智能儀器可靠性與可測(cè)試性設(shè)計(jì).ppt

1、5-1,第五章 智能儀器可靠性與可測(cè)試性設(shè)計(jì),主要內(nèi)容： 可靠性概述 可靠性設(shè)計(jì) 可測(cè)試性概述,5-2,1 可靠性概述,可靠率是指在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)智能儀器完成所規(guī)定任務(wù)的成功率。 R(t)= S(t)/N 其中：N儀器總臺(tái)數(shù) S(t)正常工作臺(tái)數(shù),一、可靠性的基本概念,5-3,一、可靠性的基本概念,失效率也稱瞬時(shí)失效率或稱故障率，是指智能儀器運(yùn)行到t時(shí)刻后單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的智能儀器臺(tái)數(shù)與t時(shí)刻完好智能儀器臺(tái)數(shù)之比。 將上式寫成微分形式得： 理論上， 是不隨時(shí)間變化的 對(duì)上式積分得： 可見(jiàn)，其符合指數(shù)規(guī)律。當(dāng)某一時(shí)間的可靠性R(t)已知時(shí)失效率也可用下式計(jì)算：=/T 其中：儀器失效數(shù)

2、T 儀器運(yùn)行臺(tái)數(shù)與運(yùn)行時(shí)間的乘積,5-4,浴盆曲線,早期故障 原因：設(shè)計(jì)不當(dāng)與工藝上的缺陷 措施：元器件篩選、老化和整機(jī)加速試驗(yàn),偶然故障期 原因：隨機(jī)因素影響 儀器最佳使用期，也是可靠性技術(shù)充分發(fā)揮作用的時(shí)期,耗損故障期 原因：元器件壽命 措施：按元器件壽命統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律，預(yù)先更換 預(yù)防性維護(hù)，可以延長(zhǎng)系統(tǒng)的實(shí)際使用壽命,儀器的平均失效率具有與元器件失效變化相同的規(guī)律,(t)(失效率),使用壽命期,0,t(時(shí)間),新浴盆曲線,初始期,衰老期,5-5,平均故障間隔時(shí)間 MTBF或稱為平均無(wú)故障時(shí)間(亦稱故障前平均時(shí)間)MTTF。 前者用來(lái)描述可修復(fù)的儀器 后者用于描述不可修復(fù)的儀器 一般情況下，

3、都用MTBF來(lái)表示，它與可靠率R(t)之間的關(guān)系為,平均修復(fù)時(shí)間和可用性,其中：N維修次數(shù) ti第i次修復(fù)所用時(shí)間,5-6,可靠性與經(jīng)濟(jì)性,可靠率與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系,5-7,二、可靠性的總體考慮,（一）設(shè)計(jì)過(guò)程 1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的進(jìn)程,2生產(chǎn)及使用過(guò)程,同時(shí),5-8,（二）、可靠性的分配方法,均等分配法 航空無(wú)線電公司分配法 達(dá)到的目標(biāo)是滿足下式： 式中： 系統(tǒng)總的失效率 分配給各分系統(tǒng)的失效率 根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)預(yù)計(jì)每個(gè)分系統(tǒng)的失效率i 計(jì)算加權(quán)因子Wr。加權(quán)因子由下式計(jì)算： 對(duì)每一個(gè)分系統(tǒng)分配失效率,5-9,舉例：一個(gè)系統(tǒng)由3個(gè)分系統(tǒng)組成。已知3個(gè)分系統(tǒng)的失效率分別為： =0.003， =0.001， =

4、0.004。該系統(tǒng)20h的可靠度規(guī)定為0.9，試?yán)煤娇諢o(wú)線電公司分配法進(jìn)行可靠性分配。,5-10,2 可靠性設(shè)計(jì),一、硬件可靠性設(shè)計(jì),（一）影響儀器可靠性的因素 元器件的可靠性 工藝 電路結(jié)構(gòu) 環(huán)境因素 人為因素,使用值 額定值,(t),1,2,5-11,（二）提高儀器可靠性的措施,元器件的選擇 （電阻器 、電容器 、集成電路芯片 ） 篩選 降額使用 可靠的電路設(shè)計(jì) 冗余設(shè)計(jì)包括并聯(lián)系統(tǒng)和串聯(lián)系統(tǒng)兩種形式,5-12,并聯(lián)、串聯(lián)系統(tǒng),并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度Rp為,串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度RS為,串并聯(lián)系統(tǒng),串并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度為,5-13,并串聯(lián)系統(tǒng),并串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度RSP為,5-14,環(huán)境設(shè)計(jì):主要有：溫

5、度保護(hù)；沖擊振動(dòng)保護(hù)；電磁干擾保護(hù)；其他環(huán)境方面的保護(hù)。 人為因素設(shè)計(jì):設(shè)計(jì)時(shí)人為因素考慮不周，造成日后儀器故障頻頻發(fā)生 對(duì)儀器進(jìn)行可靠性試驗(yàn):包括：天然暴露試驗(yàn)、高溫試驗(yàn)、低溫試驗(yàn)、潮濕試驗(yàn)、腐蝕試驗(yàn)、防塵試驗(yàn)、機(jī)械試驗(yàn)(包括振動(dòng)、碰撞、自由跌落與加速度試驗(yàn))、雷擊試驗(yàn)、防爆試驗(yàn)和電磁干擾試驗(yàn)等。,5-15,提高軟件可靠性的方法 認(rèn)真地進(jìn)行規(guī)范設(shè)計(jì) 可靠的程序設(shè)計(jì)方法 程序驗(yàn)證技術(shù) 提高軟件設(shè)計(jì)人員的素質(zhì) 消除干擾 增加試運(yùn)行時(shí)間,二、軟件可靠性設(shè)計(jì),5-16,3 可測(cè)試性概述,可測(cè)試性與可測(cè)試性設(shè)計(jì) 測(cè)試性要求 測(cè)試方案 可測(cè)試性設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn),5-17,可測(cè)試性 可測(cè)試性（Testabilit

6、y）是指產(chǎn)品能夠及時(shí)準(zhǔn)確地確定其自身狀態(tài)（如可工作，不可工作，性能下降等）和隔離其內(nèi)部故障的設(shè)計(jì)特性。 可測(cè)試性包括三個(gè)基本要素 : 可控制性(Controllability) 可觀測(cè)性(Observability) 可預(yù)見(jiàn)性(Predictability),一. 可測(cè)試性與可測(cè)試性設(shè)計(jì),5-18,可測(cè)試性設(shè)計(jì) (Design For Testability DFT) 是一種以提高產(chǎn)品測(cè)試性為目的的設(shè)計(jì)方法學(xué)。,5-19,二. 測(cè)試性要求,在盡可能少地增加硬件和軟件的基礎(chǔ)上，以最少的費(fèi)用使產(chǎn)品獲得所需的測(cè)試能力，簡(jiǎn)便、迅速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和診斷。 1 定性要求 （ 1 ）合理劃分產(chǎn)品單元。根據(jù)

7、維修級(jí)別的要求，把系統(tǒng)劃分為易于檢測(cè)和更換的兩個(gè)單元。 （ 2 ）合理設(shè)置測(cè)試點(diǎn)。 （ 3 ）合理選擇測(cè)試方法。綜合權(quán)衡，正確確定測(cè)試方案，根據(jù)具體情況選擇自動(dòng)、半自動(dòng)、人工測(cè)試、機(jī)內(nèi)、外部測(cè)試設(shè)備等。 （ 4 ）兼容性。盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)化的、通用的測(cè)試設(shè)備和附件。,5-20,2 定量要求 常用的測(cè)試性的定量指標(biāo)有故障檢測(cè)率、故障隔離率、虛警率等測(cè)試性參數(shù)。 （ 1 ）故障檢測(cè)率（ ）：被測(cè)試項(xiàng)目在規(guī)定時(shí)間內(nèi)發(fā)生的所有故障，在規(guī)定條件下，用規(guī)定的方法能夠正確檢測(cè)出的百分?jǐn)?shù)。即 式中 N T 在規(guī)定工作時(shí)間 T 內(nèi)發(fā)生的全部故障數(shù)； N D 在規(guī)定條件下用規(guī)定方法正確檢測(cè)出的故障數(shù)。,5-21,（

8、 2 ）故障隔離率（ ）： 被測(cè)試項(xiàng)目在規(guī)定時(shí)間內(nèi)已被檢出的所有故障，在規(guī)定條件下，用規(guī)定的方法能夠正確隔離到規(guī)定個(gè)數(shù)（ N L ）可更換單元以內(nèi)的百分?jǐn)?shù)。即 式中 N L 在規(guī)定條件下用規(guī)定方法正確隔離到 L 個(gè)可更換單元的故障數(shù),（ 3 ）虛警率（ ）： 虛警是指測(cè)試裝置或設(shè)備顯示被測(cè)項(xiàng)目有故障，而該項(xiàng)目實(shí)際無(wú)故障。虛警率是在規(guī)定期間內(nèi)，測(cè)試裝置、設(shè)備發(fā)生的虛警數(shù)與顯示的故障總數(shù)之比。 式中 N FA 測(cè)試裝置、設(shè)備發(fā)生的虛警數(shù)； N F 故障顯示總數(shù)。,5-22,優(yōu)點(diǎn)： 1提高故障檢測(cè)的覆蓋率； 2縮短儀器的測(cè)試時(shí)間； 3可以對(duì)儀器進(jìn)行層次化的逐級(jí)測(cè)試 4降低儀器的維護(hù)費(fèi)用。 問(wèn)題 1額

9、外的軟/硬件成本； 2系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)間增加。,三.可測(cè)試性設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)和問(wèn)題,5-23,RAM測(cè)試設(shè)計(jì) 1 ）固定模式測(cè)試 固定模式測(cè)試 RAM 的基本思想就是將可能出現(xiàn)的每一個(gè)數(shù)據(jù)，寫入要測(cè)試的 RAM 單元中，而后再讀出加以比較，判斷 RAM 工作是否可靠。對(duì)以字節(jié)編址的 RAM 單元，要寫入并讀出比較的數(shù)據(jù)從 00H 直到 FFH 共 256 個(gè)。 固定模式 RAM 自檢程序的主要缺點(diǎn)是：由于每次寫入要自檢 RAM 區(qū)的每一個(gè)存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)都是相同的，因此， RAM 的連橋故障將難以發(fā)現(xiàn)。同時(shí)，這種自檢程序的執(zhí)行時(shí)間較長(zhǎng)。,四.可測(cè)試性設(shè)計(jì)實(shí)例,5-24,RAM測(cè)試設(shè)計(jì) 2 ） 游動(dòng)模式自檢 這種方法有一個(gè)致命的弱點(diǎn)，就是這種自檢程序執(zhí)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。,四.可測(cè)試性設(shè)計(jì)實(shí)例,5-25,A/D,D/A測(cè)試,圖中，虛線框內(nèi)為待測(cè)試電路；測(cè)