

“规定的工作条件”是指产品工作时所处的环境条件、负荷条件和工作方式。

环境条件一般分为气候环境和机械环境。

气候环境是指电子元器件所处环境的气候条件，如温度、湿度、气压、气氛、盐雾、霉菌、辐射等；机械环境是指电子元器件是否经常受到外界机械应力的影响，如振动、冲击、碰撞、跌落、离心、摇摆等。

环境对电路所施加的应力可能是恒定的，也可能是变化的和交变的。

负荷条件是指电子元器件所承受的电、热、力等应力的条件，目前主要是指加在电子元器件上的电压、电流和功率等条件。

工作方式一般分为连续工作或间断工作，不工作的情况属于存贮状态。

“规定的时间”是指评价电子元器件的可靠性和规定的时间有关。

可靠性本身就是时间的函数，要保持电子元器件全部性能处于良好的工作状态，时间长比时间短更困难。

在同一工作条件下，保持的时间越长可靠性越高。

所以，在讨论电子元器件可靠性时，必须指明在多长时间内的可靠性。

规定功能：要明确具体产品的功能是什么，怎样才算是完成规定功能。

产品丧失规定功能称为失效，对可修复产品通常也称为故障。

能力：只是定性的理解是比较抽象的，为了衡量检验，后面将加以定量描述。

产品的失效或故障均具有偶然性，一个产品在某段时间内的工作情况并不很好地反映该产品可靠性的高低，而应该观察大量该种产品的工作情况并进行合理的处理后才能正确的反映该产品的可靠性，因此对能力的定量需用概率和数理统计的方法。

（三）可靠性的特征量可靠性可以定量和定性表示。

定量主要用特征量来表示。

可靠性特征量中可靠度R（t），累积失效率(也叫不可靠度)F（t）、概率密度f（t）和失效率λ（t）是四个基本函数。

这些特征量有着巨大的作用：在系统可靠性的预计、可靠性的分配都将依据这些特征量。

1.概率密度f(t)：实质为失效概率密度，其类型有指数分布、泊松分布等。

2.可靠度：是产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率，一般记为R。

它是时间的函数，故也记为R（t）,称为可靠度函数。

如果用随机变量T表示产品从开始工作到发生失效或故障的时间，其概率密度为f（t）如上图所示，若用t表示某一指定时刻，则该产品在该时刻的可靠度为，如图1。

对于不可修复的产品，可靠度的观测值是指直到规定的时间区间终了为止，能完成规定功能的产品数与在该区间开始时投入工作产品数之比，即，如图2。

式中:N——开始投入工作产品数N s（t）——到t时刻完成规定功能产品数，即残存数N F（t）——到t时刻未完成规定功能产品数，即失效数。

图1 图23. 累积失效概率：累积失效概率是产品在规定条件下和规定时间内未完成规定功能（即发生失效）的概率，也称为不可靠度。

一般记为F或F（t）。

因为完成规定功能与未完成规定功能是对立事件，按概率互补定理可得F（t）=1-R（t）对于不可修复产品和可修复产品累积失效概率的观测值都可按概率互补定理，取4.失效率：失效率是工作到某时刻尚未失效的产品，在该时刻后单位时间内发生失效的概率。

一般记为λ,它也是时间t的函数,故也记为λ(t),称为失效率函数,有时也称为故障率函数或风险函数。

在实际工作中，人们最关心的是在t时刻还在正常工作的产品中，在t时刻后的Δt时间间隔内（t+Δt）还有多少百分比的产品失效，这就是瞬时失效率的概念。

所以，λ(t)并不意味着表示平均失效率，其数学表达式如下F(t+Δt)－F(t)=R(t)－R(t+Δt)在时间间隔Δt内的平均失效率为()()()()t R t t R t R t t ∆+-∆=1λ 在Δt →0、n →∞的极限情况下，瞬时失效率为()()()dt t dR t R t ⋅-=1λ =()()t R t f =()()t F t f -1 =()t R dtdln -失效率曲线:典型的失效率曲线 失效率（或故障率）曲线反映产品总体个寿命期失效率的情况。

图示为失效率曲线的典型情况，有时形象地称为浴盆曲线。

失效率随时间变化可分为三段时期：上述可靠性的四个特征量都是相互联系的，只要知道其中一个，则所有变量均可求得，基本函数间的关系见下表。

在实际工程设计中，往往用平均寿命来预计系统的可靠性：平均寿命：平均寿命是寿命的平均值，对不可修复产品常用失效前平均时间，一般记为MTTF ，对可修复产品则常用平均无故障工作时间，一般记为MTBF 。

它们都表示无故障工作时间T 的期望E （T ）或简记为t 。

如已知T 的概率密度函数f （t ），则。

对于指数型失效分布，MTBF=dt e t ⎰∞-0λ=λ1，在后面元器件计数法和应力分析法中将大量用到这个关系式来预计电子元件和无过多冗余的仪器仪表的寿命。

第二部分：系统可靠性在系统可靠性实施中，往往需要经过下面流程：可靠性建模 可靠性分析 可靠性分配可靠性实施一、可靠性建模 （一）可靠性模型可靠性模型：是指系统的可靠性结构模型（又称可靠性框图）及其数学模型： 可靠性数学模型：是指用数学方法描述系统各单元的可靠性功能逻辑关系。

可靠性结构模型：是指从可靠性观点出发，依照系统各单元间的功能逻辑关系，用框图表示出来。

按其结构分为：串联、并联、混联、K/N 表决、冷储备、热储备等。

串联系统可靠性：串联系统是组成系统的所有单元中任一单元失效就会导致整个系统失效的系统。

下图为串联系统的可靠性框图。

假定各单元是统计独立的，则其可靠性数学模型为式中，Ra ——系统可靠度；Ri ——第i 单元可靠度；多数机械系统都是串联系统。

串联系统的可靠度随着单元可靠度的减小及单元数的增多而迅速下降。

因此为提高串联系统的可靠性,单元数宜少,而且应重视改善最薄弱的单元的可靠性。

并联系统可靠性：并联系统是组成系统的所有单元都失效时才失效的系统。

下图为并联轴系统的可靠性框图。

假定各单元是统计独立的，则其可靠性数学模型为故障树模型：在系统设计过程中通过对可能造成系统失效的各种因素（包括硬件、软件、环境、人为因素）进行分析，画出逻辑框图（失效树），从而确定系统失效原因的各种可能组合方式或其发生概率，已计算系统失效概率，采取相应的纠正措施，以提高系统可靠性的一种设计分析方法。

故障分析是以故障树作为模型对系统经可靠性分析的一种方法。

故障树分析把系统最不希望发生的故障状态作为逻辑分析的目标，在故障树中称为顶事件，继而找出导致这一故障状态发生的所有可能直接原因，在故障树中称为中间事件。

再跟踪找出导致这些中间故障事件发生的所有可能直接原因。

直追寻到引起中间事件发生的全部部件状态，在故障树中称为底事件。

用相应的代表符号及逻辑们把顶事件、中间事件、底事件连接成树形逻辑图，责成此树形逻辑图为故障树。

（二）建模建模在系统设计阶段进行，为系统可靠性的预计和分配拟定改进措施的优先顺序提供依据。

建模时依照如下步骤：1.确定产品的任务及任务剖面；2.确定产品的故障模型；3.确定产品的环境条件；4.建立可靠性框图；5.建立可靠性的数学模型。

在实际建模中，必须对可靠性模型进行条件约定，如：1.组成系统可靠性的故障模式是相互独立的；2.组成系统的可靠性元器件的寿命是服从指数分布的；3.除电子元器件外，认为其它部分是完全可靠的；4.与电子元器件相连的所有连线（如PCB的设计）都认为是完全可靠的；5.整个系统的软件是完全可靠的；6.组成系统的可靠性特征量由失效率表示；等等。

二、可靠性预计定义：可靠性预计是按照GJB/Z299B-98《电子设备可靠性预计手册》和MIL-HDBK-217F《电子设备可靠性预计》等手册上所提供的数据，根据组成系统的元件、组件、分系统的可靠性来推测系统的可靠性。

作用：1.可以算出原设计潜在的可靠性从而论证可靠性要求和方案的可行性；2.可以判断异常原因，找出系统最薄弱环节（如木筒原理），改进设计，提高可靠性；3.同可靠性试验相比，具有快速、经济的优势；4.为可靠性分配提供依据。

方法：可靠性预计方法很多，就元器而言，有元器件计数法和元器件应力分析法；就系统而言，有相似法、数学模型法和边值法（上下限法）等。

当然。

整个系统的可靠性的预计都是从元器件可靠性预计开始的，根据组成系统的元器件、部件、分系统来推测整个系统的可靠性。

下面分别介绍各预计方法，重点阐述元器件计数法和元器件应力分析法。

（一）相似法：主要应用于新设计初期缺乏足够数据时的预计，包括相似设备法和相似复杂法。

相似设备法是利用已有的相似产品的数据进行预计；而相似复杂法是由一批有经验人员按产品复杂程度与已知可靠性的产品进行评分给定。

对于同类产品，有时利用经验公式的所谓快速预计法。

这些经验公式是统计与可靠性有关的主要设计参数及性能参数，通过回归分析得出的其基本模型为i i i x b n b MTBF ∑=+=10ln ；式中，x i —第I 种参数，如零件数、重量、功率、尺寸、温度、速度等。

b i —系数。

（二）数学模型法：是可靠性预计所用的最主要方法。

本方法按各单元可靠性与系统可靠性的关系建立精确或半精确的数学模型，通过计算预计系统的可靠性。

一般可仅考虑对系统可靠性有影响的主要组成，按可靠性的逻辑关系绘制可靠性框图，通常非串联部分均可单独计算，简化为一个等效单元，最终端是成为一个单间朝气串联模型。

故典型模型为)(t R R i ni s ∏=；单元如是设备或装置等某一分系统，最好能有分系统的可知靠性数据，否则需要将其分解成更小的单元，直到最基本的零件、元件。

关于单元的可靠性数据可以运用以往积累的资料进行预计。

资料来源于国家或企业的数据库、标准规范、考资料及文献、外购件厂商数据、用户的调查、专门试验等。

在设计中期和后期，则可按设计的详细资料对主要零部件或性能参数进行预计计算。

（三）上下限法：用于系统很复杂的情况，甚至由于考虑单元并不独立等原因不易建立可靠性预计的数学模型，就可用本方法预计得相当准确的预计值。

对不太复杂的系统使用上下限法能比精确的数学模型法较快地求得预计值。

本方法在绘得可靠性逻辑框图后，先考虑最简化的情况，再逐步复杂化，逐次算得系统可靠度的上限和下限，并在这上下限间取系统可靠度的预计值。

（四）元器件计数法：适用于签订合同和设计的早期阶段。

对可靠性快速地进行初步估计，为确定最佳方案所需依据提供可靠性、费用等方面的数据。