电子系统冗余设计及可靠性分析
第３１卷第１期 ２０１６年２月 光电技术应用 ＥＬＥＣＴＲ０一ＯＰＴＩＣ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＡＰＰＬＩＣＡＴ１０Ｎ ＶＯ１．３１．Ｎｏ．１ Ｆｅｂｒｕａｒｙ，２０１６
·测试、试验与仿真·
电子系统冗余设计及可靠性分析
蔡敬海，张振权
（中国电子科技集团公司光电研究院，天津３０００００）
摘要：提出了一种双冗余结构的电子系统设计方案，详细介绍了系统的架构和冗余管理策略，并分别对单通道系统和双冗 余系统结构进行了可靠性分析。本系统具有实时故障检测、自动切换控制的能力，可以保证系统稳定、连续的工作。最后，通过 试验验证了冗余设计方案的可行性和可靠性。 关键词：双冗余；管理策略；故障检测；自动切换；可行性；可靠性 中图分类号：ＴＮ４０６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３．１２５５（２０１６）．０１ ００６４．０４
Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ
ＣＡＩ Ｊｉｎｇ－ｈａｉ，ＺＨＡＮＧ Ｚｈｅｎ－ｑｕａｎ
ＩＡｃａｄｅｍｙ ｏｆＯｐｔｏ—Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ＡＯＥ ＣＥＴＣ）．Ｔｉａｎｊｉｎ ３０００００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｄｕａｊ ｒｅｄｕｎｄａｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ａｔ ｆｉｒｓｔ。ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅ。
ｄｕｎｄａｎｅｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ａｎｄ ｔｈｅｎ，ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｏｎ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｓｉｎｇｌｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｄｕａｌ ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｔｈｅ ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｏｆ ｆａｉｌｕｒｅ ｄｅ—
ｔｅｅｔｉｏｎ ａｎｄ ａｕｔｏ－ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｓｔａｂｌｅ ａｎｄ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗｏｒｋ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ ｄｅｓｉｇｎ ａｒｅ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｔｅｓｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｕａｌ ｒｅｄｕｎｄａｎｔ；ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｔｒａｔｅｇｙ；ｆａｉｌｕｒｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ａｕｔｏ—ｓｗｉｔｃｈ；ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ；ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ
电子系统主要功能是完成数据通讯、数据处 理、系统控制、任务管理分配、驱动输出和任务的执
行。因此，要求电子系统工作具有连续、稳定、可 靠等特点。为了提高电子系统的任务可靠性，基
于冗余技术ｕ ，提出了一种双冗余结构的设计方案 来提高系统的可靠性、连续性和稳定性，并对系统 设计方案进行了可靠性分析。
１ 冗余理论
冗余理论来源于自动控制系统可靠性研究，其 核心内容是如何最大限度地提高系统可靠性。自
动控制系统是由许多元部件组成的，其元部件的组 合方式与系统可靠性有十分密切的关系。冗余设 计就是在控制系统中增加备用的关键元部件，当系 统发生故障时，控制系统通过故障控制策略启动备
用部件，来保证系统正常运行，避免了单点故障造 成的系统部分或全部功能的失效 。 。
但冗余设计也不是一味地增加备份部件，备份 部件的增加一方面增加了系统的复杂度、控制的复
杂度和设计的难度；另一方面增加了系统成本、功 耗、质量，而且冗余设计的不合理，也可能降低系统
的可靠性 １。
２系统设计方案
２．１ 系统构成
电子系统的主要功能是完成数据通讯、数据处 理、系统控制、任务管理分配、驱动输出和任务的执
收稿日期：２０１５．１２－０４ 作者简介：蔡敬海（１９８２一），男，河北省滦南县人，工学硕士，工程师，研究方向为光电一
ｒ程 第１期 蔡敬海等：电子系统冗余设计及可靠性分析 ６５
行。系统构成包括电源模块、Ｉ／Ｏ模块、控制模块、 任务管理模块和执行机构。系统各模块的主要功
能：电源模块主要完成系统工作电源电压的转换及 驱动电源的控制功能；Ｉ／Ｏ模块主要完成数据的通
信功能；控制模块是系统的控制中心，主要完成与 Ｉ／Ｏ模块数据通讯、完成数据处理、接收控制指令、
系统控制以及对模块自身和任务管理模块的状态 检测；任务管理模块主要完成接收控制模块指令，
并进行任务管理分配和驱动输出的功能；执行机构 主要用来完成接收任务模块的驱动输出信号，并完 成相应的动作。
２．２冗余设计原则
冗余设计具有多种不同的方式：并联冗余、表 决冗余、串并组合冗余和非工作冗余 。在进行冗
余设计时，既可以采用相同单元进行冗余设计，也 可采用不同单元进行冗余设计 。需要注意的是，
虽然冗余设计能提高系统的任务可靠性，但也降低 了系统的基本可靠性，同时导致质量、体积、复杂度
和成本等成倍地增加，以及设计、制造、装配和试验
时间的延长。因此，在进行冗余设计前，不仅需要 对将获得的效益与所付出的代价进行仔细地分析、
比较，而且需要收集大量的相关试验数据进行详细 分析，并进行必要的可靠性分析，以便评估采用什
么样的冗余方式是最有效的。通常情况下，有效的 冗余设计不仅能够提高系统的任务可靠性，而且能
够降低费用，是一种用来弥补低任务可靠性的效费 比较高的途径。
２．３双冗余设计
依据冗余理论，对电子系统进行了详细的分 析。由于电源模块和Ｉ／０模块工作任务单一，交联
关系简单，同时综合考虑系统的功耗、质量以及成 本等因素，因此采用单通道设计。控制模块与Ｉ／Ｏ
模块和任务管理模块都有交联关系，是系统的数据 处理中心和控制中心；任务管理模块与控制模块和
执行机构都有交联关系，是系统任务实施的具体控 制机构，二者均属于系统的关键部件。因此，决定 对控制模块和任务管理模块进行冗余设计。在设
计中，控制模块和任务管理模块均采用相同单元的 形式，以便保证系统的可靠性。
从如图１所示，系统冗余单元数与系统可靠度 之间的关系中，可以直观地看出，当从ｎ＝ｌ增加到
ｎ＝２的时候，也就是使用双冗余度的时候，系统可靠 度的提升是最快的，但是随着凡的数值不断增大，系 统可靠度的提升变得比较缓慢 。因此，在电子系
统的设计中，决定采用双冗余的方案进行设计。
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时间／ｔ ｎ是冗余单元个数 图１系统冗余单元数与系统可靠度的关系
通过对电子系统的具体功能实现情况进行详 细分析，同时综合考虑系统的功耗、质量以及成本
等因素，最终，决定采用串并组合冗余方式对控制 模块和任务管理模块进行双冗余设计。双冗余电
子系统的硬件架构如图２所示。
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一
图２双冗余电子系统硬件构架图
控制模块是整个电子系统的核心单元，所有的 数据处理任务和绝大多数的控制任务都是由它来 完成的。在设计中，控制模块Ａ和控制模块Ｂ不仅
具有相同的硬件配置，而且运行同样的软件程序嘲。
另外，两个控制模块既可以进行冗余配置，也可以 进行单模块配置。如果是冗余配置，一个控制模块 作为主控模块，其对应的通道作为主控通道；另一
个控制模块作为备控模块，其对应的通道作为备控
通道。如果是单模块配置，不管配置哪一个通道的 控制模块作为主控模块都可以。 冗余配置的两块控制模块，一个运行在主控模
式，另外一个运行在备控模式，它们是一个热备份
的关系。它们都能访问Ｉ
／０模块和自身所在通道的 光电技术应用 第３１卷
任务管理模块，但主控模式下的控制模块在数据处
理、接收控制指令、系统控制等方面起着决定性的 作用；备控模式下的控制模块执行诊断和监视主控
通道工作状态的好坏，通过周期查询运行中的主控 通道的工作状态，并且实时接收主控模块发送的全
部运行信息，但是它不进行数据处理、不接收控制 指令、不进行系统控制。备控模块能够实时保存最 新的系统控制数据，以便在主／备模式切换时保证系
统工作的无缝连接 。
２．３。１优先权设置
冗余系统的优先权设置通常采用三种方法：软
件设置、通道竞争和外部硬件设置。由于软件的决 策周期长、实时性较差、可靠性较低，而且通道之间
的互换性较差，因此在电子系统双冗余设计中不采
用此方法进行优先权设置；第二种方法是通过通道 竞争电路来获取通道的优先权，由于设置竞争电路 可能会带来无法预知的风险，因此，在电子系统双
冗余设计中不采用此方法进行优先权设置；第三种 方法是直接采片ｊ外部硬件设置的方法决定优先
权，此方法既简单，又可靠。因此，在电子系统双
冗余设计中采用外部硬件设置的方法进行优先权 设置，将通道Ａ设置为主控通道，通道Ｂ设置为热 备份通道 】。
２．３．２故障检测
（１）在位状态检测
系统加电并正常工作后，冗余配置的两个控制
模块会通过硬连线互相报告所属通道模块的在位 状态。如果主控通道模块中存在不在位的，或者主
控通道模块中存在不能正常工作的，则备控模块可 以检测到主控通道模块故障，并自动切换成主控模 块，行使主控模块的角色，并将故障状态通过Ｉ／Ｏ模
块上报。如果是备控通道模块中存在不在位的，或 者备控通道模块中存在不能正常工作的，则主控模
块上电正常工作后可以检测到备控通道模块故障， 并将故障状态通过Ｉ／０模块上报。
（２）硬件故障检测 两个控制模块正常工作后都周期性地运行检 测程序，对所在通道模块的硬件资源、外围接口等
状态进行周期性检测。一旦发现故障，就将故障信 息上报给主／备模式切换控制逻辑，由主／备模式切 换控制逻辑来决策是否进行主／备模式切换。
（３）软件故障检测 两个控制模块正常工作后都通过看门狗来监 控自身软件的运行状态。软件会周期性地执行喂
狗操作，如果软件运行过程中出现了故障，则会触 发看门狗报警。一旦主控模块发生看门狗报警，则 立即切换到备控模块工作。
２．３．３主／备模式切换
主／备模式切换是通过设置硬件逻辑来完成的，
具有反应速度快、稳定性好、可靠性高等特点。两 个控制模块之间通过硬件连线互报状态信息，当主 控通道模块发生故障时，主／备模式切换由硬件逻辑
控制自动完成切换，并且通过硬件连线把状态信息 上报给当前的主控模块。
３可靠性分析
下面仅对单通道模块以及双冗余模块的可靠 性进行定量分析和比较。
假设系统所包含单元的故障时间服从指数分 布，则有 故障密度函数：Ｆ（ ：Ａｅ （１）
不可靠度：ｒ（ｔ１＝１一ｅ （２）
可靠度：Ｒ（ｔ）＝１一Ｆ（ｔ）＝ｅ。 （３）
故障率：Ａ（ｚ）＝ｌ厂 ） ＝ （４）
平均故障间隔时间：ＭＴＢＦ＝ｌ／ｈ （５） 根据并联系统的定义及可靠性逻辑框图，其可 靠性数学模型为
Ｆｓ ）：Ｈ ） （６）
式中，Ｆ ）为系统的不可靠度；Ｆ （ｆ）为第 个单元的 不可靠度。
设两个通道模块的故障率分别为 和 ：，可得 其不可靠度分别为 Ｆ （￡）：１一ｅ““
CAN总线冗余系统的研究及可靠性分析
第２１卷第５期 ２０１０年１Ｏ月 中原工学院学报 ＪＯＵＲＮＡＩ （）Ｆ ＺＨ（）ＮＧＹＵＡＮ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＩ ＯＧＹ Ｖｏｌ＿２１ ＮＯ．５ Ｏｃｔ．，２０１０
文章编号：１６７１ ６９０６（２０１０）０５—００７３—０３
ＣＡＮ总线冗余系统的研究及可靠性分析
汤宜涌，王传德
（兰州交通大学，兰州７３００７０）
摘要： 针对解决ＣＡＮ总线应用中的安全可靠性问题，研究了ＣＡＮ总线冗余的方法，设计了采用不同冗余方法时的 可靠性模型，并对不同冗余系统的可靠性进行了分析，得出ＣＡＮ总线不同冗余系统可靠性的优劣． 关 键 词： ＣＡＮ总线；冗余技术；模型；可靠性 中图分类号： Ｆ７６８．３ 文献标识码： Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１ ６９０６．２０１０．０５．０１９
虽然ＣＡＮ协议本身具有较强的检错纠错能力，
但在工业控制现场，插头连接的不牢固、传输介质的损
坏或总线驱动器的损坏等都会破坏ＣＡＮ的可靠通
信；航天电子设备在生产、运输和使用过程中不可避免
地经受着各种自然或人为环境的考验，必须要求在更
加严酷的环境下安全、可靠地工作 Ｊ．这就要求ＣＡＮ
总线网络具有更高的可靠性．如何保证现场总线控制
系统在恶劣环境下安全、可靠地工作，是ＣＡＮ应用中
的一个重要课题．
为了提高系统的可靠性，人们总结出２种提高可
靠性的方法：一种是避错（Ｆａｕｌｔ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ），另外一
种是容错（Ｆａｕｌｔ Ｔｏｌｅｒａｎｃｅ） ．冗余技术就是在容错
思想的指导下发展起来的．在以ＣＡＮ总线作为底层
网络的系统中，为了提高系统的可靠性和整体性能，
需要对总线的各个部分进行不同程度的冗余．根据冗
余硬件的结构形式不同，冗余可分为系统级、控制器
级、驱动器级冗余等．
１ 几种ＣＡＮ总线型网络系统
１．１ 无冗余ＣＡＮ总线系统
如图ｌ所示，无冗余的ＣＡＮ总线收发电路包
含一片单片机，总线控制器和单片机相连，采用
电路设计中的可靠性
电路设计中的可靠性
电路设计中的可靠性
电路设计中的可靠性是指电路在使用寿命内能够稳定、可靠地工作的能力。随着技术的不断发展和应用范围的扩大，对电路设计的可靠性要求也越来越高。在电子产品中，例如手机、电脑、汽车等，在电路设计中的可靠性问题直接关系到产品的性能、质量和寿命，因此非常重要。
首先，电路设计中的可靠性涉及到设计阶段和制造阶段两个方面。在设计阶段，设计工程师需要合理地选择和配置电子元器件，以确保电路可以稳定地工作。例如，在选择电容器时，需要考虑其耐压和容量等参数，以适应电路的工作环境。此外，还需要合理地选择和配置电源、保护电路和散热器等，以提高电路的稳定性和可靠性。在制造阶段，需要注意的是电路的布局和连接方式。例如，在制作电路板时，需要保证线路的精确连接和电子元器件的正常焊接，避免因接触不良、高温等导致电路出现故障或失效。
其次，电路设计中的可靠性还与材料的选择和质量有关。电子元器件的材料质量直接影响电路的可靠性。在电路设计中，需要选择可靠的、高质量的电子元器件。例如，在选择集成电路时，需要注意其耐高温、耐电磁干扰、抗震动等性能，以适应工作环境的需求。另外，还需要考虑电子元器件的寿命和可靠度等参数，以确保电路的长期稳定工作。
此外，电路设计中的可靠性还需要考虑一些特殊的因素。例如，温度对电路的可靠性有着重要影响。过高或过低的温度都会降低电路的可靠性。因此，在设计阶段，需要合理地安排散热器和通风孔，以保持电路的正常工作温度。另外，还需要注意电路对电磁干扰的抵抗能力。在电磁环境复杂的场合，需要采取一些电磁屏蔽措施，避免电路因电磁干扰而发生故障。
最后，电路设计中的可靠性还需要进行可靠性分析和测试。可靠性分析可以通过模拟和计算等方法，预测电路的可靠性，找出潜在的问题和风险。可靠性测试则是通过现场实测的方式，验证电路的可靠性。在电路设计过程中，需要进行成本与可靠性的平衡。对于一些高可靠性要求的电子产品，例如航天器、医疗设备等，可以采用冗余设计、备份系统等方法来提高电路的可靠性。
远洋船舶电子电气系统的可靠性研究
远洋船舶电子电气系统的可靠性研究
第一篇范文
远洋船舶电子电气系统的可靠性研究
随着全球化的加速，远洋船舶成为了国际贸易和海上运输的重要载体。在现代船舶中，电子电气系统起着举足轻重的作用，其可靠性直接关系到船舶的安全、效率和环保。本文将从远洋船舶电子电气系统的可靠性研究出发，探讨提高系统可靠性的方法和技术。
一、远洋船舶电子电气系统简介
远洋船舶电子电气系统主要包括发电机、变压器、整流器、调节器、逆变器、电动机、推进器等。这些设备通过复杂的电路连接在一起，形成一个高度集成、高度自动化的系统。电子电气系统的主要功能是为船舶提供电力，驱动船舶的各种设备和工作。
二、远洋船舶电子电气系统可靠性的重要性
远洋船舶电子电气系统的可靠性对于船舶的运行有着至关重要的影响。可靠性高的系统可以保证船舶在恶劣的海上环境中正常运行，避免因系统故障导致的船舶停航、事故和环境污染。同时，高可靠性也有助于降低船舶的运营成本，提高船舶的经济效益。
三、远洋船舶电子电气系统可靠性的影响因素
远洋船舶电子电气系统的可靠性受多种因素的影响，主要包括设备质量、设计合理性、安装维护、环境因素等。其中，设备质量是影响可靠性的基础因素，设计合理性决定了系统的工作性能和抗干扰能力，安装维护则直接关系到系统的稳定运行。环境因素包括海上恶劣的气候、盐雾、振动等，对电子电气系统的可靠性构成严重挑战。
四、提高远洋船舶电子电气系统可靠性的方法和技术
为了提高远洋船舶电子电气系统的可靠性，可以采取以下方法和技术：
1. 选用高品质的设备和材料，确保系统的硬件基础。
2. 采用冗余设计，提高系统的抗干扰能力和故障容忍度。
3. 优化系统的设计，减少电路的复杂度，降低故障率。
4. 加强安装和维护工作，确保系统处于良好的工作状态。
5. 采用先进的故障诊断和预测技术，及时发现并处理潜在故障。
6. 实施定期的可靠性评估，对系统进行优化和改进。
五、结论
可靠性设计与分析报告
可靠性设计与分析报告
1. 引言
可靠性是一个系统是否可以在适定的时间内、在适定的条件下，按照既定的功能要求，以期望的性能运行的能力。在设计与开发软件、硬件以及其他复杂系统时，可靠性设计是至关重要的一环。可靠性分析则是评估系统的可靠性，识别潜在的故障点并提出相应的改进方案。
本报告将重点讨论可靠性设计与分析的一些重要概念和方法，并对一个实际的系统进行分析，提出可能的优化建议。
2. 可靠性设计的原则
在进行可靠性设计时，需要考虑以下几个原则：
2.1. 冗余设计
冗余设计是通过增加系统中的备用部件来提高系统的可靠性。常见的冗余设计包括备份服务器、硬盘阵列、双机热备等。冗余设计可以在一个组件发生故障时，自动切换到备用组件，从而避免系统的停机损失。
2.2. 容错设计
容错设计是通过在系统中加入错误处理机制，在出现错误时可以尽量保证系统的正常工作。容错设计可以包括错误检测、错误恢复、错误传递等。例如，在软件开发中，可以使用异常处理来处理可能出现的错误情况，从而避免程序崩溃。
2.3. 系统监测
系统监测是通过对系统运行时的状态进行实时监测，及时发现并处理可能的故障。监测可以包括对硬件设备的状态监测、对软件运行的监测等。通过系统监测，可以及时采取相应的措施，防止故障进一步扩大。
3. 可靠性分析方法
可靠性分析是评估系统可靠性的一项重要工作。以下将简要介绍一些常用的可靠性分析方法：
3.1. 故障模式与影响分析（FMEA）
故障模式与影响分析是一种通过分析系统的故障模式和故障后果，评估系统可靠性的方法。通过对系统中各个组件的故障模式及其对系统的影响进行分析，可以确定系统的关键故障点，并提出相应的改进措施。
3.2. 可靠性指标分析
可靠性指标分析是通过对系统的各项指标进行分析，评估系统的可靠性水平。常见的可靠性指标包括平均无故障时间（MTTF）、平均修复时间（MTTR）、故障率等。通过对这些指标进行分析，可以判断系统是否满足要求，以及提出相应的改进措施。
电子产品可靠性设计与试验技术及经典案例分析
少年易学老难成，一寸光阴不可轻
- 百度文库
1
电子产品可靠性设计与试验技术及经典案例分析
课程背景
――为什么我们的产品设计好了，到了用户（现场）却返修率很高？
――如何为客户提供有力的可靠性指标证据？MTBF的真正含义是什么？
――MTBF与可靠度、失效率、Downtime 的关系如何？提高可靠真的降低返修率？
――为何功率管在没超额定功率时仍然烧毁？
――塑封集成电路为何有防潮要求？
――如何开展热设计？
――如何开展降额设计？
――如何开展电路可靠性设计，例如继电器用在电路中，是否有潜在通路？CMOS电路真的省电吗？
――如何开展加速寿命试验？
――如何权衡试验应力？
对于企业领导和研发工程师而言，诸如此类的问题可谓太多，尽快明白可靠性的指标和基本原理，使设计人员掌握一些可靠性设计技能， 是我们迫切需要研究和解决的重大课题。目前很多企业工程师在这方面缺乏实践经验，很多相关知识都是网络和书籍上面了解，但是，一方面在解决实际问题时光靠这些零散的理论是不足的，另一方面，这些“知识”也有可能对可靠性的实质理解造成误解，为帮助企业以及研发人员解决在实际产品设计过程中遇到的问题与困惑，我们举办此次《电子产品可靠性设计与试验技术及经典案例分析》高级训练班，培训通过大量的实际产品可靠性案例讲解，使得学员可以在较短时间内掌握解决可靠性技术问题的技能并掌握可靠性设计的基本思路！同时对企业缩短产品研发周期、降低产品研发与物料成本具有重要意义！
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课程特色
---系统性：课程着重系统地讲述产品可靠性设计和试验的原理，产品可靠性设计的主要方法，产品常见的故障模式及其预防方法，课程以大量的案例来阐述产品可靠性设计的思路与方法,以及可靠性工作重点、工作方法、解决问题的技巧。
双冗余CAN总线设计及可靠性分析
1 双冗余网络在励磁装置中的应用及可靠性分析
李志军 杨彦杰
（河北工业大学, 天津 300130 ）
摘要:为了保证励磁装置的通讯可靠性，本文基于CAN总线的相关理论和技术特点,提出了一种双冗余容错的CAN网络设计理念，采用双模冗余结构同时运行的设计方案，对总线控制器、驱动器、传输介质进行了全面冗余。设计了基于dsPIC 30F6014的带冗余CAN通道的节点硬件部分和适合于励磁装置的CAN总线应用层协议，编制了相关的通讯程序。并分别对单通道CAN和双冗余CAN网络拓扑结构进行了可靠性分析。最后，通过试验验证了冗余总线设计方案的可行性和可靠性。
关键词：励磁装置，可靠性，双冗余通讯，CAN网络，dsPIC
中图分类号：TM712 文献标识码： 文章编号：
1.说明
励磁控制装置是同步发电机的一个重要组成部分，其主要作用是维持发电机端电压处于给定水平。一般由励磁调节单元、励磁功率单元、灭磁保护单元三部分构成[1]。
数字式励磁装置中的每个单元的核心处理工作都由微处理器来完成，在系统运行期间，需要在各个单元之间传递模拟量、开关量以及可修改的参数等数据信息。因此需要通过为每一个单元集成 CAN 通讯接口并将各个接口连接成一个现场总线网络的设计方案,来实现各单元之间数据的实时传输和通讯。
虽然CAN协议自身有比较强的检错和纠错能力，但是在工业控制现场的复杂环境中，机械和电磁的噪声等都会影响CAN总线的可靠通信，进而使得系统的整体可靠性大大降低[2]，解决这个问题的有效办法是采取冗余设计。为了提升CAN总线在励磁控制系统中通讯的可靠性，本篇论文介绍了一种基于dsPIC[3]的双路CAN总线冗余通讯设计方案，并进行了可靠性分析。
2. 冗余通讯系统的设计方案和硬件实现
冗余设计一般包括部分冗余和全面冗余方法[4]。由于部分冗余设计通常仅实现了物理介质和物理层的冗余 ，CAN总线通信的实时性和可靠性仍不能得到有效保证。全面冗余方法对传输介质、数据链路层及物理层甚至是应用层都进行了全面的冗余，因此可以大幅度提升系统的可靠性。全面冗余与部分冗余方法相比，不使用故障判断和冗余部分切换电路，从而减少了硬件电路设计难度，并且使系统的故障率大为降低。
数据中心供配电系统的冗余设计与分析
电力电子●Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
数据中心供配电系统的冗余设计与分析
供配电系统作为数据中心机 房重要基础设施之一，其可靠性、 冗余性对数据中心的安全稳定运 行起着关键性的作用。而ＵＰＳ系 统作为供配电系统的核心，其冗 余技术发展到今天可以满足多样 的设计需求，不同的数据中心规 模及可靠性要求可以选择不同的 供配电冗余系统，在满足需求的 基础上以节约投入成本。本文针 对目前常用的供配电系统进行了 详细的阐述，在充分分析和比较 其优缺点的基础上，计算出了其 可靠度和投入预算，并得出结论 供企业进行选择。
【关键词１数据中心供配电系统
１常用供配电系统设计
数据中心机房供配电系统包含了从市电 输入、ＵＰＳ、ＵＰＳ输出柜、列头柜、机柜ＰＤＵ 以及用电设备之间的供电环节。其供配电系统 根据ＵＰＳ系统的冗余设计也可分为串联系统、 并联系统、双总线系统设计以及混合系统设计。 １．１串联供配电系统 串联供配电系统是一种比较早起，简单 而成熟的技术，主要应用于规模较小以及可靠 度要求较低的数据中心，其定义为ＵＰＳ设备 采取串联冗余系统设计，从市电输入、ＵＰＳ输 出柜到列头柜在到机柜ＰＤＵ以及机房用电设 备均为单系统设计，其逻辑示意图如图一所示 ’ 串联供配电系统的优点是技术成熟简单， 容易实现；但缺点也比较明显：由于在整个供 配电系统环节中，各设备均为串联方式连接， 当一个设备出现故障时都会导致整个供配电系 统瘫痪，同时串联ＵＰＳ冗余系统设计也会导 致备机长期处于空载状态，电池长期处于浮充 状态，将缩短ＵＰＳ及电池的寿命。 文／陈建东
图二：并联供配电系统
１．２并联供配电系统 并联供配电系统较串联供配电系统的可 靠性有所增加，其定义为ＵＰＳ设备采取Ｎ＋Ｉ 冗余系统设计，市电输人、ＵＰＳ输出柜、列头柜、 机柜ＰＤＵ以及机房用电设备均为单系统设计。 其逻辑示意图如图二所示： 并联供配电系统的优点是可靠度较高， 技术较成熟、冗余实现。缺点是虽然ＵＰＳ系 统设计消除了单点故障，增加了可靠性，但在 ＵＰＳ输出柜、列头柜以及机柜ＰＤＵ均为单系 统设计，所以当除ＵＰＳ系统之外其它任何一 个节点出现故障，也会导致供配电系统的瘫痪。 １．３双总线供配电系统设计 双总线供配电系统定义为ＵＰＳ设备采用 ２Ｎ冗余系统设计，市电输入、ＵＰＳ输出柜、 列头柜、机柜ＰＤＵ设备均为并联系统设计， 简单说就是从市电输入、ＵＰＳ到用电设备均为 两套独立的供配电线路，对于用电设备也为双 电源设备。其逻辑示意图如图三所示：
三模冗余系统的可靠性与安全性分析
第３８卷
Ｖ０ｌ－３８ 第１４期
ＮＯ．１４ 计算机工程
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２０１２年７月
Ｊｕｌｙ ２０１２
・工程应用技术与实现・ 文章编号：１００ｏ—＿３４２８（２ｏｌ２）１４－＿＿０２３９—＿０３ 文献标识码ｔ Ａ 中圈分类号：ＴＰ３１５
三模冗余系统的可靠性与安全性分析
陈州，倪明
（中国电子科技集团公司第三十二研究所，上海２００２３３）
摘要：轨道交通运行控制系统对安全计算机平台的可靠性及安全性要求很高。为此，采用马尔可夫模型，在考虑故障检测率、维修率及
共模故障影响的情况下，通过Ｍａｔｌａｂ仿真分析故障检测率及维修率对安全计算机平台可靠性与安全性的影响。结果表明，基于三模冗余的 安全计算机平台具有较高的可靠性和安全性。
关健诃：三模冗余；共模故障；故障检测率；维修率；马尔可夫模型；可靠性；安全性
Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｖ ａｎｄ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ ０ｆ
Ｔｒｉｐｌｅ－ｍｏｄｕｌｅ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｓｙｓｔｅｍ
ＣＨＥＮ Ｚｈｏｕ．ＮＩ Ｍｉｎｇ
（Ｔｈｅ ３２ｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００２３３，Ｃｈｉｎａ）
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｈｉｇｈ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｆｏｒ ｒａｉｌ ｔｒａｎｓｉｔ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｐｌａｔｆｏｒｍ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｕｓｅｓ Ｍａｒｋｏｖ ｍｏｄｅｌｓ， ｃｏｎｓｉｄｅｒｓ ｔｈｅ ｆａｕｌｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｒａｔｅ，ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｒａｔｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｃｏｍｍｏｎ ｍｏｄｅ ｆａｕｌｔ，ｔｈｅｎ ａｎａｌｙｓｅｓ Ｔｈｒｅｅ－ｍｏｄｕｌｅ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ（ＴＭＲ）ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｓａｆｅｔｙ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｆａｕｌｔｙ ｃｏｖｅｒａｇｅ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｒａｔｅ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ Ｍａｔｌａｂ． ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］Ｔｒｉｐｌｅ－ｍｏｄｕｌｅ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ（ＴＭＲ）；ｃｏｍｍｏｎ ｍｏｄｅ ｆａｕｌｔ；ｆａｕｌｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｒａｔｅ；ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｒａｔｅ；Ｍａｒｋｏｖ ｍｏｄｅｌ；ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ；ｓｅｃｕｒｉｔｙ
冗余组合导航系统的软件设计及可靠性分析
第３３尝 Ｖｏ１．３３ 第２期 Ｎｏ．２ 计算机工程 Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２００７年１月 Ｊａｎｕａｒｙ ２００７ ・开发研究与设计技术・ 文章■号Ｉ １００Ｏ一 文献标识码ｔ Ａ 中田分类号ｔ ＴＰ３１１．５ 冗余组合导航系统的软件设计及可靠性分析
周卫东．郫燕琦 （哈尔滨工程大学自动化学院，哈尔滨１５０００１） 摘耍：提出了冗余组合导航应用软件的实用设计方法，当组合导航应用软件中多个任务模块采用Ｎ文本法和恢复块法进行冗余设计时， 给出了含有容错模块的软件系统的可靠性的评价模型及计算方法。 关ｔ诃：组合导航；软件可靠性；软件容错；嵌入式操作系统 Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｆａｕｌｔ－ｔｏｌｅｒａｎｔ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ
ＺＨＯＵ Ｗｅｉｄｏｎｇ，ＨＡＯ Ｙａｎｌｉｎｇ （Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｅｒｂｉｎ １５０００１） ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｆａｕｌｔ—ｔｏｌｅｒａｎｔ ｐｒｏｇｒａｍ ｏｆ ｗａｒｓｈｉｐ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ．Ｂｏｔｈ Ｎ—ｖｅｒｓｉｏｎ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｂｌｏｃｋ ｓｃｈｅｍｅ ａｒｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｉｎ ａｐｐｌｉｅｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｏｆ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｓｉｍｐｌｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ ｆａｕｌｔ－ｔｏｌｅｒａｎｔ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ． ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓｌ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ；Ｓｏｆｔｗａｒｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ；Ｆａｕｌｔ—ｔｏｌｅｒａｎｔ ｐｒｏｇｒａｍ；Ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ 舰船组合导航系统是以计算机为核心，将采集到的外部 设备信息进行快速分析、组合处理和优化，给出当前舰船的 最佳位置、姿态等相关的导航信息，供作战、操纵等有关部 门使用，是对软件可靠性、可用性要求都很高的系统。 基于计算机的应用系统越来越复杂，软件故障占整个系 统故障的比例正不断增长，而关于这些故障的信息却非常不 完整、不统一或不准确。而证明软件正确的基本方法目前主 要有２种即程序正确性检验和全面的测试。对于基于软件的 复杂系统，这２种方法实际操作起来都有一些困难。研究能 够使基于软件的系统即使在发生某种故障时，仍然能够可靠 和安全的工作的方法就显得非常必要。处理未知的和不可预 期的软件故障（缺陷）的一种有效方法就是容错设计。 舰船组合导航应用软件是实时性要求很强的复杂软件系 统 为此，组合导航软件选择实时多任务嵌入式操作系统 （ＶｘＷｏｒｋｓ）作为软件系统平台。按照实时多任务软件的设计思 想将应用软件进行任务划分，是典型的实时多任务应用软件。 在舰船组合导航软件的设计过程中也采用了许多容错方法来 保证软件的可靠性。 １舰船组合导航系统组成 系统的组成如图１所示。 舰船综合信息网络
最新文档基于三模冗余电子系统的研究
基于三模冗余电子系统的研究
皮卫星是指重IKg左右的卫星,它具有功能密度高、研制周期短且成本低、发射方式灵活、机动性与生存能力强、技术更新快等特点。通过星座或编队内部卫星间信息共享与协同工作,可以实现“虚拟卫星”，实现甚至超越大卫星的功能，以更低的成本完成教学、科研及应用等任务。皮卫星在军事及民用技术中均拥有巨大应用潜力。在军事领域,可利用皮卫星完成空间目标成像、电子侦察及干扰与目标栏截等;在民用领域,皮卫星可用于新技术在轨试验、应急救援、抢险救灾、通讯等应急场合⑴。
1.1皮卫星可靠性
单粒子效应对卫星星上电子设备的影响是皮卫星设计必须要面对和解决的另一个重要问题。星上电子设备随时面临宇宙射线破坏的威胁,有时单个高能粒子便可导致灾难性的后果。有证据表明：卫星或空问飞行器事故中有39%是由电子元器件故障造成的,而各种高能宇宙射线粒子对元器件的福射损伤是造成电子元器件故障的主要原因之一[2]。宇宙射线对电子元器件最常见的影响表现为单粒子翻转。据有关资料统计,在1971年至1986年间，国外发射的39颗同步卫星中，由各种原因造成的故障统计共1589次,其中与空间福射环境有关的故障有1129次，占故障总数的71%,由单粒子效应造成的故障有621状，占空间福射环境有关故障的55%[9]o国内外在这方面都进行了大量的研究,其中最具代表性的是由英国萨瑞大学利用其设计、制造和运营的UOSat系列小卫星。英国萨瑞大学利用其设计、制造和运营的UoSat系列小卫星对单粒子翻转现象进行了研究,试验涉及的存储器包括NMOSDRAMs、CMOSSRAM等。实验结果表明：几乎所有存储器对南大西洋异常区射线中质子都非常敏感;单粒子翻转率随着存储容量增大而增大;所有CMOSSRAM器件上都发现了多位翻转,较低密度的CMOSSRAM发生多位翻转的几率相对较高密度的CMOSSRAM更高[3]。表11和表12分别给出了UOSat-3卫星和IJOSat-5卫星存储器在轨单粒子翻转的情况。