可靠性的技术的应用及其评价方法.docx

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1、牢靠性的技术的应用及其评价方法2007-07-0222:34:05|分类：学问仓储|标签：|字号大中小订阅一、牢靠性评价分析技术的应用由于设计阶段对产品的牢靠性将起到奠基作用，故在设计过程中，应不断对产品的牢靠性进行定性和定量的评价分析)以便准时了解产品的牢靠性指标是否有了保证，所实行的各种牢靠性设计措施是否有效，有效程度如何，设计中是否还存在薄弱环节和潜在缺陷，产品在今后使用中可能会发生什么样的故障，以及故障一旦发生时，其影响和危害程度如何等等。弄清以上问题将有助于准时发觉缺陷，准时改进设计，防止“带病”投产，保证预定的牢靠性指标得到满意。下面介绍几种主要的评价分析技术的应用：1 .牢靠性估

2、计与安排牢靠性估计是在设计阶段，依据设计中所选用的电路程式、元器件、牢靠性结构模型、工作环境、工作应力以及过去积累的统计数据，推想产品可能达到的牢靠性水平。估计的目的不是在于了解在什么时候将发生什么样的失效，而是在于从设计开头就实行措施以防止失效的发生，并用定量的方法评价牢靠性设计的效果。牢靠性安排是将牢靠性指标或估计所能达到的目标值加以分解，用科学的方法，合理安排给分系统、设施、部件直至各元器件和每一个连接点、焊接点，以保证牢靠性既定目标得以实现。通过安排，不仅可以层层落实设计指标，还可发觉设计的薄弱环节和尚能挖掘的潜力。牢靠性估计的方法一般有相像设施法、相像电路法。有源器件法、元器件计数法

3、及元器件应力分析法等，它们分别适用于不同的设计阶段：当产品处于方论证阶段时，可用相像设施法、相像电路法、有源器件法等快速估计法进行可行性估计，以评价设计方案的可行性；当产品处于早期的具体设计阶段时，可用元器件计数法进行初步设计估计，以了解元器件的初步选择是否恰当，并为牢靠性安排打下估计的基础，而当产品处于具体设计阶段的中期和后期，可用元器件应力分析法进行具体的设计估计，以便准时发觉设计的薄弱环节或潜在力量，准时改进设计，以期达到优化设计的目的。下面就三种估计方法作一些简略的介绍：(1)有源器件法所谓有源器件法，即按设施为完成规定功能所需的串联有源器件的数目估计设施失效的方法。估计公式为入s=N

4、*K(11.1)式中：入s-设施的估计失效率；N-串联有源器件的数目；K一各种设施中每个有源器件的失效率。(2)元器件计数法所谓元器件计数法就是依据组成设施的各类元器件的通用失效率及其使用数量，来估计设施失效率的方法。(3)元器件应力分析法估计元器件应力分析法估计是考虑了温度、电应力、环境条件、元器件选用及电路等状况对元器件失效率的影响，先估计各个元器件在上述诸因素影响下的失效率，然后再估计设施总的失效率的一种方法。除微电子器件外，绝大多数电子元器件的工作失效率估计公式为：p=b(EQ)(11.3)式中：p-元器件的工作失效率；b-元器件的基本失效率；E-环境修正系数；Q-元器件质量修正系数；

5、n-考虑其它附加影响的修正系数。在进行应力分析法牢靠性估计时，需要对每个元器件给出失效率和各修正系数的数值。为此，我们国家电子产品牢靠性数据交换网编制了我们国家的电子设施牢靠性估计手册，并且已经列入军用标准GJB299-87,可以作为我们国家电子设施牢靠性估计的依据。进行牢靠性估计时，尤其是进行应力分析法估计时，要进行大量繁杂的计算，最宜于采纳计算机帮助分析和计算。牢靠性安排一般分为两大类，一类是无约束条件，单纯从牢靠性指标动身进行安排；另一类是有约束条件，即以体积、重量、成本等为约束条件进行最优化牢靠性安排。等分法即是平均安排法，适用于由完全相同的单元电路构成的串联系统、安排公式为：i=sm

6、(11.4)式中：入i-第i分系统的失效率；入s-系统的失效率；m-分系统的数目。AGREE安排法是由美国电子设施牢靠性顾问团提出的一种安排方法。它考虑了组成系统的每个单元的简单度和重要度。这种安排的基本观点是：越是简单的单元越简单失效，安排给它的失效率应当大一些。越是重要的单元越不盼望它失效，故安排给它的失效率应当小一些。亦即安排时每个单元的失效率应当是加权的，加权因子C应当与单元的简单度成正比，与单元的重要度成反比，于是AGREE方法的安排公式为：i=(niTs)(NWiti)(11.5)式中：ni-第i单元的元器件数；N-系统的元器件总数，ni/N表示第i单元的简单度；W第i单元的重要度

7、；T-系统的任务周期；ti第i单元在任务周期内的工作时间；入s-系统的失效率。2 .失效模式、效应与危害度分析失效模式、效应与危害度分析简称FMEC。它是一种广泛适用于电子、电器以及机械设施的牢靠性评价分析技术。是通过对所设计的系统的各组成单元可能发生的各种失效模式对系统功能的影响及其危害程度的分析，尽早发觉问题、准时实行对策、改进设计，以保证产品的牢靠性。失效模式是指元器件、零部件或产品失效的表现形式。失效模式一般是能被观看到的一种失效现象。各种失效模式对设施或系统产生的后果及其严峻程度称之为效应及严酷度。效应又分为局部效应和最终效应。表11.1列出了常用严酷度等级及其损坏概率。依据等级及损

8、坏概率，表11.1等级程度损坏概率IV可能导致系统功能全部丢失，给系统和四周环境造成重大损失，或(和)造成人身伤亡事故。IIII可能导致系统功能全部丢失，从而给系统和环境造成重大破坏，但不造成人身伤亡事故。0.5II 导致系统功能下降，但对系统和人不会造成损害事故。0.1I导致系统功能下降，但对系统和环境不造成损害，对人员无害。0不仅可以定性地判别哪些失效模式危害度最高，而且还可以进一步足量地计算每种失效模式的危害度。3 .失效树分析失效树分析简称FTAoFTA也是一种广泛适用于电子、电器以及机械设施的牢靠性评价分析技术。它是在系统设计过程中通过对系统可能造成失效的各种因素(包括硬件、软件、环

9、境、人为因素等)进行分析，画出规律框图(即失效树)，从而确定系统失效缘由的各种可能组合方式及其发生概率，进而计算出系统的失效概率，以便实行相应的订正措施，提高系统的牢靠性。失效树分析可以是定行的，也可以是定量的。顾名思义，失效树，就是一种树状的规律因果关系图。它是一系列大事符号和规律门符号，描述系统中各种大事之间的因果关系。规律门的输入大事是输出大事的“因”，而输出大事是输入大事的“果”。它由顶大事、中间大事、底大事和规律或门、规律与门等符号组成。失效树分析法的一般步骤如下：(1) 了解系统，确定顶大事：(2)建筑失效树，并加以简化和法律规范化；(3)定性分析：确定失效树的最小割集；(4)收集

10、定量分析用的数据，如底大事的失效概率、失效率、修理率等；(5)定量分析：计算顶大事的发生概率和系统牢靠度、评价顶大事的严峻性与危害度，计算底大事和最小割集的重要度等；6)确定薄弱环节和关键元部件。改进系统的牢靠性、平安性；(7)进行技术经济分析，作方案比较与决策等。4 .牢靠性增长试验各项牢靠性设计技术应用后，电子产品所达到的牢靠性估计值还是纸面上的。依据设计方案研制出来的样机，其牢靠性初始值往往只有设计时已达到的估计值的1030%。这是由于所设计的产品总会存在着事先意想不到的初期设计缺陷、工程缺陷以及制造上的各种缺陷，设计时所选用的元器件也可能不完全合适。缺陷虽不肯定是故障，但它的存在及进展

11、迟早能引起故障，故在牢靠性工程中，除了应用前面所述FMECA和FTA等分析方法，还必需采纳牢靠性增长试验的方法，也即是给样机施加肯定的应力。强迫暴露设计缺陷，使缺陷变成故障，并对故障进行认真分析，找出故障机理，通过进行再设计，来系统地、永久地消退故障机理，阻挡同样的故障再度消失。这个试验一分析一改进(简称TAAF)的过程，就是牢靠性增长过程或称为牢靠性增长试验过程。这个过程每每进行一次，样机的牢靠性就增值一次，经过多次反复，直到实现设计的固有牢靠性。牢靠性增长试验既适用于设计研制和生产定型阶段，也适用于批量生产阶段。但重点是在设计研制和生产定型之前进行，由于那时的产品尚处于可以再设计阶段，比起

12、投入批量生产以后的产品，在设计上作出修改的困难程度和所需费用都将小得多。为了在牢靠性增长试验活动中能严密地、有效地监控和跟踪牢靠性的变动状况，有必要把牢靠性增长定量化。由于牢靠性增长活动是对产品不断进行试验和实行乐观的改进活动，因此，反映产品质量的母体水平也在不断变动之中，所以牢靠性增长的定量化需要应用变动母体的统计分析方法，这就是牢靠性增长的数学模型。它是一个作为时间函数的数学公式来表示增长过程中产品的牢靠度，用以往各次增长试验的数据(可以来自不同母体)，拟合出牢靠性增长的数学模型，用以表达产品的增长规律，估量当前的牢靠性水平，猜测以后可能达到的牢靠性水平，所以它是增长试验的重要工具。目前已

13、提出的有10余种牢靠性增长模型。产品的牢靠性增长程度取决于通过增长试验是否能把设计和制造中的潜在缺陷暴露出来，以及对这些缺陷的分析和改进程度。二、牢靠性设计程序为了使牢靠性设计工作的基本要求、基本内容在设计过程中能有方案、有步骤地落实下去，便于随时进行检查、监督和掌握，有必要把牢靠性设计的任务和内容编写成工作程序，作为设计阶段的一项质量保证措施。它分为调查讨论、总体方案的确定、设计研制、设计定型和生产定型五个阶段：在调查讨论阶段，主要是在收集资料的基础上确定牢靠性指标；在总体方案确定阶段，则要确定应实行的牢靠性设计措施，并进行牢靠性估计和安排；在设计研制阶段，主要是应用特地的牢靠性设计技术进行

14、专题牢靠性设计；而在定型阶段，主要是进行牢靠性增长试验和鉴定试验。三、牢靠性设计评审中国牢靠性1 .开展牢靠性设计评审的必要性所谓牢靠性设计评审，即是在产品设计过程中的肯定阶段或在设计基本完成时，组织有关方面的专业技术人员，对牢靠性设计工作进行审查和评定。它是以集体的才智来弥补设计者的不足，使设计的方案和内容更臻于合理和完善。因此，它既是牢靠性设计过程一项必要的管理内容，又是进一步提高牢靠性的一项有效而又经济的措施。2 .评审方法(1)评审人员牢靠性设计怦审通常采纳由评审小组集体评审的方法。评审小组应由总工程师、产品设计师、牢靠性工程师、质量师、工艺师、部品工程师、经销员、成本核算员、方案员和

15、标准化人员等组成。他们的任务见表11.2o表11.2参与者人数任务总工程师I名主持会议、参与怦审、作出裁定。牢靠性师12名参与评审、整理评审报告。质量师工艺师部品师设计师经销员方案员标准化员经济员车间代表I名12名I名若干名I名I名I名I名I名参与评审、介绍样机试验状况。参与评审、介绍产品可生产性状况参与评审、介绍新选用零件认定状况参与评审、汇报设计过程、解答问题。参与评审、反映用户使用意见及要求。参与评审、介绍没计方案进度状况参与评审、介绍该产品标准化状况。参与评审、介绍研制费用，产品成本。参与评审、介绍试制或试生产状况。(2)评审程序初审在总体方案制订阶段进行，主要是对总体方案、关键元器件试验、初步的估计和安排进行评审。复审在样机设计阶段进行，主要对元器件的应力分析及估计，失效模式、影响及致命度分析和样机试验状况进行评审。终审(I)在设计定型阶段进行