可靠性工程技術(shù)(寧波方太)

戴慈莊

北京航空航天大學(xué)可靠性工程研究所可靠性工程技術(shù)1培訓(xùn)教程前言

可靠性是產(chǎn)品重要的質(zhì)量特性。提高產(chǎn)品的可靠性，是提高產(chǎn)品完好性和工作成功性、減少維修和壽命周期費用的重要途徑。在產(chǎn)品研制過程中深入開展可靠性工程，對提高產(chǎn)品可靠性具有十分重要的意義。

可靠性工程是指為了達到產(chǎn)品的可靠性要求所進行的一系列技術(shù)與管理活動，貫穿了產(chǎn)品的論證、方案、工程研制、生產(chǎn)和使用等壽命周期過程。2培訓(xùn)教程

發(fā)展簡述

國外可靠性發(fā)展概述

國內(nèi)可靠性發(fā)展概述3培訓(xùn)教程可靠性發(fā)展與產(chǎn)品質(zhì)量的特性關(guān)系產(chǎn)品質(zhì)量的固有特性包含了產(chǎn)品的性能特性、專門特性、經(jīng)濟性、時間性、適應(yīng)性等方面，如圖所示。4培訓(xùn)教程

可靠性是產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。

維修性是產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，按規(guī)定的程序和方法進行維修時，保持或恢復(fù)到其規(guī)定狀態(tài)的能力，即反映產(chǎn)品是否易修的能力。

測試性是產(chǎn)品能及時、準(zhǔn)確地確定其工作狀態(tài)（工作、不可工作或工作性能下降）并隔離其內(nèi)部故障的能力。

保障性是產(chǎn)品設(shè)計特性和計劃的保障資源滿足平時使用和利用率要求的能力，包括維修保障能力和使用保障能力（相當(dāng)于家用電器售后服務(wù)能力）。

安全性是產(chǎn)品所具有的不導(dǎo)致人員傷亡、產(chǎn)品毀壞，不危及人員健康和環(huán)境的能力。產(chǎn)品的故障可能導(dǎo)致安全性事故的發(fā)生。5培訓(xùn)教程介紹的內(nèi)容

主要介紹有關(guān)可靠性方面的一些重要的專題

1.可靠性和可靠性工程概述

2.可靠性設(shè)計

3.可靠性分析

4.可靠性試驗

5.元器件選用與控制6培訓(xùn)教程可靠性(Reliability)產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力?？煽啃缘母怕识攘糠Q為可靠度。為了達到產(chǎn)品的可靠性要求所進行的一系列技術(shù)和管理活動?？煽啃怨こ?ReliabilityEngineering)1可靠性和可靠性工程概述7培訓(xùn)教程1可靠性和可靠性工程概述1.1

可靠性工作的基本原則a.應(yīng)確?？煽啃砸蠛侠?、科學(xué)并可實現(xiàn);b.必須遵循預(yù)防為主、早期投入的方針;c.在研制階段可靠性工作必須納入產(chǎn)品的研制工作,統(tǒng)一規(guī)劃,協(xié)調(diào)進行;d.必須遵循采用成熟設(shè)計原則;e.應(yīng)采用有效的方法和控制程序,減少制造中對可靠性帶來的不利影響，保持設(shè)計的可靠性水平;8培訓(xùn)教程1可靠性和可靠性工程概述1.1

可靠性工作的基本原則f.盡可能通過規(guī)范化的工程途徑,開展各項可靠性工作;g.必須加強對研制和生產(chǎn)過程中可靠性工作的監(jiān)督和控制;h.應(yīng)充分重視使用階段的可靠性工作,以盡快達到可靠性的目標(biāo)值;i.在選擇可靠性工作項目時,應(yīng)根據(jù)各種因素對工作項目的適用性和有效性進行分析,以選擇效費比高的工作項目。9培訓(xùn)教程1.2

名詞術(shù)語a.基本可靠性：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，無故障工作的能力。確定基本可靠性值時,應(yīng)統(tǒng)計產(chǎn)品的所有壽命單位和所有的關(guān)聯(lián)故障。

（壽命單位：產(chǎn)品使用持續(xù)期的度量單位。如工作小時、次數(shù)等。）

(關(guān)聯(lián)故障：在解釋試驗結(jié)果或計算可靠性值時必須計入的故障。）b.任務(wù)可靠性：產(chǎn)品在規(guī)定的任務(wù)剖面內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。（任務(wù)剖面：產(chǎn)品在完成規(guī)定的任務(wù)這段時間內(nèi)所經(jīng)歷的全部事件和環(huán)境的時序描述。）10培訓(xùn)教程表1基本可靠性與任務(wù)可靠性基本可靠性任務(wù)可靠性

在規(guī)定條件下產(chǎn)品無故障工作能力的度量

考慮所有需要維修保障的故障

采用冗余，降低基本可靠性

通常低于或等于任務(wù)可靠性主要參數(shù)：平均故障間隔時間（MTBF）

產(chǎn)品完成規(guī)定任務(wù)能力的度量

只考慮引起任務(wù)失敗的故障

通過冗余提高任務(wù)可靠性

通常高于基本可靠性主要參數(shù)：致命故障間的任務(wù)時（MTBCF）11培訓(xùn)教程c.固有可靠性：設(shè)計和制造賦予產(chǎn)品的，并在理想的使用和保障條件下所具有的可靠性。d.使用可靠性：產(chǎn)品在實際的環(huán)境中使用時所呈現(xiàn)的可靠性，它反映產(chǎn)品設(shè)計、制造、使用、維修、環(huán)境等因素的綜合影響。12培訓(xùn)教程e.其他名詞術(shù)語產(chǎn)品:

一個非限定性的術(shù)語,用來泛指元器件、零部件、組件、設(shè)備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)。可以指硬件、軟件或兩者的結(jié)合。故障:產(chǎn)品不能執(zhí)行規(guī)定功能的狀態(tài)。失效:產(chǎn)品喪失完成規(guī)定功能的能力的事件。可靠性特征量:

表示產(chǎn)品總體可靠性高低的各種可靠性參數(shù)指標(biāo)。13培訓(xùn)教程1.3可靠性工程的含義可靠性工程（ReliabilityEngineering）是研究產(chǎn)品壽命周期全過程中同產(chǎn)品故障作斗爭的一門科學(xué)。從產(chǎn)品的整體及其同外界環(huán)境的辯證關(guān)系出發(fā)，用實驗研究、現(xiàn)場調(diào)查、故障和故障分析等方法，研究產(chǎn)品壽命和可靠性與外界環(huán)境的相互關(guān)系，研究產(chǎn)品故障的發(fā)生、發(fā)展及其預(yù)防和維修、保障直至消滅的規(guī)律，以及增進可靠性一系列技術(shù)和管理活動。（壽命周期：產(chǎn)品從論證、研制、生產(chǎn)、使用、退出使用所經(jīng)歷的整個時間）14培訓(xùn)教程1.4可靠性工程的實質(zhì)可靠性工程是與故障作斗爭的一門科學(xué)，其實質(zhì)是研究產(chǎn)品故障的發(fā)生、發(fā)展、在故障發(fā)生后的診斷、修理、保障,以及如何預(yù)防產(chǎn)品故障的發(fā)生，直至消滅故障的規(guī)律?？煽啃栽O(shè)計是可靠性工程的基礎(chǔ)。用通俗的話來說，可靠性系統(tǒng)工程是在研究產(chǎn)品“防病、治病”的規(guī)律。這與研究人類生命過程以及同疾病作斗爭的醫(yī)學(xué)系統(tǒng)工程頗有相似之處。15培訓(xùn)教程

2可靠性設(shè)計

2.1可靠性要求——設(shè)計、分析、試驗和驗收的依據(jù)?？煽啃栽O(shè)計要求可分為：定性要求;定量要求。

定性要求內(nèi)容有:遵守一般可靠性設(shè)計和準(zhǔn)則等。

定量要求內(nèi)容有:

使用與合同

參數(shù)和指標(biāo)。

使用參數(shù)和指標(biāo)：直接與產(chǎn)品完好性、任務(wù)成功性、維修人力和保障資源費用有關(guān)的一種度量。其度量值稱為使用指標(biāo)（目標(biāo)值與門限值）。

合同參數(shù)和指標(biāo)：在合同中表達訂購方要求的，并且是承制方在研制和生產(chǎn)過程中可以控制的參數(shù)。其度量值稱為合同指標(biāo)（規(guī)定值和最低可接受值）。16培訓(xùn)教程2.1.1

可靠性定量要求——使用指標(biāo)和合同指標(biāo)表2使用指標(biāo)和合同

指標(biāo)*下面列出可靠性常用的設(shè)計指標(biāo)參數(shù)17培訓(xùn)教程2.1.2

可靠性定量要求——主要參數(shù)特征量a.可靠度

可靠性的概率度量，其符號為R(t)

例如:R(t)=0.95，0.99等。b.平均故障間隔時間meantimebetweenfailures

(MTBF)

可修復(fù)產(chǎn)品的一種基本可靠性參數(shù)。其度量方法為：在規(guī)定的條件下和規(guī)定的期間內(nèi)，產(chǎn)品壽命單位總數(shù)與故障總次數(shù)比。c.平均故障前時間meantimetofailures(MTTF)

不可修復(fù)產(chǎn)品的一種基本可靠性參數(shù)。其度量方法為：在規(guī)定的條件和規(guī)定的期間內(nèi)，產(chǎn)品壽命單位總數(shù)與故障產(chǎn)品總數(shù)之比。18培訓(xùn)教程2.1.2

可靠性定量要求——主要指標(biāo)參數(shù)d.平均首次故障前時間meantimetofirstfailure(MTTFF)

可修復(fù)產(chǎn)品的一種基本可靠性參數(shù)。其度量方法為：在規(guī)定的條件下，產(chǎn)品從開始使用到出現(xiàn)首次故障時產(chǎn)品壽命單位總數(shù)與產(chǎn)品首次故障總數(shù)之比。e.故障率產(chǎn)品可靠性的一種基本參數(shù)。其度量方法為：在規(guī)定的條件下和規(guī)定的期間內(nèi)，產(chǎn)品的故障總數(shù)與壽命單位總數(shù)之比。19培訓(xùn)教程產(chǎn)品層次產(chǎn)品使用特征量連續(xù)或間歇工作(可修復(fù))連續(xù)或間歇工作(不可修復(fù))一次性使用裝備R(t)或MTBFR(t)或MTTFP(S)或P(F)分系統(tǒng)設(shè)備R(t)或MTBFR(t)或λP(S)或P(F)組件元器件λλP(F)注：

R(t)：可靠度

MTBF：平均故障間隔時間

P(S)：成功概率

MTTF：平均故障前時間

P(F)：故障概率λ：故障率表3可靠性常用的設(shè)計指標(biāo)參數(shù)的應(yīng)用20培訓(xùn)教程式中：Ri、λi——單元的可靠度、故障率（1/h）；Rs、λs——系統(tǒng)的可靠度、故障率（1/h）。此時，系統(tǒng)的故障率λs為單元的故障率λi之和:

系統(tǒng)的平均故障間隔時間為：

=λ1+λ2+……+λn平均故障間隔時間MTBF=可靠性設(shè)計指標(biāo)參數(shù)的關(guān)系(串聯(lián)模型)＝R1×R2×…×Rn21培訓(xùn)教程2.2

可靠性設(shè)計工作內(nèi)容

按可靠性要求開展設(shè)計工作。

表4

可靠性設(shè)計（定性）工作內(nèi)容1成熟設(shè)計2簡化設(shè)計3余度設(shè)計4環(huán)境防護設(shè)計5按可靠性設(shè)計準(zhǔn)則設(shè)計6軟件可靠性設(shè)計7包裝、貯存、運輸設(shè)計等22培訓(xùn)教程

可靠性設(shè)計準(zhǔn)則的制定與貫徹(按可靠性設(shè)計準(zhǔn)則設(shè)計)a.目的通過制定并貫徹產(chǎn)品可靠性設(shè)計準(zhǔn)則，把有助于保證、提高產(chǎn)品可靠性的一系列設(shè)計要求設(shè)計到產(chǎn)品中去。b.可靠性設(shè)計準(zhǔn)則文件的基本內(nèi)容產(chǎn)品可靠性設(shè)計準(zhǔn)則是在產(chǎn)品設(shè)計中能夠直接貫徹實施的可靠性設(shè)計要求細則與保證措施，可靠性設(shè)計準(zhǔn)則文件基本內(nèi)容包括：概述、目的、適用范圍、依據(jù)、可靠性設(shè)計準(zhǔn)則。

這是屬可靠性設(shè)計（定性）的工作內(nèi)容,很重要。23培訓(xùn)教程c.可靠性設(shè)計準(zhǔn)則的作用與特點（1）可靠性設(shè)計準(zhǔn)則是進行可靠性定性設(shè)計的重要依據(jù)為了滿足規(guī)定的可靠性設(shè)計要求，必須采取可靠性設(shè)計技術(shù)，貫徹可靠性設(shè)計準(zhǔn)則是其中一項重要內(nèi)容,在設(shè)計中必須逐條予以實施。（2）貫徹可靠性設(shè)計準(zhǔn)則可以提高產(chǎn)品的固有可靠性產(chǎn)品的固有可靠性是設(shè)計和制造所賦予，設(shè)計人員在設(shè)計中遵循可靠性設(shè)計準(zhǔn)則，可避免一些不該發(fā)生的故障，從而提高產(chǎn)品的固有可靠性。（3）貫徹可靠性設(shè)計準(zhǔn)則是實現(xiàn)可靠性與產(chǎn)品性能設(shè)計同步的有效方法設(shè)計人員只要在設(shè)計中貫徹可靠性設(shè)計準(zhǔn)則,就可以把可靠性設(shè)計到產(chǎn)品中去，使產(chǎn)品的性能設(shè)計和可靠性設(shè)計相互有機地結(jié)合。（4）可靠性設(shè)計準(zhǔn)則是研制經(jīng)驗的總結(jié)與升華可靠性設(shè)計準(zhǔn)則是以往產(chǎn)品研制經(jīng)驗的結(jié)晶，用于指導(dǎo)設(shè)計人員進行可靠性設(shè)計，保證實現(xiàn)產(chǎn)品合同規(guī)定的可靠性要求。制定并實施可靠性設(shè)計準(zhǔn)則不僅有益于企業(yè)經(jīng)驗和知識的傳承，還能為年輕設(shè)計人員的成長提供幫助。24培訓(xùn)教程2.2

可靠性設(shè)計工作內(nèi)容

按可靠性要求開展設(shè)計工作。

表5

可靠性設(shè)計（定量）工作內(nèi)容1建立可靠性模型2可靠性（指標(biāo)）分配設(shè)計3可靠性預(yù)計4元器件選用設(shè)計5降額設(shè)計6熱設(shè)計等下面簡要介紹前三項可靠性定量工作具體內(nèi)容，后三項在元器件選用中介紹。25培訓(xùn)教程2.2.1建立可靠性模型

目的：

用于定量分配、計算和評價產(chǎn)品的可靠性。

可靠性模型的含義

：

可靠性模型指的是可靠性框圖及數(shù)學(xué)模型。

可靠性框圖是用方框表示產(chǎn)品各單元的故障如何導(dǎo)致產(chǎn)品故障的邏輯關(guān)系。26培訓(xùn)教程

可靠性模型的分類:

產(chǎn)品的可靠性模型按用途分為基本可靠性模型和任務(wù)可靠性模型。

基本可靠性模型是將產(chǎn)品組成單元進行全串聯(lián)的模型，用以估計產(chǎn)品及其組成單元引起的維修及綜合保障要求。

任務(wù)可靠性模型較復(fù)雜，它用于描述在完成任務(wù)過程中產(chǎn)品各單元的預(yù)定用途。產(chǎn)品的可靠性模型基本結(jié)構(gòu)類型主要包括串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)、橋聯(lián)、旁聯(lián)、表決等。先介紹此類型。27培訓(xùn)教程串聯(lián)模型系統(tǒng)的所有組成單元中任一單元的故障都會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的故障，稱為串聯(lián)模型。串聯(lián)模型是最常用和最簡單的模型之一，既可用于基本可靠性建模，也可用于任務(wù)可靠性建模。串聯(lián)模型的可靠性框圖如圖所示。該可靠性框圖對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型為：式中：Rs(t)——系統(tǒng)的可靠度；Ri(t)——單元的可靠度；n——組成系統(tǒng)的單元數(shù)。

＝R1·R2…RnLC

原理圖LC可靠性框圖28培訓(xùn)教程串聯(lián)模型

串聯(lián)模型幾種典型的可靠性模型Ri、λi_——單元的可靠度、故障率（1/h）；Rs、λs——系統(tǒng)的可靠度、故障率（1/h）。

n——組成系統(tǒng)的單元數(shù)。29培訓(xùn)教程并聯(lián)模型

并聯(lián)模型

幾種典型的可靠性模型30培訓(xùn)教程r/n(G)模型

表決模型幾種典型的可靠性模型r/n(G)表決器↖31培訓(xùn)教程

基本可靠性模型綜合處理計算機的基本可靠性框圖如圖所示。圖

綜合處理計算機的基本可靠性框圖32培訓(xùn)教程

任務(wù)可靠性模型綜合處理計算機的任務(wù)可靠性框圖如圖所示。圖

綜合處理計算機的任務(wù)可靠性框圖33培訓(xùn)教程2.2.2可靠性指標(biāo)分配設(shè)計

目的：可靠性分配是指將產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)逐級分配至產(chǎn)品各層次(由上到下)，作為產(chǎn)品各層次的可靠性設(shè)計目標(biāo)，使各級設(shè)計人員明確要求，及早研究設(shè)計方案，并估計所需人力、時間和資源，以確保交付使用的產(chǎn)品逐步通過增長能夠達到可靠性目標(biāo)值。

適用對象和情況:可靠性分配適用于電子、電氣、機械，或新研產(chǎn)品、老品改進等有可靠性指標(biāo)要求的產(chǎn)品，應(yīng)根據(jù)不同產(chǎn)品以及指標(biāo)要求的情況，選取合適的可靠性分配方法。

可靠性分配工作一般應(yīng)在方案階段開始進行，并延續(xù)至初步設(shè)計階段，根據(jù)設(shè)計方案的更改反復(fù)迭代，使指標(biāo)分配逐漸趨于合理。34培訓(xùn)教程

分配原則①對于復(fù)雜度高的分系統(tǒng)、設(shè)備等產(chǎn)品應(yīng)分配較低

的可靠性指標(biāo)；②對于技術(shù)上不成熟的產(chǎn)品，可分配較低的可靠性指標(biāo)；③對于處于惡劣環(huán)境條件下工作的產(chǎn)品，可分配較低的可靠性指標(biāo)；④對于需要長期工作的產(chǎn)品，可分配較低的可靠性指標(biāo)；

⑤對于重要度高的產(chǎn)品，應(yīng)分配較高的可靠性指標(biāo)。35培訓(xùn)教程

分配方法:

主要包括等分配法、比例組合法（等改進法）、評分法、再分配法（最小工作量法）、考慮重要度和復(fù)雜度的分配法、預(yù)計分配法以及工程相似法。各種分配方法適用于不同的情況。等分配法用于設(shè)計初期當(dāng)產(chǎn)品情況還不十分清晰，或缺乏有關(guān)產(chǎn)品可靠性數(shù)據(jù)的情況。這是最簡單、方便的一種分配方法，沒有考慮產(chǎn)品的各單元實現(xiàn)可靠性值的難易程度，如單元的復(fù)雜程度、技術(shù)難度等，建議盡量不使用。設(shè)某系統(tǒng)由n個分系統(tǒng)串聯(lián)組成，若給定系統(tǒng)可靠性指標(biāo)為λs，則按等分配法分配給各下屬系統(tǒng)或設(shè)備的可靠性指標(biāo)為：36培訓(xùn)教程

可靠性比例分配法新設(shè)計的系統(tǒng)與老系統(tǒng)相似，且有老系統(tǒng)及其分系統(tǒng)的故障率數(shù)據(jù)或老系統(tǒng)中各分系統(tǒng)故障數(shù)占系統(tǒng)故障數(shù)百分比的統(tǒng)計資料，可用比例分配法進行分配。比例分配法37培訓(xùn)教程選取的可靠性分配方法,其使用要求如表6所示：分配方法適用的研制階段適用的可靠性模型適用的情況等分配法方案論證階段各類模型產(chǎn)品定義不十分清晰，或缺乏有關(guān)可靠性數(shù)據(jù)比例組合法（等改進法）初步設(shè)計階段各類模型新老產(chǎn)品非常相似，且老產(chǎn)品及其所屬單元的故障率數(shù)據(jù)已知評分分配法初步設(shè)計階段各類模型產(chǎn)品的基本情況已知，但缺乏有關(guān)可靠性數(shù)據(jù)再分配法（最小工作量法）詳細設(shè)計階段串聯(lián)模型工作量減到最少并使產(chǎn)品可靠性要求得到滿足考慮重要度和復(fù)雜度的分配法詳細設(shè)計階段簡單串并聯(lián)模型能得到較為合理的產(chǎn)品各單元重要度和復(fù)雜度數(shù)據(jù)預(yù)計分配法詳細設(shè)計階段各類模型能得到產(chǎn)品各單元的可靠性數(shù)據(jù)工程相似法方案論證階段和初步設(shè)計階段各類模型新老產(chǎn)品極為相似，可靠性指標(biāo)要求相近，且老產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù)完整可靠38培訓(xùn)教程2.2.3可靠性預(yù)計

目的:

是對組成產(chǎn)品的元器件、部件和子系統(tǒng)的可靠性，由下到上、由局部到整體的逐級預(yù)計，預(yù)計產(chǎn)品能否達到規(guī)定的可靠性指標(biāo)要求；方案論證時可根據(jù)可靠性預(yù)計結(jié)果選擇方案；及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的薄弱環(huán)節(jié)并改進；并為可靠性分配的迭代提供相關(guān)數(shù)據(jù)；還可為可靠性試驗方案的確定提供依據(jù)。

適用對象和情況:

可靠性預(yù)計適用于新研產(chǎn)品、老品改進等各類有可靠性指標(biāo)要求的產(chǎn)品，需根據(jù)產(chǎn)品的不同階段、不同產(chǎn)品的層次及特性，選取合適的可靠性預(yù)計方法?？煽啃灶A(yù)計工作一般在方案階段就應(yīng)開始進行，并延續(xù)至詳細設(shè)計階段，根據(jù)設(shè)計方案的更改和細化反復(fù)迭代，從而使產(chǎn)品設(shè)計達到所規(guī)定的可靠性。39培訓(xùn)教程

可靠性預(yù)計的類型

可靠性預(yù)計作為定量設(shè)計手段，為設(shè)計決策提供依據(jù)。在設(shè)計的不同階段及產(chǎn)品的不同級別上可采用不同的預(yù)計方法，由粗到細。

預(yù)計按詳細程度可分為:

可行性預(yù)計、初步預(yù)計和詳細預(yù)計;按預(yù)計的參數(shù)可分為:

基本可靠性預(yù)計和任務(wù)可靠性預(yù)計;按預(yù)計的對象可分為:

電子產(chǎn)品預(yù)計和非電子產(chǎn)品預(yù)計。進行不同類型的可靠性預(yù)計應(yīng)選取不同的、適用的方法。

40培訓(xùn)教程

電子、電氣產(chǎn)品的可靠性預(yù)計方法

●電子、電氣產(chǎn)品一般的可靠性預(yù)計主要有元器件計數(shù)法和元器件應(yīng)力分析法。●元器件計數(shù)法適用于方案論證及初步設(shè)計階段；

●

元器件應(yīng)力分析法適用于詳細設(shè)計階段。按

GJB/Z299C、MIL-HDBK-217F的要求進行（此兩標(biāo)準(zhǔn)可用于軍用和民用產(chǎn)品）。

41培訓(xùn)教程

元器件計數(shù)法:

元器件計數(shù)法適用于初步設(shè)計階段，此時元器件的種類和數(shù)量已大致確定，但具體的工作應(yīng)力和環(huán)境等尚未明確。元器件計數(shù)法的基本原理是對元器件的通用故障率進行修正，預(yù)計模型為：

式中：

λGS——產(chǎn)品總故障率（1/h）；λGi——第i種類元器件的通用故障率（1/h）；

πQi——第i種類元器件的通用質(zhì)量系數(shù)；

N

i——第i種類元器件的數(shù)量；

n——單元所用元器件的種類數(shù)目。42培訓(xùn)教程表7元器件計數(shù)法預(yù)計結(jié)果表（例子）編號元器件類別數(shù)量N質(zhì)量等級質(zhì)量系數(shù)πQλG/(10-6/h)N(λGπQ)/(10-6/h)1調(diào)整二極管4B10.52.244.482合成電阻器2B10.60.050.063云母電容器4B10.50.120.24總計4.7843培訓(xùn)教程

應(yīng)力分析法應(yīng)力分析法用于電子產(chǎn)品詳細設(shè)計階段的故障率預(yù)計。在預(yù)計單元內(nèi)電子元器件工作故障率時，應(yīng)用元器件的質(zhì)量等級，應(yīng)力水平、環(huán)境條件等因素對基本故障率進行修正。元器件工作故障率預(yù)計模型預(yù)計的計算過程較為繁瑣，不同類別的元器件有不同的工作故障率計算模型，如普通晶體管、二極管的工作故障率計算模型(GJB/Z299)如下：

式中：

λp——元器件工作故障率(1/h)；

λb——元器件基本故障率(1/h)；πE——環(huán)境系數(shù)；

πq——質(zhì)量系數(shù)；

πr——額定電流系數(shù)；

πA——應(yīng)用系數(shù)；

πs2——電壓應(yīng)力系數(shù)；

πc——結(jié)構(gòu)系數(shù)。44培訓(xùn)教程表8某電源的應(yīng)力分析法預(yù)計表(部分)

環(huán)境條件：AIF

環(huán)境溫度：80℃編號元器件類別（型號規(guī)格）數(shù)量N質(zhì)量等級應(yīng)力比S各π系數(shù)λb/(10-6/h)工作故障率/（10-6/h）λpNλp1聚丙烯電容器CBB23-250(22nf/250v)2B20.5πE=8πQ=1πCV=1πK=10.01330.10640.212822類瓷介電容器CT4L-2-50(0.22uf/50v)1A20.7πE=7.7πQ=0.3πCV=1.60.04320.15970.159731類瓷介電容器CC4-100(100pf/100v)1A20.7πE=6.7πQ=0.3πCV=10.13550.27240.27244金屬膜電阻RJ15-1/2(10Ω/0.5w)1A20.6πE=5πQ=0.3πR=10.0080.0120.0125開關(guān)二極管2CK41482A40.4πE=13πQ=0.2πr=1πA=0.6πS2=0.2πC=10.1070.03340.066845培訓(xùn)教程序號預(yù)計方法適用范圍適用階段1元器件計數(shù)法電子類產(chǎn)品基本可靠性預(yù)計方案及初步設(shè)計階段2應(yīng)力分析法電子類產(chǎn)品基本可靠性預(yù)計詳細設(shè)計階段3故障率預(yù)計法機械、電子、機電類產(chǎn)品基本或任務(wù)可靠性預(yù)計詳細設(shè)計階段4相似產(chǎn)品法機械、電子、機電類產(chǎn)品基本或任務(wù)可靠性預(yù)計方案及初步設(shè)計階段5專家評分法機械、機電類產(chǎn)品基本或任務(wù)可靠性預(yù)計方案及初步設(shè)計階段

工程中常用的可靠性預(yù)計方法

表9工程中常用的可靠性預(yù)計方法46培訓(xùn)教程采取的改進措施產(chǎn)品可靠性預(yù)計的指標(biāo)未滿足時的措施1.提高元器件的質(zhì)量等級2.進行降額設(shè)計3.簡化電路設(shè)計4.熱設(shè)計5.改進工藝措施6.進行有效的防震設(shè)計47培訓(xùn)教程表10設(shè)備可靠性（MTBF）的預(yù)計值、驗證值與使用值的比較（小時）預(yù)計值、驗證值、使用值

可靠性的預(yù)計值、驗證值與使用值的比較48培訓(xùn)教程

表11電子產(chǎn)品可靠性預(yù)計手冊情況之一手冊代號手冊名稱制定組織制定時間適用產(chǎn)品MIL-HDBK-217Plus電子設(shè)備可靠性預(yù)計美國可靠性

分析中心（RAC）2006軍品PRISM電子系統(tǒng)可靠性預(yù)計工具美國可靠性

分析中心（RAC）2004軍品TelcordiaSR-332電子設(shè)備可靠性預(yù)計程序美國Telcordia公司2006民品PREL電子設(shè)備可靠性預(yù)計方法美國汽車工程師協(xié)會1990民品GJB/Z299CGJB/Z108電子設(shè)備可靠性預(yù)計手冊電子設(shè)備非工作狀態(tài)可靠性預(yù)計手冊中國人民解放軍

總裝備部2006軍品

BellcoreTR-332電子設(shè)備可靠性預(yù)計程序美國Bell公司1997民品HRD-5可靠性數(shù)據(jù)手冊英國電信1995民品CNETRDF2000CNET程序法國國家通信中心2000民品FIDES電子系統(tǒng)可靠性方法法國工業(yè)協(xié)會2004民品IEEE1413IEEE標(biāo)準(zhǔn)方法-電子系統(tǒng)

和設(shè)備可靠性預(yù)計和評估國際電工和電子

工程師協(xié)會1998民品IEEE1413.1IEEE指南-IEEE1413可靠性

預(yù)計方法的選擇和使用國際電工和電子

工程師協(xié)會2001民品IEC-TR-62380可靠性數(shù)據(jù)手冊——電子

元器件、PCB板及設(shè)備的

可靠性預(yù)計通用模型國際電工委員會2003民品SimensSN29500電子元器件故障率德國西門子1999民品NTT半導(dǎo)體及元器件標(biāo)準(zhǔn)可靠性表日本NTT1985民品Philips國際標(biāo)準(zhǔn)

UAT-0387可靠性預(yù)計故障率德國飛利浦1988民品49培訓(xùn)教程

表12

電子產(chǎn)品可靠性預(yù)計手冊情況之二GJB/Z299CGJB/Z108AMIL-HDBK-217FTelcordia

SR-332

（Issue2）HRD-5PRISMFIDESCNET

RDF2000出版地中國中國美國美國英國美國法國法國軍用/民用軍用軍用軍用民用民用軍用民用民用行業(yè)通信通信出版時間20062006199520061995200420042000是否包含應(yīng)力

分析法？YYYYYYYY是否包含元器件

計數(shù)法？YYYYNYYY是否包含過程

評分修正？NNNNNYYN是否包含試驗

數(shù)據(jù)修正？NNNYYN是否包含使用

數(shù)據(jù)修正？NNNYYN是否包含對

工作狀態(tài)故障

率的預(yù)計？YNYYYY是否包含對

非工作狀態(tài)故

障率的預(yù)計？NYNNNN50培訓(xùn)教程

可靠性分配與預(yù)計的關(guān)系51培訓(xùn)教程3可靠性分析

可靠性分析是可靠性設(shè)計重要組成部分。表13

可靠性分析的主要工作項目1故障模式、影響及危害性分析(FMECA)2故障樹分析(FTA)3潛在通路分析4電路容差分析5耐久性分析可靠性分析下面簡要介紹前兩項可靠性分析工作具體內(nèi)容52培訓(xùn)教程3.1故障模式、影響及危害性分析

(FMECA)(1)目的通過系統(tǒng)地分析，確定元器件、零部件、設(shè)備、軟件在設(shè)計和制造過程中每一個產(chǎn)品層次所有可能的故障模式，以及每一故障模式的原因及影響程度，以便找出潛在的薄弱環(huán)節(jié)，并提出改進措施以提高產(chǎn)品的可靠性。

(2)組成故障模式、影響及危害性分析（以下簡稱FMECA）由故障模式及影響分析（FMEA）和危害性分析（CA）兩部分組成，只有在進行FMEA基礎(chǔ)上，才能進行CA。53培訓(xùn)教程FMECA方法分類設(shè)計FMECA過程FMECA功能FMECA硬件FMECA軟件FMECA損壞模式及影響分析DMEA(3)FMECA分類及適用情況(a)FMECA分類圖

FMECA方法的分類統(tǒng)計FMECA54培訓(xùn)教程(b)在產(chǎn)品壽命周期各階段的FMECA方法的應(yīng)用目的(表14)表14

FMECA方法的應(yīng)用目的55培訓(xùn)教程FMECAFMEACA目的分析產(chǎn)品中所有可能產(chǎn)生的故障模式及其對產(chǎn)品所造成的所有可能影響,并按每一個故障模式的嚴酷度及其發(fā)生概率予以分類的一種自下而上進行歸納的分析技術(shù)分析產(chǎn)品中所有可能產(chǎn)生的故障模式及其對產(chǎn)品所造成的所有可能影響,并按每一個故障模式的嚴酷度予以分類的一種自下而上進行歸納的分析技術(shù)按每一個故障模式的嚴酷度及其發(fā)生的概率所產(chǎn)生的綜合影響進行劃等分類用途（1）找出產(chǎn)品的所有可能的故障模式及其影響，并進行定性、定量的分析，進而采取相應(yīng)措施，并確認風(fēng)險低于可接受水平（2）為確定嚴酷度為Ⅰ、Ⅱ類故障模式清單和單點故障模式清單提供定性、定量依據(jù)（3）作為維修性（M）、安全性（S）、測試性（T）、保障性（S）設(shè)計與分析的輸入（4）為確定可靠性試驗、壽命試驗的產(chǎn)品項目清單提供依據(jù)（5）為確定關(guān)鍵、重要件清單提供定性、定量信息（1）找出產(chǎn)品的所有可能的故障模式及其影響，并進行定性分析，進而采取相應(yīng)的措施（2）為確定嚴酷度為Ⅰ、Ⅱ類故障模式清單和單點故障模式清單提供定性依據(jù)（3）作為維修性（M）、安全性（S）、測試性（T）、保障性（S）設(shè)計與分析的輸入（4）為確定可靠性試驗、壽命試驗的產(chǎn)品項目清單提供依據(jù)（5）為確定關(guān)鍵、重要件清單提供定性信息主要從風(fēng)險分析的角度對FMEA進行補充、擴展表15FMECA、FMEA和CA的目的、用途56培訓(xùn)教程(b)FMECA實施的步驟:57培訓(xùn)教程初始約定層次產(chǎn)品

任務(wù)

審核

第頁·共頁約定層次產(chǎn)品

分析人員

批準(zhǔn)

填表日期代碼產(chǎn)品或功能標(biāo)志功能故障模式故障原因任務(wù)階段與工作方式故障影響嚴酷度類別故障檢測方法設(shè)計改進措施使用補償措施備注局部影響高一層次影響最終影響（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）（10）（11）（12）（13）（14）對每一產(chǎn)品采用一種編碼體系進行標(biāo)識記錄被分析產(chǎn)品或功能的名稱與標(biāo)志簡要描述產(chǎn)品所具有的主要功能根據(jù)故障模式分析的結(jié)果，依次填寫每一產(chǎn)品的所有故障模式根據(jù)故障原因分析結(jié)果，依次填寫每一故障模式的所有故障原因根據(jù)任務(wù)剖面依次填寫發(fā)生故障的的任務(wù)階段與該階段內(nèi)產(chǎn)品的工作方式根據(jù)故障影響分析的結(jié)果，依次填寫每一個故障模式的局部、高一層次和最終影響并分別填入第（7）欄-（9）欄根據(jù)最終影響分析的結(jié)果，按每個故障模式確定其嚴酷度類別根據(jù)產(chǎn)品故障模式原因、影響等分析結(jié)果，依次填寫故障檢測方法根據(jù)故障影響、故障檢測等分析結(jié)果依次填寫設(shè)計改進與使用補償措施簡要記錄對其它欄的注釋和補充說明表16故障模式及影響分析(FMEA)表58培訓(xùn)教程表17危害性分析（CA）表初始約定層次產(chǎn)品任務(wù)審核第頁?共頁約定層次產(chǎn)品分析人員批準(zhǔn)填表日期代碼產(chǎn)品或功能標(biāo)志功能故障模式故障原因任務(wù)階段與工作方式嚴酷度類別故障模式概率等級或故障數(shù)據(jù)源故障率λp故障模式頻數(shù)比α故障影響概率β工作時間t故障模式危害度Cm(j)產(chǎn)品危害度Cr（j）備注(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)59培訓(xùn)教程a.FMECA方法中各約定層次的定義（1）約定層次——根據(jù)分析的需要，按產(chǎn)品的功能關(guān)系或復(fù)雜程度劃分的產(chǎn)品功能層次或結(jié)構(gòu)層次。這些層次一般從比較復(fù)雜的系統(tǒng)到比較簡單的零件進行劃分；（2）初始約定層次——進行FMECA總的完整的產(chǎn)品所在的層次，它是約定的產(chǎn)品第一分析層次；（3）其他約定層次——相繼的約定層次（第二、第三、第四等）、這些層次表明了直至較簡單的組成部分的有順序的排列；（4）最低約定層次——約定層次中最低層的產(chǎn)品所在層次。它決定了FMECA工作深入、細致的程度。60培訓(xùn)教程…液壓系統(tǒng)451000其他系統(tǒng)主液壓分系統(tǒng)451100輔助液壓分系統(tǒng)451200緩沖瓶451110液壓油箱451120柱塞液壓泵ZB-34451130泵軸451131軸承組件451132柱塞451133飛機450000初始約定層次約定層次最低約定層次系統(tǒng)分系統(tǒng)裝備設(shè)備零組件………圖

某型戰(zhàn)斗機液壓系統(tǒng)約定層次示例圖61培訓(xùn)教程c.定義嚴酷度類別嚴酷度是指產(chǎn)品故障模式所產(chǎn)生的最終影響的嚴重程度。應(yīng)對產(chǎn)品故障模式的嚴酷度進行定義，進而對每一個故障模式按嚴酷度類別進行排序。嚴酷度類別是依據(jù)產(chǎn)品每個故障模式造成最終可能出現(xiàn)的人員傷亡、“初始約定層次”產(chǎn)品損壞和環(huán)境損害等方面的影響程度而確定的。表18產(chǎn)品常用的嚴酷度等級劃分嚴酷度等級嚴重程度定義Ⅰ類（災(zāi)難的）引起人員死亡或產(chǎn)品（如飛機、導(dǎo)彈、坦克及艦船等）毀壞及重大環(huán)境損害Ⅱ類（致命的）引起人員嚴重傷害、或重大經(jīng)濟損失或?qū)е氯蝿?wù)失敗、產(chǎn)品嚴重毀壞及嚴重環(huán)境損害Ⅲ類（中等的）引起人員中等程度傷害、或中等程度的經(jīng)濟損失，或?qū)е氯蝿?wù)延誤或降級、產(chǎn)品中等程度損壞或中等程度的環(huán)境損害Ⅳ類（輕度的）不足以導(dǎo)致人員傷害、或輕度經(jīng)濟損失或產(chǎn)品輕度損壞及環(huán)境損害，但它會導(dǎo)致非計劃性維護或修理62培訓(xùn)教程3.2

故障樹分析(FTA)(1)目的通過對可能造成產(chǎn)品故障的各種因素進行析，能定性地確定產(chǎn)品故障發(fā)生的所有原因和原因組合，并定量地確定產(chǎn)品故障的發(fā)生概率。通過故障樹分析，能夠透徹了解系統(tǒng)，找出薄弱環(huán)節(jié)，改進產(chǎn)品設(shè)計、使用環(huán)境、維修方式等，提高產(chǎn)品可靠性，同時驗證重大故障的發(fā)生概率是否能滿足可靠性要求。63培訓(xùn)教程(2)適用對象和情況

FTA適用于電子、機電、機械，或者新研產(chǎn)品、老品、老品改進等各類產(chǎn)品。

FTA適用于系統(tǒng)壽命周期的任何階段，包括從設(shè)計階段早期直至批生產(chǎn)前的各個設(shè)計階段，以及生產(chǎn)和使用階段。

在設(shè)計階段，F(xiàn)TA可幫助查找潛在的產(chǎn)品故障模式和災(zāi)難性危險因素，發(fā)現(xiàn)可靠性和安全性薄弱環(huán)節(jié)，改進設(shè)計；

在生產(chǎn)和使用階段，可以幫助對故障事件開展調(diào)查分析，更改設(shè)計或改進生產(chǎn)手段和使用維修方案。64培訓(xùn)教程(3)主要內(nèi)容(A)方法:FTA是將一個不希望的產(chǎn)品故障事件或災(zāi)難性的產(chǎn)品危險事件做為頂事件，通過由上向下的嚴格按層次的故障因果邏輯分析，建立故障樹。逐層找出對上一層事件必要而充分的直接原因，最終找出導(dǎo)致頂事件發(fā)生的所有原因（包括硬件、軟件、環(huán)境、人為因素等）和原因組合，即各個底事件。在具有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)時計算出頂事件發(fā)生概率和底事件重要度等定量指標(biāo)。

下面介紹建立故障樹概念和具體實施。65培訓(xùn)教程圖

故障樹示例66培訓(xùn)教程(B)選擇頂事件頂事件是建立故障樹的基礎(chǔ)，選擇的頂事件不同，則建立的故障樹也不同。在進行故障樹分析時，選擇頂事件的方法如下：（a）在設(shè)計過程中進行FTA時，一般從那些顯著影響產(chǎn)品技術(shù)性能、經(jīng)濟性、可靠性和安全性的故障中選擇確定頂事件。（b）在FTA之前若已進行了FME(C)A，則可以從故障嚴酷度為Ⅰ、Ⅱ類的系統(tǒng)故障模式中選擇其中一個故障模式確定為頂事件。（c）發(fā)生重大故障或者事故后，可以將此類事件作為頂事件，通過故障樹分析為故障歸零提供依據(jù)。對于頂事件必須嚴格選擇，否則建出的故障樹將達不到預(yù)期的目的。大多數(shù)情況下，產(chǎn)品會有多個不希望事件，應(yīng)對它們一一確定，分別作為頂事件建立故障樹并進行分析（見下面示例圖）。67培訓(xùn)教程(C)建造故障樹故障樹的建立故障樹是一種特殊的倒立樹狀因果關(guān)系邏輯圖。它用事件符號、邏輯門符號和轉(zhuǎn)移符號(△▽子樹轉(zhuǎn)移符號)描述系統(tǒng)中各種事件之間的因果關(guān)系。邏輯門的輸入事件是輸出事件的“因”，邏輯門的輸出事件是輸入事件的“果”。68培訓(xùn)教程序號符號名稱說明1基本事件（底事件）在特定的故障樹分析中無須探明其發(fā)生原因的底事件。2未探明事件原則上應(yīng)進一步探明其原因但暫時不必或者不能探明其原因的底事件。3結(jié)果事件（中間事件或頂事件）故障樹分析中由其他事件或者事件組合所導(dǎo)致的事件。其中，位于故障樹頂端的結(jié)果事件為頂事件，位于頂事件和底事件之間的結(jié)果事件為中間事件。a.故障樹常用事件及其符號

序號符號名稱說明1與門表示僅當(dāng)所有輸入事件發(fā)生時，輸出事件才發(fā)生。2或門表示至少一個輸入事件發(fā)生時，輸出事件就發(fā)生。b.故障樹常用邏輯門及其符號

69培訓(xùn)教程故障樹c.故障樹分析圖的組成:基本事件：是無需探明其發(fā)生原因的底事件底事件是故障樹中僅導(dǎo)致其他事件的原因事件。它位于所討論的故障樹底端，總是某個邏輯門的輸入事件而不是輸出事件未探明事件：是原則上應(yīng)進一步探明其原因但暫時不必或者不能探明其原因的底事件頂事件：是故障樹分析中所關(guān)心的最后結(jié)果事件。它位于故障樹的頂端，代表了系統(tǒng)不希望發(fā)生的事件中間事件是位于底事件和頂事件之間的結(jié)果事件E0E23E1E2E3＋●70培訓(xùn)教程故障樹d.故障樹分析圖的組成:E0E23E1E2E3或門：當(dāng)輸入事件中至少有一個發(fā)生時，則輸出事件發(fā)生，這種關(guān)系稱為事件并,用邏輯“或門”描述與門：門的輸入事件同時發(fā)生時，輸出事件必然發(fā)生，這種邏輯關(guān)系稱為事件交，用邏輯“與門”描述E0E23E1E2E3＋●71培訓(xùn)教程e.建故障樹示例＿不同頂事件１電路開關(guān)合上后電動機不轉(zhuǎn)開關(guān)合上后線路上無電流電動機故障電源故障＋＋線路故障72培訓(xùn)教程f.建故障樹示例＿不同頂事件２電動機不轉(zhuǎn)開關(guān)合上后線路上無電流電動機故障電源故障＋線路故障開關(guān)未合＋人誤使開關(guān)未合開關(guān)故障合不上＋73培訓(xùn)教程(6)FTA與FMECA的對比(見下表22)對比項目FMECAFTA目的分析設(shè)計，識別缺陷識別導(dǎo)致重要故障的路徑對象預(yù)想的所有可能的故障預(yù)想的產(chǎn)品某個或某些重大事故范圍硬件為主的單因素分析硬件、軟件、人因等多因素分析方法歸納法填表演繹法建樹輸入設(shè)計資料，經(jīng)驗數(shù)據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)、經(jīng)驗數(shù)據(jù)輸出FMECA報告，項目清單故障樹分析及報告用途保證固有可靠性、支持維修性、安全性分析和質(zhì)量保證保證安全性、可靠性、指導(dǎo)設(shè)計改進特點全面分析普遍進行重點分析責(zé)任人工程設(shè)計人員做，可靠性人員審查工程設(shè)計人員與可靠性人員共同做FMECA的結(jié)果可為FTA提供頂事件74培訓(xùn)教程3.3潛在電路分析（SCA）a.目的

潛在分析可分為針對電路的潛在電路分析、軟件的潛在分析和液、氣管路系統(tǒng)的潛在分析。此處僅介紹潛在電路分析。

潛在電路是電子/電氣系統(tǒng)中的一種設(shè)計意圖之外的狀態(tài)，在一定的條件下，導(dǎo)致產(chǎn)品產(chǎn)生非期望功能或抑制期望功能。

它具有潛藏性，而一旦激勵條件得以滿足，表現(xiàn)出“突然發(fā)生”、“出人意料”、“巨大破壞性”等特點。對電子/電氣系統(tǒng)的危害是巨大的，由于產(chǎn)品規(guī)模較大、復(fù)雜、設(shè)計人員對設(shè)計要求理解不一致等原因，很容易在設(shè)計中引進潛在電路。

特定條件下才會被激發(fā)，一般很難通過試驗或仿真手段予以發(fā)現(xiàn)。潛在電路分析的目的就是在假設(shè)所有元器件及部件均未失效的情況下，發(fā)現(xiàn)電路中在一定的激勵條件下可能產(chǎn)生非期望功能或抑制期望功能的潛在狀態(tài)，以保證電路安全可靠。75培訓(xùn)教程b.基本概念(1)潛在電路：屬于非失效相關(guān)的設(shè)計問題。潛在電路包括四種表現(xiàn)形式：潛在路徑、潛在時序、潛在指示和潛在標(biāo)志。(2)潛在路徑：電流所流經(jīng)的非期望路徑。(3)潛在時序：數(shù)據(jù)或邏輯信號以非期望或矛盾的時間順序、或在非期望的時刻、或延續(xù)一個非期望的時間段發(fā)生，從而使系統(tǒng)出現(xiàn)的異常狀態(tài)。(4)潛在指示：系統(tǒng)運行狀況的模糊或錯誤的指示。潛在指示可能誤導(dǎo)系統(tǒng)或操作人員做出非期望的反應(yīng)。(5)潛在標(biāo)志：系統(tǒng)功能的錯誤或不確切的標(biāo)志。潛在標(biāo)志可能會誤導(dǎo)操作人員。(6)網(wǎng)絡(luò)樹：對電路系統(tǒng)進行劃分和簡化后獲得的樹狀網(wǎng)絡(luò)示意圖。該圖能簡明地表達相互連通的元器件之間的連接關(guān)系。76培訓(xùn)教程(8)網(wǎng)絡(luò)森林：網(wǎng)絡(luò)樹的集合。(9)功能網(wǎng)絡(luò)森林：與某電路功能有關(guān)的網(wǎng)絡(luò)森林。(10)線索：一種分析用的問題提示，根據(jù)該提示，分析者易于識別電路系統(tǒng)是否具有該線索所提示的運行狀態(tài)，并判定其是否屬于設(shè)計意圖之外的狀態(tài)，即潛在狀態(tài)。(11)線索表：由一系列線索組成并按一定的規(guī)則進行組織的線索清單。(12)源：電路系統(tǒng)實現(xiàn)其預(yù)期功能的信號和數(shù)據(jù)的源頭，在潛在電路分析中通常作為路徑追蹤的起點。(13)目標(biāo)：電路系統(tǒng)實現(xiàn)其預(yù)期功能的執(zhí)行部件或關(guān)鍵部件，如功能信號執(zhí)行部件等，非期望地激活或抑制它將引發(fā)一個非期望事件，在潛在電路分析中通常作為路徑追蹤的終點。77培訓(xùn)教程類似電路拓撲模式表現(xiàn)出類似電路行為的原理

所有的電路都可歸納為由五種基本的電路拓撲模式組成，這五種電路拓撲模式如圖所示，它們是：直線形、電源拱形、接地拱形、組合拱形及H形。

直線形

電源拱形

接地拱形

組合拱形

H形圖

五種基本電路拓撲模式

由于每個基本電路拓撲模式所有可能的電路行為是易于掌握的，因此識別出一個電路中存在哪些電路拓撲模式就能使分析人員易于識別該電路的全部行為，從而識別出系統(tǒng)中的潛在電路。78培訓(xùn)教程網(wǎng)絡(luò)樹示例分析網(wǎng)絡(luò)樹，結(jié)合范例電路系統(tǒng)的實際運行情況，確認在樹上的元器件確實承受雙向電流的情況，如果確認這是設(shè)計所不允許的，即可判定它為潛在電路。其他網(wǎng)絡(luò)樹分析相同。分析人員要將發(fā)現(xiàn)的潛在電路與設(shè)計人員進行交流確認，即對初步分析結(jié)論進行反饋交流，最后雙方對結(jié)論達成一致意見后，組織對分析報告進行評審驗收。具體過程略。79培訓(xùn)教程3.4電路容差分析a.目的

分析電路的組成部分在規(guī)定的使用溫度范圍內(nèi)其參數(shù)偏差和寄生參數(shù)對電路性能容差的影響，并根據(jù)分析結(jié)果提出相應(yīng)的改進措施。

電路性能參數(shù)發(fā)生變化原因電路性能參數(shù)發(fā)生變化的主要現(xiàn)象有：性能不穩(wěn)定、參數(shù)發(fā)生漂移、退化等，造成這些現(xiàn)象的原因有以下三種：（1）組成電路的元器件參數(shù)存在著公差電路設(shè)計時通常只采用元器件參數(shù)的標(biāo)稱值進行設(shè)計計算，忽略了參數(shù)的公差。標(biāo)稱值確定的電路性能參數(shù)會出現(xiàn)參數(shù)偏差。這種原因產(chǎn)生的參數(shù)偏差是固定的;（2）環(huán)境條件的變化產(chǎn)生參數(shù)漂移環(huán)境溫度、相對濕度的變化，電應(yīng)力的波動，會使電子元器件參數(shù)發(fā)生變化;

（3）退化效應(yīng)很多電子產(chǎn)品在長期的使用過程中，隨著時間的積累，元器件參數(shù)會發(fā)生變化。這種原因產(chǎn)生的偏差是不可逆的。

80培訓(xùn)教程電路容差分析程序電路容差分析的流程如圖所示，其主要步驟如下：圖電路容差分析流程81培訓(xùn)教程b.容差分析容差分析包括：（a）根據(jù)已確定的待分析電路的具體要求和條件，適當(dāng)選擇一種具體分析方法；（b）根據(jù)已明確的電路設(shè)計的有關(guān)基線按選定的方法對電路進行容差分析，求出電路性能參數(shù)的偏差范圍，找出對電路性能影響敏感度較大的參數(shù)并進行控制，使電路滿足要求。c.電路容差分析方法在工程中常用的容差分析方法包括階矩法、最壞情況分析法、仿真法等。階矩法

階矩法是一種概率統(tǒng)計方法。該方法根據(jù)電路組成部分參數(shù)的均值和方差，求出電路性能參數(shù)的均值和方差。最壞情況分析法

最壞情況分析法是分析在電路組成部分參數(shù)最壞組合情況下的電路性能參數(shù)偏差的一種非概率統(tǒng)計方法。它利用已知元器件參數(shù)的變化極限來預(yù)計電路性能參數(shù)變化是否超過了允許范圍。仿真方法

目前很多EDA（電子設(shè)計自動化）軟件都具有仿真計算和容差分析功能。

82培訓(xùn)教程表24各種容差分析方法的優(yōu)缺點和適用范圍方法應(yīng)用方式分析結(jié)果優(yōu)點缺點適用范圍手工計算軟件仿真階矩法√電路性能參數(shù)均值、方差計算原理簡單計算過程復(fù)雜模擬電路最壞情況分析法√√電路性能參數(shù)偏差可以得到靈敏度數(shù)值分析結(jié)果偏于保守模擬電路蒙特卡羅分析法√電路性能參數(shù)的分布特性最接近實際情況計算過程費時模擬電路環(huán)境溫度影響分析法√不同溫度下的電路性能參數(shù)值可以檢驗電路的溫度適應(yīng)性計算過程費時模擬電路83培訓(xùn)教程4可靠性試驗

(1)概述

1）目的

a）發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在設(shè)計、材料、元器件和工藝方面的各種缺陷；

b）確認是否符合可靠性定量要求,可靠性試驗是產(chǎn)品在研制和生產(chǎn)階段提高和驗證可靠性的必要工作項目；

c）改善產(chǎn)品的使用完好性、減小維修費用提供信息。

可靠性是設(shè)計出來的，是制造出來的，也是試驗出來的。84培訓(xùn)教程

2）分類

a）可靠性試驗它分為工程試驗（環(huán)境應(yīng)力篩選試驗、可靠性研制試驗及可靠性增長試驗）及統(tǒng)計試驗（可靠性鑒定試驗、可靠性測定試驗及可靠性驗收試驗）；

環(huán)境應(yīng)力篩選（ESS）

工程試驗

可靠性研制試驗

(RDT)

可靠性增長試驗（RGT）

可靠性試驗

可靠性鑒定試驗（RQT）

統(tǒng)計試驗可靠性測定試驗（RDT)

可靠性驗收試驗（PRAT）

b）從試驗場合，則分為實驗室試驗及現(xiàn)場可靠性試驗。在這講中，我們主要介紹實驗室中進行可靠性試驗的內(nèi)容。85培訓(xùn)教程3）基本概念a)可靠性試驗本身是不能提高產(chǎn)品可靠性;b)可靠性試驗用來尋找和發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在設(shè)計、材料、元器件和工藝方面的各種缺陷、針對暴露的產(chǎn)品各種缺陷,在研制和生產(chǎn)階段通過改進產(chǎn)品的設(shè)計,才能提高產(chǎn)品可靠性;c)

驗證產(chǎn)品可靠性是否滿足合同規(guī)定的要求，確認是否符合可靠性定量要求;d)尋找和發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品各種缺陷的試驗和提高產(chǎn)品可靠性的試驗所加的環(huán)境應(yīng)力一般為加速應(yīng)力;e)各類驗證產(chǎn)品可靠性的試驗所加的環(huán)境應(yīng)力一般為正常使用應(yīng)力。86培訓(xùn)教程

(2)我國可靠性試驗發(fā)展

·1982年2月原四機部頒發(fā)了部標(biāo)SJ2064《電子設(shè)備可靠性驗證試驗（統(tǒng)計試驗方案）》

·1986年11月頒發(fā)了國標(biāo)GB5080《設(shè)備可靠性試驗總要求》等

·

1990年10月頒發(fā)了國軍標(biāo)GJB899《可靠性鑒定和驗收試驗》

·

1991年1月頒發(fā)了國軍標(biāo)GJB1032《電子產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選方法》

·

1992年7月頒發(fā)了國軍標(biāo)GJB1407《可靠性增長試驗》87培訓(xùn)教程

(2)我國可靠性試驗發(fā)展我國在“七五”期間已開展了一些可靠性試驗工作（軍品和民品）;

在“八五”期間，軍品又進行了大量的以三綜合應(yīng)力為主的可靠性試驗;

“九五”可靠性試驗更普遍地開展，我國已有超過近百臺的大型三綜合試驗設(shè)備，也引進了一臺四綜合可靠性試驗設(shè)備，并且研制了四綜合試驗設(shè)備和板件級篩選設(shè)備。88培訓(xùn)教程

4.1環(huán)境應(yīng)力篩選（ESS）Environmentstressscreen（1）作用：剔除產(chǎn)品缺陷及激發(fā)早期故障

它不是什么？

?它不是試驗！它是什么？

?它是工序！

89培訓(xùn)教程

在產(chǎn)品出廠前，有意將環(huán)境應(yīng)力施加到產(chǎn)品上，使產(chǎn)品的潛在缺陷加速發(fā)展成早期故障，并加以排除，從而提高產(chǎn)品的可靠性。早期故障期偶然故障期耗損故障期t

(t)(2)環(huán)境應(yīng)力篩選的目的90培訓(xùn)教程

(3)環(huán)境應(yīng)力篩選與試驗的比較

表4-1篩選與試驗的比較

內(nèi)容篩選試驗是否允許出故障允許不允許100%的產(chǎn)品受影響是不是接收/拒收準(zhǔn)則無有用經(jīng)剪裁的加速應(yīng)力環(huán)境使?jié)撛谌毕菸龀鍪遣皇?不包括元器件（零部件）篩選。*其中試驗是指：設(shè)計鑒定試驗和可靠性驗證試驗。

91培訓(xùn)教程（4）篩選對象

不同組裝等級（元器件級、組件級、單元級、設(shè)備或系統(tǒng)級）的環(huán)境應(yīng)力篩選。

各級篩選剔除缺陷過程92培訓(xùn)教程(5)要求

1)各組裝等級100%進行ESS，并且

能夠

?很快析出缺陷

?析出適當(dāng)數(shù)量的固有缺陷

不會

?引起不適當(dāng)?shù)脑O(shè)計故障

?誘發(fā)附加的故障

?使設(shè)備性能下降或壽命降低

不應(yīng)

?使篩選應(yīng)力強度超過設(shè)計極限

93培訓(xùn)教程隨機振動恒定高溫電應(yīng)力溫度沖擊定頻正弦機械沖擊加速度有效性加權(quán)評分值3603303002702402101801501209060300溫度循環(huán)低溫掃頻正弦綜合環(huán)境高度潮濕2）篩選采用的環(huán)境應(yīng)力類型

應(yīng)力類型的選擇優(yōu)先采用溫度循環(huán)和隨機振動兩者的組合。應(yīng)力94培訓(xùn)教程表4-2常用的應(yīng)力及其強度、費用和篩選效果環(huán)境應(yīng)力應(yīng)力類型應(yīng)力強度費用篩選效果溫度恒定高溫低低不顯著（對元器件較好）溫度循環(huán)慢速溫變低較低不顯著快速溫變高較高好溫度沖擊較高適中較好振動掃頻正弦較低適中不顯著隨機振動高較高好組（綜）合溫度循環(huán)與隨機振動高高好95培訓(xùn)教程（6）溫度循環(huán)和隨機振動的各參數(shù)量對篩選效果的影響1）溫度循環(huán)參數(shù)量：溫度范圍、保持時間、溫度變化速率、循環(huán)次數(shù)。t696培訓(xùn)教程

2）隨機振動參數(shù)量：頻率范圍、加速度功率譜密度、加速度功率譜形。

97培訓(xùn)教程1234準(zhǔn)備工作初始性能檢測環(huán)境應(yīng)力篩選應(yīng)力施加最后性能檢測檢查受篩產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)、試驗設(shè)備和檢測儀器，夾具等按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)文件對受篩產(chǎn)品進行外觀、機械及電氣性能檢測等記錄3-13-2通過無故障篩選產(chǎn)品在規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下運行，按產(chǎn)品技術(shù)條件進行性能檢測并記錄結(jié)果尋找和排除故障無故障檢驗3-1A3-1B3-2A3-2B隨機振動溫度循環(huán)溫度循環(huán)隨機振動5min10循環(huán)（40h）10循環(huán)連續(xù)無故障（40h）5min連續(xù)無故障最長不超過20循環(huán)（80h）最長不超過15min盡最大可能監(jiān)測性能性能檢測

表4-3

篩選前的準(zhǔn)備工作和環(huán)境應(yīng)力篩選程序98培訓(xùn)教程(7)環(huán)境應(yīng)力篩選的應(yīng)用范圍研制階段或可靠性增長中激發(fā)材料、元器件、設(shè)計缺陷和工藝缺陷可靠性增長試驗前預(yù)處理備件的篩選可靠性鑒定試驗前預(yù)處理組裝件的篩選可靠性驗收試驗前預(yù)處理出廠交付前的篩選產(chǎn)品維修后篩選環(huán)境應(yīng)力篩選研制階段生產(chǎn)階段使用階段99培訓(xùn)教程4.2

可靠性增長試驗

（1）可靠性增長試驗概述

可靠性增長試驗是產(chǎn)品研制階段中單獨安排的一個可靠性工作項目，作為工程研制階段的組成部分。保證產(chǎn)品進入批生產(chǎn)前的可靠性達到預(yù)期的目標(biāo)。可靠性增長試驗通常安排在工程研制基本完成之后和可靠性鑒定試驗之前。可靠性增長試驗是一種有目標(biāo)、有計劃、有增長模型的專項試驗?？煽啃栽鲩L試驗耗費的資源相當(dāng)巨大，試驗總時間通常為產(chǎn)品預(yù)期MTBF目標(biāo)值的5~25倍，所以,并不是任何一個產(chǎn)品都合適進行增長試驗。

100培訓(xùn)教程4.2

可靠性增長試驗

（1）可靠性增長試驗概述

可靠性增長試驗是產(chǎn)品研制階段中單獨安排的一個可靠性工作項目，作為工程研制階段的組成部分。保證產(chǎn)品進入批生產(chǎn)前的可靠性達到預(yù)期的目標(biāo)?？煽啃栽鲩L試驗通常安排在工程研制基本完成之后和可靠性鑒定試驗之前。可靠性增長試驗是一種有目標(biāo)、有計劃、有增長模型的專項試驗?？煽啃栽鲩L試驗耗費的資源相當(dāng)巨大，試驗總時間通常為產(chǎn)品預(yù)期MTBF目標(biāo)值的5~25倍，所以,并不是任何一個產(chǎn)品都合適進行增長試驗。

101培訓(xùn)教程（2）可靠性增長與可靠性增長試驗的目的和一般方法可靠性增長試驗的目的是在研制階段保證產(chǎn)品在進入批生產(chǎn)前的可靠性達到預(yù)期的目標(biāo)。可靠性增長試驗的一般方法是制定增長目標(biāo)、確定增長模型,通過試驗發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品故障,根據(jù)故障分析,改進設(shè)計的這樣一個不斷反復(fù)試驗改進過程。(再）試驗故障分析再設(shè)計（糾正）

可靠性增長試驗過程102培訓(xùn)教程杜安（DUANE）模型累積MTBF：瞬時MTBF：式中：

α---截矩（增長起始點）；

m---增長率?？煽啃栽鲩L模型

AMSAA模型以下不介紹，費用高不適用民用產(chǎn)品103培訓(xùn)教程4.3可靠性研制試驗

(RDT)

(1)目的

通過對產(chǎn)品施加適當(dāng)?shù)沫h(huán)境應(yīng)力、工作載荷,尋找產(chǎn)品中的設(shè)計缺陷,以改進設(shè)計,提高產(chǎn)品的固有可靠性水平。

(2)方法

試驗、分析、改進。

(3)類型

可靠性強化試驗(RET)、高加速壽命試驗(HALT)、可靠性增長摸試驗。

(4)

適用時機

可靠性研制試驗應(yīng)在產(chǎn)品的研制階段盡早開展，通過試驗、分析與改進的過程來提高產(chǎn)品的固有可靠性水平。104培訓(xùn)教程(5)基本要求1)承制方在研制階段應(yīng)盡早開展可靠性研制試驗，通過試驗、分析、改進（TAAF）過程來提高產(chǎn)品的可靠性。2)可靠性研制試驗是產(chǎn)品研制試驗的組成部分，應(yīng)盡可能與產(chǎn)品的研制試驗結(jié)合進行。3)承制方應(yīng)制定可靠性研制試驗方案，并對可靠性關(guān)鍵產(chǎn)品，尤其是新技術(shù)含量較高的產(chǎn)品實施可靠性研制試驗。必要時，可靠性研制試驗方案應(yīng)經(jīng)訂購方認可。4)可靠性研制試驗前期可采用加速應(yīng)力進行，以盡快找出產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)或驗證設(shè)計余量。5)對試驗中發(fā)生的故障均應(yīng)納入故障報告、分析和糾正系統(tǒng)（FRACAS），并對試驗后產(chǎn)品的可靠性狀況作出說明。105培訓(xùn)教程(6)工作要點1)與可靠性增長試驗不同之處在于可靠性研制試驗沒有增長目標(biāo)，只要達到誘發(fā)故障,并通過改進設(shè)計，提高產(chǎn)品的固有可靠性水平的目的即可。2)對于新技術(shù)含量較高的產(chǎn)品應(yīng)安排可靠性研制試驗，一般在合同中規(guī)定可靠性研制試驗的項目。3)民用產(chǎn)品可靠性研制試驗可以采用加速應(yīng)力進行，以識別薄弱環(huán)節(jié)并誘發(fā)故障或驗證設(shè)計余量。加速應(yīng)力可采用單應(yīng)力步進加速或多應(yīng)力同時加速。4)在民用產(chǎn)品環(huán)境試驗條件時，也可按照受試產(chǎn)品使用需要設(shè)計。106培訓(xùn)教程4.4

可靠性驗證試驗4.4.1目的與分類

（1）目的：是確認產(chǎn)品是否符合合同規(guī)定的可靠性

定量要求。

（2）分類：

1）可靠性鑒定試驗

為了驗證設(shè)備設(shè)計是否符合規(guī)定的可靠性要求，應(yīng)用能代表具有批準(zhǔn)的技術(shù)狀態(tài)的設(shè)備,在規(guī)定的環(huán)境試驗條件下進行可靠性鑒定試驗。若無其他規(guī)定，則至少要用兩臺設(shè)備進行定時截尾試驗方案的鑒定試驗。統(tǒng)計試驗方案應(yīng)是訂購方規(guī)定或同意的GB5080中的方案。107培訓(xùn)教程

2)可靠性驗收試驗

為了確定生產(chǎn)的設(shè)備是否符合規(guī)定的可靠性要求，應(yīng)按規(guī)定的抽樣原則從各生產(chǎn)批次中抽取設(shè)備,在與可靠性鑒定試驗相同的環(huán)境試驗條件下進行可靠性驗收試驗，這些受試設(shè)備應(yīng)能代表其所屬批次的特征。驗收試驗統(tǒng)計試驗方案應(yīng)從GB5080中給出的序貫截尾試驗方案或定時截尾試驗方案。（3）驗證試驗(統(tǒng)計試驗)方案的分類·指數(shù)壽命型：定時截尾、序貫截尾、定數(shù)等方案·成敗型：一次抽樣、序貫截尾等方案108培訓(xùn)教程4.4.2驗證試驗的可靠性度量和決策風(fēng)險的術(shù)語定義

（1）可靠性的度量（指數(shù)分布）

平均故障間隔時間（MTBF）的驗證區(qū)間demonstratedMTBFinterval（θL

，θu）------在試驗條件下真實

MTBF的可能范

圍，即在所規(guī)定的置信度下對MTBF的區(qū)間估計。

MTBF的觀測值（點估計）observedMTBF（

）------設(shè)備

總工作時間除以關(guān)聯(lián)(責(zé)任)故障數(shù)。

MTBF的檢驗下限lowertestMTBF（θ1）------拒收的MTBF值。統(tǒng)計試驗方案以高概率拒收MTBF真值接近θ1的設(shè)備。109培訓(xùn)教程4.4.2

驗證試驗的可靠性度量和決策風(fēng)險的術(shù)語定義

（1）可靠性的度量（指數(shù)分布）

MTBF的檢驗上限（θ0）uppertestMTBF（θ0）------可接收的

MTBF值。它等于鑒別比d乘以MTBF檢驗下限θ1。統(tǒng)計試驗方案以高概率接收MTBF真值接近θ0的設(shè)備。

MTBF的預(yù)計值（θp）predictedMTBF（θp）

用規(guī)定的可靠性預(yù)計方法確定的MTBF值。它取決設(shè)備設(shè)計和使用環(huán)境，數(shù)值上應(yīng)等于或大于θ0，以保證設(shè)備在可靠性試驗期間能以高概率接收。110培訓(xùn)教程（2）判決（決策）風(fēng)險

decisionrisk

由使用方風(fēng)險、生產(chǎn)方風(fēng)險和鑒別比組成。使用方風(fēng)險（β）consumer’srisk（β）

MTFB的真值等于其檢驗下限θ1時設(shè)備被接收的概率。當(dāng)

MTBF真值低于θ1時設(shè)備被接收的概率將低于β。生產(chǎn)方風(fēng)險（α）producer’srisk（α）

MTFB的真值等于其檢驗上限θ0時設(shè)備被拒收的概率。當(dāng)

MTBF真值大于θ0時設(shè)備被拒收的概率將低于α。鑒別比（d）discriminationratio（d）

MTBF的檢驗上限