1、第六章 可靠性预计,6.1 可靠性预计概述,可靠性预计：是在产品设计阶段到产品投入使用前，对其可靠性水平进行评估。这是一个由局部到整体、由小到大、由下到上的过程，是一个综合过程。 可靠性预计是产品可靠性从定性考虑转为定量考虑的关键，也是实施可靠性工程的基础。,一、可靠性预测的目的,(1)在确定任务和方案论证阶段，可靠性预计是判断论证方案的可靠性指标是否合理、是否可以实现的重要手段，也是优选满足可靠性要求总体设计方案的依据。(2)在技术设计阶段，设计人员可以从可靠性观点出发，发现工程设计中的薄弱环节及存在问题，及时采取改进措施，提高可靠性水平。(3)可靠性预计可以避免系统设计的盲目性。,熟悉系统
2、工艺流程，分析元件之间的物理关系和功能。根据系统和子系统、子系统和元件的功能关系，画出逻辑框图。确定元件的失效率或者不可靠度。建立数学模型。按元器件、子系统、系统顺序进行可靠性估计。 列出可靠性预计的参考数据。得出预计结论。,二、可靠性预计的步骤,三、可靠性预计的局限性,数据的收集方面预计技术的复杂性方面 可靠性预计的主要价值在于：它可以作为设计手段，对设计决策提供依据。,6.2元件计数法,这种方法仅适用于方案论证和早期设计阶段，只需要知道整个系统采用元器件种类和数量，就能很快地进行可靠性预计，以便粗略地判断某设计方案的可行性。若设系统所用元、器件的种类数为n，第i种元、器件数量为Ni，第i种
3、元器件的质量系数为 ，第i种元器件的失效率为 ，系统总的失效率为 ，则系统的失效率为,需要考虑的内容：,系统所用元件的种类及每种元器件的数量。各类元器件的数量等级。设备应用的环境类别。需要说明的是上式仅适用于整个系统在同一环境中使用。若元、器件的使用环境不同，同一种类的元、器件其应用失效率也不同，应分别加以处理，然后相加再求出总的失效率。,例：用元器件计数法预计某电子产品的MTBF，该产品所使用的元器件类型、数量及故障率如表：,1.上下限法（边值法） 基本思想：对于一些很复杂的系统，可采用直接推导的办法，即忽略一些次要因素，用近似数值来逼近系统可靠度真值，从而使繁琐的过程变得简单。,6.3 上
4、下限法,上、下限法尤其适合于难以用数学模型表示可靠性的复杂系统, 它不要求单元之间是相互独立的, 适用于热贮备和冷贮备系统, 也适用于多种目的和阶段工作的系统。,在工程应用中具体方法是: 首先假定系统中并联部分的可靠度为1, 从而忽略了它的影响,这样得到的系统可靠度显然是最高的, 这就是上限值; 其次假设并联单元不起冗余作用, 全部作为串联单元处理, 这时处理方法最为简单, 但得到的是系统的可靠度最低值, 这就是下限值; 然后, 逐步考虑某些因素以修正上述的上、下限值,最后通过综合公式得到系统的可靠度预计值。,(1)上限 的预计,当系统中的并联子系统可靠性很高时，可以认为这些并联部件或冗余部分
5、的可靠度都近似于1，而系统失效主要是由串联单元引起的，因此在计算系统可靠度的上限值时，只考虑系统中的串联单元。,系统应取m=2，即,当系统中的并联子系统的可靠性较差时，若只考虑串联单元则所算得的系统可靠度的上限值会偏高，因而应当考虑并联子系统对系统可靠度上限值的影响。但对于由3个以上的单元组成的并联子系统，一般可认为其可靠性很高，也就不考虑其影响。,当系统中的单元3与5，3与6，4与5，4与6，7与8中任一对并联单元失效，均将导致系统失效,R1R2 (F3F5+F3F6+F4F5+F4F6+F7F8),= -R1R2 (F3F5+F3F6+F4F5+F4F6+F7F8),写成一般形式为,m系统
6、中的串联单元数； 并联的两个单元同时失效而导致系统失效时，该两单元的失效概率之积，x一对并联单元同时失效而导致系统失效的单元对数,(2)下限 的预计,首先是把系统中的所有单元，不管是串联的还是并联的、贮备的，都看成是串联的。,第一次下限预计值：,在系统的并联子系统中如果仅有1个单元失效，系统仍能正常工作。有的并联子系统，甚至允许有2个、3个或更多的单元失效而不影响整个系统的正常工作。,如果在3与4，3与7，4与7，5与6，5与8，6与8的单元对中有一对(2个)单元失效，或3，4，7和5，6，8单元组中有一组(3个)单元失效，系统仍能正常工作。,第二次预计：考虑系统的并联子系统中有1个单元失效，
7、系统仍能正常工作的概率其一般式为：n- 系统单元数；q- 并联单元中一个元件故障发生后系统能正常工作的概率，此例q=6；Fj ,Rj- 并联单元中一个故障元件的故障率和可靠度。,第二次预计：考虑系统的任一并联子系统中有2个单元失效，系统仍能正常工作的概率其一般式为：式中，FK,KL- 并联单元中2个故障元件的故障概率； RK,RL-并联单元中2个故障元件的可靠度； p -并联单元中2个元件故障后系统能正常工作的状态数，本例p=2。,第二次下限预计值 ：,(3)按上、下限值综合预计系统的可靠度,上、下限值R上，R下的算术平均值 或 采用边值法计算系统可靠度时，一定要注意使计算上、下限的基点一致，
8、即如果计算上限值时只考虑了一个并联单元失效，则计算下限值时也必须只考虑一个单元失效；如果上限值同时考虑了一对并联单元失效，那么下限值也必须如此 。,6.4 数学模型法,根据组成系统的各单元间的可靠性数学模型,按概率运算法则, 预计系统的可靠度的方法, 是一种经典的方法。具体计算步骤为: 建立系统的可靠性逻辑框图及可靠性数学模型, 利用相应的公式, 依据已知条件求出系统的可靠度。,经典模型： 式中： - 第i 个单元可靠度，i=1,2，n； - 第i 个单元有效度，i=1,2，n。 单元若是设备或装置的某一分系统，最好能有分系统的可靠性数据，否则需要将其分解成更小的单元，直到最基本的零件、元件。
9、关于单元的可靠性数据可以运用以往积累的资料进行预计。资料来源于国家或企业的数据库、标准规范、参考资料、文献、外购件厂商数据、用户的调查、专门试验等。在设计中期和后期，则可按设计的详细资料对主要零部件或性能参数进行预计计算。,6.5 应力分析法,用于详细设计阶段电子设备的可靠性预计方法,已具备了详细的元器件清单、电应力比、环境温度等信息, 这种方法预计的可靠性比计数法的结果要准确些。由于元器件的故障率与其承受的应力水平及工作环境有极大的关系, 进入详细设计阶段, 取得了元器件种类及数量、质量水平、工作应力、产品的工作环境信息后, 即可用应力分析法结合元件计数法预计设备的可靠性。,用应力分析法预计
10、系统可靠性的一般步骤(1)明确系统及其故障的定义；(2)画出系统可靠性框图；(3)列出系统可靠性表达式；(4)列出元、器件清单，指出其规格和数量，特殊的工作条件和环境条件，基本故障率等；(5)确定各示、器件，零件的基本故障率； (6)计算各部件、系统的故障率、可靠度等。,进行元器件失效率预计的基本方法是先查进本失效率 ，然后考虑实际使用条件下的影响因素而引入相应的修正系数K（称为系数），对其基本失效率进行修正。考虑的影响因素越周到，越符合实际情况，失效率的预计就越准确。计算故障率的公式为： 故障树/式中： 为基本故障率； 为环境因子； 为质量因子； 为电流额定值因子； 为应用因子； 为电压应力因子； 为配置因子。,上述各种因子可以查GJB299-88。把每种元器件的故障率计算出后，利用元件计数法，求得系统的故障率 ：式中： 为第i种元器件的故障率； 为第i种元器件的数量； 为系统中元器件种类数。 系统的MTBFs,
