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1、北京航空航天大学工程系统工程系 可靠性预计 Reliability Prediction 1Reliability Prediction 课程内容 o可靠性预计的目的、用途与分类 o可靠性预计的程序 o单元可靠性预计 o系统可靠性预计 o不同研制阶段可靠性预计方法的选取 o可靠性预计的特点与注意事项 2Reliability Prediction 目的、用途 o可靠性预计目的与用途 n评估系统可靠性，审查是否能达到要求的可靠性指 标。 n在方案论证阶段，通过可靠性预计，比较不同方案 的可靠性水平，为最优方案的选择及方案优化提供 依据。 n在设计中，通过可靠性预计，发现影响系统可靠性 的主要因素
2、，找出薄弱环节，采取设计措施，提高 系统可靠性。 n为可靠性分配奠定基础。 3Reliability Prediction 分类 o根据战术技术中可靠性的定量要求 n基本可靠性预计 n任务可靠性预计（任务剖面、工作时间及功能特性 等） o不可修产品 o可修产品 o从产品构成角度分析： n单元可靠性预计（元件、部件或设备等 ） n系统可靠性预计 返回 4Reliability Prediction 系统可靠性预计程序 o程序 n明确系统定义 n明确系统的故障判据 n明确系统的工作条件 n绘制系统的可靠性框图 n建立系统可靠性数学模型 n预计各单元、设备的可靠性 n根据系统可靠性模型预计基本可靠性
3、或任务可靠性 返回 5Reliability Prediction 单元可靠性预计 o说明 n系统可靠性是各单元可靠性的概率综合 n单元可靠性预计是系统可靠性预计的基础 n直接预计系统各单元的故障率或可靠度 o常用的单元可靠性预计方法： n相似产品法 n评分预计法 n应力分析法 n故障率预计法 n机械产品可靠性预计法 返回 6Reliability Prediction 相似产品法 o方法说明 n相似产品法就是利用与该产品相似的现有成熟产品 的可靠性数据来估计该产品的可靠性。成熟产品的 可靠性数据主要来源于现场统计和实验室的试验结 果。 o相似产品法考虑的的相似因素一般包括 n产品结构、性能的
4、相似性 n设计的相似性 n材料和制造工艺的相似性 n使用剖面(保障、使用和环境条件) 的相似性 7Reliability Prediction 相似产品法 o预计过程 n确定相似产品 n分析相似因素对可靠性的影响 n确定相似系数 n新产品可靠性预计 8Reliability Prediction 相似产品法 o示例 n某型号导弹射程为3500km，已知飞行可靠性指标 为0.8857，各分系统可靠性指标为：战斗部： 0.99、安全自毁系统：0.98、弹体结构：0.99、 控制系统：0.98、发动机：0.9409。为了将导弹 射程提高到5000km，对发动机采取了三项改进措 施： n采用能量更高的
5、装药； n发动机长度增加1m； n发动机壳体壁厚由5mm减为4.5mm。 n试预计改进后的导弹飞行可靠性。 返回 9Reliability Prediction 相似产品法 o示例 n分析计算 o壁厚减薄会使壳体强度下降，会使燃烧室的可靠 性下降影响发动机的可靠性。 o相似系数d = 9.412106/（9.806106） n发动机的可靠性 o R = 0.9409d = 0.9033 返回 10Reliability Prediction 评分预计法 o方法说明 n在可靠性数据非常缺乏的情况下(可以得到个别产品 可靠性数据)，通过有经验的设计人员或专家对影响 可靠性的几种因素评分，对评分进行
6、综合分析而获 得各单元产品之间的可靠性相对比值，再以某一个 已知可靠性数据的产品为基准，预计其他产品的可 靠性。 n时间基准：系统工作时间（一般） 11Reliability Prediction 评分预计法 o评分因素 、评分原则 n以产品故障率为预计参数，各种因素评分值范围为 110，评分越高说明可靠性越差。 o复杂度它是根据组成单元的元部件数量以及 它们组装的难易程度来评定。 o技术发展水平根据单元目前的技术水平的成 熟来评定。 o工作时间根据单元工作的时间来评定（前提 是以系统的工作时间为时间基准 ）。 o环境条件根据单元所处的环境来评定。 12Reliability Predicti
7、on 评分预计法 o方法原理 13Reliability Prediction 评分预计法 o示例 n某飞行器由动力装置、武器等六个分系统组成。已 知制导装置故障率284.510-6，试用评分法求得 其它分系统的故障率。 n计算表格 返回 序号 单元名称 复杂度技术水 平 工作时 间 环境条 件 各单元 评分数 各单元评 分系数 单元的故障 率10-6 1动力装置56557500.385.4 2武器761028400.33695.6 3制导装置10105525001.0284.5 4 飞行控制 装置 885722400.896254.9 5机体421086400.25672.8 6 辅助动力
8、装置 65557500.385.4 14Reliability Prediction 应力分析法 o方法说明 n用于产品详细设计阶段的电子元器件失效率预计。 n对某种电子元器件在实验室的标准应力与环境条件 下，通过大量的试验，并对其结果统计而得出该种 元器件 的“基本失效率”。 n在预计电子元器件工作失效率时，应根据元器件的 质量等级、应力水平、环境条件等因素对基本失效 率进行修正。 n电子元器件的应力分析法已有成熟的预计标准和手 册。 15Reliability Prediction 应力分析法 o失效率模型 n晶体管和二极管的失效率计算模型（GJB299） 16Reliability Pr
9、ediction 应力分析法 o应力分析法表格 编号型号规 格 元器件类别 数量N 质量等 级 各系 数 b (10-6/h) 工作失效率（10-6/h ） pNp 17Reliability Prediction 应力分析法 o预计要求 n预计依据的选取 n预计环境的选取 n预计温度的选取 oTJ=TA+20（二极管） oTJ =TA+30（三极管） oTJ =TA+30（集成电路） n降额系数的选取 n质量系数的选取 18Reliability Prediction 应力分析法 o举例 n数字电路54LS00为国产器件，质量等级为B1，环 境类别为AIF，计算该器件的工作失效率。 n计算步
10、骤 o国产器件，使用GJB/Z 299B-98 o双极型数字电路，查GJB/Z 299B-98的表 5.1.1.1-1，得失效率模型 o质量等级为B1，查GJB/Z 299B-98的表 5.1.1.1-3，得质量系数Q=0.5 o环境类别为AIF，查GJB/Z 299B-98的表 5.1.1.1-2，得环境系数E=17 19Reliability Prediction 返回 应力分析法 o举例 n计算步骤 o查GJB/Z 299B-98的表5.1.1.1-4，得成熟系 数L=1.0 o查GJB/Z 299B-98的表5.1.1.1-8，得温度系 数T=1.35 o查GJB/Z 299B-98的
11、表5.1.1.1-15，得电路复 杂度失效率C1=0.074，C2=0.005 o查GJB/Z 299B-98的表5.1.1.1-28，得封装复 杂度C3=0.083 20Reliability Prediction 返回 应力分析法 o举例 n计算步骤 o查GJB/Z 299B-98的表5.1.1.1-12，得电压应 力系数V=1.0 o工作失效率 o P =QC1TV+(C2+C3)EL =0.779725(10-6/h) 21Reliability Prediction 故障率预计法 o方法说明 n主要用于非电子产品的可靠性预计，其原理与电子 元器件的应力分析法基本相同 。 n对于非电子
12、产品可考虑降额因子D和环境因子K对失 效率的影响。 n非电子产品的工作失效率为： n目前尚无正式可供查阅的数据手册。 返回 22Reliability Prediction 机械产品可靠性预计方法 o方法说明 n对机械类产品而言，它具有一些不同于电子类产品 的特点，诸如： o许多机械产品是为特定用途单独设计的，通用性 不强，标准化程度不高； o机械产品的故障率通常不是常值，其设备的故障 往往是由于耗损、疲劳和其他与应力有关的故障 机理造成。 o机械产品的可靠性与电子产品可靠性相比对载荷 、使用方式和利用率更加敏感。 23Reliability Prediction 机械产品可靠性预计方法 o方
13、法说明 n看起来很相似的机械部件，其故障率往往是非常分 散的。 n用数据库中已有的统计数据进行预计，其精度是无 法保证的。 n目前预计机械产品可靠性尚没有相当于电子产品那 样通用、可接受的方法。 n现阶段参考： o机械设备可靠性预计程序手册(草案) o非电子零部件可靠性数据(NPRD-3) 24Reliability Prediction 修正系数法 o基本思路 n将机械产品分解到零件级，有许多基础零件是通用 的。 o将机械零件分成密封件、弹簧、电磁铁、阀门、 轴承、齿轮和花键、作动器、泵、过滤器、制动 器和离合器等十类。 n对诸多零件进行失效模式及影响分析，找出其主要 失效模式及影响这些模式
14、的主要设计、使用参数， 通过数据收集、处理及回归分析，可以建立各零件 失效率与上述参数的数学函数关系。 25Reliability Prediction 相似产品类比论证法 o基本思路 n根据仿制或改型的类似国内外产品已知的故障率， 分析两者在以下方面的差异 o组成结构 o使用环境 o原材料 o元器件水平 o制造工艺水平 n通过专家评分给出各修正系数，综合权衡后得出一 个故障率综合修正因子 D: 返回 26Reliability Prediction 系统可靠性预计概念与分类 o系统可靠性预计概念 n系统可靠性预计是以组成系统的各单元产品的预计 值为基础，根据系统可靠性模型，对系统可靠性进 行
15、预计。 n系统可靠性预计必须注意时间基准的问题。 o系统可靠性预计分类 n基本可靠性预计 n任务可靠性预计 o任务期间不可修系统的任务可靠性预计 o任务期间可修系统的任务可靠性预计 27Reliability Prediction 基本可靠性预计的一般方法 o串联模型关系 n系统组成单元之间相互独立 n各单元均服从指数分布 28Reliability Prediction 元件计数法 o方法说明 n适用于电子设备方案论证阶段和初步设计阶段，元器 件的种类和数量大致已确定，但具体的工作应力和环 境等尚未明确时，对系统基本可靠性进行预计。 n基本原理是对元器件“通用失效率”的修正。 n计算模型 P
16、i = GiQiNi 29Reliability Prediction 元器件计数法预计表 元件计数法 o预计表格 编号元器件类别 数量N 质量 等级 质量系数 Q G (10-6/h) NG (10-6/h) 30Reliability Prediction 元件计数法 o举例 n某电子设备由4个调整二极管、2个合成电阻器、4 个云母电容器组成，所有器件都是国产的，质量等 级都是B1。设备的工作环境为战斗机座舱。计算该 设备的基本可靠性。 n计算步骤 o国产器件，使用GJB/Z 299B-98 o确定设备的工作环境类别：AIF o确定元器件的种类：调整二极管、合成电阻器、 云母电容器； o确定元器件的质量等级，全部为B1 31Reliability Prediction 元件计数法举例 o举例 n计算步骤 o查GJB/Z 299B-98中的表5.2-15、表5.2-17 、表5.2-18，确定元器件的通用失效率 o查GJB/Z 299B-98中的表5.2-24、表5.2-25 ，确定元器件的质量
