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1、2019/2/28,Reliability Prediction,1,第六讲 可靠性预计 Reliability Prediction,2019/2/28,Reliability Prediction,2,可靠性预计,可靠性预计概念 可靠性预计是在设计阶段对系统可靠性进行定量的评估，是根据历史的产品可靠性数据、系统的构成和结构特点、系统的工作环境等因素估计组成系统的元器件、部件及系统可靠性。 系统的可靠性预计是根据组成系统的元件、部件的可靠性来估计的，是一个自下而上，从局部到整体、由小到大的一种系统综合过程。 可靠性预计目的、用途与分类 可靠性预计的程序(国军标：GJB813-90) 单元可靠
2、性预计 系统可靠性预计 可靠性预计的特点与注意事项 不同研制阶段可靠性预计方法的选取,2019/2/28,Reliability Prediction,3,目的、用途与分类,可靠性预计目的与用途 评估系统可靠性，审查是否能达到要求的可靠性指标； 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； 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，找出薄弱环节，采取设计措施，提高系统可靠性； 为可靠性增长试验、验证及费用核算等方面的研究提供依据。 可靠性预计的分类 可靠性预计分为： 基本可靠性预计 任务可靠性预计,返回,单元可靠性预计 系统可靠性
3、预计,2019/2/28,Reliability Prediction,4,可靠性预计程序,可靠性预计程序 明确系统定义：包括说明系统功能、系统任务和系统各组成的接口； 明确系统的故障判据； 明确系统的工作条件； 绘制系统的可靠性框图，可靠性框图绘制到最低一级功能层次； 建立系统可靠性数学模型； 预计各单元设备的可靠性； 根据系统可靠性模型预计其的基本可靠性或任务可靠性 可靠性预计结果为可靠性分配提供依据，当实际系统有变动时，进行可靠性再预计、再分配，直到满意结果为止。,返回,2019/2/28,Reliability Prediction,5,单元可靠性预计,单元可靠性预计 直接预计系统各单
4、元的故障率或可靠度。系统是由许多单元组成，系统可靠性是各单元可靠性概率综合。因此，单元可靠性预计是系统可靠性预计的基础。 单元可靠性预计方法 相似产品法 评分预计法 电子元器件法 元件记数法 应力分析法 各研制阶段可靠性预计方法的选取,2019/2/28,Reliability Prediction,6,相似产品法,相似产品法 相似产品法就是利用与该产品相似的已有的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。 相似产品法考虑的的相似因素一般包括 ： 产品结构、性能的相似性； 设计的相似性 ； 材料和制造工艺的相似性 ； 使用剖面(保障、使
5、用和环境条件) 的相似性 。 相似产品法的预计程序： 确定相似产品 分析相似因素为可靠性的影响 确定相似系数 d 新产品可靠性预计：新产品故障率= d 老产品故障率,2019/2/28,Reliability Prediction,7,相似产品法示例,相似产品法示例 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： 采用能量更高的装药： 发动机长度增加1m； 发动机壳体壁厚由5mm减为4.5m
6、m。 试预计改进后的导弹飞行可靠性 。 解 新的导弹与原来的导弹十分相似，其区别就在发动机。根据经验，唯有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。因此，可粗略地认为发动机的可靠性是与壳体强度成正比。经计算，原发动机壳体的结构强度为9.806106Pa，现在发动机壳体的结构强度为9.412106Pa，则 d=9.412106/9.806106； 发动机的可靠性 R=0.9409(9.412106/9.806106)=0.9033,返回,2019/2/28,Reliability Prediction,8,评分预计法,评分预计法 评分预计法是在可靠性数据非常缺乏的情况下
7、，根据复杂程度，技术发展水平，工作时间等因素对各单元产品可靠性的影响差异，而有专家评分得出各单元的故障率/MTBF/可靠度的相对系数，从而预计各单元的可靠性。 评分因素 ： 复杂度、技术发展水平，工作时间，环境条件。 评分原则 ： 各种因素评分值范围为：110，评分越高说明可靠性越差。 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，最简单的评1分，最复杂的评10分。 技术发展水平根据单元目前的技术水平的成熟来评定，水平最低的评10分，水平最高的评1分。 工作时间根据单元工作的时间来评定。系统工作时，单元一直工作的评10分，工作时间最短的评1分。 环境条件根据单元所处的环境来评
8、定，单元工作过程中会经受极其恶劣和严酷的环境条件的班次10分，环境条件最好评1分。,2019/2/28,Reliability Prediction,9,评分预计法,评分法可靠性预计,2019/2/28,Reliability Prediction,10,评分预计法示例,评分预计法注意事项 时间基准、基准单元、预计参数。 评分预计法示例,返回,2019/2/28,Reliability Prediction,11,元件计数法,元件记数法 元件记数法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。其基本原理也是
9、对元器件“基本故障率”的修正。 GJB/Z299B-98第208页 /MIL-HDBK-217F第212页 。 其计算步骤是：先计算设备中各种型号和各种类型的元器件数目，然后再乘以相应型号或相应类型元器件的基本故障率，最后把各乘积累加起来，即可得到部件、系统的故障率。 计算公式： P=GQN 式中： P某类元器件预计的工作故障率 G该类元器件的通用故障率 Q该类元器件的质量等级系数 N该类元器件的总数,2019/2/28,Reliability Prediction,12,元器件计数法预计表,元件计数法,2019/2/28,Reliability Prediction,13,例某电子设备由4个
10、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。 计算步骤： （1）国产器件，使用GJB/Z 299B-98； （2）确定设备的工作环境类别：AIF； （3）确定元器件的种类：调整二极管、合成电阻器、 云母电容器； （4）确定元器件的质量等级，全部为B1；,元件计数法举例,2019/2/28,Reliability Prediction,14,（5）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： 调整二极管：1=2.24(10-6/h) 合成电阻器
11、：2=0.05(10-6/h) 云母电容器：3=0.12(10-6/h) （6）查GJB/Z 299B-98中的表5.2-24、表5.2-25，确定元器件的质量系数： 调整二极管：Q1=0.6 合成电阻器：Q2=0.6 云母电容器：Q3=0.5,元件计数法举例,2019/2/28,Reliability Prediction,15,返回,（7）确定元器件的数目： 调整二极管： N1=4； 合成电阻器： N2=2； 云母电容器： N3=4； （8）计算设备的基本可靠性： 设备=N11Q1+ N22Q2+ N33Q3 =42.240.6+20.050.6+40.120.5 =5.676(10-6/
12、h) MTBF设备=1/设备=176180.4(h)。,元件计数法举例,2019/2/28,Reliability Prediction,16,应力分析法,应力分析法 应力分析法用于电子元器件故障率预计，是对某种电子元器件在实验室的标准应力与环境条件下，得出该种元器件 的“基本故障”。在预计电子元器件工作故障率时，应用元器件的质量等级，应力水平、环境条件等因素对基本故障进行修正而预计得元器件的工作故障率。,2019/2/28,Reliability Prediction,17,应力分析法,应力分析法表格,2019/2/28,Reliability Prediction,18,应力分析法,预计要
13、求 预计数据的选取 预计温度的选取 当缺乏热分析数据时，可采用下列公式计算元器件的结温： TJ（结温）=TA+20（二极管） TJ （结温）=TA+30（三极管） TJ （结温）=TA+30（集成电路） 其中TA为元器件工作的环境温度 降额系数的选取 质量系数的选取,2019/2/28,Reliability Prediction,19,例(微电路)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。 计算步骤： （1）国产器件，使用GJB/Z 299B-98； （2）54LS00为双极型数字电路，查GJB/Z 299B-98的表5.1.1.1-1，得失效
14、率模型为：P =QC1TV+(C2+C3)EL ； （3）该器件的质量等级为B1，查GJB/Z 299B-98的表5.1.1.1-3， 得质量系数Q=0.5； （4）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；,应力分析法举例,2019/2/28,Reliability Prediction,20,返回,（5）查GJB/Z 299B-98的表5.1.1.1-4，得成熟系数L=1.0； （6）环境温度TA=41，TJ=TA+30=71，查GJB/Z 299B-98的表5.1.1.1-8，得温度系数T=1.35； （7）54LS00中有四个门，查GJB
15、/Z 299B-98的表5.1.1.1-15，得电路复杂度失效率C1=0.074，C2=0.005； （8）54LS00为14脚双列直插式封装，查GJB/Z 299B-98的表5.1.1.1-28，得封装复杂度C3=0.083； （9）查GJB/Z 299B-98的表5.1.1.1-12，得电压应力系数V=1.0； （10）计算该器件的工作失效率： P =QC1TV+(C2+C3)EL =0.50.0741.351.0+(0.005+0.083)171.0 =0.779725(10-6/h),应力分析法举例,2019/2/28,Reliability Prediction,21,各研制阶段预计
16、方法的选取,可靠性预计应随研制工作的进展而深化，一般分三个阶段(见下表)。 可行性预计，用于方案论证阶段。在这个阶段，信息的详细程度只限于系统的总体情况、功能要求和结构设想。一般采用相似产品法或元件计数法，以工程经验来预计系统的可靠性，为方案决策提供依据。 初步预计，用于初步设计阶段。该阶段已有了工程图或草图，系统的组成已确定，可采用元件计数法或评分法预计系统的可靠性，发现设计中的薄弱环节并加以改进。 详细预计，用于详细设计阶段。这个阶段的特点是系统的各个组成单元都具有了工作环境和使用应力信息，可采用应力分析法或故障率预计法来较准确的预计系统的可靠性，为进一步改进设计提供依据。不同研制阶段可靠性预计方法的选取，见下表。,返回,2019/2/28,Reliability Prediction,22,系统可靠性预计概念与分类,系统可靠性预计概念 系统可靠性预计是以组成
