“四性”设计与试验课件

故障模式：是指元器件或产品出现故障的表现 形式，一般是能被观察到的一种故障现象，如 断裂、接触不良、短路、开路、腐蚀等。
故障影响：指该故障模式对安全性、战备完好 性、任务成功率和维修保障等要求的影响，可 分为对自身、对上一级和最终影响三个等级。
危害度：指某种故障模式影响的严酷程度。 一般分为四级：
常用的可靠性预计方法主要有：
* 元器件计数法—
适用于方案论证及初步设计阶段
* 应力分析法—
适用于电子类产品详细设计阶段
* 相似产品法—
适用于机械、电子、机电类产品 案论证及初步设计阶段。 此外，还有故障率预计法、专家评分法、 上下限法等等。
可靠性分配
把系统的可靠性指标逐级分配到各个单元 的过程。这是一个从系统直到最低单元的自上 而下的分配过程。它与可靠性预计往往交互进 行，是产品设计阶段可靠性工作的重要内容。
可靠性增长试验
有计划地激发失效、分析失效原因、改进 设计，并验证改进措施的有效性而进行的工程 试验，称为可靠性增长试验。增长试验的目的 是通过“试验-分析-改进-再试验（TAAF）”， 解决设计缺陷，提高可靠性。
可靠性增长试验作为工程研制阶段的组成部 分，是产品研制阶段单独安排的一个可靠性工程 项目，通常安排在工程研制阶段基本完成之后、 可靠性鉴定试验之前进行。
定时截尾试验方案
方案号 决策风险%
αβ 14 20 20
鉴别比 试验时间 判决故障数
θ 0/θ 1 （θ 1的倍数） 拒收 接收
2.0
7.8
≥6 ≤5
17 20 20 3.0
4.3
≥3 ≤2
21 30 30 3.0
1.1
≥1 ≤0
可靠性鉴定试验的准入条件：
1. 样品的技术状态已经冻结； 2. 同批样品已基本完成了环境鉴定试验； 3. 已按GJB 1032规定的方法完成了环境
Ⅰ类（灾难性故障）—造成机毁人亡； Ⅱ类（致命性故障）—造成机损人伤， 导致任务失败； Ⅲ类（严重故障）—造成人、机轻度损 伤，导致任务推迟或降级； Ⅳ类（轻度故障）—不至于造成人员受 伤，系统损坏，但需进行维修。
故障模式发生概率
一般分为五个等级： A级—经常发生，概率大于0.2； B级—很可能发生，概率为0.1～0.2； C级—偶尔发生，概率为0.01 ～0.1; D级—很少发生，概率为0.01 ～ 0.001; E级—极不可能发生，概率小于0.001。
基本可靠性模型
基本可靠性模型用于估计产品的维修及保障 要求。系统中任一单元发生故障后，都需要维修 和更换，故而可以把它看成度量使用费用的一 种模型。
基本可靠性模型是一种全串联模型，即使存 在冗余单元，也都按串联处理。所以，储备单元 越多，系统的基本可靠性越低。
任务可靠性模型
任务可靠性模型用于估计产品在执行任务过 程中完成规定功能的概率，是用以度量工作有效 性的一种模型。
m：一般取0.3～0.7。m=0.1时，说明增长过程中， 基本没有采取改进措施； m=0.6 ～0.7时，说明 在增长过程中采取了强有力的分析和改进措施， 得到预期的最大增长效果 。
可靠性鉴定与验收试验
统计试验的一些基本概念
试验参数
θ1—MTBF检验的下限值 θ0—MTBF检验的上限值
d—鉴别比，d=θ0/θ1 α—生产方风险 Β—使用方风险
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2019/9/18
概率比序贯试验方案
序号 5
判断风险（%） 鉴别比
α、β
d
10
3
判断所需时间（θ1的倍数）
最小值
预期值
最大截尾 时间
3.75
6.0
10.35
8
30
2
1.72
2.6
4.5
序贯试验方案5判别标准
失效数
0 1 2 3 4 5 6 7
试验时间（θ1的倍数）
危害度矩阵图
A
B
b
C
a
D
E
Ⅳ Ⅲ ⅡⅠ
故障树分析法（FTA）
FTA是一种演绎分析方法。它实现从系统的 故障（顶事件）开始，逐级向下分析构成系统的子系 统、部件、单元等存在什么故障会造成这一后果。是 一种由上而下的分析方法，可作定性与定量分析。
工作基础与依据： GB4888-1985《故障树名词术语和符号》； GB7829-1987《故障树分析程序》； GJB/Z768A《故障树分析指南》
γ=1-α
α—显著性水平
单侧置信下限估计（定时截尾）
2T θL＝ x2(1-α,2r+2)
式中：T—试验时间（h）； x2—x2分布（查表得出）； α—显著性系数； r—责任故障数。
可靠性鉴定试验
目的： 检验样机的基本可靠性是否满
足 研制总要求规定的指标
方法： 按照GJB 899规定的方法进行
常用的可靠性鉴定试验方案
任务可靠性模型可以是串联模型，也可以是 并联、混联模型，取决于储备单元的形式。储备 单元越多，系统的任务可靠性越高。
可靠性预计
在系统设计阶段，根据组成系统的元器件 等在规定条件下的可靠性指标、系统的结构、 系统的功能以及工作方式等，来推算系统的可 靠性。这是一个由局部到整体、自下而上的综 合过程。
航空电子产品
“四性”设计与试验
陈国华
2009年06月
一、可靠性设计与试验 二、维修性设计与试验 三、测试性设计与试验 四、保障性设计与试验
需树立的理念
* “四性”是武器装备技术、质量的重要 属性 * “四性”是武器装备战斗力的重要基础 * “四性”是效益和效率的重要保证 * “四性”是设计、制造的产物 * “四性”指标是可以检验、验证的
一、可靠性设计与试验
（一）可靠性设计
设计依据 —合同规定的指标
基本可靠性指标 MTBF—平均故障间隔时间 MFHBF—平均故障间隔飞行小时
任务可靠性指标 MTCBF—平均致命故障间隔时间 R—任务可靠度
最低可接受值与规定值
可靠性与维修性的合同指标。 最低可接受值是合同或研制任务书中规定的、装备 必须达到的合同指标，也是使用方进行可靠性和维修性 验证的依据。 规定值是合同或研制任务书中规定的、装备期望达 到的合同指标，也是承制方进行可靠性和维修性设计的 依据。
维修方式:
定时维修 视情维修 状态监控
维修体制—三级维修
一级（外场级）：主要利用系统的BIT，检测、隔离 有故障的LRU，并予以更换。
二级（内场级）：利用ATE和BIT，对故障LRU进行检 测，将故障隔到SRU，并予以更换。
三级（工厂级）：更换元器件和部件，修复有故障的 SRU。
定量要求
平均修复时间（MTTR）； 恢复功能的任务时间（MTTRF）； 最大修复时间Mmaxct； 预防性维修时间Mpt； 平均维修时间； 维修停机时间率； 重构时间Mrt； 维修工时率； 平均维修费用。
抽样特性曲线（OC曲线）
1
接 收 概 率
0 θ0
理想OC曲线
1 1-α
接 收 概 率
β
θ
0
θ1
θ0 θ
实际OC曲线
点估计、区间估计、置信度
点估计：
∧
θ=
T—
r
式中：T—总试验时间（h）； r—责任故障数。
区间估计：对产品MTBF真值θ，通过样本 观测值，估计出一个具体区间，使该区间包含 θ的置信水平为γ。
所需的总试验时间取决于可靠性增长模型、 工程经验和产品的可靠性要求。通常取产品可靠 性目标值的5～25倍。
可靠性增长试验的基本方法
“试验-分析-改进-再试验（TAAF）” 是工程研制中普遍采用的方法。可靠性增 长试验吸取了该方法，并构成可靠性增长 试验基本方法的核心。
可靠性增长模型—杜安模型
θR＝ θI (Tt / TI)m
平均修复时间MTTR
MTTR是指在一给定的期间内，修复时间的总和 与修复次数N之比：
MTTR=
N
∑ti i=1
N
当装备有n个可修复单元组成时，平均修复时间为：
MTTR=
n
∑λiMcti i=1
n
∑λi i=1
式中：λi—第i个单元的失效率；
Mcti—第i个单元的平均修复时间。
（三）维修性设计
1. 合理分配、设计LRU和SRU；
电子产品可靠性设计内容
1. 元器件选择与控制： a. 制定元器件大纲； b. 元器件选用与管理。
2. 降额设计（GJB/Z35《元器件降额准则》） 3. 耐环境设计 4. 耐热设计 5. 电磁兼容设计 6. 电路容差分析
（二）可靠性试验
可靠性试验的目的
是对产品可靠性的各种特征指标 进行测量（摸底）、评定（鉴定）和 验证（验收）。
2. 进行维修性指标分配。分配方法主要有： * 等值分配法； * 按故障率分配法； * 按复杂性分配法； * 相似产品分配法； * 加权因子分配法。
3. 进行维修性预计。预计方法主要有： * 推断法； * 单元对比法； * 时间积累法； * 抽样评分法。
具体应用可参照— GJB/Z57《维修性分配与预计手册》
可靠性建模
建立系统、分系统和设备的可靠性模型，是 为了定量分配、估算和评价产品的的可靠性，它 是整个系统可靠性设计、分析的基础。
常用的可靠性模型有： 串联模型—适应于非储备系统； 并联和混联模型等—适应于储备系统
串联系统的可靠度为：
n
Rs＝∏Ri i＝1
并联系统的可靠度为：
n
Rs＝1－∏(1－Ri) i＝1
等分配法比例分配法最小工作量法重要度分配法适用于方案论证阶段适用于初步设计阶段适用于初步设计阶段适用于详细设计阶段可靠性分析故障模式影响及危害度分析fmecafmeca是从构成系统单元的失效模式出发最后确定这些失效模式对系统的影响主要进行定性分析是一种自下而上的分析方法重点是考虑构成系统的每个单元出现实效式对系统的影响和危害
应力筛选； 4. 完成了可靠性预计，并满足θp≥θ0的要求 。
可靠性验收试验
可靠性验收试验的目的是对批生产产品的 可靠性进行评价，看其是否满足合同要求。
受试产品从同一批产品中随机抽取，其数 量一般为10%，最多不超过20台（套）。
可靠性鉴定试验应采用与鉴定试验相同的 试验剖面和条件。
试验方案可以选取GJB899中规定的序贯试 验方案，定时、定数截尾试验方案。推荐采用 序贯试验方案。
维修性是产品的固有属性，它是由设计 奠定的，生产和管理来保证的。
产品维修性直接影响维修工作量、维修 人员水平和数量、维修经费和设施的配置， 直接决定维修成本，进而直接影响产品的全 寿命周期费用的高低。
（二）维修性要求
定性要求

维修方式和体制； 可达性； 互换性； 防差错； 维修安全； 快速、准确诊断； 可修复性； 良好的人机工程。
可靠性试验
工程试验
统计试验
环境应力筛选
可靠性增长 可靠性鉴定 可靠性验收
环境应力筛选
环境应力筛选是在产品出厂前，有意 将环境应力施加到产品上，使产品潜在的 缺陷加速发展成为早期故障，加以排除， 以提高产品的可靠性。
环境应力筛选方法
GJB1302 《电子产品环境应力筛选方法》
按规定的温度循环和随机振动施加应力， 每个循环4小时，进行10个循环，共40小时。
基本概念
可靠性设计是通过预计、分配、分析、 改进等一系列可靠性工程活动，把可靠性定 量要求落实到产品的技术文件和图样中去， 从而形成产品的固有可靠性。
进行可靠性设计时，需要在产品的性能、 质量、费用等各方面要求之间进行综合权衡， 以求得产品的最优设计。
主要程序及方法
可靠性建模 可靠性预计 可靠性分配 可靠性分析
拒收（≤）
接收（≥）
/
3.75
/
5.40
0.57
7.05
2.22
8.70
3.87
10.35
5.52
10.35
7.17
10.35
10.35
/
可靠性鉴定试验与验收试验的区别
要素 试验 目的
试验 阶段
鉴定试验
验证产品设计是否 达到规定的可靠性 要求。
产品研制过程的设 计定型阶段。
验收试验
验证批生产产品的可 靠性是否保持了定型 时的水平。
常用的可靠性分配方法有：
等分配法 ——适用于方案论证阶段 比例分配法 ——适用于初步设计阶段 最小工作量法 ——适用于初步设计阶段 重要度分配法 ——适用于详细设计阶段
可靠性分析
故障模式、影响及危害度分析（FMECA）
FMECA是从构成系统单元的失效模式出发， 最后确定这些失效模式对系统的影响，主要进行 定性分析，是一种自下而上的分析方法，重点是 考虑构成系统的每个单元出现实效式对系统的影 响和危害。它是一种归纳分析方法。
产品批生产过程中。
试验 给出产品可靠性指 判断批生产产品的可
要求 标测定值。
靠性水平是否合格。
试验 一般采用定时截尾 一般采用序贯抽样试
方案 试验方案。
验方案。
二、维修性设计与试验
（一）什么是产品的维修性？
维修性是产品在规定的条件下和规定的 时间内，按规的定程序和方法进行维修时， 保持或恢复产品规定状态的能力。
式中： θR—产品应达到的MTBF（h）; θI—产品增长前具有的MTBF(h)； TI—增长试验前预处理时间(h)； Tt—产品由θI增长到θR所需时间(h)； m—增长率，0＜m＜1。
杜安模型参数的选取
θI：一般为产品可靠性预计值（θp）的10%～30%。
TI：当θp ＜200h时，取100h； 当θp＞200h时，取0.5 θp。