电子设备可靠性预计

• 任务可靠性预计所采用的模型取决于产品功 能原理、可靠性结构及产品各单元在执行任 务过程中的不同作用。是复杂的串并模型。
• 任务可靠性和基本可靠性模型中产品单元的 名称和标志应当一致。
基本可靠性预计和任务可靠性预计
2.3 基本和任务可靠性预计的权衡
@ 简化产品设计和采用高可靠性的元器件既可提高基本可靠性， 又可提高任务可靠性，采用赢余设计只能提高任务可靠性而降低基 本可靠性。
@ 应综合考虑基本可靠性预计结果和任务可靠性预 计的结果：
• 当任务可靠性相同时，基本可靠性预计结果高好 • 若一个设计的基本可靠性比另一个高很多，即使
任务可靠性稍低也是可取的 • 若一个设计的任务可靠性预计不能满足合同要求
，往往降低基本可靠性以获得提高任务可靠性 @ 基本可靠性预计和任务可靠性预计的都应尽早进
λp=πEπQπAπS2πrπTπC λb
• 其应力比为S=0.4,环境温度为40℃，
• 基本失效率λb=0.205(10-6/h)。 • GP级的质量系数πQ＝0.1。 • 恶劣地面固定的环境系数πE＝5。 • 电压应力系数πS2＝0.88 • 应用系数πA＝1，(若开关状态， πA＝0.7) • 额定功率或额定电流系数πr＝1
元器件计数法预计所需信息
a. 设备上所用元器件的种类及每类元器件的数量; 种类的划分是按GJB／Ｚ299B上18大类元器件中 的小类。
b. 各种类元器件的质量等级及其质量系数。 c. 设备应用的环境类别。比如，设备是用在导弹发
射场合呢，还是用在背负、手提的环境，等等。
元器件计数法预计－计算步骤
• 先计算设备中的各种类型(按所采用的预 计手册分类)元器件的数目,
• 在将单个电路可靠性综合到一起时，应该考虑电路互连可靠
• 相似电路法的有效性取决于电路之间的等效程度，而不仅仅 在于用来描述电路的一般性术语
7 元器件计数法预计
• 元器件计数法是在初步设计阶段使用的预计方法。在这 个阶段中，每种通用无器件的数量已经基本上确定，在 以后的研制和生产阶段，整个设计的复杂度预期不会有 明显的变化。元器件计数法假设元器件失效前的时间是 指数分布的(即元器件失效率恒定)
法 NPRD95(非电)
2）非工作状态预计依据 GJB/Z 108-98应力分析法、元器件计数法
NPRD95(非电)
基本可靠性预计和任务可靠性预计
2.1 基本可靠性预计
• 基本可靠性定义为：产品在规定条件下无故障 的持续时间或概率。
• 这里的故障是指引起引起维修工作的事件或状 态。这种故障可能影响,可能不影响产品完成任 务的功能。
、检验及筛选过程中其质量的控制等级。质量系
数则反映了不同质量等级的元器件其失效率的差 异程度。
• 根据我国电子元器件标准的制订、实施情况，及
按不同标准或技术文件组织生产和试验的产品的
实际可靠性水平，手册中将各类元器件划分为A、
B、C三个质量层次。每个层次包含若干个质量等
级，每个质量等级分别给出与其对应的质量系数
• 电子设备及元器件处于不同类别的环境中其可 靠性则不相同。手册中以环境系数πＥ表示不同环 境类别的环境应力对元器件失效率的影响程度。 亦即，πΕ值表示该环境相对于基准环境的严酷倍 数。
• 因此，GJB／Z299B分别列有环境系数表，提供了
各种类元器件的环境系数值。
元器件质量等级与质量系数
• 元器件质量直接影响其失效率，不同质量等级对 元器件失效率的影响程度用质量系数πＱ来表示。 所谓质量等级是指元器件装机使用之前，在制造
• 基本可靠性涉及维修人力，费用和后勤保障要 求。
• 基本可靠性预计用串联模型。 • 产品的基本可靠度一般为工作状态下的可靠度
与各非工作状态下的可靠度连乘积。
基本定义为：产品在规定的任务剖面 内完成规定功能的能力。
• 从完成任务的角度看，危及任务成功的事件 或状态才算故障。称之为致命性故障。
• a. 确定与新设计产品最相似的现有产品，其相 似性比较的要点为：
产品的结构、性能、设计、制造、寿命剖面的工作 条件和环境条件
• b. 对相似产品在使用期间所有的数据进行分析 ，确定其已达到的可靠性水平。
• c. 比较新老产品的差异程度，根据相似产品的 可靠性水平经适量的修正后，作为新产品可靠 性水平的预计值。
• 如果产品可靠性模型的所有部分为串联的，或者为取 得近似值可以假设它们是串联的，则可以把元器件失效 率相加直接求得产品故障率。
• 如果产品可靠性模型中有非串联部分(例如：冗余、代 替的工作模式)，则产品可靠性可用下述方法求得，即 ：或仅是计算模型的串联部分作为近似；或把各个串联 部分的元器件失效率相加，再计算模型的非串联部分的 等效串联失效率。
于及时地采取措施来改进设计，以便制定设备、系统 的预防性维护方案。 。 (6) 中立机构进行可靠性预计，预测产品的寿命，增强产 品的竞争力。
可靠性预计的主要依据
1）工作状态预计依据
GJB/Z 299B-98应力分析法、元器件计数法 MIL-HDBK-217F应力分析法、元器件计数法 MIL-HDBK-217F Notice2应力分析法、元器件计数
(1) (2)明确各元器件的应用方式，工作环境温度及其它环境
(3)汇编设备的元器件详细清单，清单内容包括：元器件名称，型
号规格，数量，产品标准或技术文件，性能额定值及有关的设计、工艺、
(4)按各种类元器件工作失效率模型，计算每预计单元内
(5)将(2)～(4)步骤所得到的数据填入规范化的预计表内。 (6)将预计单元内元器件的工作失效率相加，由此计算组 件或分系统的失效率； (7)按设备、系统的可靠性模型，逐级预计设备、系统的 平均故障间隔时间与可靠度等可靠性指标。
可靠性预计的目的和作用及工程应用
1.1 可靠性预计的目的
• 可靠性预计是电子设备可靠性从定性考虑转入定量分析的关键 , 是“设计未来”的先导, 是决策设计、改进设计, 确保产品满 足可靠性指标要求的不可缺少的技术手段。
• 可靠性预计不去追求绝对准确。采用统一尺度预计，为可靠性 的定量分析提供可比的相对度量。
• 元器件应力分析法适用于详细设计阶段，在这个阶段， 所使用的元器件规格、数量，工作应力和环境条件、质 量等级等应该是已知的，或者根据硬件定义能够确定。
• 在实际或模拟使用条件下进行可靠性评价之前，应力分 析法是最能反映实际可靠性的一种可靠性预计方法。
• 应力分析法假设元器件失效前时间服从指数分布(即失 效率恒定)
(6)对于高度复杂的模型，得附有简化的可靠性模
其余要求详见GJB／Z23－91《可靠性和维修性工 程报告编写一般要求》
5 可靠性预计类型及不同使用阶段
(1) 相似法：相似法适用于在初始构思、规划新品方案的总体 论证阶段，只能作大体的估计，相似设备法的预计精度取决
于现有设备可靠性数据的可信程度及现有设备和新设备的相 似程度。
全面开展电路试验之后的样机研制期间，此时已具备详细的
电路图、元器件清单及每个元器件所承受的应力数据。其作
用是通过应力分析发现样机的可靠性薄弱环节，以便采取相
应的措施来改进设计。 （4）其他的方法：
613厂适应用
A. 相似复杂性法 , B. 功能预计法 , C. 上、下限法.
6 相似预计法－相似产品法的程序
示例 p6
示例 p7---预计表
示例 p8---预计表
示例 p9---预计表
(3)中间预计报告应能适用于设计评审。包括比较 、选择设计方案，指明设计中的高故障率单元， 过应力的元器件和薄弱环节，提出设计改进措施
可靠性预计的一般要求
可靠性预计－ 报告的一般要求（2〕
(4)最终预计报告应反映最终的设计，并确定设计 中不能消除的高故障率单元和潜在的任务单点
(5)可靠性预计应周到、齐全；应附加说明没有纳
(2) 元器件计数法：适用于研制阶段的早期，此时已进行初步 的设计，形成了产品的功能原理框图，和电路草图，每种元
器件的数量已基本确定，但尚缺元器件的应力数据。用计数
法比较简单，可以判断方案是否满足可靠性指标，并比较优 选设计方案和开展可靠性分配。
(3)元器件应力分析法：该方法使用在研制阶段的中后期，即在
计算过程
• 种类(结构)系数πC＝1 • 温度应力系数，本例不用此参数，取πT＝1
• λp=λbπEπQπAπS2πrπTπC
＝0.205×5×0.1×1×1×0.88×1×1
=0.090(10-6/h)
设备可靠性预计示例 应力预计法
示例 p1
示例 p2--清单
示例 p3--清单
示例 p4--清单
行，并随着设计和任务的变化及时作相应的修改 ，
可靠性预计的一般要求
可靠性预计－ 报告的一般要求（1〕
(1)可靠性预计报告应根据预计结果分析设计方案 满足规定可靠性要求的程度。可靠性预计值应高 于合同的规定值。(美国海军航空兵规定：预计 值为规定值的1.25倍，我国一般还要高一些)。
(2)初始预计报告应能适用于论证产品方案的可行
• 不同质量等级的元器件数目
• 然后再乘上相应类型元器件在规定使用 环境下的通用失效率,
• 最后把各类元器件的失效率累加起来, 即
可得到部件、系统的故障率, (参见例子
P9)
n
Ni (Gi Qi )
i 1
8 元器件的应力分析法－ 概述
• 元器件应力分析法通过分析设备上各元器件工作时所承 受的电、热应力及了解元器件的质量等级，承受电、热 应力的额定值，工艺结构参数和应用环境等，计算各元 器件的工作失效率，并由产品可靠性模型预计电子设备
λp=λbΠπi
• • λp=λbπＥπＱπＡπＳ２πrπＣ
• 式中：λp——工作失效率； λb—— • πE——环境系数； • πQ—— • πA—— • πS2 —— • πr——额定功率或额定电流系数；πC——结构系数。