可靠性预计与分配综述课件.ppt

1、1作业：作业：2-1024.可靠性预计与分配可靠性预计与分配4.1可靠性预计可靠性预计l可靠性预计是为了估计产品在给定工作条件下的可可靠性预计是为了估计产品在给定工作条件下的可靠性而进行的工作。靠性而进行的工作。l它运用以往的工程经验、故障数据、当前的技术水它运用以往的工程经验、故障数据、当前的技术水平、尤其是以元器件、零部件的失效率作为依据，平、尤其是以元器件、零部件的失效率作为依据，预报产品预报产品(元器件、零部件、子系统或系统元器件、零部件、子系统或系统)实际可实际可能达到的可靠度。能达到的可靠度。l是一个由局部到整体、由小到大、由下到上的过程，是一个由局部到整体、由小到大、由下到上的过

2、程，是一个综合的过程。是一个综合的过程。3可靠性预计的目的：可靠性预计的目的：l(1)检验所做设计是否能满足给定的可靠性目标检验所做设计是否能满足给定的可靠性目标,预预测产品的可靠度值；测产品的可靠度值；l(2)在方案论证阶段在方案论证阶段,通过预计，根据结果的通过预计，根据结果的相对性相对性进行方案比较，找出最优方案。进行方案比较，找出最优方案。l(3)综合设计参数及性能指标要求，达到合理提高产综合设计参数及性能指标要求，达到合理提高产品可靠性的目的。品可靠性的目的。l(4)发现主要因素，找出薄弱环节，采取措施提高可发现主要因素，找出薄弱环节，采取措施提高可靠度。靠度。l(5)为可靠性增长试

3、验、验证试验及费用核算等研究为可靠性增长试验、验证试验及费用核算等研究提供依据。提供依据。可靠性预计可靠性预计4可靠性预计可靠性预计5可靠性预计可靠性预计64.2可靠性预计方法可靠性预计方法4.2.1系统可靠性预计的一般方法系统可靠性预计的一般方法l在统计了大量相似系统的性能参数与可靠性关系的基在统计了大量相似系统的性能参数与可靠性关系的基础上，进行回归分析，得出一些经验公式及系数，以础上，进行回归分析，得出一些经验公式及系数，以便在方案论证及初步设计阶段，能根据初步确定的系便在方案论证及初步设计阶段，能根据初步确定的系统性能及结构参数预计系统可靠性。统性能及结构参数预计系统可靠性。1.性能参

4、数法性能参数法l例如电子元件性能参数的退化与失效概率密度函数之例如电子元件性能参数的退化与失效概率密度函数之间的关系。间的关系。72.可靠性数学模型可靠性数学模型可靠性预计可靠性预计83.相似设备法相似设备法l将被评估的新产品与以往类似产品进行比较，设新将被评估的新产品与以往类似产品进行比较，设新产品缺陷总数为产品缺陷总数为nr，原产品缺陷总数为，原产品缺陷总数为nb，ni为新为新引进的缺陷总数，引进的缺陷总数，ne为已排除的缺陷总数，为已排除的缺陷总数，l则：则：l nr=nb+ni-nel新产品的失效率为新产品的失效率为:l r=k nrk是从旧产品上获得的产品失效率与其内部缺陷之间是从旧

5、产品上获得的产品失效率与其内部缺陷之间的关系系数。的关系系数。可靠性预计可靠性预计94.相似电路法相似电路法l若已知新老系统的电路相似，并知道老系统各种电若已知新老系统的电路相似，并知道老系统各种电路的失效率和新系统的各种电路数，则可按经验公路的失效率和新系统的各种电路数，则可按经验公式估计新系统的失效率：式估计新系统的失效率：可靠性预计可靠性预计105.失效率预计法失效率预计法l当研制工作进展到详细设计阶段，已有产品原理图和当研制工作进展到详细设计阶段，已有产品原理图和结构图，选出了元部件，已知它们的类型、数量、使结构图，选出了元部件，已知它们的类型、数量、使用环境及应力，并已具有实验室常温

6、条件测得的失效用环境及应力，并已具有实验室常温条件测得的失效率时，可采用失效率预计法。率时，可采用失效率预计法。可靠性预计可靠性预计11l(1)根据产品功能画出可靠性框图。根据产品功能画出可靠性框图。l(2)按可靠性框图建立相应的数学模型。按可靠性框图建立相应的数学模型。l(3)确定各方框中元部件或设备的失效率，该失效确定各方框中元部件或设备的失效率，该失效率应为基本失效率。率应为基本失效率。可靠性预计可靠性预计12l非电子产品工作失效率为：非电子产品工作失效率为：p=b K Dl式中：式中：p工作失效率；工作失效率；l b基本失效率；基本失效率；l K（环境因子），（环境因子），D（降额因子

7、）（降额因子）取值由工取值由工程经验确定。程经验确定。可靠性预计可靠性预计132.预计方法预计方法a)元件计数法元件计数法b)元件应力分析法元件应力分析法c)简单枚举归纳推理的可靠性快速预计法简单枚举归纳推理的可靠性快速预计法4.2.2电子、电器设备可靠性预计电子、电器设备可靠性预计l1.特点特点la)服从指数分布；服从指数分布；lb)成熟、标准化程度高。成熟、标准化程度高。14可靠性预计可靠性预计15可靠性预计可靠性预计16l结温是处于电子设备中实际半导体芯片（晶圆、裸结温是处于电子设备中实际半导体芯片（晶圆、裸片）的最高温度。片）的最高温度。l它通常高于外壳温度和器件表面温度。它通常高于外

8、壳温度和器件表面温度。l如果器件工作温度超过最高结温，器件中的晶体管如果器件工作温度超过最高结温，器件中的晶体管就可能会被破坏，器件也随即失效。就可能会被破坏，器件也随即失效。l结温为：热阻结温为：热阻输入电力输入电力+环境温度环境温度可靠性预计可靠性预计17可靠性预计可靠性预计18l2.预计方法预计方法l a)修正系数法修正系数法l b)相似产品类比论证法相似产品类比论证法l4.2.3机械产品可靠性预计机械产品可靠性预计l1.特点特点la)失效率为非常值；失效率为非常值；lb)通用性不强、标准化程度低。通用性不强、标准化程度低。19可靠性预计可靠性预计20l 其基本思想是根据仿制或改型的类似

9、国其基本思想是根据仿制或改型的类似国内和国外产品已知的失效率，分析两者在内和国外产品已知的失效率，分析两者在组组成结构、使用环境、原材料、原器件水成结构、使用环境、原材料、原器件水平、制造工艺水平平、制造工艺水平等方面的差异，通过专等方面的差异，通过专家评分给出各修正系数家评分给出各修正系数,综合权衡后得出一个综合权衡后得出一个失效率综合修正因子失效率综合修正因子D，如下式所示：，如下式所示：l D=K1K2K3K4可靠性预计可靠性预计21l D=K1K2K3K4lK1修正系数，表示我国原材料与先进国修正系数，表示我国原材料与先进国家原材料的差距；家原材料的差距；lK2修正系数，表示我国基础工

10、业修正系数，表示我国基础工业(包括热包括热处理、表面处理、铸造质量控制等方面处理、表面处理、铸造质量控制等方面)与先进与先进国家的差距；国家的差距；lK3 修正系数，表示生产厂现有工艺水平修正系数，表示生产厂现有工艺水平与先进国家工艺水平的差距；与先进国家工艺水平的差距；lK4修正系数，表示生产厂在产品设计、修正系数，表示生产厂在产品设计、生产等方面的经验与先进国家的差距。生产等方面的经验与先进国家的差距。可靠性预计可靠性预计224.2.3不同研制阶段预计方法的选取不同研制阶段预计方法的选取研制阶段研制阶段可靠性预计方法可靠性预计方法方案论证方案论证性能参数法、相似产品法性能参数法、相似产品法

11、初步设计初步设计专家评分法、元件计数法、修专家评分法、元件计数法、修正系数法、相似产品类比论证正系数法、相似产品类比论证法法详细设计详细设计故障率预计法，应力预计法故障率预计法，应力预计法l不同研制阶段预计方法的选取不同研制阶段预计方法的选取234.2.4注意事项注意事项4）预计值应大于成熟期的规定值。）预计值应大于成熟期的规定值。1）应尽早进行可靠性预计；）应尽早进行可靠性预计；2）研制的各个阶段应反复迭代进行；）研制的各个阶段应反复迭代进行；3）预计结果的相对意义比绝对值更为重要；）预计结果的相对意义比绝对值更为重要；可靠性预计可靠性预计244.3可靠性分配可靠性分配l可靠性分配可靠性分配

12、(reliability allocation)l是把系统的可靠性指标按一定的方法合理地分配给是把系统的可靠性指标按一定的方法合理地分配给分系统、设备、零部件分系统、设备、零部件(或元器件或元器件)的全过程。的全过程。25l(4)通过分配，使系统所获得的可靠度值比分配前通过分配，使系统所获得的可靠度值比分配前更加切合实际，可节省制造的时间及费用。更加切合实际，可节省制造的时间及费用。可靠性分配的目的是：可靠性分配的目的是：l(1)合理地确定系统中每个单元的可靠度指标，以便合理地确定系统中每个单元的可靠度指标，以便在单元设计、制造、试验、验收时切实地加以保证，在单元设计、制造、试验、验收时切实地

13、加以保证，反过来又将促进设计、制造、试验、验收方法和技反过来又将促进设计、制造、试验、验收方法和技术的改进和提高。术的改进和提高。l(2)通过可靠性分配，帮助设计者了解零件、单元通过可靠性分配，帮助设计者了解零件、单元(子子系统系统)、系统、系统(整体整体)间的可靠性的相互关系，明确设计间的可靠性的相互关系，明确设计的基本问题。的基本问题。l(3)通过可靠性分配，使设计者更加全面地权衡系统通过可靠性分配，使设计者更加全面地权衡系统的性能、功能、费用及有效性等与时间的关系，以期的性能、功能、费用及有效性等与时间的关系，以期获得更为合理的系统设计，提高产品的设计质量。获得更为合理的系统设计，提高产

14、品的设计质量。可靠性分配可靠性分配26可靠性分配可靠性分配274.3.1.1等分配法（等分配法（equal apportionment technique）用于设计初期，对产品定义不十分清晰时采用。用于设计初期，对产品定义不十分清晰时采用。*1,2,.,nisRRin2,并联系统并联系统各单元按等不可靠度分配：各单元按等不可靠度分配：1*1(1)1,2,.,nisRRin 3,串并联系统串并联系统先将其简化为先将其简化为“等效串联系统等效串联系统”，再进行等分配。，再进行等分配。4.3.1无约束条件的系统可靠性分配方法无约束条件的系统可靠性分配方法1,串联系统串联系统l各单元按等可靠度分配：各

15、单元按等可靠度分配：28可靠性分配可靠性分配29l4.3.1.2比例分配法比例分配法l或者根据已掌握的可靠性资料，已能预测得新设计或者根据已掌握的可靠性资料，已能预测得新设计系统各单元的系统各单元的Fi，或，或 i，但尚未满足新设计系统可靠，但尚未满足新设计系统可靠性要求。性要求。l适用范围为：适用范围为：l新设计的系统与原有系统基本相同，已知原有系统新设计的系统与原有系统基本相同，已知原有系统各单元不可靠度预测值各单元不可靠度预测值Fi，或失效率预测值，或失效率预测值 i且对且对新设计的系统规定了新的可靠性要求；新设计的系统规定了新的可靠性要求；可靠性分配可靠性分配30若系统的可靠度已定，各

16、单元的不可靠度为：若系统的可靠度已定，各单元的不可靠度为：*11(1)1,2,.,sisiinniiiiFFRFFinFF进而得出各单元的可靠度。进而得出各单元的可靠度。1.串联系统串联系统可靠性分配可靠性分配3111,2,.,nsiiin若系统的寿命服从指数分布若系统的寿命服从指数分布,各单元的失效率为：各单元的失效率为：*11,2,.,siiniiin 可靠性分配可靠性分配32为何依据不可靠度，采用按比例分配法进行分配，为何依据不可靠度，采用按比例分配法进行分配，获得的系统可靠度大于指标要求？获得的系统可靠度大于指标要求？可靠性分配可靠性分配33*1111(1)11,1,2,.,nnsis

17、isssnniiiiiiFFFFRFRinFF 因此，按比例分配法得到的系统的可靠度，比希望的因此，按比例分配法得到的系统的可靠度，比希望的略高。略高。可靠性分配可靠性分配34可靠性分配可靠性分配35可靠性分配可靠性分配36依据失效率按比例分配法进行分配，获得的系统可依据失效率按比例分配法进行分配，获得的系统可靠度与指标要求相比，那个大？靠度与指标要求相比，那个大？可靠性分配可靠性分配372.并联系统并联系统若系统的不可靠度已定若系统的不可靠度已定,各单元的不可靠度为各单元的不可靠度为:1*11,2,.,nsiiniiFFFinF进而得出各单元的可靠度。进而得出各单元的可靠度。11,2,.,n

18、siiFFin可靠性分配可靠性分配注意有：注意有：38l若各单元的寿命服从指数分布，若各单元的失效率为若各单元的寿命服从指数分布，若各单元的失效率为:1*1/1,2,.,nsiiniittin1,0111,2,.,iitiitiiiettFRetin 可靠性分配可靠性分配39可靠性分配可靠性分配40此类系统的可靠度分配方法如下此类系统的可靠度分配方法如下:l3确定并联部分中每个单元的容许失效率或失效概率。确定并联部分中每个单元的容许失效率或失效概率。3.冗余系统可靠度分配冗余系统可靠度分配l1将每组并联单元适当组合成单个单元，并将此单将每组并联单元适当组合成单个单元，并将此单个单元看成是串联系统中并联部分的一个等效单个单元看成是串联系统中并联部分的一个等效单元。元。l2用串联系统可靠度分配方法，将系统的容许失效用串联系统可靠度分配方法，将系统的容许失效率或失效概率分配给各个串联单元和等效单元。率或失效概率分配给各个串联单元和等效单元。可靠性分配可靠性分配41可靠性分配可靠性分配42可靠性分配可靠性分配43可靠性分配可靠性分配44l复杂冗余系统的简化复杂冗余系统的简化可靠性分配可靠性分配45可靠性分配可靠性分配46可靠性分配可靠性分配47可靠性分配可靠性分配48可靠性分配可靠性分配49可靠性分配可靠性分配50可靠性分配可靠性分配若采用等分配法若采用等分配法