可靠性實(shí)用技術(shù)

1、課程特點(diǎn)：p不求全面、系統(tǒng)的介紹可靠性工程的各個(gè)方面p盡量減少涉及可靠性數(shù)學(xué)知識(shí)和理論p有針對(duì)性的進(jìn)行可靠性工程方法在實(shí)際運(yùn)用中的探討p實(shí)例來(lái)源于工程實(shí)際課程內(nèi)容：課程內(nèi)容：p 可靠性的基本概念p 可靠性設(shè)計(jì)與分析p 可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則p 可靠性試驗(yàn)技術(shù)第第1 1章章 可靠性基本概念可靠性基本概念p可靠性的發(fā)展概況p可靠性工程的地位和作用p可靠性的基本概念p可靠性參數(shù)的幾種表示方法 1.1 可靠性的發(fā)展概況可靠性最早的概念來(lái)源于航空領(lǐng)域，在兩次世界大戰(zhàn)期間，飛機(jī)已經(jīng)成為一種新的交通工具，但是如果飛機(jī)發(fā)生了故障，特別是飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)等核心部件發(fā)生故障將造成比傳統(tǒng)交通工具更為嚴(yán)重的后果。 在第二次世界大

2、戰(zhàn)中雷達(dá)等各種復(fù)雜電子設(shè)備相繼出現(xiàn)，對(duì)戰(zhàn)局產(chǎn)生了重要的影響，但是由于設(shè)備故障率較高嚴(yán)重影響了武器裝備的作戰(zhàn)效能。 1.1 可靠性的發(fā)展概況n上世紀(jì)50年代開(kāi)始，為了解決復(fù)雜導(dǎo)彈系統(tǒng)的可靠性問(wèn)題，美國(guó)國(guó)防部成立了一個(gè)由軍方、工業(yè)部門和學(xué)術(shù)界組成的可靠性咨詢機(jī)構(gòu)（AGREE），開(kāi)始實(shí)施一個(gè)由設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、生產(chǎn)到交付、貯存、使用的全面可靠性發(fā)展計(jì)劃。 1.1 可靠性的發(fā)展概況AGREE提出的可靠性設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和管理的方法被美國(guó)國(guó)防部及航空航天局（NASA）接受，并形成了一套較為全面的可靠性設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和管理標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)至今仍然是開(kāi)展可靠性工作的基礎(chǔ)性文件。MIL-HDBK-217“電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)

3、”MIL-STD-781“可靠性試驗(yàn)、指數(shù)分布”MIL-STD-785“系統(tǒng)與設(shè)備可靠性大綱要求”等。 可靠性在新研制的裝備中得到了廣泛的應(yīng)用和迅速發(fā)展。1.1 可靠性的發(fā)展概況成功的范例成功的范例上世紀(jì)60年代美國(guó)成功的實(shí)施了阿波羅登月工程美國(guó)空軍主力戰(zhàn)斗機(jī)如F-16C/D、F-15E的可靠性較其前期機(jī)型有了大幅度的提高1991年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中美國(guó)空軍戰(zhàn)機(jī)的戰(zhàn)備完好性超過(guò)了95%。 1.1 可靠性的發(fā)展概況我國(guó)的可靠性工作起步于上世紀(jì)七十年代，1978年濟(jì)南會(huì)議提出奮斗一年?duì)幦∑骄收祥g隔時(shí)間大于1000小時(shí)的要求。1979年4月成立了中國(guó)電子學(xué)會(huì)電子產(chǎn)品可靠性與質(zhì)量管理學(xué)會(huì)。軍工領(lǐng)域于1974

4、年對(duì)重要的元器件生產(chǎn)提出了“七?！币螅▽Ｈ?、專機(jī)、專料、專批、專檢、?？ǎ?。從八十年代開(kāi)始我國(guó)相繼制定了成套的可靠性標(biāo)準(zhǔn)，可靠性理論和在工程上的應(yīng)用得到迅速發(fā)展，在軍用和民用領(lǐng)域取得了巨大的進(jìn)展和顯著效益。1.1 可靠性的發(fā)展概況幾十年來(lái)可靠性的工程方法也有了較大的發(fā)展，主要表現(xiàn)在：幾十年來(lái)可靠性的工程方法也有了較大的發(fā)展，主要表現(xiàn)在：研究對(duì)象從電子產(chǎn)品擴(kuò)展到光電、機(jī)電、機(jī)械產(chǎn)品，提出一系列標(biāo)準(zhǔn)的方法和數(shù)據(jù)庫(kù)；從研究硬件產(chǎn)品到提出軟件可靠性的概念，并提出了工程的方法；可靠性試驗(yàn)不斷深化，強(qiáng)調(diào)可靠性研制試驗(yàn)，大有替代可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)之勢(shì)；從初期簡(jiǎn)單的環(huán)境模擬，到開(kāi)展強(qiáng)化試驗(yàn)，確保設(shè)計(jì)階段產(chǎn)品達(dá)到

5、可靠性的優(yōu)化；設(shè)計(jì)分析手段從手工計(jì)算到實(shí)現(xiàn)CAD，并向智能化發(fā)展；可靠性工程帶動(dòng)了維修性、測(cè)試性、保障性、安全性和環(huán)境適應(yīng)性等綜合保障工程技術(shù)的發(fā)展。1.2 1.2 可靠性工程的地位和作用可靠性工程的地位和作用可靠性是現(xiàn)代質(zhì)量觀的重要組成部分產(chǎn)品的基本質(zhì)量目標(biāo)包括： 性能 安全性 可靠性 維修性 適應(yīng)性 經(jīng)濟(jì)性等可靠性是產(chǎn)品基本質(zhì)量目標(biāo)之一，是產(chǎn)品質(zhì)量的重要組成部分。1.2 1.2 可靠性工程的地位和作用可靠性工程的地位和作用可靠性設(shè)計(jì)是提高費(fèi)用/效能比的重要環(huán)節(jié) 研制費(fèi)用隨著可靠性的提高而增加 可靠性設(shè)計(jì)水平不高，極大的增加裝備全壽命周期的使用費(fèi)用。 武器裝備是一種特殊的產(chǎn)品，質(zhì)量不好，可靠

6、性不高損失的就不僅僅是經(jīng)濟(jì)效益，將決定官兵的生死存亡，決定著戰(zhàn)爭(zhēng)的成??！因此在武器裝備的可靠性就顯得更為突出，更為重要，這也是可靠性概念的提出源于武器裝備的原因。 要在設(shè)計(jì)階段做好可靠性的投入與整個(gè)產(chǎn)品壽命周期費(fèi)用作綜合平衡。 區(qū)：隨著可靠性的提高，總成本逐漸下降；區(qū)：產(chǎn)品合格區(qū)，產(chǎn)品的允許限盡可能選擇在A點(diǎn)處的可靠性為最佳可靠性；區(qū)：隨著可靠性的增加，總成本就越高，若超過(guò)成本限，這時(shí)可靠性的提高就沒(méi)有意義了。 1.3 可靠性的基本概念可靠性的定義可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的功能的能力?？煽啃缘母怕识攘糠Q為可靠度。規(guī)定的條件是指產(chǎn)品在其壽命周期內(nèi)所處的預(yù)先規(guī)定的全部外部

7、條件。外部條件包括環(huán)境、使用、維修條件等。產(chǎn)品的可靠性與規(guī)定的時(shí)間密切相關(guān),產(chǎn)品的可靠性水平經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的穩(wěn)定使用后,隨著時(shí)間的增加而降低。產(chǎn)品的可靠性與規(guī)定的功能密切相關(guān),完成規(guī)定功能的能力是指完成產(chǎn)品規(guī)定的性能指標(biāo)。1.3 可靠性的基本概念t1之前為產(chǎn)品的早期故障區(qū) t2之后為耗損故障期 t1和t2之間的區(qū)域成為隨機(jī)故障區(qū) 航空產(chǎn)品故障率曲線 1.3 可靠性的基本概念系統(tǒng)的可靠度系統(tǒng)在一定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率，是在0，t內(nèi)系統(tǒng)正常工作的概率。對(duì)于任意時(shí)刻t0，系統(tǒng)的可靠度函數(shù)是其正常工作的時(shí)間隨機(jī)變量X大于t的概率 )()(tXPtR0t1.3 可靠性的基本概念系統(tǒng)的可靠度隨機(jī)變量X

8、的分布規(guī)律可以用其分布函數(shù)或分布密度函數(shù) 來(lái)表示 tF tf 11R tP XtP XtF t t0 F(t)稱之為不可靠度，或t時(shí)刻累計(jì)故障率1.3 可靠性的基本概念系統(tǒng)的可靠度( )( )tR tfx dx 1tRtF( )( )dF tf tdtf(t) 為失效密度1.3 可靠性的基本概念故障密度函數(shù)(t)稱為產(chǎn)品的故障率函數(shù)或瞬時(shí)故障率( )( )( )1( )( ( )( )( )( )f tR tdR tdtR tR tR tdtR tdt 0( )( )(0)tt dtR tRe若假設(shè)，在t=0時(shí)，產(chǎn)品絕對(duì)可靠，R(0)=1 0( )( )tt dtR te1.3 可靠性的基本概

9、念平均故障間隔時(shí)間（MTBF）MTBF是故障間隔時(shí)間的期望值，即 對(duì)于指數(shù)分布，失效密度 即，在指數(shù)分布下，MTBF是其失效率的倒數(shù) 00( )( )MTBFtf t dtR t dt 0( )tdttR tee1 MTBF( )tf te1.3 可靠性的基本概念基本可靠性和任務(wù)可靠性基本可靠性 產(chǎn)品在規(guī)定的條件下無(wú)故障的持續(xù)時(shí)間或概率任務(wù)可靠性 產(chǎn)品在規(guī)定的任務(wù)剖面內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。1.3 可靠性的基本概念基本可靠性和任務(wù)可靠性基本可靠性應(yīng)關(guān)注以下幾點(diǎn)：基本可靠性與規(guī)定的環(huán)境有關(guān)，即產(chǎn)品所處的環(huán)境條件、應(yīng)力條件、壽命周期有關(guān)，也就是與“壽命剖面”確定的事件有關(guān)?；究煽啃允恰盁o(wú)故障的持續(xù)

10、時(shí)間或概率”，它說(shuō)明產(chǎn)品要經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)的時(shí)間可能發(fā)生故障?！皶r(shí)間”是一個(gè)廣義的概念，可以是小時(shí)、也可以是里程或其它壽命單位。基本可靠性一定是串聯(lián)模型，而不管產(chǎn)品中是否有冗余。1.3 可靠性的基本概念基本可靠性和任務(wù)可靠性任務(wù)可靠性應(yīng)關(guān)注以下幾點(diǎn)：任務(wù)可靠性僅考慮任務(wù)期間那些影響任務(wù)完成的故障。所以在進(jìn)行任務(wù)可靠性分析時(shí)，首先要確定什么是任務(wù)的基本功能，什么是危及任務(wù)的故障。提高任務(wù)可靠性的途徑之一是采用冗余或替代工作模式等，但冗余會(huì)降低基本可靠性，增加維修和綜合保障費(fèi)用。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合權(quán)衡。任務(wù)可靠性模型能反映冗余或替換工作模式的復(fù)雜串、并聯(lián)模型或網(wǎng)絡(luò)模型。1.4 可靠性參數(shù)的幾種表示方法 平

11、均壽命MTTF（不可修復(fù)系統(tǒng)）或平均故障間隔時(shí)間MTBF 適用于長(zhǎng)壽命系統(tǒng)規(guī)定時(shí)間內(nèi)正常工作的概率，可靠度 當(dāng)在任務(wù)期間要求設(shè)備具有高的可靠性，而超出任務(wù)期間的平均故障間隔沒(méi)有實(shí)際意義。1.4 可靠性參數(shù)的幾種表示方法成功率（與時(shí)間無(wú)關(guān)） 適用于一次使用的設(shè)備和裝置。也適用于短時(shí)間使用的產(chǎn)品的可靠性，如發(fā)射可靠性、導(dǎo)彈的可發(fā)射率等。規(guī)定時(shí)間內(nèi)的故障率 適用于長(zhǎng)壽命或故障間隔時(shí)間的元器件、設(shè)備。1.4 可靠性參數(shù)的表示方法連續(xù)負(fù)載長(zhǎng)壽命（可修復(fù)）間斷負(fù)載短期任務(wù)（可修復(fù)）連續(xù)或間斷負(fù)載（不可修復(fù)）一次使用（與時(shí)間無(wú)關(guān)）復(fù)雜系統(tǒng)R(t)或MTBFR(t)或MTBFR(t)或MTTFP(s)或P(F

12、)系統(tǒng)、分系統(tǒng)、設(shè)備、組合件R(t)或MTBFR(t)或MTBFR(t)或P(s)或P(F)裝置、組件、元器件P(F)P(s)成功概率P(F)故障概率第2章 可靠性設(shè)計(jì)與分析可靠性主要包括： 可靠性管理、可靠性設(shè)計(jì)與分析、可靠性試驗(yàn)與評(píng)價(jià) 可靠性設(shè)計(jì)與分析是產(chǎn)品可靠性工程的重要內(nèi)容，產(chǎn)品的可靠性是設(shè)計(jì)出來(lái)的，因此可靠性設(shè)計(jì)與分析是保證產(chǎn)品可靠性的重要途徑，GJB450A中300系列工作項(xiàng)目就是可靠性設(shè)計(jì)與分析的內(nèi)容?？煽啃栽O(shè)計(jì)與分析的內(nèi)容可靠性建模可靠性分配 FTA電路的容差分析元器件、原材料和零部件的選擇與控制確定功能測(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預(yù)計(jì)FMECA潛在通

13、路分析制定可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則確定可靠性關(guān)鍵產(chǎn)品有限元分析耐久性分析2.1 可靠性建模建立可靠性模型是重要的可靠性工作項(xiàng)目，是進(jìn)行可靠性分配、預(yù)計(jì)的依據(jù)。建立可靠性模型的要求：可靠性模型應(yīng)以產(chǎn)品功能為基礎(chǔ)，分別給出可靠性框圖和可靠性數(shù)學(xué)模型。可靠性框圖應(yīng)與產(chǎn)品的功能框圖相協(xié)調(diào)。應(yīng)分別建立基本可靠性框圖和任務(wù)可靠性框圖。 2.1 可靠性建模n注意：不要將可靠性框圖與功能原理相混淆。 功能圖 LC 可靠性框圖 2.1 可靠性建模串聯(lián)模型 設(shè)系統(tǒng)S由n個(gè)獨(dú)立的單元A1，A2，An組成，若n個(gè)單元中至少有一個(gè)單元失效時(shí)，則整個(gè)系統(tǒng)就失效，則稱為串聯(lián)系統(tǒng) A1A2An圖3-4串聯(lián)系統(tǒng)1( )( )nsiiR

14、tR t)()(0tRtRis串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度小于或等于部件的可靠度 。對(duì)于壽命服從指數(shù)分布 tiietR1nsii ttniissniieetRtR11111snsiiMTBF2.1 可靠性建模并聯(lián)系統(tǒng) 組成系統(tǒng)的所有單元故障時(shí)系統(tǒng)才故障的系統(tǒng)稱為并聯(lián)系統(tǒng)，顯然并聯(lián)系統(tǒng)屬于工作儲(chǔ)備模型。 tFtFniis1A1A2An圖3-5 并聯(lián)系統(tǒng) niistRtR1112.1 可靠性建模并聯(lián)系統(tǒng)當(dāng)單元壽命為指數(shù)分布時(shí) nitsietR111對(duì)于最常見(jiàn)的兩單元并聯(lián)系統(tǒng)，有 1212tttsRteee 21210111dttRss當(dāng)1=2=時(shí)32s ndttRss12110當(dāng)n個(gè)相同的單元并聯(lián)時(shí)2.1 可

15、靠性建模并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度高于每一個(gè)單元的可靠度，并聯(lián)系統(tǒng)是一個(gè)冗余系統(tǒng)，工作貯備系統(tǒng) 串聯(lián)系統(tǒng)和并聯(lián)系統(tǒng)具有相互對(duì)偶性 1( )( )nsiiR tR t tFtFniis1串聯(lián)系統(tǒng) 并聯(lián)系統(tǒng) 2.1 可靠性建模串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度好似鏈條的可靠度，構(gòu)成鏈條的鏈環(huán)只要有一個(gè)斷開(kāi)鏈條就壞了，一條鏈條的壽命是由壽命最短、強(qiáng)度最弱的鏈環(huán)決定的。并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度好似有許多鋼絲編成的鋼絲繩的可靠度，鋼絲繩的壽命由具有壽命最長(zhǎng)，強(qiáng)度最大的鋼絲決定。串并聯(lián)混合系統(tǒng)串并聯(lián)混合系統(tǒng)1123SRR R R245SRR R36767671 (1)(1)SRRRRRR R 串并聯(lián)混合系統(tǒng)串并聯(lián)混合系統(tǒng)41212SSSSS

16、RRRR R53SSRR451212512345123456767()() ()SSSSSSSSRR RRRR RRRR RR RRR R R RRRR R2.1 可靠性建模n中取r模型（r/n（G）模型） 組成系統(tǒng)的n個(gè)單元中，不故障的單元數(shù)不少于r（r介于1和n之間的某個(gè)數(shù)）則系統(tǒng)就不會(huì)故障，這樣的系統(tǒng)稱之為r/n系統(tǒng)。它屬于工作貯備模型。如4臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)，必須有2臺(tái)或2臺(tái)以上的發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作，飛機(jī)才能安全飛行，這就是4中取2系統(tǒng)。n中取r模型（r/n（G）模型） 當(dāng)n個(gè)單元都相同時(shí)，其可靠度可以按二項(xiàng)展開(kāi)式計(jì)算 0( )( )1( )n riin isniR tC RtR t11222

17、( )( ) 1( )( ) 1( )( ) 1( )nnnn rrn rnnnRtC RtR tC RtR tCRtR tn系統(tǒng)的單元數(shù)； r系統(tǒng)正常工作所必須的最少單元數(shù) 當(dāng)r=1時(shí)即為并聯(lián)模型 當(dāng)r=n時(shí)即為串聯(lián)模型 n中取r模型（r/n（G）模型）n當(dāng)n個(gè)單元壽命都服從指數(shù)分布時(shí)011111( )(1)(2)nssi rMTBFR t dtnnnri2.1 可靠性建模選擇可靠性模型的原則 大型系統(tǒng)和分系統(tǒng)一般都是串聯(lián)系統(tǒng) 元器件、零部件的可靠性是系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)，必須努力提高元器件、零部件的可靠性，只有在這種方法不能奏效時(shí)，或者當(dāng)提高元器件、零部件可靠性所花的費(fèi)用高于使用貯備的費(fèi)用時(shí)，

18、使用貯備模型才是唯一有效的辦法。 2.1 可靠性建模若要用貯備時(shí)，盡量在低級(jí)別上采用貯備，避免在高級(jí)別上進(jìn)行貯備。對(duì)于簡(jiǎn)單并聯(lián)模型來(lái)說(shuō)，當(dāng)貯備單元超過(guò)一定數(shù)量時(shí)，可靠性提高的速度大為減慢。 nMnMMTBF提高倍數(shù)相對(duì)增加倍數(shù)單元數(shù)n11.0021.50.531.830.3342.080.2552.280.20實(shí)例1 某型裝備任務(wù)剖面 實(shí)例2 不同任務(wù)階段的可靠性框圖導(dǎo)彈準(zhǔn)備階段可靠性框圖 實(shí)例2 不同任務(wù)階段的可靠性框圖實(shí)例2 不同任務(wù)階段的可靠性框圖實(shí)例3 r/n（G）模型固態(tài)相控陣天線的結(jié)構(gòu)形式：T/R模塊組件：一般4個(gè)T/R模塊組成子陣：4個(gè)組件，即16個(gè)模塊組成實(shí)例3 r/n（G）模

19、型天線的主要參數(shù)天線增益 天線增益是雷達(dá)的一個(gè)重要指標(biāo)，決定了雷達(dá)的威力。對(duì)于固態(tài)陣來(lái)說(shuō)，隨著失效單元數(shù)目增多，天線實(shí)際的有效輻射口徑減小，因此天線增益會(huì)逐漸降低。 副瓣電平實(shí)例3 r/n（G）模型單元級(jí)失效的影響 由于單元數(shù)目很多，單元失效往往呈隨機(jī)分布 1%單元失效 實(shí)例3 r/n（G）模型10%單元失效-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.4-1.8-1.6-1.4-1.2-1-0.8-0.6-0.4-0.20X: -0.02999Y: -0.9167 (=0)AF (dB)歸一化方向圖正常工作1%失效2%失效3%失效4%失效5%失效6%失效7%失效8%失效9%失效10

20、%失效單元失效對(duì)天線增益的影響 當(dāng)單元級(jí)失效率為10%時(shí)，增益下降約0.92dB。實(shí)例3 r/n（G）模型-20-1001020-50-45-40-35-30-25-20-15-10-50 (=0)AF (dB)歸一化方向圖正常工作10%單元失效-20-1001020-50-45-40-35-30-25-20-15-10-50 (=0)AF (dB)歸一化方向圖正常工作10%單元失效單元失效對(duì)發(fā)射方向圖（法線）影響 單元失效對(duì)接收和方向圖（法線）影響 實(shí)例3 r/n（G）模型組件級(jí)失效的影響： 假設(shè)固態(tài)陣天線中4個(gè)T/R模塊構(gòu)成一個(gè)組件。組件共用一個(gè)電源模塊，當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間工作后，電源模塊會(huì)有一定的

21、故障概率，一旦電源供電不正常，將會(huì)影響4個(gè)模塊的工作，這種失效情況稱之為組件級(jí)失效。組件級(jí)失效相比較單元級(jí)失效而言，對(duì)天線性能的影響較大。 實(shí)例3 r/n（G）模型1%組件失效10%組件失效 實(shí)例實(shí)例3 r/n3 r/n（G G）模型）模型-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.4-2-1.8-1.6-1.4-1.2-1-0.8-0.6-0.4-0.20 (=0)AF (dB)歸一化方向圖正常波束1%組件失效5%組件失效10%組件失效實(shí)例3 r/n（G）模型-20-15-10-505101520-50-45-40-35-30-25-20-15-10-50 (=0)AF (dB)

22、歸一化方向圖正常波束10%組件失效-20-1001020-50-45-40-35-30-25-20-15-10-50 (=0)AF (dB)歸一化方向圖正常工作10%單元失效組件級(jí)失效對(duì)接收差方向圖（法線）的影響 組件級(jí)失效對(duì)發(fā)射方向圖（法線）的影響 實(shí)例3 r/n（G）模型當(dāng)10%組件級(jí)失效時(shí)，天線增益下降約0.9dB，與單元級(jí)10%失效情況一致。10%組件級(jí)失效時(shí)，與正常狀態(tài)相比，發(fā)射波束第一副瓣電平無(wú)明顯變化， 但是由于4個(gè)模塊為一組，組件級(jí)失效時(shí)所引起的隨機(jī)性幅相誤差要大于單元級(jí)失效時(shí)所帶來(lái)的誤差，遠(yuǎn)區(qū)副瓣電平有一定的抬升，同時(shí)副瓣零點(diǎn)深度有退化的跡象。雖然副瓣電平有一定劣化，但是方向

23、圖整體包絡(luò)形狀并不明顯改變，因此亦不會(huì)嚴(yán)重影響雷達(dá)整體性能。實(shí)例3 r/n（G）模型子陣級(jí)失效 為了減少饋電網(wǎng)絡(luò)、電源、控制等的復(fù)雜程度，天線陣面往往要?jiǎng)澐譃槎鄠€(gè)子陣。 將4x4單元組成一小子陣。 子陣級(jí)失效對(duì)陣面幅相誤差有較大影響，會(huì)造成陣面某一片區(qū)域16個(gè)單元幅相出現(xiàn)較大的誤差。 實(shí)例3 r/n（G）模型1%子陣失效 10%子陣失效 實(shí)例3 r/n（G）模型n子陣級(jí)失效對(duì)天線增益的影響 0-2-1.8-1.6-1.4-1.2-1-0.8-0.6-0.4-0.20 (=0)AF (dB)歸一化方向圖正常工作1%子陣失效5%子陣失效10%子陣失效實(shí)例3 r/n（G）模型結(jié)論結(jié)論通過(guò)上述分析固態(tài)

24、陣天線單元級(jí)、組件級(jí)和子陣級(jí)隨機(jī)失效對(duì)天線性能的影響。對(duì)于發(fā)射或接收狀態(tài)，失效率為10%時(shí)，天線增益下降約0.9dB。單元級(jí)失效時(shí)，天線發(fā)射、接收天線方向圖與正常狀態(tài)相比無(wú)明顯變化；組件級(jí)、子陣級(jí)失效時(shí)，天線發(fā)射、接收天線方向圖遠(yuǎn)區(qū)副瓣略有抬升，但是方向圖整體包絡(luò)形狀不變，不影響使用。相控陣天線系統(tǒng)是一個(gè)r/n(G)模型，其中r=0.9n。實(shí)例4 r/n（G）任務(wù)可靠性計(jì)算 某相控陣天線由400個(gè)天線陣子、饋線和收發(fā)模塊（T/R ）以及功分器組成 實(shí)例4 r/n（G）任務(wù)可靠性計(jì)算 1個(gè)天線與收發(fā)單元的失效率； 天饋與數(shù)字收發(fā)系統(tǒng)的總失效率4 0 03 6 11=/sii s天饋分系統(tǒng)與數(shù)字收

25、發(fā)系統(tǒng)的任務(wù)可靠性為：1 /=0.1052/sMTBCF實(shí)例5 r/n（G）任務(wù)可靠性計(jì)算已知，1個(gè)數(shù)字T/R模塊的MTBF為100000h，1個(gè)天線陣子+饋線的MTBF為1000000h，因此，1個(gè)天線與收發(fā)單元的MTBF為90909.1h。根據(jù)計(jì)算，天饋與數(shù)字收發(fā)分系統(tǒng)的MTBCF為9564h。天饋與數(shù)字收發(fā)分系統(tǒng)基本可靠性模型是400個(gè)組件的串聯(lián)形式。400/400MTBFh實(shí)例5 冗余設(shè)計(jì)實(shí)例某產(chǎn)品的供電系統(tǒng)采用分布式的結(jié)構(gòu)形式，共5個(gè)機(jī)柜，每個(gè)機(jī)柜內(nèi)安裝10個(gè)電源模塊。系統(tǒng)對(duì)供電分系統(tǒng)的可靠性要求是3000h。如果電源模塊的MTBF為80000h，則，每個(gè)機(jī)柜的MTBF=80000/

26、10=8000h。而5個(gè)機(jī)柜的MTBF=8000/5=1600h。無(wú)法滿足系統(tǒng)的要求。 實(shí)例5 冗余設(shè)計(jì)實(shí)例n為了提高供電系統(tǒng)的可靠性，進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)。n方案方案A A在機(jī)柜級(jí)進(jìn)行冗余，增加了1個(gè)電源機(jī)柜作為冗余，形成5/6（G）模型。n采用冗余設(shè)計(jì)后，供電系統(tǒng)的可靠性從1600h提高到2930h,增加了83%，代價(jià)是增加了10個(gè)電源模塊，設(shè)備量增加了20%。 651s=/2 9 3 0jihi實(shí)例5 冗余設(shè)計(jì)實(shí)例n方案方案B B 仍用5個(gè)電源機(jī)柜，組成串聯(lián)模型，在各機(jī)柜內(nèi)部增加1組電源模塊，即在機(jī)柜內(nèi)電源模塊從10個(gè)，增加到11個(gè)。 電源機(jī)柜的可靠性框圖 1 1j101=/ii實(shí)例5 冗余設(shè)計(jì)

27、實(shí)例每個(gè)機(jī)柜的 供電系統(tǒng) 供電分系統(tǒng)的可靠性框圖 1/15273jjMTBFh/515273 /53054.6sjMTBFMTBFhh實(shí)例5 冗余設(shè)計(jì)實(shí)例當(dāng)采取電源模塊冗余后，供電系統(tǒng)的可靠性比不采用冗余時(shí)提高了91%（從1600h提高到3054h），比在機(jī)柜級(jí)采用冗余時(shí)的可靠性（2930h)又提高了4.3%。滿足了系統(tǒng)提出的可靠性要求。在電源模塊級(jí)采用冗余技術(shù)，效率更高，也更加經(jīng)濟(jì)，比增加一個(gè)電源機(jī)柜減少了5個(gè)電源模塊。在較低的產(chǎn)品層次上進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)效率更高，更經(jīng)濟(jì)，而且在大多數(shù)情況下更容易實(shí)現(xiàn)。 2.2 可靠性分配和預(yù)計(jì)可靠性預(yù)計(jì)和可靠性分配的關(guān)系可靠性預(yù)計(jì)和可靠性分配的關(guān)系可靠性分配和可

28、靠性預(yù)計(jì)是可靠性設(shè)計(jì)過(guò)程中必不可缺少的兩項(xiàng)工作?？煽啃苑峙涫强煽啃栽O(shè)計(jì)過(guò)程的第一步，可靠性預(yù)計(jì)是可靠性設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)?？煽啃苑峙涫前凑障到y(tǒng)分系統(tǒng)設(shè)備或部件這樣自上而下地進(jìn)行。而可靠性預(yù)計(jì)則是按照元器件或零件設(shè)備或部件分系統(tǒng)系統(tǒng)自下而上的進(jìn)行?？煽啃苑峙浜皖A(yù)計(jì)是密不可分的，貫穿于整個(gè)工程研制過(guò)程。分配給某級(jí)產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)作為該產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)成為產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，如果在現(xiàn)有的技術(shù)條件下經(jīng)過(guò)努力仍難以達(dá)到所分配的可靠性指標(biāo)，則需要調(diào)整技術(shù)方案，如果經(jīng)過(guò)多種設(shè)計(jì)方案都無(wú)法達(dá)到規(guī)定可靠性要求時(shí)，則可以考慮在保證系統(tǒng)可靠性要求的前提下，重新進(jìn)行可靠性分配。經(jīng)過(guò)分配預(yù)計(jì)再分配再預(yù)計(jì)的過(guò)程，達(dá)到并協(xié)調(diào)

29、好可靠性指標(biāo)要求。2.2 可靠性預(yù)計(jì)和分配 可靠性分配可靠性分配可靠性分配是產(chǎn)品在設(shè)計(jì)階段，根據(jù)系統(tǒng)的組成及以給定的條件，把系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)合理地分配給分系統(tǒng)或部件的過(guò)程?？煽啃苑峙涫且粋€(gè)從整體到局部、由大到小、自上而下的分解過(guò)程?？煽啃苑峙鋺?yīng)包括基本可靠性分配和任務(wù)可靠性分配?？煽啃灾笜?biāo)分配通常要留有余量。2.2 可靠性預(yù)計(jì)和分配可靠性分配應(yīng)遵循以下原則：復(fù)雜程度高的系統(tǒng)或產(chǎn)品，應(yīng)分配較低的可靠性指標(biāo)；技術(shù)上不成熟的產(chǎn)品，應(yīng)分配較低的可靠性指標(biāo)；處于惡劣工作環(huán)境的產(chǎn)品，應(yīng)分配較低的可靠性指標(biāo)；當(dāng)對(duì)可靠度進(jìn)行分配時(shí)，對(duì)于工作時(shí)間長(zhǎng)的產(chǎn)品，應(yīng)分配較低的可靠性指標(biāo)；重要度高的產(chǎn)品，應(yīng)分配較高的可靠

30、性指標(biāo)；不便于維修的產(chǎn)品，應(yīng)分配較高的可靠性指標(biāo)；可靠性分配是一個(gè)權(quán)衡過(guò)程，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化，還應(yīng)考慮其它約束條件。系統(tǒng)的可靠性分配就是求解不等式：RRRRfn),(21常用的可靠性分配方法 1) 等分配法 將系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)均勻的分配給各個(gè)分系統(tǒng)，即 i=1,2n 等分配法計(jì)算簡(jiǎn)單，應(yīng)用方便。缺點(diǎn)是沒(méi)有按照系統(tǒng)的復(fù)雜程度進(jìn)行分配，誤差大，有些分系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)可能難以實(shí)現(xiàn)。 niRR1常用的可靠性分配方法2）AGREE分配法既考慮了每一個(gè)分系統(tǒng)的復(fù)雜性，又考慮了其重要性。 ln( )i iiiNtnR tiiiittRexp)(i分配給第i個(gè)分系統(tǒng)的平均致命故障間隔時(shí)間 )(iitR分配

31、給第i個(gè)分系統(tǒng)在其任務(wù)時(shí)間內(nèi)的可靠度 it規(guī)定的第i個(gè)分系統(tǒng)的任務(wù)時(shí)間 i第i個(gè)分系統(tǒng)發(fā)生故障將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生故障的概率，表示的重要性因子 in第i個(gè)分系統(tǒng)中組裝件的個(gè)數(shù)，表示復(fù)雜性的因子 kiinN1系統(tǒng)中組裝件的總數(shù) 常用的可靠性分配方法2）AGREE分配法AGREE分配法是以任務(wù)可靠性為分配目標(biāo)的，考慮了任務(wù)時(shí)間，產(chǎn)品的復(fù)雜性和重要性等因素。適用于k個(gè)分系統(tǒng)組成的串聯(lián)模型，且每個(gè)分系統(tǒng)均為指數(shù)分布。常用的可靠性分配方法3） 加權(quán)因子分配法分系統(tǒng)的可靠度按照相關(guān)因素得分多少來(lái)分配，應(yīng)考慮哪些因素，每項(xiàng)因素的得分多少，由系統(tǒng)工程師根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)。為了便于統(tǒng)計(jì)，得分等級(jí)分為為了便于統(tǒng)計(jì)，得分等級(jí)

32、分為110110分。分。一般可考慮如下因素：重要性因子復(fù)雜性因子環(huán)境因子標(biāo)準(zhǔn)化因子維修性因子元器件質(zhì)量因子等。常用的可靠性分配方法分配模型iiiicciimikmirc1niicc1mir每一分系統(tǒng)相關(guān)因素得分 m相關(guān)因素項(xiàng)數(shù) k待分配的分系統(tǒng)個(gè)數(shù) 分配給第i個(gè)分系統(tǒng)的故障率 第i個(gè)分系統(tǒng)的加權(quán)因子 例：某艦載火控系統(tǒng)是由搜索雷達(dá)、跟蹤制導(dǎo)雷達(dá)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成，系統(tǒng)要求的MTBF=40h，將此指標(biāo)分配給各分系統(tǒng)。指揮控制系統(tǒng)搜索雷達(dá)跟蹤制導(dǎo)雷達(dá)復(fù)雜因子 123重要性因子 111環(huán)境因子 122標(biāo)準(zhǔn)化因子 122維修因子 122元器件質(zhì)量因子 1221324881ir1ir2ir3ir4ir5i

33、r661mmiirc31iicc某火控系統(tǒng)可靠性分配結(jié)果：指控系統(tǒng) 搜索雷達(dá) 制導(dǎo)雷達(dá) hMTBFZK324040181hMTBFSS25.101403281hMTBFZD5 .67404881實(shí)例6 某型指揮系統(tǒng)的可靠性分配1）系統(tǒng)功能及組成p 指揮系統(tǒng)功能 指揮系統(tǒng)指揮若干個(gè)作戰(zhàn)單元攔截空中目標(biāo)。p 指揮系統(tǒng)組成 系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)處理與顯控設(shè)備、通信設(shè)備、導(dǎo)航定位定向設(shè)備、作戰(zhàn)維護(hù)軟件、供配電設(shè)備。實(shí)例6 某型指揮系統(tǒng)的可靠性分配2） 任務(wù)剖面實(shí)例6 某型指揮系統(tǒng)的可靠性分配3）指揮系統(tǒng)基本可靠性和任務(wù)可靠性框圖n指揮系統(tǒng)的基本任務(wù)模式為正常接收上級(jí)指揮所的作戰(zhàn)命令及空情信息、上報(bào)作戰(zhàn)單元的狀

34、態(tài)及空情；接收目標(biāo)指示雷達(dá)站的空情信息，通過(guò)有線或無(wú)線通道對(duì)作戰(zhàn)單元發(fā)出指揮控制命令及目標(biāo)指示信息，接收作戰(zhàn)單元的作戰(zhàn)狀態(tài)和它所掌握的空情。在這種狀態(tài)下指揮系統(tǒng)處于停止?fàn)顟B(tài)，定位定向系統(tǒng)工作已完成， 2個(gè)綜合信息顯控臺(tái)只要1個(gè)正常即可完成基本指揮控制任務(wù)。 實(shí)例6 某型指揮系統(tǒng)的可靠性分配n基本可靠性框圖 作戰(zhàn)顯控臺(tái)2車通設(shè)備超短波電臺(tái)(2個(gè)）綜合電源柴油發(fā)電機(jī)2中心計(jì)算機(jī)通信控制器定位導(dǎo)航系統(tǒng)通信控制臺(tái)通信處理機(jī)短波電臺(tái)2超短波電臺(tái)（2個(gè)）2網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)實(shí)例6 某型指揮系統(tǒng)的可靠性分配n任務(wù)可靠性框圖 實(shí)例6 某型指揮系統(tǒng)的可靠性分配4）可靠性分配n指揮系統(tǒng)平均故障間隔時(shí)間為300h。采用加權(quán)

35、因子分配法 iiniiii1序號(hào)設(shè)備名稱分配值（h）1綜合電源65002柴油發(fā)電機(jī)228003中心計(jì)算機(jī)機(jī)80004作戰(zhàn)顯控臺(tái)238005通信控制臺(tái)50006車通設(shè)備55007超短波電臺(tái)組合224008通信控制器60009短波接收電臺(tái)300010超短波電臺(tái)組合2240012定位導(dǎo)航系統(tǒng)300014網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)10000指揮系統(tǒng)任務(wù)可靠性分配指揮系統(tǒng)任務(wù)可靠性分配 2.2 可靠性預(yù)計(jì)與分配可靠性預(yù)計(jì)可靠性預(yù)計(jì)可靠性預(yù)計(jì)的意義可靠性預(yù)計(jì)是對(duì)設(shè)備可靠性進(jìn)行定量的估算根據(jù)電子元器件可靠性經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)備的構(gòu)成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)備工作環(huán)境等因素來(lái)估計(jì)設(shè)備的可靠性。在方案設(shè)計(jì)和工程研制階段及時(shí)地預(yù)計(jì)系統(tǒng)、分系統(tǒng)或設(shè)備

36、的基本可靠性和任務(wù)可靠性，并實(shí)施“預(yù)計(jì)改進(jìn)再設(shè)計(jì)再預(yù)計(jì)”的循環(huán)，找出設(shè)備的薄弱環(huán)節(jié)，優(yōu)化電路設(shè)計(jì)、逐步使設(shè)備達(dá)到規(guī)定的可靠性要求。2.2 可靠性預(yù)計(jì)與分配可靠性預(yù)計(jì)是設(shè)備可靠性指標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)的基本保證，可靠性預(yù)計(jì)是自下而上地預(yù)計(jì)設(shè)備各層次可靠性水平，判斷各層次設(shè)計(jì)是否滿足規(guī)定的可靠性指標(biāo)，為下一步工作提供指導(dǎo)?？煽啃灶A(yù)計(jì)是電子設(shè)備可靠性從定性考慮轉(zhuǎn)入定性分析的關(guān)鍵，是“設(shè)計(jì)未來(lái)”的先導(dǎo)，是確保電子設(shè)備滿足可靠性指標(biāo)不可缺少的技術(shù)手段。 2.2 可靠性預(yù)計(jì)與分配可靠性預(yù)計(jì)的作用可靠性預(yù)計(jì)的作用從可靠性工程的角度來(lái)看，進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)可以檢查產(chǎn)品研制方案及技術(shù)設(shè)計(jì)的合理性，比較不同設(shè)計(jì)方案的可靠性水平

37、，發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)。對(duì)高故障率和承受過(guò)高應(yīng)力部分引起注意，同時(shí)與可靠性分配工作相結(jié)合，把規(guī)定的可靠性指標(biāo)合理地分配給各個(gè)組成部分，并為制定研制計(jì)劃、驗(yàn)證方案以及維修、后勤保障方案提供依據(jù)?？煽啃灶A(yù)計(jì)不去追求絕對(duì)準(zhǔn)確。采用統(tǒng)一尺度預(yù)計(jì)，為可靠性的可靠性預(yù)計(jì)不去追求絕對(duì)準(zhǔn)確。采用統(tǒng)一尺度預(yù)計(jì)，為可靠性的定量分析提供可比的相對(duì)度量。定量分析提供可比的相對(duì)度量。2.2 可靠性預(yù)計(jì)與分配可靠性預(yù)計(jì)的作用：在設(shè)計(jì)階段定量預(yù)測(cè)產(chǎn)品可靠性水平，評(píng)價(jià)產(chǎn)品是否能夠達(dá)到要求的可靠性指標(biāo)；在設(shè)計(jì)中，通過(guò)可靠性預(yù)計(jì)發(fā)現(xiàn)影響產(chǎn)品可靠性的主要因素，從而改進(jìn)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的可靠性要求；在方案設(shè)計(jì)階段，通過(guò)可靠性預(yù)計(jì)，可以對(duì)不同方

38、案的產(chǎn)品可靠性水平進(jìn)行比較，指導(dǎo)元器件的合理選用，為方案優(yōu)化提供依據(jù)；可靠性預(yù)計(jì)的作用 通過(guò)可靠性預(yù)計(jì)為可靠性分配奠定基礎(chǔ)，并為擬定改進(jìn)措施的優(yōu)先順序提供依據(jù)。將產(chǎn)品可靠性自上而下逐級(jí)分配給產(chǎn)品的各個(gè)層次，借此落實(shí)相應(yīng)層次的可靠性要求，并使整體與各部分之間的可靠性相互協(xié)調(diào)，盡可能的做到既避免出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)又避免局部“質(zhì)量過(guò)?！倍鴰?lái)的浪費(fèi)。可靠性預(yù)計(jì)為實(shí)施可靠性分配提供了直接的定量依據(jù)。 可靠性預(yù)計(jì)的方法基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)的可靠性預(yù)計(jì)法基于失效物理的可靠性分析法相似設(shè)備比較法其中，基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)的傳統(tǒng)方法應(yīng)用最廣，是當(dāng)前可靠性預(yù)計(jì)的主流方法。 可靠性預(yù)計(jì)的方法基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)的可靠性預(yù)計(jì)法組成產(chǎn)品的各個(gè)元器

39、件的可靠性決定了產(chǎn)品的可靠性在串聯(lián)可靠性模型的前提下，通過(guò)各個(gè)元器件失效率的疊加得出產(chǎn)品的總失效率。這一方法的主要假設(shè)是：元器件的失效率是恒定不變的或元器件的壽命分布服從指數(shù)分布。這種方法包括應(yīng)力分析法和元器件計(jì)數(shù)法。可靠性預(yù)計(jì)的方法基于失效物理的可靠性預(yù)計(jì)法失效物理分析法的焦點(diǎn)是關(guān)注主要的失效模式，在對(duì)有關(guān)物理現(xiàn)象及失效機(jī)理深入認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，利用仿真方法或推導(dǎo)出定量模型進(jìn)行預(yù)計(jì)。失效物理分析方法由于計(jì)算量大，普遍適用性差，該方法必須同實(shí)際產(chǎn)品所采用的元器件、原材料相結(jié)合，在量化整個(gè)產(chǎn)品的可靠性方面存在困難，主要體現(xiàn)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)師對(duì)所有的元器件物理結(jié)構(gòu)和信息難以充分的理解和掌握。 可靠性預(yù)計(jì)的方

40、法相似設(shè)備預(yù)計(jì)法相似產(chǎn)品法是利用有關(guān)相似產(chǎn)品所得到的特定經(jīng)驗(yàn)的預(yù)計(jì)方法。相似產(chǎn)品預(yù)計(jì)法是一種經(jīng)驗(yàn)預(yù)計(jì)法。以與其相似產(chǎn)品的可靠性水平作為所研制的新產(chǎn)品可靠性參照值，借此對(duì)新產(chǎn)品可能達(dá)到的可靠性水平作粗略的預(yù)測(cè)，進(jìn)而評(píng)估新產(chǎn)品總體方案的可行性。相似法的預(yù)計(jì)精度取決于現(xiàn)有產(chǎn)品可靠性數(shù)據(jù)的可信程度及現(xiàn)有產(chǎn)品與新產(chǎn)品的相似程度?？煽啃灶A(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展及主要分類基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)的可靠性預(yù)計(jì)方法是以恒定失效率為基礎(chǔ)的，這一方法最初是由于美國(guó)軍用手冊(cè)MIL-HDBK-217引入（1975年公布）主要的標(biāo)準(zhǔn)有：美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-HDBK-217F電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)；英國(guó)電信HRD5 英國(guó)電子元器件可靠性數(shù)據(jù)手冊(cè)

41、；IECTR62380-2004 可靠性數(shù)據(jù)手冊(cè)電子元器件、PCB和設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)通用模型；可靠性預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展及主要分類中國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)GJIB/Z299電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)1987年 GJB/Z2991991年 GJB/Z299A1998年，GJB/Z299B2006年，GJB/Z299C基于GJB299的可靠性預(yù)計(jì)的一般程序劃分可靠性預(yù)計(jì)單元，預(yù)計(jì)單元在電路功能上應(yīng)相對(duì)獨(dú)立，其可靠性模型一般為串聯(lián)結(jié)構(gòu)；計(jì)算各預(yù)計(jì)單元內(nèi)元器件的工作失效率；將預(yù)計(jì)單元內(nèi)的各類元器件的工作失效率相加，由此得出預(yù)計(jì)單元的失效率；按照可靠性模型逐級(jí)預(yù)計(jì)最終得到系統(tǒng)的失效率或MTBF。 與可靠性預(yù)計(jì)有關(guān)的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)和定

42、義1 1）元器件的工作失效率模型）元器件的工作失效率模型 工作失效率包含：基本失效率元器件質(zhì)量控制等級(jí)環(huán)境應(yīng)力應(yīng)用狀態(tài)性能額定值種類、結(jié)構(gòu)等失效率影響因素。 工作失效率由基本失效率乘以上述各因素的調(diào)整系數(shù)來(lái)表示。與可靠性預(yù)計(jì)有關(guān)的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)和定義例：普通雙極型晶體管的工作失效率模型CrSAQEbp2基本失效率，10-6/h bE環(huán)境系數(shù) A應(yīng)用系數(shù) ，不同功能對(duì)失效的影響程度，開(kāi)關(guān)、放大、檢波、電壓基準(zhǔn)等2S電壓應(yīng)力系數(shù)，外加電壓對(duì)器件失效率的影響 r額定應(yīng)力系數(shù) C結(jié)構(gòu)系數(shù) ，單管、匹配對(duì)、達(dá)林頓對(duì)、結(jié)性、MOS場(chǎng)效應(yīng)管等與可靠性預(yù)計(jì)有關(guān)的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)和定義2 2）元器件的基本失效率）元器件的基本

43、失效率 ：n元器件在電應(yīng)力和溫度應(yīng)力作用下的失效率，是元器件未考慮其質(zhì)量控制等級(jí)、環(huán)境應(yīng)力、應(yīng)用狀態(tài)、性能額定值和種類、結(jié)構(gòu)等影響因素，僅計(jì)溫度和電應(yīng)力比（工作電應(yīng)力/額定電應(yīng)力）影響時(shí)的失效率 b例：硅NPN晶體管基本失效率（299C表5.3.21）T/S0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.000.0300.0360.0420.0490.0580.0670.0790.0950.1180.15450.0310.0380.0440.0520.0610.0710.0840.1020.1280.171100.0330.0400.0470.0550.0640.0750.0890.

44、1090.1400.192400.0470.0550.0640.0750.0890.1090.1400.1920.291600.0580.0670.0790.0950.1180.1540.218850.0750.0890.1090.1400.1920.2911000.0890.1090.1400.1920.2911500.218鉭電容的b隨工作溫度和應(yīng)力比變化曲線 3）環(huán)境類別和環(huán)境系數(shù) 環(huán)境類別符號(hào)說(shuō) 明地面良好GB能保持正常氣候條件，機(jī)械應(yīng)力接近于零的地面良好環(huán)境，其維護(hù)條件良好，如有溫濕度控制的實(shí)驗(yàn)室或大型地面站等導(dǎo)彈發(fā)射井GMS發(fā)射井中的導(dǎo)彈及其輔助設(shè)備所處的環(huán)境。一般地面固定GF1在

45、普通的建筑物內(nèi)或通風(fēng)較好的固定機(jī)架上，受振動(dòng)沖擊影響很小的環(huán)境條件，如固定雷達(dá)、通訊設(shè)備、電視機(jī)等家用電器所處的環(huán)境。惡劣地面固定GF2只有簡(jiǎn)陋?dú)夂蚍雷o(hù)設(shè)施的地面環(huán)境或地下坑道，其環(huán)境條件比較惡劣，如高溫、低溫、溫差變化大、高濕、霉菌、鹽霧和化學(xué)氣體等。平穩(wěn)地面移動(dòng)GM1在比較平穩(wěn)的移動(dòng)狀態(tài)下,有所振動(dòng)與沖擊,如在公路上行駛的專用車輛及火車車廂環(huán)境.惡劣地面移動(dòng)GM2安裝在履帶車上，在較劇烈的移動(dòng)狀態(tài)下工作，受陣動(dòng)、沖擊影響較大，通風(fēng)及濕度控制條件受限制，使用中維修條件差，如裝甲車內(nèi)的環(huán)境條件。背負(fù)MP由人攜帶的越野環(huán)境，維護(hù)條件差潛艇NSB潛艇內(nèi)的環(huán)境條件艦船良好艙內(nèi)NS1行駛時(shí)較為平穩(wěn)，且

46、受鹽霧、水汽影響較小的艦船艙內(nèi)，如今還大型運(yùn)輸船和內(nèi)河船只的空調(diào)艙。艦船普通艙內(nèi)NS2能防風(fēng)雨的普通艦船內(nèi)，常有較強(qiáng)烈的振動(dòng)和沖擊，如水面艦船艙內(nèi)環(huán)甲板以下的環(huán)境。艦船艙外NU艦船甲板上的典型環(huán)境，經(jīng)常有強(qiáng)烈的沖擊和振動(dòng)，包括無(wú)防護(hù)、暴露于風(fēng)雨下的環(huán)境。戰(zhàn)斗機(jī)座艙AIF戰(zhàn)斗機(jī)飛行員座艙環(huán)境，無(wú)太高的溫度、壓力和過(guò)于強(qiáng)烈的沖擊振動(dòng)。戰(zhàn)斗機(jī)無(wú)人艙AUF由高溫、高壓、強(qiáng)烈沖擊與振動(dòng)等惡劣環(huán)境條件，如戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)身、機(jī)尾、機(jī)翼等部位的設(shè)備艙、炸彈艙。運(yùn)輸機(jī)座艙AIC運(yùn)輸及空勤人員的座艙環(huán)境。運(yùn)輸機(jī)無(wú)人艙運(yùn)輸機(jī)上無(wú)環(huán)境條件控制的非載人區(qū)域環(huán)境。直升機(jī)在帶轉(zhuǎn)翼直升機(jī)機(jī)內(nèi)火機(jī)內(nèi)安裝的環(huán)境宇宙飛行在地球軌道上飛行

47、，不包括動(dòng)力飛行和重返大氣層，如衛(wèi)星中電子設(shè)備的安裝環(huán)境導(dǎo)彈發(fā)射由于導(dǎo)彈發(fā)射、火箭飛行、射入軌道級(jí)重返大氣層或降落傘著陸等引起的噪聲、振動(dòng)、沖擊及其他惡劣的環(huán)境條件導(dǎo)彈飛行與吸氣助燃推進(jìn)導(dǎo)彈、巡航導(dǎo)彈的動(dòng)力飛行和處于無(wú)動(dòng)力自由飛行導(dǎo)彈相關(guān)的環(huán)境條件例 半導(dǎo)體單片集成電路的環(huán)境系數(shù)的E環(huán)境GBGMSGF1GF2GM1GM2MPNSBNS11.01.52.46.56.3116.87.54.5環(huán)境NS2NUAIFAUFAICAUCARWSFMLMF101415201013191.23215EE4 4）元器件的質(zhì)量等級(jí)與質(zhì)量系數(shù)）元器件的質(zhì)量等級(jí)與質(zhì)量系數(shù)國(guó)軍標(biāo)GJB299電子元器件可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)中規(guī)

48、定了質(zhì)量等級(jí)的定義： 元器件質(zhì)量等級(jí)是指元器件裝機(jī)使用之前，按產(chǎn)品執(zhí)行元器件質(zhì)量等級(jí)是指元器件裝機(jī)使用之前，按產(chǎn)品執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)或供需雙方技術(shù)協(xié)議，在制造、檢驗(yàn)及篩選過(guò)程中標(biāo)準(zhǔn)或供需雙方技術(shù)協(xié)議，在制造、檢驗(yàn)及篩選過(guò)程中其質(zhì)量的控制等級(jí)。其質(zhì)量的控制等級(jí)。 必須注意，國(guó)產(chǎn)元器件質(zhì)量等級(jí)分為兩類一類是用于元器件的生產(chǎn)控制、選用和采購(gòu)的質(zhì)量等級(jí)，亦可稱為元器件質(zhì)量保證等級(jí)；另一類是用于進(jìn)行電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)的質(zhì)量等級(jí)。二者既有區(qū)別，又相互聯(lián)系。 Q國(guó)產(chǎn)元器件的質(zhì)量保證等級(jí)元器件質(zhì)量保證等級(jí)一般指通過(guò)產(chǎn)品規(guī)范所規(guī)定的考核要求所規(guī)定的質(zhì)量和可靠性水平。是按規(guī)定的質(zhì)量保證要求和程序，對(duì)元器件質(zhì)量和可靠性劃分確

49、定的等級(jí)，決定了元器件的固有可靠性。質(zhì)量保證等級(jí)有以下兩種表征方式。國(guó)產(chǎn)元器件的質(zhì)量保證等級(jí)以失效率水平表征的質(zhì)量等級(jí)l固定電阻器l電位器l固定電容器l密封電磁繼電器l混合繼電器l射頻固定電感器 失效率等級(jí)名稱失效率等級(jí)代號(hào)最大失效率（1/h）亞五級(jí)L310-5五級(jí)M10-5六級(jí)P10-6七級(jí)R10-7八級(jí)S10-8國(guó)產(chǎn)元器件的質(zhì)量保證等級(jí)元器件類別依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量保證等級(jí)（從高到低）半導(dǎo)體集成電路GJB597A-96S 、B、 B1混合集成電路GJB2438A-2002K、H、G、D半導(dǎo)體分立器件GJB33A-97JY（宇航級(jí)）、JCT（超特軍級(jí)）、JT（特軍級(jí)）、JP（普軍級(jí)）光電模塊SJ20

50、642-97M2、M1晶體振蕩器GJB1648-93S(宇航)、B（軍）聲表面波器件GJB2600-96S（宇航）、B（軍）、B1固態(tài)繼電器GJB1515A-2001Y（軍）混合和固體延時(shí)繼電器GJB1513-92X（特軍）、Y（軍）、W（工業(yè)） 以質(zhì)量和可靠性保證水平表征的質(zhì)量等級(jí)用于電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)的質(zhì)量等級(jí) 國(guó)產(chǎn)元器件當(dāng)按照GJB299進(jìn)行電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)時(shí)，給出的與質(zhì)量保證等級(jí)有對(duì)應(yīng)關(guān)系的質(zhì)量等級(jí)，而質(zhì)量系數(shù) Q是指不同質(zhì)量等級(jí)的元器件對(duì)失效率影響的修正系數(shù)。 在GJB299中列出了A A、B B、C C三個(gè)質(zhì)量等級(jí)，其中在每個(gè)等級(jí)中又細(xì)分了一些層次。 ()pbEQk 半導(dǎo)體單片集

51、成電路質(zhì)量等級(jí)與質(zhì)量系數(shù)Q、質(zhì)量等級(jí)質(zhì)量要求說(shuō)明質(zhì)量要求補(bǔ)充說(shuō)明AA1符合GJB597A，且列入軍用電子元器件合格產(chǎn)品目錄（QPL）的S級(jí)產(chǎn)品。符合GJB597-1988且列入QPL的S級(jí)產(chǎn)品。A2符合GJB597A，且列入軍用電子元器件合格產(chǎn)品目錄（QPL）的B級(jí)產(chǎn)品。符合GJB597-1988且列入QPL的B級(jí)產(chǎn)品。0.08A3符合GJB597A，且列入軍用電子元器件合格產(chǎn)品目錄（QPL）的B1級(jí)產(chǎn)品。符合GJB597-1988且列入QPL的B1級(jí)產(chǎn)品。0.13A4符合GB/T4589.1的類產(chǎn)品，或經(jīng)中國(guó)電子元器件質(zhì)量認(rèn)證委員會(huì)認(rèn)證合格的類產(chǎn)品。按QZJ840614840615“七?！奔?/p>

52、術(shù)條件組織生產(chǎn)的I、IA類產(chǎn)品，或符合SJ331的I、IA類產(chǎn)品。 0.25BB1按照軍用標(biāo)準(zhǔn)篩選要求進(jìn)行篩選的B2質(zhì)量等級(jí)的產(chǎn)品，或符合GB/T4589.1的類產(chǎn)品。 按“七九零五”“七?！辟|(zhì)量控制技術(shù)協(xié)議組織生產(chǎn)的產(chǎn)品，或符合SJ331的類產(chǎn)品。0.50B2GB/T4589.1的類產(chǎn)品。符合SJ331的類產(chǎn)品。1.0CC1符合SJ331的類產(chǎn)品。3.0C2低檔產(chǎn)品10.0Q國(guó)產(chǎn)元器件質(zhì)量保證等級(jí)和質(zhì)量等級(jí)對(duì)應(yīng)關(guān)系 元器件質(zhì)量等級(jí)元器件總規(guī)范體系（質(zhì)量保證等級(jí)）GJB299體系半導(dǎo)體集成電路S、B、B1、G+、GA1、A2、A3、A4、B1、B2、C1、C2半導(dǎo)體分立器件JY、JCT、JT、

53、JP、G+、GA1、A2、A3、A4、A5、B1、B2、C電容器S、R、P、M 、G+、GA1S、A1R、A1P、A1M、A2、B1、B2、C1、C2電阻器T、S(B)、R(Q)、P(L)、M(W)、G*A1T、A1S、A1R、A1P、A1M、A2、B1、B2、C國(guó)外電子元器件的質(zhì)量等級(jí) 進(jìn)口微電路的質(zhì)量等級(jí) 質(zhì)量等級(jí)說(shuō) 明常用名稱備注S符合MIL-M-38510的S級(jí)38510高可靠S-1 符合MIL-STD-975或MIL-STD-1547 JAN或軍用B符合MIL-M38510的B級(jí)軍標(biāo)B-1 符合MIL-STD-883C的1.2.1節(jié)或符合DESC DrawingDESC883準(zhǔn)高可靠

54、B-2 部分符合883C的1.2.1節(jié)準(zhǔn)883D密封，有正規(guī)可靠性篩選和生產(chǎn)保證民用D-1有機(jī)材料封裝微電路的級(jí)別與質(zhì)量系數(shù) 質(zhì)量等級(jí)說(shuō) 明質(zhì)量系數(shù)備 注S級(jí)完全按照MIL-M-38510 S級(jí)要求進(jìn)行采購(gòu)，列入QPL-38510的S級(jí)0.25通常也稱為JANS級(jí)或“宇航級(jí)”，是最高質(zhì)量等級(jí)S-1 級(jí)完全按照MIL-STD-975或MIL-STD-1547的要求進(jìn)行采購(gòu)，并具有采購(gòu)機(jī)關(guān)批準(zhǔn)的規(guī)范0.75MIL-STD-975:NASA標(biāo)準(zhǔn)的電子、電氣和機(jī)電元器件清單MIL-STD-1547：宇航運(yùn)載火箭用零件、設(shè)備和工藝技術(shù)要求B級(jí)完全按照MIL-M-38510 B級(jí)要求進(jìn)行采購(gòu)，列入QPL-

55、38510的B級(jí)1.0稱為：JANB級(jí)或軍用級(jí)、軍標(biāo)級(jí)或普軍級(jí)。是列入QPL-38510的基本級(jí)。美國(guó)軍用設(shè)備原則上都要使用JANB及其以上級(jí)的微電路。B-1級(jí)完全符合MIL-STD-883的1.2.1節(jié)的所有要求，并按照軍用圖紙、國(guó)防電子供應(yīng)中心的圖紙或政府批準(zhǔn)的其他文件進(jìn)行采購(gòu)。2.0883級(jí)或DESC產(chǎn)品B-2級(jí)不完全符合MIL-STD-883的1.2.1節(jié)的要求，并按照政府批準(zhǔn)的文件，包括賣方等效的B及要求進(jìn)行采購(gòu)。5.0 D級(jí)完全密封的具有正規(guī)可靠性篩選和制造廠質(zhì)量保證措施的器件，非密封的有機(jī)材料封裝的器件必須承受160 h，125老煉，10個(gè)溫度循環(huán)（-55+125）。10.0屬于

56、沒(méi)有高可靠性要求的普通民品，這檔器件可以按使用的溫度范圍更細(xì)分為：a)軍用溫度范圍：-55125b)工業(yè)溫度范圍：-40+85c)商業(yè)溫度范圍：0+70D-1級(jí)用有機(jī)材料(如環(huán)氧樹(shù)脂、硅和酚)封裝或密封的民品（非軍用標(biāo)準(zhǔn)）關(guān)于軍品器件與“軍用溫度”“使用溫度范圍”只表明器件耐環(huán)境溫度特性，與可靠性沒(méi)有太大的關(guān)系，不能將“軍用溫度”與“軍品”等同起來(lái)?！败娖贰笔侵附⒘讼鄳?yīng)的軍用規(guī)范，并按規(guī)范及有關(guān)軍用標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)和采購(gòu)的具有可靠性要求的“標(biāo)準(zhǔn)軍用”產(chǎn)品，即JAN（S、S-1、B級(jí)）產(chǎn)品。5) 通用失效率G元器件在某一環(huán)境類別中在通用環(huán)境溫度和常用工作應(yīng)力下的失效率。在元器件計(jì)數(shù)法進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)時(shí)采

57、用通用失效率。niQiGiiGSN1例:半導(dǎo)體分立器件通用失效率G 種 類環(huán) 境GBGMSGF1GF2GM1GM2MPNSB小功率硅NPN0.0370.0450.0830.2080.2680.5670.3120.219大功率微波雙極型0.6040.7241.2073.0183.3206.6404.5273.018各類元器件的通用工作溫度 環(huán)境GBGMSGF1GF2GM1GM2MPNSBNS1NS2TA30304040556040454045環(huán)境NUAIFAUFAICAUCARWSFMLMFTA705570557055305555三種可靠性預(yù)計(jì)方法的比較及應(yīng)用范圍 使用階段相似設(shè)備法元器件計(jì)數(shù)法

58、應(yīng)力分析法方案論證階段初步設(shè)計(jì)階段詳細(xì)設(shè)計(jì)階段達(dá)到的目的與以往相似產(chǎn)品進(jìn)行比對(duì)，對(duì)產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行粗略的估計(jì)。所采用元器件的品種、數(shù)量基本確定，對(duì)產(chǎn)品可能達(dá)到的可靠性水平進(jìn)行初步計(jì)算元器件在設(shè)備中所處的各種電應(yīng)力已經(jīng)確定。對(duì)產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行較為精確的計(jì)算。2.3 降額設(shè)計(jì)降額設(shè)計(jì)目的 降額設(shè)計(jì)是使元器件在使用過(guò)程中所承受的電應(yīng)力低于其額定值的設(shè)計(jì)方法。通過(guò)降低元器件所承受的應(yīng)力，達(dá)到降低元器件的使用失效率，進(jìn)而提高產(chǎn)品可靠性的目的。元器件在規(guī)定的額定值下是可以工作的，但在額定值下工作的元器件失效率往往較大，雖然元器件的設(shè)計(jì)有一定的安全余量，元器件在開(kāi)始使用時(shí)正常工作，但由于始終處于極限的工作應(yīng)

59、力下，性能退化較快，造成產(chǎn)品不可靠。 元器件降額準(zhǔn)則及等級(jí)國(guó)產(chǎn)元器件的降額依據(jù)國(guó)軍標(biāo)GJB35/Z35 元器件降額準(zhǔn)則GJB/Z35推薦三個(gè)降額等級(jí)：級(jí)降額（最大降額）級(jí)降額（中等降額）級(jí)降額（最小降額） 降額等級(jí)級(jí)降額最大等級(jí)的降額 對(duì)元器件的使用可靠性改善最大，超過(guò)它的更大的降額，通常對(duì)產(chǎn)品的可靠性的提高有限，而且可能是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)難以實(shí)現(xiàn)。級(jí)降額主要適用于下述情況：產(chǎn)品的失效將導(dǎo)致人員傷亡或裝備與保障設(shè)施的嚴(yán)重破壞；對(duì)產(chǎn)品有高可靠的要求、且采用了新技術(shù)、新工藝的設(shè)計(jì)；由于費(fèi)用和技術(shù)原因，產(chǎn)品失效后無(wú)法或不易維修。由于級(jí)降額量值較大，可能導(dǎo)致產(chǎn)品的尺寸、重量將有所增加。降額等級(jí)級(jí)降額中等等級(jí)

60、的降額對(duì)元器件的使用可靠性有明顯的改善，級(jí)降額在設(shè)計(jì)上較降額容易實(shí)現(xiàn)。 級(jí)降額適用于下述情況：產(chǎn)品的失效將可能引起裝備與保障設(shè)施損壞；有高可靠性的要求；維修費(fèi)用較高。級(jí)降額對(duì)系統(tǒng)或設(shè)備的尺寸、重量、體積增加不大。 降額等級(jí)級(jí)降額 最小等級(jí)的降額對(duì)元器件的使用可靠性改善的相對(duì)效益最大，但可靠性改善的絕對(duì)效果不如級(jí)和級(jí)降額。級(jí)降額在設(shè)計(jì)上最容易實(shí)現(xiàn)。 級(jí)降額適用于如下情況：設(shè)備的失效不會(huì)造成人員的傷亡和設(shè)施的破壞；設(shè)備采用較成熟的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)；失效的設(shè)備可迅速、經(jīng)濟(jì)的加以修復(fù)。 GJB/Z35推薦的降額等級(jí) 應(yīng)用范圍降額等級(jí)最高最低航天器與運(yùn)載火箭戰(zhàn)略導(dǎo)彈戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈系統(tǒng)飛機(jī)與艦船系統(tǒng)通訊電子系統(tǒng)武器與車