可靠性的技術的應用及其評價方法

1、可靠性的技術的應用及其評價方法2007-07-02 22:34:05|  分類： 知識倉儲 |  標簽：嵌入式   |字號大中小 訂閱 一、可靠性評價分析技術的應用   由于設計階段對產品的可靠性將起到奠基作用，故在設計過程中，應不斷對產品的可靠性進行定性和定量的評價分析）以便及時了解產品的可靠性指標是否有了保證，所采取的各種可靠性設計措施是否有效，有效程度如何，設計中是否還存在薄弱環(huán)節(jié)和潛在缺陷，產品在今后使用中可能會發(fā)生什么樣的故障，以及故障一旦發(fā)生時，其影響和危害程度如何等等。弄清以上問題將有助于及

2、時發(fā)現缺陷，及時改進設計，防止“帶病”投產，保證預定的可靠性指標得到滿足。下面介紹幾種主要的評價分析技術的應用：1 可靠性預計與分配可靠性預計是在設計階段，根據設計中所選用的電路程式、元器件、可靠性結構模型、工作環(huán)境、工作應力以及過去積累的統計數據，推測產品可能達到的可靠性水平。預計的目的不是在于了解在什么時候將發(fā)生什么樣的失效，而是在于從設計開始就采取措施以防止失效的發(fā)生，并用定量的方法評價可靠性設計的效果。  可靠性分配是將可靠性指標或預計所能達到的目標值加以分解，用科學的方法，合理分配給分系統、設備、部件直至各元器件和每一個連接點、焊接點，以保證可靠性既定目標得以實現

3、。通過分配，不僅可以層層落實設計指標，還可發(fā)現設計的薄弱環(huán)節(jié)和尚能挖掘的潛力。 可靠性預計的方法一般有相似設備法、相似電路法。有源器件法、元器件計數法及元器件應力分析法等，它們分別適用于不同的設計階段：當產品處于方論證階段時，可用相似設備法、相似電路法、有源器件法等快速預計法進行可行性預計，以評價設計方案的可行性；  當產品處于旱期的詳細設計階段時，可用元器件計數法進行初步設計預計，以了解元器件的初步選擇是否恰當，并為可靠性分配打下預計的基礎，而當產品處于詳細設計階段的中期和后期，可用元器件應力分析法進行詳細的設計預計，以便及時發(fā)現設計的薄弱環(huán)節(jié)或潛在能力，及時改進設計，以

4、期達到優(yōu)化設計的目的。 下面就三種預計方法作一些簡略的介紹：（1）有源器件法所謂有源器件法，即按設備為完成規(guī)定功能所需的串聯有源器件的數目預計設備失效的方法。預計公式為s = N* K (11.1)式中：s -設備的預計失效率；N-串聯有源器件的數目；K -各種設備中每個有源器件的失效率。(2) 元器件計數法所謂元器件計數法就是根據組成設備的各類元器件的通用失效率及其使用數量，來預計設備失效率的方法。（3）元器件應力分析法預計元器件應力分析法預計是考慮了溫度、電應力、環(huán)境條件、元器件選用及電路等情況對元器件失效率的影響，先預計各個元器件在上述諸因素影響下的失效率，然后再預計設備總的失效率的一種

5、方法。除微電子器件外，絕大多數電子元器件的工作失效率預計公式為：p= b(EQn) （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 - 環(huán)境修正系數；Q - 元器件質量修正系數；n - 考慮其它附加影響的修正系數。在進行應力分析法可靠性預計時，需要對每個元器件給出失效率和各修正系數的數值。為此，我國電子產品可靠性數據交換網編制了我國的電子設備可靠性預計手冊，并且已經列入軍用標準GJB299一87，可以作為我國電子設備可靠性預計的依據。進行可靠性預計時，尤其是進行應力分析法預計時，要進行大量繁雜的計算，最宜于采用計算機輔助分析和計算。 可靠性分配一般分為兩大類，

6、一類是無約束條件，單純從可靠性指標出發(fā)進行分配；另一類是有約束條件，即以體積、重量、成本等為約束條件進行最優(yōu)化可靠性分配。等分法即是平均分配法，適用于由完全相同的單元電路構成的串聯系統、分配公式為：i= s/m （114）式中：i-第i分系統的失效率；s-系統的失效率；m - 分系統的數目。AGREE分配法是由美國電子設備可靠性顧問團提出的一種分配方法。它考慮了組成系統的每個單元的復雜度和重要度。這種分配的基本觀點是：越是復雜的單元越容易失效，分配給它的失效率應該大一些。越是重要的單元越不希望它失效，故分配給它的失效率應該小一些。亦即分配時每個單元的失效率應該是加權的，加權因子C應該與單元的復

7、雜度成正比，與單元的重要度成反比，于是AGREE方法的分配公式為：i=(ni×T×s)/(N×Wi×ti) (11.5) 式中：ni-第i單元的元器件數；N-系統的元器件總數，ni/N表示第i單元的復雜度；Wi-第i單元的重要度；T-系統的任務周期;ti-第i單元在任務周期內的工作時間；s-系統的失效率。2失效模式、效應與危害度分析失效模式、效應與危害度分析簡稱FMEC。它是一種廣泛適用于電子、電器以及機械設備的可靠性評價分析技術。是通過對所設計的系統的各組成單元可能發(fā)生的各種失效模式對系統功能的影響及其危害程度的分析，盡早發(fā)現問題、及時采取對策、改進設

8、計，以保證產品的可靠性。 失效模式是指元器件、零部件或產品失效的表現形式。失效模式一般是能被觀察到的一種失效現象。各種失效模式對設備或系統產生的后果及其嚴重程度稱之為效應及嚴酷度。效應又分為局部效應和最終效應。表11.1 列出了常用嚴酷度等級及其損壞概率。根據等級及損壞概率，表111等 級        程 度        損壞概率IV        可能導致系統功能全部喪失，給系統和周圍環(huán)境造成重大損失， 或（和）造成人身傷亡事故。     

9、   1III        可能導致系統功能全部喪失，從而給系統和環(huán)境造成重大破壞， 但不造成人身傷亡事故。        05II        導致系統功能下降，但對系統和人不會造成損害事故。        01I        導致系統功能下降，但對系統和環(huán)境不造成損害，對人員無害。        0不僅可以定性地判別哪些失效模式危害度最高

10、，而且還可以進一步足量地計算每種失效模式的危害度。3失效樹分析失效樹分析簡稱FTA。FTA 也是一種廣泛適用于電子、電器以及機械設備的可靠性評價分析技術。它是在系統設計過程中通過對系統可能造成失效的各種因素（包括硬件、軟件 、環(huán)境、人為因素等）進行分析，畫出邏輯框圖（即失效樹），從而確定系統失效原因的各種可能組合方式及其發(fā)生概率，進而計算出系統的失效概率，以便采取相應的糾正措施，提高系統的可靠性。失效樹分析可以是定行的，也可以是定量的。顧名思義，失效樹，就是一種樹狀的邏輯因果關系圖。它是一系列事件符號和邏輯門符號，描述系統中各種事件之間的因果關系。邏輯門的輸入事件是輸出事件的“因”，而輸出事件

11、是輸入事件的“果”。它由頂事件、中間事件、底事件和邏輯或門 、邏輯 與門等符號組成。失效樹分析法的一般步驟如下： (1) 了解系統，確定頂事件：(2) 建造失效樹，并加以簡化和規(guī)范化；(3) 定性分析：確定失效樹的最小割集；(4) 收集定量分析用的數據，如底事件的失效概率、失效率、維修率等；(5) 定量分析：計算頂事件的發(fā)生概率和系統可靠度、評價頂事件的嚴重性與危害度, 計算底事件和最小割集的重要度等 ;6) 確定薄弱環(huán)節(jié)和關鍵元部件。改進系統的可靠性、安全性； (7) 進行技術經濟分析，作方案比較與決策等。4可靠性增長試驗各項可靠性設計技術應用后，電子產品所達到的可靠性預計值還是紙面上的。按

12、照設計方案研制出來的樣機，其可靠性初始值往往只有設計時已達到的預計值的1030。這是由于所設計的產品總會存在著事先意想不到的初期設計缺陷、工程缺陷以及制造上的各種缺陷，設計時所選用的元器件也可能不完全合適。缺陷雖不一定是故障，但它的存在及發(fā)展遲早能引起故障，故在可靠性工程中，除了應用前面所述FMECA和FTA等分析方法，還必須采用可靠性增長試驗的方法，也即是給樣機施加一定的應力。強迫暴露設計缺陷，使缺陷變成故障，并對故障進行仔細分析，找出故障機理，通過進行再設計，來系統地、永久地消除故障機理，阻止同樣的故障再度出現。這個試驗一分析一改進（簡稱TAA F）的過程，就是可靠性增長過程或稱為可靠性增

13、長試驗過程。這個過程每每進行一次，樣機的可靠性就增值一次，經過多次反復，直到實現設計的固有可靠性。可靠性增長試驗既適用于設計研制和生產定型階段，也適用于批量生產階段。但重點是在設計研制和生產定型之前進行，因為那時的產品尚處于可以再設計階段，比起投入批量生產以后的產品，在設計上作出修改的困難程度和所需費用都將小得多。為了在可靠性增長試驗活動中能嚴密地、有效地監(jiān)控和跟蹤可靠性的變動情況，有必要把可靠性增長定量化。由于可靠性增長活動是對產品不斷進行試驗和采取積極的改進活動，因此，反映產品質量的母體水平也在不斷變動之中，所以可靠性增長的定量化需要應用變動母體的統計分析方法，這就是可靠性增長的數學模型。

14、它是一個作為時間函數的數學公式來表示增長過程中產品的可靠度，用以往各次增長試驗的數據（可以來自不同母體），擬合出可靠性增長的數學模型，用以表達產品的增長規(guī)律，估計當前的可靠性水平，預測以后可能達到的可靠性水平，所以它是增長試驗的重要工具。目前已提出的有10余種可靠性增長模型。產品的可靠性增長程度取決于通過增長試驗是否能把設計和制造中的潛在缺陷暴露出來，以及對這些缺陷的分析和改進程度。 二、可靠性設計程序為了使可靠性設計工作的基本要求、基本內容在設計過程中能有計劃、有步驟地落實下去，便于隨時進行檢查、監(jiān)督和控制，有必要把可靠性設計的任務和內容編寫成工作程序，作為設計階段的一項質量保證措施。 它分

15、為調查研究、總體方案的確定、設計研制、設計定型和生產定型五個階段：在調查研究階段，主要是在收集資料的基礎上確定可靠性指標；在總體方案確定階段，則要確定應采取的可靠性設計措施，并進行可靠性預計和分配；在設計研制階段，主要是應用專門的可靠性設計技術進行專題可靠性設計；而在定型階段，主要是進行可靠性增長試驗和鑒定試驗。三、可靠性設計評審 -中國可靠性1 開展可靠性設計評審的必要性所謂可靠性設計評審，即是在產品設計過程中的一定階段或在設計基本完成時，組織有關方面的專業(yè)技術人員，對可靠性設計工作進行審查和評定。它是以集體的智慧來彌補設計者的不足，使設計的方案和內容更臻于合理和完善。因此，它既是可靠性設計

16、過程一項必要的管理內容，又是進一步提高可靠性的一項有效而又經濟的措施。 2. 評審方法（1）評審人員可靠性設計怦審通常采用由評審小組集體評審的方法。評審小組應由總工程師、產品設計師、可靠性工程師、質量師、工藝師、部品工程師、經銷員、成本核算員、計劃員和標準化人員等組成。他們的任務見表112。表112參加者        人數        任 務 總工程師        l名        主持會議、參加怦審、作出裁定。 可靠性師

17、60;       12名        參加評審、整理評審報告。 質量師        l名        參加評審、介紹樣機試驗情況。 工藝師        12名        參加評審、介紹產品可生產性情況 部品師        l名        參加評審、介紹新選用零件認定情況

18、 設計師        若干名        參加評審、匯報設計過程、解答問題。經銷員        l名        參加評審、反映用戶使用意見及要求。 計劃員        l名        參加評審、介紹沒計計劃進度情況 標準化員        l名        參加

19、評審、介紹該產品標準化情況。 經濟員        l名        參加評審、 介紹研制費用，產品成本。車間代表        l名        參加評審、介紹試制或試生產情況。（2）評審程序初審在總體方案制訂階段進行，主要是對總體方案、關鍵元器件試驗、初步的預計和分配進行評審。復審在樣機設計階段進行，主要對元器件的應力分析及預計，失效模式、影響及致命度分析和樣機試驗情況進行評審。終審（I ） 在設計定型階段進行，主要對設計修改后

20、的結果，故障分析和改進措施，各項規(guī)定的測試和試驗結果進行評審。終審（II） 在生產定型階段進行，主要對生產可行性，生產過程中質量保證措施的建立，以及試生產產品的各項試驗情況進行評審。在每一個評審階段，有關部門應向評審小組提供該階段應具備的相應文件、資料、報告或實物等。（3）評審內容和評審結果的處理明確評審的內容和要求，對評審小組成員和產品設計師來說，都是十分重要的。對不同的產品應有不同的內容和要求。對評審結果可用兩種方法加以評定：一是定性的評定，就是用評審通過與否來評定，這種評定一般適用于初審和復審階段；二是定量的評定，它是對評審內容逐行進行評分，然后得出評審總得分，再根據總得分的高低評出優(yōu)、

21、良、中、差四個等級。被評為優(yōu)、良的產品給予通過，準予定型；被評為中的產品，應對某些單項分較低的項目作出改進之后給予通過并準予定型；而對被評為差的產品怦審未被通過，不予定型。不管被評定哪一個等級，凡評審中提出必須改進的問題，設計師均應認真對待，提出措施限期改進。可靠性技術在醫(yī)學儀器中的應用前景分析技術分類： 醫(yī)療電子  | 2008-09-18 武曄卿石小兵33可靠性設計方法通過可靠性分析，找出了產品的薄弱環(huán)節(jié)和隱患，只有通過在工程上采取可靠性設計技術，才能真正提高產品的可靠性。下面根據醫(yī)療設備的特點，結合一些實例，介紹的一些應用廣泛的可靠性設計技術。331耐環(huán)境設計耐環(huán)境設計是指產品

22、在沖擊、振動、潮濕、高低溫、鹽霧、霉菌、核輻射、電磁等惡劣環(huán)境下，由于部分單元難以承受這些環(huán)境應力的影響而產生故障，通過采取環(huán)境防護設計措施，減少這些環(huán)境應力對產品的影響，提高產品的使用壽命和可靠性。例如：醫(yī)療設備常采用大規(guī)模集成電路，如COMS、CCD，一旦受到靜電沖擊，容易燒毀，因此設計時應該考慮防靜電措施。在潮濕的環(huán)境中（南方梅雨季節(jié)），一些醫(yī)療設備若存放時間較長，容易受潮發(fā)生短路，一方面加強產品防潮設計，另一方面明確產品的使用環(huán)境，規(guī)定維護保養(yǎng)要求。對于一些精密的醫(yī)療設備，由于吸附灰塵后同時吸附了水分和有害腐蝕氣體，加速了生銹，散熱性能降低，有可能因絕緣強度降低而發(fā)生短路漏電現象，因此

23、應做好整體防塵，進行空氣過濾等措施。由航天系統可靠性與工程技術專家編寫的可靠性設計準則類的書籍對具體設計方法進行了明確的要求，比如進風口必須加空氣過濾網，冷卻風在機箱內的通路必須保證由低溫模塊向高溫模塊流動等等，可以借鑒為設計人員的參考規(guī)范。332元器件、零部件的選用和控制元器件是電子、電氣系統的基礎產品，零部件是機械系統的基礎產品，它們的性能、可靠性、費用等參數直接影響整個系統（最終產品）的性能、可靠性、費用。1、若在研制階段早期，對元器件、零部件的選用和控制予以重視，建立相應的控制機構，制定優(yōu)選的目錄和清單，必能大大提高系統的優(yōu)化程度。例如：對于一些醫(yī)療設備，由于長時間運轉，其中的機械部件

24、磨損嚴重，會導致醫(yī)療設備的機械動作不到位。隨著時間的推移，一些元器件會逐漸老化、絕緣條件下降，橡膠密封器件也會老化；容易產生電路故障，壓力達不到標準的要求。因此，在選用元器件、零部件時，應考慮產品的使用頻率、壽命、環(huán)境和可靠性指標；對于一時沒有滿足設計要求的元器件、零部件時，可以考慮備份更換易損部件，加強維修策略。333余度設計余度設計是指在產品設計時，用一套以上的設備（器件、線路、能源等）來完成規(guī)定的任務。余度設計可以提高產品的任務可靠性，但是由于增加了系統的復雜性、體積、重量，使系統的基本可靠性降低了，因此應根據產品的研制目標及限制條件進行綜合權衡。例如：對于一些關系人體生命安全的醫(yī)療設備，如果在使用過程，因為產品故障，導致人身安全出問題，是不能容忍的。因此，在一些重要的醫(yī)療設備，設計時采取冗余措施，充分考慮各種應急情況，保證在使用過程中的安全性。334充分考慮人對系統可靠性的影響無論何種醫(yī)療系統的研制、生產和使用都是由人來完成的。人為故障占了相當的比例，據303中心醫(yī)院袁家平先生等人的研究數據，對2800例醫(yī)電儀器故障統計分類，環(huán)境系統故障1176例，占42%，操作系統故障829例，占296%，儀器系統故障795例，占284%。由此可見，環(huán)境/儀器故障/操作構成了三大核心故障因素。隨著