1、5-1,第五章 智能仪器可靠性与可测试性设计,主要内容： 可靠性概述 可靠性设计 可测试性概述,5-2,1 可靠性概述,可靠率是指在规定条件下和规定时间内智能仪器完成所规定任务的成功率。 R(t)= S(t)/N 其中：N仪器总台数S(t)正常工作台数,一、可靠性的基本概念,5-3,一、可靠性的基本概念,失效率也称瞬时失效率或称故障率，是指智能仪器运行到t时刻后单位时间内发生故障的智能仪器台数与t时刻完好智能仪器台数之比。 将上式写成微分形式得：理论上， 是不随时间变化的 对上式积分得：可见，其符合指数规律。当某一时间的可靠性R(t)已知时失效率也可用下式计算：=/T 其中：仪器失效数 T 仪
2、器运行台数与运行时间的乘积,5-4,浴盆曲线,早期故障 原因：设计不当与工艺上的缺陷措施：元器件筛选、老化和整机加速试验,偶然故障期 原因：随机因素影响仪器最佳使用期，也是可靠性技术充分发挥作用的时期,耗损故障期 原因：元器件寿命措施：按元器件寿命统计分布规律，预先更换预防性维护，可以延长系统的实际使用寿命,仪器的平均失效率具有与元器件失效变化相同的规律,(t)(失效率),使用寿命期,0,t(时间),新浴盆曲线,初始期,衰老期,5-5,平均故障间隔时间 MTBF或称为平均无故障时间(亦称故障前平均时间)MTTF。前者用来描述可修复的仪器后者用于描述不可修复的仪器 一般情况下，都用MTBF来表示
3、，它与可靠率R(t)之间的关系为,平均修复时间和可用性,其中：N维修次数 ti第i次修复所用时间,5-6,可靠性与经济性,可靠率与经济性的关系,5-7,二、可靠性的总体考虑,（一）设计过程 1系统设计的进程,2生产及使用过程,同时,5-8,（二）、可靠性的分配方法,均等分配法 航空无线电公司分配法 达到的目标是满足下式：式中： 系统总的失效率分配给各分系统的失效率根据先验知识预计每个分系统的失效率i计算加权因子Wr。加权因子由下式计算：对每一个分系统分配失效率,5-9,举例：一个系统由3个分系统组成。已知3个分系统的失效率分别为： =0.003， =0.001， =0.004。 该系统20h的
4、可靠度规定为0.9，试利用航空无线电公司分配法进行可靠性分配。,5-10,2 可靠性设计,一、硬件可靠性设计,（一）影响仪器可靠性的因素 元器件的可靠性工艺电路结构环境因素人为因素,使用值 额定值,(t),1,2,5-11,（二）提高仪器可靠性的措施,元器件的选择 （电阻器 、电容器 、集成电路芯片 ）筛选 降额使用 可靠的电路设计 冗余设计包括并联系统和串联系统两种形式,5-12,并联、串联系统,并联系统的可靠度Rp为,串联系统的可靠度RS为,串并联系统,串并联系统的可靠度为,5-13,并串联系统,并串联系统的可靠度RSP为,5-14,环境设计:主要有：温度保护；冲击振动保护；电磁干扰保护；
5、其他环境方面的保护。 人为因素设计:设计时人为因素考虑不周，造成日后仪器故障频频发生 对仪器进行可靠性试验:包括：天然暴露试验、高温试验、低温试验、潮湿试验、腐蚀试验、防尘试验、机械试验(包括振动、碰撞、自由跌落与加速度试验)、雷击试验、防爆试验和电磁干扰试验等。,5-15,提高软件可靠性的方法 认真地进行规范设计 可靠的程序设计方法程序验证技术提高软件设计人员的素质消除干扰增加试运行时间,二、软件可靠性设计,5-16,3 可测试性概述,可测试性与可测试性设计 测试性要求 测试方案 可测试性设计优点,5-17,可测试性 可测试性（Testability）是指产品能够及时准确地确定其自身状态（如
6、可工作，不可工作，性能下降等）和隔离其内部故障的设计特性。可测试性包括三个基本要素 : 可控制性(Controllability) 可观测性(Observability) 可预见性(Predictability),一. 可测试性与可测试性设计,5-18,可测试性设计(Design For Testability DFT) 是一种以提高产品测试性为目的的设计方法学。,5-19,二. 测试性要求,在尽可能少地增加硬件和软件的基础上，以最少的费用使产品获得所需的测试能力，简便、迅速、准确地实现检测和诊断。 1 定性要求 （ 1 ）合理划分产品单元。根据维修级别的要求，把系统划分为易于检测和更换的两个
7、单元。 （ 2 ）合理设置测试点。 （ 3 ）合理选择测试方法。综合权衡，正确确定测试方案，根据具体情况选择自动、半自动、人工测试、机内、外部测试设备等。 （ 4 ）兼容性。尽可能选用标准化的、通用的测试设备和附件。,5-20,2 定量要求 常用的测试性的定量指标有故障检测率、故障隔离率、虚警率等测试性参数。 （ 1 ）故障检测率（ ）：被测试项目在规定时间内发生的所有故障，在规定条件下，用规定的方法能够正确检测出的百分数。即 式中 N T 在规定工作时间 T 内发生的全部故障数； N D 在规定条件下用规定方法正确检测出的故障数。,5-21,（ 2 ）故障隔离率（ ）： 被测试项目在规定时间
8、内已被检出的所有故障，在规定条件下，用规定的方法能够正确隔离到规定个数（ N L ）可更换单元以内的百分数。即 式中 N L 在规定条件下用规定方法正确隔离到 L 个可更换单元的故障数,（ 3 ）虚警率（ ）： 虚警是指测试装置或设备显示被测项目有故障，而该项目实际无故障。虚警率是在规定期间内，测试装置、设备发生的虚警数与显示的故障总数之比。 式中 N FA 测试装置、设备发生的虚警数；N F 故障显示总数。,5-22,优点： 1提高故障检测的覆盖率； 2缩短仪器的测试时间； 3可以对仪器进行层次化的逐级测试 4降低仪器的维护费用。问题 1额外的软/硬件成本； 2系统设计时间增加。,三.可测试
9、性设计优点和问题,5-23,RAM测试设计 1 ）固定模式测试 固定模式测试 RAM 的基本思想就是将可能出现的每一个数据，写入要测试的 RAM 单元中，而后再读出加以比较，判断 RAM 工作是否可靠。对以字节编址的 RAM 单元，要写入并读出比较的数据从 00H 直到 FFH 共 256 个。 固定模式 RAM 自检程序的主要缺点是：由于每次写入要自检 RAM 区的每一个存储单元的数据都是相同的，因此， RAM 的连桥故障将难以发现。同时，这种自检程序的执行时间较长。,四.可测试性设计实例,5-24,RAM测试设计 2 ） 游动模式自检 这种方法有一个致命的弱点，就是这种自检程序执行时间过长。,四.可测试性设计实例,5-25,A/D,D/A测试,图中，虚线框内为待测试电路；测试信号生成电路负责产生系统测试需要的测试信号；模拟开关控制电路的工作状态：测试状态或者正常工作状态；微处理器负责测试控制以及测试结果的处理和显示。,5-26,思考题,1.若3个可靠度为0.9的仪器部件串联构成系统，系统的可靠度为多少？若并联构成系统，系统的可靠度又为多少？ 6-7 7-1,
