電子設備可靠性設計_圖文

1、 電子設備可靠性設計楊志飛 整機設備可靠性設計裝備研制與生產的可靠性通用大綱可靠性設計工作內容 第一章裝備研制與生產的可靠性通用大綱 大綱內容簡介 第二章可靠性設計工作內容建立可靠性模型可靠性分配可靠性預計故障模式、影響及危害度分析潛在電路分析 電子元器件和電路容差分析 制定元器件大綱 確定可靠性關鍵件和重要件 確定功能測試、包裝、貯存、裝卸、運輸及維修對可靠性的影響 可靠性降額設計 可靠性熱設計 建立可靠性模型目的可靠性模型與產品原理框圖的區(qū)別 建立可靠性模型的前提條件 產品及其單元只具有正常與失效兩種狀態(tài)產品及其單元的邦命特征服從指數分布產品所包含各單元的失效是相互獨立的 建立可靠性模型串

2、聯(lián)模型幾種典型的可靠性數學模型模型框圖（如圖） 數學模型 產品失效率建立可靠性模型 建立可靠性模型并聯(lián)模型模型框圖（如圖） 數學模型 建立可靠性模型中取模型（模型）原理 數學模型 建立可靠性模型旁聯(lián)模型原理模型框圖 數學模型 建立可靠性模型假設條件：產品的 個單元完全相同。 建立可靠性模型基本可靠性與任務可靠性模型基本可靠性：產品在規(guī)定的條件下無故障的持續(xù)時間。任務可靠性：產品在規(guī)定的任務剖面中完成規(guī)定功能的能力。確定產品的定義建立產品可靠性基本可靠性模型確定產品任務功能，建立任務可靠性模型建立可靠性模型的工作程序 規(guī)定產品失效判據用占空系數進行修正 建立可靠性模型 對任務可靠性模型進行環(huán)境條

3、件處理建立和完善產品各級可靠性模型 可靠性分配目的與要求目的要求工程加權分配法 適用范圍 原理分配公式 方法與內容 可靠性分配 可靠性分配加權因子的數據估計重要性因子復雜性因子環(huán)境因子標準化因子其它因子分配程序 可靠性分配 可靠性分配工程加權分配法舉例某艦載綜合火控雷達系統(tǒng)，經過加權分配給予搜索雷達的可靠性指標小時。該雷達由電源、發(fā)射、接收、顯示、天饋及伺服共六個分機組成，試對其進行加權分配。（如表 ） 可靠性分配代數分配法 適應范圍分配公式 可靠性分配分配因子的確定重要性因子復雜性因子分配程序確定重要性因子計算復雜性因子按公式計算分系統(tǒng)的可靠性指標或代數分配法舉例一套遠程警戒雷達系統(tǒng)的可靠度

4、指標要求為，持續(xù)工作時間為小時，系統(tǒng)設有固定目標對消器，清除波段覆蓋區(qū)域內的地物反射雜波。天饋發(fā)射機接收機對消器視頻處理顯示與控制（見下表） 可靠性分配 可靠性分配順序分配法（提高薄弱環(huán)節(jié)分配法）適用范圍原理：在方案階段對串聯(lián)系統(tǒng)內的各分系統(tǒng)進行預計后，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)達不到規(guī)定的可靠性指標時，在預計的基礎上對各分系統(tǒng)進一步分配可靠性指標。分配程序計算已定方案系統(tǒng)的可靠度 把系統(tǒng)內各分系統(tǒng)的可靠度按大小順序排列 可靠性分配按順序將各分系統(tǒng)的可靠度（）（）提高到，其他分系統(tǒng)不變，即： 驗算改進后系統(tǒng)可靠度是否滿足要求 可靠性預計目的任務可靠性預計和基本可靠性預計按產品研制階段的可靠性預計可行性預計初步預

5、計詳細預計可靠性預計的要求在產品進行可靠性預計前，必須建立產品的可靠性模型，根據產品的模型和任務剖面或壽命剖面進行可靠性預計，當上述剖面不明確時應按最惡劣工作情況和環(huán)境條件進行可靠性預計。當產品設計更改或失效數據變更時，必須及時修正可靠性模型，重新進行產品的可靠性預計。 可靠性預計產品的可靠性預計應按電子設備可靠性預計手冊規(guī)定進行或者按用戶認可的其它數據來源進行。預計方法可以根據用途和研制階段進行選擇。應當強調建模和預計工作的及時性，應在計劃決策之前提供有用信息?；究煽啃灶A計是依據壽命剖面的要求，使用串聯(lián)模型來估計產品所有部件對維修和后勤保證的要求。預計應考慮產品所有單元（包括備件）在執(zhí)行任

6、務和準備執(zhí)行任務過程中發(fā)生的所有要求維修或更換的失效，并對這些零部件的故障提出維修和后勤保障。任務可靠性預計是依據任務剖面的要求采用串并聯(lián)模型估計產品成功地完成規(guī)定任務的能力。任務可靠性預計應考慮產品各單元在執(zhí)行任務過程中發(fā)生的足以影響任務成功的各種故障。 可靠性預計隨著產品從電路設計進入硬件生產階段，這時已有許多實際試驗信息可以利用，此時可靠性計算便從預計進展到硬件設備的評估階段。預計值與估計值的真實性都取決于模型的假設和資訊的質量。及時證實和正確分析沒有達到規(guī)定的可靠性指標的原因，可為改進措施提供依據。改進措施確定得越及時，對實現(xiàn)改進措施受計劃的限制就越小，對提高產品的可靠性所產生的效果就

7、越大。為了在早期階段確定可靠性要求的可行性和在研制生產階段確定可靠性要求的可接受性，訂購方應當規(guī)定承制方必須進行可靠性預計與評估。這些工作與可靠性指標論證、分配、產品方案分析等活動有密切聯(lián)系，有時需交錯和反復地進行。任務可靠性預計應該考慮產品規(guī)范中規(guī)定的每一種工作模式，并對它們加以區(qū)分。預計工作應該表明產品是否滿足了訂購方規(guī)定的所有可靠性要求。 可靠性預計相似設備法原理程序相似設備進行比較時應該考慮的要點產品的結構和性能比較；設計的相似性；制造工藝的相似性；產品壽命剖面的相似性（后勤保證、工作和環(huán)境條件）；程序與計劃的相似性；已達到并經驗證的可靠性值。相似設備法的真實性決定于兩個產品間的等效程

8、度，而不僅僅決定于用來描述產品的一般術語。 可靠性預計的方法步驟 可靠性預計相似電路法原理程序 進行相似電路的比較要點 可靠性預計電路的結構和性能的相似性；設計的相似性；制造工藝的相似性；電路壽命剖面的相似性；程序與計劃的相似性；已達到并經驗證的可靠性值。利用公式將單個電路的可靠性綜合為整個產品的可靠性預計值。相似電路法的真實性取決于電路之間的等效程度，而不僅僅決定于用來描述電路的一般術語。各承制方和訂購方共同認可的附有有關失效率數據的電路手冊或文件，可以用于相似電路法進行可靠性預計。 可靠性預計簡單枚舉歸納推理快速預計法元件計數法元件應力分析法 故障模式、影響及危害度分析目的工作性質及方法有

9、關定義故障模式：是故障的表現(xiàn)形式。如短路、開路、斷裂、過度耗損等。故障影響：故障模式對產品的使用、功能或狀態(tài)所導致的后果。一般分為局部的、高一層次的和最終的影響三級。危害度：對某種故障模式的后果及其出現(xiàn)頻率的綜合度量。 故障模式、影響及危害度分析 實施步驟掌握必要的資料畫出功能框圖和可靠性框圖；按功能級別給產品編制代號。確定分析的級別。列出故障模式，分析原因及影響。列出故障檢測、隔離措施和方法，提出設計預防措施，防止故障事件發(fā)生。確定各種故障對產品的危害度等級。確定各種故障發(fā)生的概率等級，一般分成級。 故障模式、影響及危害度分析危害度矩陣圖的作法及用途原理與作用：危害度矩陣圖是對產品每一故障模

10、式的危害程度與發(fā)生概率等級的顯示圖，可為比較故障模式，排出采取措施的順序提供依據。做法：用橫座標表示故障的危害嚴酷程度，自左至右表示由輕至重（即由類）；縱座標表示故障的發(fā)生概率等級，自下而上表示發(fā)生概率由小至大（即由級）。把每個故障的危害嚴酷等級和發(fā)生概率等級標于圖上形成許多故障等級點，再用直線把每個點與座標原點相連，形成以原點為出發(fā)點的矢量距圖。比較與判斷：由作圖規(guī)則可知，離原點越遠的故障，其危害度越嚴重。因此，應按故障點與原點連線的長短排出采取措施的順序，連線越長越需優(yōu)先采取措施。 故障模式、影響及危害度分析試對某雷達系統(tǒng)的接收機分系統(tǒng)進行故障模式、影響及危機度分析。雷達功能框圖繪于圖。由

11、于已經指明對接收分系統(tǒng)進行分析，雷達系統(tǒng)級代號為，接收機代號為，故總代號為。分析表見表。 故障模式、影響及危害度分析矩陣圖見圖。由矩陣圖可知，矢量距>>，因此要優(yōu)先解決的故障模式。 潛在電路分析 目的工作性質及定義潛在通路指的是在某種條件下，電路中產生不希望有的通路，引起功能異?；蛞种屏苏９δ?。潛在通路分析工作的特點特等獎收集有關資料，包括電原理圖、裝配圖、實際接線圖等；簡化電路圖，改繪成網絡樹圖； 應用線索表進行分析。 潛在電路分析實例 電子元器件和電路容差分析目的工作性質產品性能參數漂移的主要原因有：元器件的實際值與標稱值存在公差，有一定的精度等級，而設計的電路往往不考慮這個

12、公差，只標明標稱值。當裝機的元器件參數離標稱值較遠時，一旦超過電路允許的范圍，必然要發(fā)生電路參數的漂移，有的電路還將導致產品性能超差；環(huán)境溫度的變化，使元器件參數在原有公差的基礎上發(fā)生新的漂移，導致產品性能參數超差；元器件退化，這與施加于元器件各種應力能量的時間積累有關，主要發(fā)生在陳舊設備上。 電子元器件和電路容差分析分析方法電子元器件和電路容差分析，其方法有最壞情況分析法、矩法、 增量網絡法、伴隨網絡法、蒙特卡羅法等。 電子元器件和電路容差分析方法原理最壞情況分析法的基礎工作是建立數學模型。就是要把電路性能的特征值表示為設計參數、的函數，即（，）。把這個函數在標稱值上按臺勞級數展開，取其第一

13、項，略去高階項，得到的變化量與設計參數變量之間的線性關系式。其核心是要確定電路性能特征對各個部件參數偏差的靈敏度。然后寫出相應的偏差公式，求指標允許的相對偏差量，作比較，最后提出改進設計的意見。舉例（略）分析結果的應用根據容差分析的原理和方法，考慮在確保產品性能穩(wěn)定性和可靠性的前提下，設計者還應考慮盡量降低產品成本。 電子元器件和電路容差分析指導設計師在設計電路時應充分考慮工作點的參數使電路允許元器件有較大的公差范圍，這不僅可以降低產品成本，還可以減輕采購難度；提示設計師對重要電路重要部位的元器件，要提出低公差、高精度等級的要求；注意事項要盡早提出需要做電子元器件和電路容差分析的功能塊和電路清

14、單，用于協(xié)調產品各單元的輸入信號、電源電壓、頻率、帶寬、相位及負載阻抗等特性，規(guī)定電路節(jié)點參數、電路元器件的過渡特性、時序及作用時間、電路消耗功率、匹配阻抗等參數。并明確其使用溫度范圍和元器件的選擇原則；由于本分析需要一定的技巧，工作量大，需要使用計算機，因此不可能也不必要對整機全部電路進行分析。 制定元器件大綱目的元器件是整機產品基礎件的統(tǒng)稱，也可稱為元器件、零部件。大綱規(guī)定的內容建立機構元器件、零部件的控制方案元器件、零部件優(yōu)選清單內容及規(guī)則對轉承制方提出元器件、零部件的選用要求 制定元器件大綱選用非標準元器件、零部件的控制程序（推薦）元器件、零部件的標準化元器件、零部件的應用指南元器件、

15、零部件的篩選參加可靠性信息交換網的要求制訂元器件大綱應考慮的因素產品執(zhí)行任務的關鍵性；元器件的重要性；產品的批量：批量越大，有關的控制要越嚴格；維修因素：拆卸困難的產品對元器件、零部件的質量要求要格外嚴；元器件、零部件的供應狀況：易采購到的要求可適當放寬； 制定元器件大綱新型元器件、零部件的比例：新型品比例越大，控制要越嚴；元器件、零部件的標準化狀況：非標的元器件、零部件要加嚴控制；參考安全性、質量控制、維修性、耐久性分析報告，考慮對元器件、零部件的控制。 確定可靠性關鍵件和重要件目的定義關鍵特性是指如有故障，可能危及人身安全、導致武器系統(tǒng)或完成所要求使命的主要系統(tǒng)失效的特性。重要特性是指該特性雖然不是關鍵特性，但如有故障，可能導致最終產品不能完成所要求使命的特性。 確定可靠性關鍵件和重要件可靠性關鍵件和重要件指的是其故障將嚴重地影響系統(tǒng)安全性、可用性、任務成功、維修及壽命周期費用的產品。判別準則確定方法可以用故障模式、影響及危害度分析，故障樹分析，熱分析，電應力分析等方法來確定可靠性關鍵件和重要件。 確定功能測試、包裝、貯存、裝卸、運輸及維修對可靠性的影響目的影響可靠性的機理由