電子設(shè)備可靠性設(shè)計(jì)_圖文

1、 電子設(shè)備可靠性設(shè)計(jì)楊志飛 整機(jī)設(shè)備可靠性設(shè)計(jì)裝備研制與生產(chǎn)的可靠性通用大綱可靠性設(shè)計(jì)工作內(nèi)容 第一章裝備研制與生產(chǎn)的可靠性通用大綱 大綱內(nèi)容簡(jiǎn)介 第二章可靠性設(shè)計(jì)工作內(nèi)容建立可靠性模型可靠性分配可靠性預(yù)計(jì)故障模式、影響及危害度分析潛在電路分析 電子元器件和電路容差分析 制定元器件大綱 確定可靠性關(guān)鍵件和重要件 確定功能測(cè)試、包裝、貯存、裝卸、運(yùn)輸及維修對(duì)可靠性的影響 可靠性降額設(shè)計(jì) 可靠性熱設(shè)計(jì) 建立可靠性模型目的可靠性模型與產(chǎn)品原理框圖的區(qū)別 建立可靠性模型的前提條件 產(chǎn)品及其單元只具有正常與失效兩種狀態(tài)產(chǎn)品及其單元的邦命特征服從指數(shù)分布產(chǎn)品所包含各單元的失效是相互獨(dú)立的 建立可靠性模型串

2、聯(lián)模型幾種典型的可靠性數(shù)學(xué)模型模型框圖（如圖） 數(shù)學(xué)模型 產(chǎn)品失效率建立可靠性模型 建立可靠性模型并聯(lián)模型模型框圖（如圖） 數(shù)學(xué)模型 建立可靠性模型中取模型（模型）原理 數(shù)學(xué)模型 建立可靠性模型旁聯(lián)模型原理模型框圖 數(shù)學(xué)模型 建立可靠性模型假設(shè)條件：產(chǎn)品的 個(gè)單元完全相同。 建立可靠性模型基本可靠性與任務(wù)可靠性模型基本可靠性：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下無(wú)故障的持續(xù)時(shí)間。任務(wù)可靠性：產(chǎn)品在規(guī)定的任務(wù)剖面中完成規(guī)定功能的能力。確定產(chǎn)品的定義建立產(chǎn)品可靠性基本可靠性模型確定產(chǎn)品任務(wù)功能，建立任務(wù)可靠性模型建立可靠性模型的工作程序 規(guī)定產(chǎn)品失效判據(jù)用占空系數(shù)進(jìn)行修正 建立可靠性模型 對(duì)任務(wù)可靠性模型進(jìn)行環(huán)境條

3、件處理建立和完善產(chǎn)品各級(jí)可靠性模型 可靠性分配目的與要求目的要求工程加權(quán)分配法 適用范圍 原理分配公式 方法與內(nèi)容 可靠性分配 可靠性分配加權(quán)因子的數(shù)據(jù)估計(jì)重要性因子復(fù)雜性因子環(huán)境因子標(biāo)準(zhǔn)化因子其它因子分配程序 可靠性分配 可靠性分配工程加權(quán)分配法舉例某艦載綜合火控雷達(dá)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)加權(quán)分配給予搜索雷達(dá)的可靠性指標(biāo)小時(shí)。該雷達(dá)由電源、發(fā)射、接收、顯示、天饋及伺服共六個(gè)分機(jī)組成，試對(duì)其進(jìn)行加權(quán)分配。（如表 ） 可靠性分配代數(shù)分配法 適應(yīng)范圍分配公式 可靠性分配分配因子的確定重要性因子復(fù)雜性因子分配程序確定重要性因子計(jì)算復(fù)雜性因子按公式計(jì)算分系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)或代數(shù)分配法舉例一套遠(yuǎn)程警戒雷達(dá)系統(tǒng)的可靠度

4、指標(biāo)要求為，持續(xù)工作時(shí)間為小時(shí)，系統(tǒng)設(shè)有固定目標(biāo)對(duì)消器，清除波段覆蓋區(qū)域內(nèi)的地物反射雜波。天饋發(fā)射機(jī)接收機(jī)對(duì)消器視頻處理顯示與控制（見(jiàn)下表） 可靠性分配 可靠性分配順序分配法（提高薄弱環(huán)節(jié)分配法）適用范圍原理：在方案階段對(duì)串聯(lián)系統(tǒng)內(nèi)的各分系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)計(jì)后，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)達(dá)不到規(guī)定的可靠性指標(biāo)時(shí)，在預(yù)計(jì)的基礎(chǔ)上對(duì)各分系統(tǒng)進(jìn)一步分配可靠性指標(biāo)。分配程序計(jì)算已定方案系統(tǒng)的可靠度 把系統(tǒng)內(nèi)各分系統(tǒng)的可靠度按大小順序排列 可靠性分配按順序?qū)⒏鞣窒到y(tǒng)的可靠度（）（）提高到，其他分系統(tǒng)不變，即： 驗(yàn)算改進(jìn)后系統(tǒng)可靠度是否滿足要求 可靠性預(yù)計(jì)目的任務(wù)可靠性預(yù)計(jì)和基本可靠性預(yù)計(jì)按產(chǎn)品研制階段的可靠性預(yù)計(jì)可行性預(yù)計(jì)初步預(yù)

5、計(jì)詳細(xì)預(yù)計(jì)可靠性預(yù)計(jì)的要求在產(chǎn)品進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)前，必須建立產(chǎn)品的可靠性模型，根據(jù)產(chǎn)品的模型和任務(wù)剖面或壽命剖面進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)，當(dāng)上述剖面不明確時(shí)應(yīng)按最惡劣工作情況和環(huán)境條件進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)。當(dāng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)更改或失效數(shù)據(jù)變更時(shí)，必須及時(shí)修正可靠性模型，重新進(jìn)行產(chǎn)品的可靠性預(yù)計(jì)。 可靠性預(yù)計(jì)產(chǎn)品的可靠性預(yù)計(jì)應(yīng)按電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)規(guī)定進(jìn)行或者按用戶認(rèn)可的其它數(shù)據(jù)來(lái)源進(jìn)行。預(yù)計(jì)方法可以根據(jù)用途和研制階段進(jìn)行選擇。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)建模和預(yù)計(jì)工作的及時(shí)性，應(yīng)在計(jì)劃決策之前提供有用信息?；究煽啃灶A(yù)計(jì)是依據(jù)壽命剖面的要求，使用串聯(lián)模型來(lái)估計(jì)產(chǎn)品所有部件對(duì)維修和后勤保證的要求。預(yù)計(jì)應(yīng)考慮產(chǎn)品所有單元（包括備件）在執(zhí)行任

6、務(wù)和準(zhǔn)備執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中發(fā)生的所有要求維修或更換的失效，并對(duì)這些零部件的故障提出維修和后勤保障。任務(wù)可靠性預(yù)計(jì)是依據(jù)任務(wù)剖面的要求采用串并聯(lián)模型估計(jì)產(chǎn)品成功地完成規(guī)定任務(wù)的能力。任務(wù)可靠性預(yù)計(jì)應(yīng)考慮產(chǎn)品各單元在執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中發(fā)生的足以影響任務(wù)成功的各種故障。 可靠性預(yù)計(jì)隨著產(chǎn)品從電路設(shè)計(jì)進(jìn)入硬件生產(chǎn)階段，這時(shí)已有許多實(shí)際試驗(yàn)信息可以利用，此時(shí)可靠性計(jì)算便從預(yù)計(jì)進(jìn)展到硬件設(shè)備的評(píng)估階段。預(yù)計(jì)值與估計(jì)值的真實(shí)性都取決于模型的假設(shè)和資訊的質(zhì)量。及時(shí)證實(shí)和正確分析沒(méi)有達(dá)到規(guī)定的可靠性指標(biāo)的原因，可為改進(jìn)措施提供依據(jù)。改進(jìn)措施確定得越及時(shí)，對(duì)實(shí)現(xiàn)改進(jìn)措施受計(jì)劃的限制就越小，對(duì)提高產(chǎn)品的可靠性所產(chǎn)生的效果就

7、越大。為了在早期階段確定可靠性要求的可行性和在研制生產(chǎn)階段確定可靠性要求的可接受性，訂購(gòu)方應(yīng)當(dāng)規(guī)定承制方必須進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)與評(píng)估。這些工作與可靠性指標(biāo)論證、分配、產(chǎn)品方案分析等活動(dòng)有密切聯(lián)系，有時(shí)需交錯(cuò)和反復(fù)地進(jìn)行。任務(wù)可靠性預(yù)計(jì)應(yīng)該考慮產(chǎn)品規(guī)范中規(guī)定的每一種工作模式，并對(duì)它們加以區(qū)分。預(yù)計(jì)工作應(yīng)該表明產(chǎn)品是否滿足了訂購(gòu)方規(guī)定的所有可靠性要求。 可靠性預(yù)計(jì)相似設(shè)備法原理程序相似設(shè)備進(jìn)行比較時(shí)應(yīng)該考慮的要點(diǎn)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能比較；設(shè)計(jì)的相似性；制造工藝的相似性；產(chǎn)品壽命剖面的相似性（后勤保證、工作和環(huán)境條件）；程序與計(jì)劃的相似性；已達(dá)到并經(jīng)驗(yàn)證的可靠性值。相似設(shè)備法的真實(shí)性決定于兩個(gè)產(chǎn)品間的等效程

8、度，而不僅僅決定于用來(lái)描述產(chǎn)品的一般術(shù)語(yǔ)。 可靠性預(yù)計(jì)的方法步驟 可靠性預(yù)計(jì)相似電路法原理程序 進(jìn)行相似電路的比較要點(diǎn) 可靠性預(yù)計(jì)電路的結(jié)構(gòu)和性能的相似性；設(shè)計(jì)的相似性；制造工藝的相似性；電路壽命剖面的相似性；程序與計(jì)劃的相似性；已達(dá)到并經(jīng)驗(yàn)證的可靠性值。利用公式將單個(gè)電路的可靠性綜合為整個(gè)產(chǎn)品的可靠性預(yù)計(jì)值。相似電路法的真實(shí)性取決于電路之間的等效程度，而不僅僅決定于用來(lái)描述電路的一般術(shù)語(yǔ)。各承制方和訂購(gòu)方共同認(rèn)可的附有有關(guān)失效率數(shù)據(jù)的電路手冊(cè)或文件，可以用于相似電路法進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)。 可靠性預(yù)計(jì)簡(jiǎn)單枚舉歸納推理快速預(yù)計(jì)法元件計(jì)數(shù)法元件應(yīng)力分析法 故障模式、影響及危害度分析目的工作性質(zhì)及方法有

9、關(guān)定義故障模式：是故障的表現(xiàn)形式。如短路、開(kāi)路、斷裂、過(guò)度耗損等。故障影響：故障模式對(duì)產(chǎn)品的使用、功能或狀態(tài)所導(dǎo)致的后果。一般分為局部的、高一層次的和最終的影響三級(jí)。危害度：對(duì)某種故障模式的后果及其出現(xiàn)頻率的綜合度量。 故障模式、影響及危害度分析 實(shí)施步驟掌握必要的資料畫出功能框圖和可靠性框圖；按功能級(jí)別給產(chǎn)品編制代號(hào)。確定分析的級(jí)別。列出故障模式，分析原因及影響。列出故障檢測(cè)、隔離措施和方法，提出設(shè)計(jì)預(yù)防措施，防止故障事件發(fā)生。確定各種故障對(duì)產(chǎn)品的危害度等級(jí)。確定各種故障發(fā)生的概率等級(jí)，一般分成級(jí)。 故障模式、影響及危害度分析危害度矩陣圖的作法及用途原理與作用：危害度矩陣圖是對(duì)產(chǎn)品每一故障模

10、式的危害程度與發(fā)生概率等級(jí)的顯示圖，可為比較故障模式，排出采取措施的順序提供依據(jù)。做法：用橫座標(biāo)表示故障的危害嚴(yán)酷程度，自左至右表示由輕至重（即由類）；縱座標(biāo)表示故障的發(fā)生概率等級(jí)，自下而上表示發(fā)生概率由小至大（即由級(jí)）。把每個(gè)故障的危害嚴(yán)酷等級(jí)和發(fā)生概率等級(jí)標(biāo)于圖上形成許多故障等級(jí)點(diǎn)，再用直線把每個(gè)點(diǎn)與座標(biāo)原點(diǎn)相連，形成以原點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)的矢量距圖。比較與判斷：由作圖規(guī)則可知，離原點(diǎn)越遠(yuǎn)的故障，其危害度越嚴(yán)重。因此，應(yīng)按故障點(diǎn)與原點(diǎn)連線的長(zhǎng)短排出采取措施的順序，連線越長(zhǎng)越需優(yōu)先采取措施。 故障模式、影響及危害度分析試對(duì)某雷達(dá)系統(tǒng)的接收機(jī)分系統(tǒng)進(jìn)行故障模式、影響及危機(jī)度分析。雷達(dá)功能框圖繪于圖。由

11、于已經(jīng)指明對(duì)接收分系統(tǒng)進(jìn)行分析，雷達(dá)系統(tǒng)級(jí)代號(hào)為，接收機(jī)代號(hào)為，故總代號(hào)為。分析表見(jiàn)表。 故障模式、影響及危害度分析矩陣圖見(jiàn)圖。由矩陣圖可知，矢量距>>，因此要優(yōu)先解決的故障模式。 潛在電路分析 目的工作性質(zhì)及定義潛在通路指的是在某種條件下，電路中產(chǎn)生不希望有的通路，引起功能異常或抑制了正常功能。潛在通路分析工作的特點(diǎn)特等獎(jiǎng)收集有關(guān)資料，包括電原理圖、裝配圖、實(shí)際接線圖等；簡(jiǎn)化電路圖，改繪成網(wǎng)絡(luò)樹圖； 應(yīng)用線索表進(jìn)行分析。 潛在電路分析實(shí)例 電子元器件和電路容差分析目的工作性質(zhì)產(chǎn)品性能參數(shù)漂移的主要原因有：元器件的實(shí)際值與標(biāo)稱值存在公差，有一定的精度等級(jí)，而設(shè)計(jì)的電路往往不考慮這個(gè)

12、公差，只標(biāo)明標(biāo)稱值。當(dāng)裝機(jī)的元器件參數(shù)離標(biāo)稱值較遠(yuǎn)時(shí)，一旦超過(guò)電路允許的范圍，必然要發(fā)生電路參數(shù)的漂移，有的電路還將導(dǎo)致產(chǎn)品性能超差；環(huán)境溫度的變化，使元器件參數(shù)在原有公差的基礎(chǔ)上發(fā)生新的漂移，導(dǎo)致產(chǎn)品性能參數(shù)超差；元器件退化，這與施加于元器件各種應(yīng)力能量的時(shí)間積累有關(guān)，主要發(fā)生在陳舊設(shè)備上。 電子元器件和電路容差分析分析方法電子元器件和電路容差分析，其方法有最壞情況分析法、矩法、 增量網(wǎng)絡(luò)法、伴隨網(wǎng)絡(luò)法、蒙特卡羅法等。 電子元器件和電路容差分析方法原理最壞情況分析法的基礎(chǔ)工作是建立數(shù)學(xué)模型。就是要把電路性能的特征值表示為設(shè)計(jì)參數(shù)、的函數(shù)，即（，）。把這個(gè)函數(shù)在標(biāo)稱值上按臺(tái)勞級(jí)數(shù)展開(kāi)，取其第一

13、項(xiàng)，略去高階項(xiàng)，得到的變化量與設(shè)計(jì)參數(shù)變量之間的線性關(guān)系式。其核心是要確定電路性能特征對(duì)各個(gè)部件參數(shù)偏差的靈敏度。然后寫出相應(yīng)的偏差公式，求指標(biāo)允許的相對(duì)偏差量，作比較，最后提出改進(jìn)設(shè)計(jì)的意見(jiàn)。舉例（略）分析結(jié)果的應(yīng)用根據(jù)容差分析的原理和方法，考慮在確保產(chǎn)品性能穩(wěn)定性和可靠性的前提下，設(shè)計(jì)者還應(yīng)考慮盡量降低產(chǎn)品成本。 電子元器件和電路容差分析指導(dǎo)設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)電路時(shí)應(yīng)充分考慮工作點(diǎn)的參數(shù)使電路允許元器件有較大的公差范圍，這不僅可以降低產(chǎn)品成本，還可以減輕采購(gòu)難度；提示設(shè)計(jì)師對(duì)重要電路重要部位的元器件，要提出低公差、高精度等級(jí)的要求；注意事項(xiàng)要盡早提出需要做電子元器件和電路容差分析的功能塊和電路清

14、單，用于協(xié)調(diào)產(chǎn)品各單元的輸入信號(hào)、電源電壓、頻率、帶寬、相位及負(fù)載阻抗等特性，規(guī)定電路節(jié)點(diǎn)參數(shù)、電路元器件的過(guò)渡特性、時(shí)序及作用時(shí)間、電路消耗功率、匹配阻抗等參數(shù)。并明確其使用溫度范圍和元器件的選擇原則；由于本分析需要一定的技巧，工作量大，需要使用計(jì)算機(jī)，因此不可能也不必要對(duì)整機(jī)全部電路進(jìn)行分析。 制定元器件大綱目的元器件是整機(jī)產(chǎn)品基礎(chǔ)件的統(tǒng)稱，也可稱為元器件、零部件。大綱規(guī)定的內(nèi)容建立機(jī)構(gòu)元器件、零部件的控制方案元器件、零部件優(yōu)選清單內(nèi)容及規(guī)則對(duì)轉(zhuǎn)承制方提出元器件、零部件的選用要求 制定元器件大綱選用非標(biāo)準(zhǔn)元器件、零部件的控制程序（推薦）元器件、零部件的標(biāo)準(zhǔn)化元器件、零部件的應(yīng)用指南元器件、

15、零部件的篩選參加可靠性信息交換網(wǎng)的要求制訂元器件大綱應(yīng)考慮的因素產(chǎn)品執(zhí)行任務(wù)的關(guān)鍵性；元器件的重要性；產(chǎn)品的批量：批量越大，有關(guān)的控制要越嚴(yán)格；維修因素：拆卸困難的產(chǎn)品對(duì)元器件、零部件的質(zhì)量要求要格外嚴(yán)；元器件、零部件的供應(yīng)狀況：易采購(gòu)到的要求可適當(dāng)放寬； 制定元器件大綱新型元器件、零部件的比例：新型品比例越大，控制要越嚴(yán)；元器件、零部件的標(biāo)準(zhǔn)化狀況：非標(biāo)的元器件、零部件要加嚴(yán)控制；參考安全性、質(zhì)量控制、維修性、耐久性分析報(bào)告，考慮對(duì)元器件、零部件的控制。 確定可靠性關(guān)鍵件和重要件目的定義關(guān)鍵特性是指如有故障，可能危及人身安全、導(dǎo)致武器系統(tǒng)或完成所要求使命的主要系統(tǒng)失效的特性。重要特性是指該特性雖然不是關(guān)鍵特性，但如有故障，可能導(dǎo)致最終產(chǎn)品不能完成所要求使命的特性。 確定可靠性關(guān)鍵件和重要件可靠性關(guān)鍵件和重要件指的是其故障將嚴(yán)重地影響系統(tǒng)安全性、可用性、任務(wù)成功、維修及壽命周期費(fèi)用的產(chǎn)品。判別準(zhǔn)則確定方法可以用故障模式、影響及危害度分析，故障樹分析，熱分析，電應(yīng)力分析等方法來(lái)確定可靠性關(guān)鍵件和重要件。 確定功能測(cè)試、包裝、貯存、裝卸、運(yùn)輸及維修對(duì)可靠性的影響目的影響可靠性的機(jī)理由