可靠性预计
第四章 可靠性的预计与分配
使系统中各单元的容许实效率正比于该单元的预计失效率值，并根据这个原则来分配系统中各单元的可靠度。
可靠性设计
假设： 1、各单元串联，系统工作时间为t；
2、第i个单元的预计失效率为 ˆ i
n
3、系统的预计失效率为
ˆ
＝
s
i
i
步骤：
系统的容许失效率为 s 1、确定各单元的预计失效率
ˆ
n
Fs Fi i1
……(1)
如已知各并联单元的预计失效概率 F ˆ i ，则可取 n-1个相对关系式，即：
F2 Fˆ 2
F1 Fˆ1
F3 Fˆ 3
F1 Fˆ1
……
Fn Fˆ n
F1 Fˆ1
以上各方程与（1）联立求解可得各单
元的容许失效概率。由 单元的容许可靠度。
Ri 1Fi 求得各
例4－3：
可靠性设计
n
R s
1(1Ri
)
i1
1
R 1 ( 1 R )n i 1 ,2 ,...,n
i
s
混联系统可靠度的分配
二、再分配法
可靠性设计
已知各单元的可靠度预计值： Rˆ1,Rˆ2,...,Rˆn
则系统可靠度的预计值为：
n
Rˆ s Rˆi i1
步骤： 1、判断系统的可靠度预计值是否小于系统所
要求的可靠度指标Rs；
3.元件计数法
元器件计数预计法是根据系统内包含的元器件数量及 其可靠性水平来预计系统可靠度或MTBF的方法。 该方法适用于在方案阶段用以初步、快速估计设备可 靠性水平的方法之一。
可靠性设计
设：系统所用单元、器件的种类数为N，第i种元、器 件数量为ni，则系统的失效率为：
可靠性预计
Mo——相似设备的MTBF值
Nn——（新）设计方案的（估计）有源器件数；
λsp——（新）设计方案的失效率（预计值）；
MTBFsp——（新）设计方案的MTBF（预计值）。
②相似电路法
相似电路法是利用已了解的电路的可靠性数据来推断新设计方案产品的可靠性方法。此种方法应用在方案设计阶段。
将上述一步至七步的检索和计算用表格形式列在表7—7中，便于学习和对照。
（ii）电源变压器
第一步检索“目次”感性元件在P163～173。
第二步查P.164变压器的工作失效率λp
λp＝λbπEπθπA
第三步查P.166表5，1，7，1—3πE＝1。
第四步查P.167表5，1，7，1——7选择绝缘等级A，额定温度为105℃。因为变压器的温升△T设计小于60℃，加上工作环境温度T＝40℃，T+△T＝100℃<105℃，选择合理查得札λb＝0.078。
数量N
基本失效率（λb）
π系数
工作失效率λp
（10-6/h）
备注
πE
πθ
πA
πS2
πr
πC
πR
πK
πTAPS
πCV
1
硅整流桥
（2CP24）
4
0.145
1.7
1
0.65
0.6409
T＝40℃
S＝0.5
2
工功率晶体管（3DA18C）
1
0.244
2
1
1
1.2
2.5
1
1.4640
T＝40℃
S＝0.5
3
中小功率晶体管（3DG4C）
第三步T＝50℃，S＝0.4时，查表5.1.4.2－5，查得λb＝0.009（10-6/h）。
可靠性预计复杂度计算公式
可靠性预计复杂度计算公式在工程领域中，可靠性是一个非常重要的指标，特别是在设计和制造过程中。
可靠性预计复杂度计算公式是用来评估系统或设备的可靠性的一种方法。
通过这个公式，工程师和设计师可以预测系统或设备在特定工作条件下的可靠性水平，从而为产品的设计和制造提供参考依据。
可靠性预计复杂度计算公式通常由一系列参数和变量组成，这些参数和变量可以包括系统的工作时间、故障率、维修时间、维修成本等。
通过对这些参数和变量进行分析和计算，可以得到系统或设备的可靠性水平。
一般来说，可靠性预计复杂度计算公式可以分为两种类型，定量方法和定性方法。
定量方法是通过对系统或设备的参数和变量进行定量分析和计算，得出可靠性水平的具体数值。
而定性方法则是通过对系统或设备的特性和工作条件进行定性分析，得出可靠性水平的相对评估。
在实际工程中，可靠性预计复杂度计算公式可以根据具体的系统或设备的特点和工作条件进行调整和优化。
不同的系统或设备可能需要不同的参数和变量来进行计算，因此工程师和设计师需要根据实际情况来选择合适的计算公式。
在进行可靠性预计复杂度计算时，工程师和设计师需要注意以下几点：1. 确定系统或设备的工作条件和特性。
这包括系统或设备的工作环境、工作负荷、工作时间等。
这些因素将直接影响到可靠性水平的计算。
2. 确定系统或设备的参数和变量。
这些参数和变量可以包括故障率、维修时间、维修成本等。
通过对这些参数和变量进行分析和计算，可以得出可靠性水平的预估值。
3. 选择合适的计算方法。
根据系统或设备的特点和工作条件，选择合适的计算方法进行可靠性预计复杂度计算。
定量方法和定性方法都有各自的优缺点，工程师和设计师需要根据实际情况进行选择。
4. 进行计算和分析。
通过对系统或设备的参数和变量进行计算和分析，得出可靠性水平的预估值。
这将为产品的设计和制造提供重要的参考依据。
总之，可靠性预计复杂度计算公式是评估系统或设备可靠性的重要方法之一。
通过对系统或设备的参数和变量进行分析和计算，可以得出可靠性水平的预估值，为产品的设计和制造提供重要的参考依据。
最新6_可靠性预计
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12
元件计数法举例
[例]某电子设备由4个调整二极管、2个合成电阻器、4个云 母电容器组成，所有器件都是国产的，质量等级都是B1。 设备的工作环境为战斗机座舱。计算该设备的基本可靠性。 计算步骤： （1）国产器件，使用GJB/Z 299B-98； （2）确定设备的工作环境类别：AIF； （3）确定元器件的种类：调整二极管、合成电阻器、 云母电容器； （4）确定元器件的质量等级，全部为B1；
12.02.2021
Reliability Prediction
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15
应力分析法
➢ 应力分析法
– 应力分析法用于电子元器件故障率预计，是对某种电子元器件 在实验室的标准应力与环境条件下，得出该种元器件 的“基本
故障”。在预计电子元器件工作故障率时，应用元器件的质量 等级，应力水平、环境条件等因素对基本故障进行修正而预计 得元器件的工作故障率。 不同的元器件有不同的计算故障率模型，如下式是晶体管和
二极管的失效计算模型：
P b ( E Q R A S2 c )
式中 P ——元器件工作故障率(1/ h )；
b ——元器件基本故障率(1/ h )；
E ——环境系数； Q ——质量系数；
A ——应用系数； R ——电流额定值系数；
S2 ——电压应力系数； c ——配置系数。
12.02.2021
– 其计算步骤是：先计算设备中各种型号和各种类型的元器件数目， 然后再乘以相应型号或相应类型元器件的基本故障率，最后把各乘
积累加起来，即可得到部件、系统的故障率。
计算公式：
式中：
P=GQN
P—某类元器件预计的工作故障率 G—该类元器件的通用故障率 Q—该类元器件的质量等级系数 N—该类元器件的总数
可靠性预计
产品研制各阶段的可靠性预计类型及其作用达到 的可靠性水平；评 估总体方案的可行 性 判断设计是否满足 可靠性指标； 优选设计方案； 可靠性分配与元器 件选择。
研制阶段早期
初步预计
元器件计数法
研制阶段中后期
详细预计
元器件应力分析法 发现薄弱环节，发 现高失效率单元和 过应力的元器件； 可靠性设计评审； 实施“设计-预计改进设计”的循环
基本可靠性和任务可靠性预计
基本可靠性预计是预估由于产品发生故障给 维修和后勤保障所增加的负担，而任务可靠 性预计是预估产品完成任务的能力。简化产 品和采用高可靠元器件既可以提高基本可靠 性又可以提高任务可靠性，但是采用冗余设 计则只能提高任务可靠性而降低基本可靠性。 这是因为冗余单元增加了产品复杂度，从而 增加维修和后勤保障及产品造价的负担，即 增加其费用、降低其基本可靠性。
可靠性预计
公杰 2015.10
可靠性预计的目的与作用
可靠性预计是产品可靠性设计从定性考虑转入 定量分析的关键，也是实施可靠性工程的基础。 可靠性预计不去追求绝对准确。实际上，采用 统一尺度预计，是为可靠性定量分析提供可比 的相对度量。从可靠性工程角度，预计的主要 目的在于检查产品研制方案和电路设计的合理 性，比较不同设计方案的可靠性水平，发现薄 弱环节，对高故障率和承受过高应力部分引起 注意，同时与可靠性分配技术结合，把规定的 可靠性指标合理地分配给各个组成部分，并为 制定研制计划、验证试验方案以及维修、后勤 保障方案提供依据。
可靠性预计
应力法 主要修正因素
质量等级
元器件质量直接影响其失效率，不同质量等级对 元器件失效率的影响程度以质量系数 来表示。从 而，元器件工作失效率模型中的 值取决于元器件 的质量等级。
应力法 主要修正因素
环境温度
元器件在某一环境类别中，有相应的通用工作环 境温度和常用工作应力。
应力法
特点
谢 谢！
Click to edit company slogan .
标准：
NSWC-98是美国海军水面作战中心于98年发布的机械产品零部件预计 标准，给出了共计28种标准件的失效率预计模型，这些模型所考虑的因 素主要包括： 载荷； 几何形状及尺寸； 材料性能； 生产情况；
机械产品可靠性分析
机械产品的组成零部件非标准化程度高，其失效统计值很分 散，造成失效数据统计困难，难以像电子产品那样进行预计， 且机械产品不同失效模式之间往往是相关的，在进行可靠性分 析时需要考虑失效模式相关性，例如转动件的磨损往往是间隙 不当造成的。
机械产品的可靠性分析往往更注重失效模式分析而并非预计。 通过对失效模式和失效机理的研究，采用改进措施，防止失效 的发生。进行失效模式分析的主要手段是FMEA/CA。
可靠性预计标准
相关标准
GJB 299B/C MIL 217-F2/Plus IEC TR62380（RDF2000） Telcordia TR/SR NSWC
按设备、系统的可靠性模型初级预计设备、系统的平均故障
间隔时间等可靠性指标。
注意事项
尽早地进行可靠性预计，当可靠性预计值未达到可靠性分配 值及早注意，采取必要措施。 在各个阶段，应反复迭代进行。在方案论证和初步设计阶段， 缺乏信息，估计值，仍提供有效反馈信息。随着进展，产品定 义进一步确定和可靠性模型的细化，应反复进行。 预计结果的相对意义比绝对值更为重要。一般地预计值与实 际值的误差在一、二倍之内可认为是正常的。找出故障薄弱环 节，改进；可靠性预计结果是方案优选、调整的重要依据。 可靠性预计值应大于成熟期的规定值。
可靠性预计和分配
n
Rsy Riy
i（1 1）当各构成单元旳估计失效概率很小时旳可靠性分配
n
• 因为该系统为串联络统，故有 Rsy Riy ，因为 Rsy 1 qsy ，Riy 1 qiy
，则有
i 1
n
n
n2
1 qsy 1 qiy 1 qiy q jyq ky
1 n q1否需要进行可靠性分配
Rsy RAy RBy RCy RDy 0.9 0.92 0.94 0.96 0.747
因为
Rsy 0.747
不大于系统要求具有旳可靠度 Rsq 0.9
故对系统各构成单元必须进行可靠性分配。考虑此处估计公
式为近似公式，且构成单元中有旳失效概率不够小，为确保 一次分配成功，按 Rsq 0.9进1 行分配
分配旳含义： 给定系统可靠度 Rs* 要求 f (R1, R2,..., Rn ) Rs*
16
一、串联络统可靠性旳分配
1、等分分配法：把可靠度平均分给各个单元
n
Rs Ri i1
Ri
R1/ n s
i 1,2,...n
17
1-2利用估计值旳分配法
当对某一系统进行可靠性估计后，有时发觉该系统旳可 靠度估计值Rsy不大于要求该系统应该到达可靠度值Rsq。 此时必须重新拟定各构成单元（也涉及子系统）旳可靠度， 即对各单元旳可靠度进行重新分配。
R1 R2 R3 R4 R5
解：（1）判断对该系统是否要进行可靠度分配 因为在1000h时
R R R R R R (1000) (1000) (1000) (1000) (1000) (1000)
p
不影响系统失效旳并联单元l，k旳对数
3、上下限综合计算 系统可靠度旳预测值
4 可靠性预测和分配
例 某项设备由发射机、接收机、信息处理 与控制机、监控台监测信号源、射频分机、 天线等七部分组成，其中发射机所用的元 器件及失效率估计如下表所示。试估计发 射机的故障。
4．相似设备法
这种方法是根据与所研究的新设备相似的老设备的可靠性， 考虑到新设备在可靠性方面的特点，用比较的方法估计新 设备可靠性的方法。经验公式为
例： 系统可靠性逻辑框图如下图所示， 已知各单元的失效概率为：FA=0.0247; FB=0.0344; FC=0.062; FD=0.0488; FE=0.0979;FF=0.044; FG=0.0373; FH=0.0685;试用上下限法求系统的可靠 度，并与数学模型法的结果比较。
3．元件计数法
n
F j Fk R j Rk
n—系统中的单元总数； n1—系统中的并联单元数目； Rj，Fj—单元j，j＝1，2，…，nl，的可靠度，不可靠度； RjRk，FjFk—并联子系统中的单元对的可靠度，不可靠 度，这种单元对的两个单元同时失效时，系统仍能正 常工作； n2—上述单元对数。
(1)上限值的计算
当系统中的并联子系统可靠性很高时，可以
认为这些并联部件或冗余部分的可靠度都近 似于1，而系统失效主要是由串联单元引起的， 因此在计算系统可靠度的上限值时，只考虑 系统中的串联单元。
RU 0 R1 R2 Rm Ri
i 1
m
系统应取m=2，即 RU 0 R1R2 当系统中的并联子系统的可靠性较差时，若 只考虑串联单元则所算得的系统可靠度的上限值 会偏高，因而应当考虑并联子系统对系统可靠度 上限值的影响。但对于由3个以上的单元组成的并 联子系统，一般可认为其可靠性很高，也就不考 虑其影响。
第二章 可靠性预计
原材料差异系数 设计结构差异系数 工艺制造差异系数 使用环境差异系数
14
k2
k3
k4
2.4.3 专家评分法
• 依据专家的经验按照几种因素进行评分。根据评分结果， 由已知的分系统故障率根据评分系数算出其余分系统的 故障率
15
评分考虑的因素
• 复杂度：根据组成分系统的元器件数量以及它们组装的难 易程度来评定，最简单的评1分，最复杂的评10分； • 技术发展水平：根据分系统目前的技术水平和成熟程度来 评定，水平最低的评10分，水平最高的评1分； • 工作时间：系统工作时，分系统一直工作的评10分，工作 时间最短的评1分； • 环境条件：分系统工作过程中会经常受到极其恶劣和严酷 的环境条件的评10分，环境条件最好的评1分。
24
元件应力分析法
λ p = λb [π E • π Q • π R • π R • π A • π S • π C ]
2
λp
πE
—元器件工作故障率 π R —应用系数 —环境系数 —质量系数
πS
λb —元器件基本故障率 π A —电流额定值系数
2
—电压应力系数
πQ
π C —配置系数
各种因子可以通过GJB/Z 299A-91得到。
18
求 解
ri1
ri 2
第四章 可靠性的预计与分配
36
可靠性分配
1 [ Rs (T )] ，i 1,2, Ri ( t i ) 1 分配给各单元的可靠度为： Ei
Ni N
1 0.96 R1 ( 48) 1 0.9966 1 20
故分配结果合格。
31
可靠性分配
（3）AGREE分配法 单元或子系统的复杂度定义为：单元中所含 的重要零件、组件的数目Ni与系统中重要零 件、组件的总数N之比，即第i个单元的复杂度 为：
Ni Ni N Ni i 1,2,
32
可靠性分配
单元或子系统的重要度定义为：该单元的失 效而引起系统失效的概率。按照AGREE分配 法，系统中第i个单元分配的失效率λi和分配 的可靠度Ri(t)分别为：
因为Rsy=0.747，小于系统要求的可靠度 Rsq=0.9，所以系统各组成单元的可靠性需要再 分配。为保证一次分配成功，取Rsq=0.91。 （2）求各单元的可靠度分配值
27
可靠性分配
q sy 1 Rsy 1 0.747 0.253 q sq 1 Rsq 1 0.91 0.09 q Ay 1 RAy 1 0.9 0.1 q By 1 RBy 1 0.92 0.08 qCy 1 RCy 1 0.94 0.06 q Dy 1 RDy 1 0.96 0.04
（2）对于技术上不够成熟的产品，分配较低 的可靠性指标，缩短研制时间，降低研制费 用。 （3）对于处于恶劣环境条件下工作的产品， 产品的失效率会增加，应分配较低的可靠性指 标。 （4）由于产品的可靠性随工作时间的增加而 降低，对于需要长期工作的产品，分配较低的 可靠性指标。
16
可靠性分配
（5）对于重要度高的产品，一旦发生故障， 对整个系统影响很大，应分配较高的可靠性指 标。 3 无约束条件的可靠性分配法 （1）等分配法 （2）利用预计值的分配法 （3）AGREE分配法
可靠性预计
R2 R1R2 ( F3 R4 R5 R6 R7 R8 R3 F4 R5 R6 R7 R8 R3 R4 R5 R6 R7 F8 )
F3 F4 F8 R1R2 R8 ( ) R3 R4 R8 q n Fj R R( ) 其一般式为： 2 i R j 1 i 1 j
n--- 系统单元数； q--- 并联单元中一个元件故障发生后系统能正常工作的概率，此例q=6 ； Fj ,Rj------ 并联单元中一个故障元件的故障率和可靠度。
Rj 第二次预计：考虑系统的任一并联子系统中有 2 个单元失效，系统仍能正常工作的概率
i 1 j 1
第二次下限预计值 ：用于详细设计阶段电子设备的可靠性预计方法, 已具备了详细的元器件清单、电应力比、环境温度
等信息, 这种方法预计的可靠性比计数法的结果要准
确些。由于元器件的故障率与其承受的应力水平及
工作环境有极大的关系, 进入详细设计阶段, 取得了
元器件种类及数量、质量水平、工作应力、产品的 工作环境信息后, 即可用应力分析法结合元件计数法 预计设备的可靠性。
S Ni P
i 1
i
N
i
Ni 为第i种元器 P 为第i种元器件的故障率； 式中： 件的数量； N 为系统中元器件种类数。 系统的MTBFs 1
S
二、可靠性预计的步骤
①熟悉系统工艺流程，分析元件之间的 物理关系和功能。 ②根据系统和子系统、子系统和元件的 功能关系，画出逻辑框图。 ③确定元件的失效率或者不可靠度。 ④建立数学模型。 ⑤按元器件、子系统、系统顺序进行可 靠性估计。 ⑥列出可靠性预计的参考数据。 ⑦得出预计结论。
(1)上限 R上的预计
当系统中的并联子系统可靠性很高时， 可以认为这些并联部件或冗余部分的可 靠度都近似于1，而系统失效主要是由串 联单元引起的，因此在计算系统可靠度 的上限值时，只考虑系统中的串联单元。
可靠性预计简介
可靠性工程
第三部分 可靠性预计的方法与模型
1、电子类器件可靠性预计方法
2、可靠性常用预计模型
可靠性工程
元件可靠性预计方法
电子类器件常用的可靠性预计方法
• 元件计数法 • 应力分析法
可靠性工程
元件计数法
可靠性工程
元件计数法
可靠性工程
电子元器件的应力分析法
电子元器件应力分析法主要用于产品的详细 设计阶段，是对某种电子元器件在实验室的标准 应力与环境条件下，通过大量的试验，并对其试 验结果进行统计而得出该种元器件的故障率，我 们把这种故障称为“基本故障”。在预计电子元 器件工作故障率时，根据元器件的质量等级，应 力水平、环境条件等因素对基本故障率进行修正。 不同类别的元器件有不同的工作故障率计算模型。
可靠性工程
•
• •
可靠性预计分类
根据可靠性的定量要求 来划分: • 基本可靠性预计是用串联模型估计产品所有 部件对维修和后勤保障的要求 • 任务可靠性预计利用可靠性模型估计产品成 功地完成规定任务的概率
可靠性工程
第二部分 可靠性预计的工作流程
• 明确系统定义 • 确定系统的环境条件 • 建立系统可靠性模型，包括可靠性框图和可 靠性数学模型 • 预计各单元的可靠性 • 根据系统可靠性模型预计系统的基本可靠性 和任务可靠性
可靠性工程
217F 环境类别
• AIF (Airborne, Inhabit Fighter) - 战斗机坐舱 • ARW (Airborne, Rotary Winged) - 直升机 • SF (Space, Flight, Commercial) - 宇宙飞行 • MF (Missile, Flight) - 导弹飞行 • MS (Missile, Launch) - 导弹发射 • CL (Cannon, Launch) - 加农(炮弹)发射
第5章可靠性预计与分配
第5章可靠性预计与分配第五章可靠性预计与分配可靠性预计和分配是产品可靠性设计中的两个重要内容。
可靠性预计是在设计阶段对系统可靠性进⾏定量的估计，它是根据历史的产品可靠性数据、系统的结构特点和构成，以及系统的⼯作环境等因素来估计组成系统的部件及系统可靠性。
系统的可靠性预计是根据组成系统的元器件或零部件的可靠性来估计的，是“⾃下⽽上”进⾏的。
在设计时，如何把规定的可靠性指标合理地分配给组成产品的各个单元，再将分配给各单元的可靠性指标合理地分配到组建、零部件，包括接插件和焊点等，这就是可靠性分配。
可靠性分配是⼀个⾃上⽽下，由⼤到⼩，从整体到局部，逐步分解，将系统可靠度到分配组建、零部件中，它是⼀个演绎分解过程。
5.1 可靠性预计根据产品的功能结构及其相互关系，它的⼯作环境以及组成产品的零部件（或元器件）的可靠性数据，推测该产品可能达到的可靠性指标，这种技术称为可靠性预计。
可靠性预计是在规定的性能、费⽤和其它计划的条件（如重量、体积等）约束条件下进⾏的，从研究产品的设计⽅案开始，到样机制造、试⽣产阶段，都必须反复进⾏可靠性预计，以确保产品满⾜可靠性指标的要求。
否则在产品研制成功后，可能因为未能采取必要的可靠性措施⽽达不到可靠性指标的要求，或因所采取的措施带有很⼤的盲⽬性，⽽导致经济和时间上的重⼤损失。
5.1.1 可靠性预计的⽬的和⽤途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，可靠性预计的⽬的和⽤途主要是：1. 评价是否能够达到要求的可靠性指标，预测产品的可靠度值；2. 在⽅案论证阶段，通过可靠性预计，⽐较不同⽅案的可靠性⽔平，为最优⽅案的选择及⽅案优化提供依据；3. 在设计中，通过可靠性预计，发现影响系统可靠性的主要因素，找出薄弱环节，采取设计措施，提⾼系统可靠性；4. 为可靠性增长试验、验证及费⽤核算等提供依据；5. 为可靠性分配奠定基础。
可靠性预计的主要价值在于，它可以作为设计⼿段，为设计决策提供依据。
可靠性预计
3.1 可靠性预计的目的可靠性预计的目的是定量估计系统设计的可靠性，以便确定所提出的设计是否能达到可靠性要求。
不同类型的可靠性预计有不同的目的。
可靠性预计是可靠性分配的逆过程，是在完成设计工作选取了元器件之后，把每个元器件的失效率动作参数进行计算的过程。
当计算结果不能满足总体分配的指标（MTBF定量值）时必须调整所选元器件的失效率甚至更改电路结构，直到满足要求为止。
3.2 任务可靠性预计和基本可靠性预计任务可靠性预计是为了估计产品在执行任务过程（任务剖面）中完成其规定功能的概率。
基本可靠性预计是为了估计产品所有部件在整个寿命过程（寿命剖面）中由于产品的不可靠所导致的对维修和后勤保证的要求。
当同时进行两种可靠性预计时，它们可以为需要特别强调的问题提供依据，并为用户权衡不同设计方案的费用效益提供依据。
3.3 按产品研制阶段的可靠性预计①可行性预计用于产品方案论证阶段，这一阶段的可靠性预计只限于描述产品的总体情况，其主要目的在于确定所提方案的可靠性要求的现实性，即可靠性要求与元器件当前水平进行比较，从而得出可行性的估计，用来指导预算费用，制定可靠性工作计划。
这一阶段的信息是分析现有相似产品得到的。
②初步预计用于产品工程研制阶段的早期。
其目的在于检查初步设计是否达到了任务要求的可靠性指标，作为变更或改进设计的依据和可靠性分配的依据。
这个阶段的信息是设计文件提供的产品单元组成，但并不包括应力信息。
③详细预计用于产品工程研制阶段的中期和后期。
其主要目的在于评估设计是否达到规定的可靠性指标，以便确定存在的问题和纠正措施，为可靠性增长和验证提供了判据，并为权衡决策创造了条件。
这一阶段的信息已具有产品各组成单元的工作环境和应力分析的设计。
3.4 可靠性预计的要求①在产品进行可靠性预计前，必须建立产品的可靠性模型，根据产品的模型和任务剖面或寿命剖面进行可靠性预计，当上述剖面不明确时，应按最恶劣工作情况和环境条件进行可靠性预计。
可靠性预计20020715
MTBFS
m1
m2
m1m2 m1 m 2
1 S
1 1
1 2
1 1 2
n中取r(r/n)模型
n中取r(r/n)模型：可靠度和MTBF为：
nr
Rs(t)=
C
i n
R(t) n－2
1
R (t )
2
i0
MTBFs= 1 1 1 1
n (n 1) (n 2)
r
1单元
2单元
r/n
n单元
n中取r(r/n)模型（继续）
正样阶段元器件应力法预计
元件应力计数法是在元器件计数法的 基础之上，考虑各个元器件的实际电应 力和温度应力，对元器件的失效率进行 修正，预算出MTBF。
正样阶段元器件应力法预计（继续）
应力法预计所需的信息：
所有的元器件种类（包括微电子其器件的 复杂度）； 元器件的规格和数量； 元器件质量水平； 产品的工作环境； 元器件在电路中承受的电应力（电压、电 流、功率等）和热应力。
Assy: AC配电单元 PN: FR: 0 Qty: 1
Assy: AC/DC模块单元 PN: FR: 0
Qty: 12
11::12 Parallel
Sw itch Prob: 1 End
Assy: AC/DC模块单元
1::1
PN:
FR: 0
Qty: 12
Assy: 蓄电池
PN:
1::1
FR: 0
2单元
n单元
n
s i i 1
1
MTBFs=
s
并联模型
并联模型：组成产品的所有单元都失效时产品才 失效的模型。
n
Rs(t)=1－(1 Ri(t))
可靠性预计
当系统处于开发研制阶段，尚无法得到其本身基本的 可靠性试验数据和使用数据，对其可能获得的可靠性进行 评定，称之为可靠性预计
可靠性预计是根据组成系统的元器件、零部件的可靠性 来估计的，是一个自下而上、由局部到整体、从小到大 的一种系统综合过程；
一、问题的提出 产品的寿命：大量试验后得到 缺点：不经济、为期太晚 产品制造前应控制其可靠度， 在设计阶段进行可靠性预计—分配—增长
N N00[1Im 1Ci(1ii0)
Ⅴ、元器件记数法
一般用于早期设计阶段，对于组成系统元器件 的类型、数量、质量水平等已被获得，但工作应力尚 无法得到，可以用元器件记数法。
设组成系统的元器件数，分为n种，每种Ni个，相应 的失效率为I，质量系数为i
按指数分布的串联系统计算系统失效率：
n
(Niii)
任务周期分析
• 每一任务阶段的持续时间、距离、周期数等 • 各单元在每一任务阶段里必须完成的功能是什么？并包括
成功标准或故障标准的说明书 • 在各任务阶段里每一状态（工作、不工作、间歇工作）总
的预期时间、周期数等
确定工作模式
• 功能工作模式：有些多用途产品需要用不同设备或机组完成 多种功能
• 替换工作模式：当产品有不止一种方法完成某一种特定功能 时，它就具有替换工作模式
I类、可行性预计——方案论证阶段， 相似产品法、有源组件法
；II类、初步预计——详细设计早期， 元器件记数法；
III类、详细预计——详细设计中、后期， 元器件应力分析法；
早期预计 后期预计
影响预计精度的因素
可靠性模型的准确性， 与实际是否相符
模型参数的正确性
可靠性预计技术准备
任务分析与结构功能分解 • 确定系统的全部任务 • 任务阶段的划分 • 结构分解 • 环境分析 • 任务周期分析 • 确定工作模式
可靠性预计 (3)
可靠性预计引言在软件开发和系统设计过程中，可靠性是一个非常重要的指标。
它指的是软件或系统在给定条件下能够正常运行的概率。
可靠性预计即是对软件或系统的可靠性进行预测和估计。
通过这种预测和估计，可以为软件开发和系统设计提供指导，提前发现潜在的问题和故障，并采取相应的措施来提高系统的可靠性。
可靠性预计方法统计方法统计方法是最常用的可靠性预计方法之一。
它基于概率统计理论和历史数据，通过对系统或软件的故障数据进行分析，推断出系统或软件在未来运行中的可靠性。
常用的统计方法包括故障率分析、可靠性增长分析和生存分析等。
故障率分析是通过对系统或软件故障数据进行统计，计算出系统故障的平均发生率。
这可以帮助开发团队了解系统或软件的故障模式，并据此采取合适的措施来提高系统的可靠性。
可靠性增长分析是通过对系统或软件的故障修复数据进行统计，计算出系统故障修复的平均速率。
这可以帮助开发团队估计系统的可靠性增长速度，并在修复故障时采取相应的措施。
生存分析是通过对系统或软件的故障数据进行统计，分析出系统或软件的寿命分布曲线。
这可以帮助开发团队了解系统或软件的寿命特征，从而制定相应的可靠性保障计划。
模拟方法模拟方法是一种基于模型和仿真的可靠性预计方法。
它通过建立系统或软件的模型，并使用这些模型进行仿真实验来评估系统的可靠性。
常用的模拟方法包括蒙特卡洛方法和离散事件仿真方法等。
蒙特卡洛方法是一种随机模拟方法，通过随机抽取系统或软件的参数值，并使用这些参数值进行多次模拟实验，从而估计系统的可靠性。
这可以帮助开发团队了解系统或软件在各种参数值下的可靠性表现。
离散事件仿真方法是一种基于事件驱动的模拟方法，通过模拟系统或软件中的各种事件和活动，评估系统的可靠性。
这可以帮助开发团队了解系统或软件在不同情景下的可靠性，并找出系统或软件中的潜在问题和风险。
非参数方法非参数方法是一种不基于特定数学模型的可靠性预计方法。
它基于观测数据，不对数据做任何假设，直接计算出系统或软件的可靠性指标。
《可靠性预计》课件
该案例选取了一款关键的软件产品，通过软件测试和代码审查对其进行了可靠性预测。 预测结果表明，该软件产品在不同场景下的可靠性表现稳定，能够满足用户的需求。
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可靠性预计与其他领域的交叉研究
与故障诊断和预测的结合
01
利用可靠性预计技术对设备或系统进行故障诊断和预测，提高
运维效率和安全性。
与寿命预测和维修策略的关联
02
将可靠性预计与寿命预测和维修策略相结合，制定更加科学合
理的维修计划。
与产品设计和优化相融合
03
将可靠性预计应用于产品设计和优化过程中，提高产品的可靠
03
可靠性预计的应用
在产品设计中的应用
确定产品寿命
通过可靠性预计，产品设计人员可以 预测产品的预期寿命，从而在产品设 计阶段就考虑产品的耐用性和持久性 。
优化产品设计
预防潜在问题
预计产品在不同条件下的性能表现， 有助于发现潜在的设计缺陷或问题， 从而在设计阶段进行修正和改进。
通过预计产品在不同条件下的性能表 现，设计人员可以对产品设计进行优 化，提高产品的可靠性例分析
案例一：某电子产品可靠性预计实例
总结词
通过实际数据和实验结果，分析电子产 品在各种环境下的可靠性表现。
VS
详细描述
该案例选取了一款具有代表性的电子产品 ，通过收集其在不同环境下的实际使用数 据，对其进行了全面的可靠性分析。实验 结果表明，该电子产品在不同环境下的可 靠性表现稳定，能够满足用户的需求。
提高可靠性预计准确性的方法
01
02
03
数据质量控制
严格把控数据来源和质量 ，采用数据清洗和预处理 技术，提高数据准确性。
模型选择与优化
05可靠性工程可靠性预计
产品结构、性能的相似性 设计的相似性 材料和制造工艺的相似性 使用剖面(保障、使用和环境条件) 的相似性
9、要学生做的事，教职员躬亲共做； 要学生 学的知 识，教 职员躬 亲共学 ；要学 生守的 规则， 教职员 躬亲共 守。21.7.2121.7.21Wednesday, July 21, 2021
修正系数法
基本思路
将机械产品分解到零件级，有许多基础零件是通用 的。
将机械零件分成密封件、弹簧、电磁铁、阀门、轴承、 齿轮和花键、作动器、泵、过滤器、制动器和离合器等 十类。
对诸多零件进行失效模式及影响分析，找出其主要 失效模式及影响这些模式的主要设计、使用参数， 通过数据收集、处理及回归分析，可以建立各零件 失效率与上述参数的数学函数关系。
工作 时间
环境 各单元 条件 评分数
各单元 评分系
数
单元的故障 率×10-6
1 动力装置 5 6 5 5 750 0.3
85.4
2 武器 7 6 10 2 840 0.336
95.6
3 制导装置 10 10 5 5 2500 1.0
284.5
4
飞行控制 装置
8
8
5
7 2240 0.896
254.9
5 机体 4 2 10 8 640 0.256
=0.779725(10-6/h)
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故障率预计法
方法说明
主要用于非电子产品的可靠性预计，其原理与电子 元器件的应力分析法基本相同 。
对于非电子产品可考虑降额因子D和环境因子K对 失效率的影响。
非电子产品的工作b失• K效•率D为：
目前尚无正式可供查阅的数据手册。
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3.1 可靠性预计的目的
可靠性预计的目的是定量估计系统设计的可靠性，以便确定所提出的设计是否能达到可靠性要求。
不同类型的可靠性预计有不同的目的。
可靠性预计是可靠性分配的逆过程，是在完成设计工作选取了元器件之后，把每个元器件的失效率动作参数进行计算的过程。
当计算结果不能满足总体分配的指标（MTBF定量值）时必须调整所选元器件的失效率甚至更改电路结构，直到满足要求为止。
3.2 任务可靠性预计和基本可靠性预计
任务可靠性预计是为了估计产品在执行任务过程(任务剖面)中完成其规定功能的概率。
基本可靠性预计是为了估计产品所有部件在整个寿命过程(寿命剖面)中由于产品的不可靠所导致的对维修和后勤保证的要求。
当同时进行两种可靠性预计时，它们可以为需要特别强调的问题提供依据，并为用户权衡不同设计方案的费用效益提供依据。
3.3 按产品研制阶段的可靠性预计
①可行性预计
用于产品方案论证阶段，这一阶段的可靠性预计只限于描述产品的总体情况，其主要目的在于确定所提方案的可靠性要求的现实性，即可靠性要求与元器件当前水平进行比较，从而得出可行性的估计，用来指导预算费用，制定可靠性工作计划。
这一阶段的信息是分析现有相似产品得到的。
②初步预计
用于产品工程研制阶段的早期。
其目的在于检查初步设计是否达到了任务要求的可靠性指标，作为变更或改进设计的依据和可靠性分配的依据。
这个阶段的信息是设计文件提供的产品单元组成，但并不包括应力信息。
③详细预计
用于产品工程研制阶段的中期和后期。
其主要目的在于评估设计是否达到规定的可靠性指标，以便确定存在的问题和纠正措施，为可靠性增长和验证提供了判据，并为权衡决策创造了条件。
这一阶段的信息已具有产品各组成单元的工作环境和应力分析的设计。
3.4 可靠性预计的要求
①在产品进行可靠性预计前，必须建立产品的可靠性模型，根据产品的模型和任务剖面或寿命剖面进行可靠性预计，当上述剖面不明确时，应按最恶劣工作情况和环境条件进行可靠性预计。
②当产品设计更改或失效数据变更时，必须及时修正可靠性模型，重新进行产品的可靠性预计。
③产品的可靠性预计应按GJB/Z 299A《电子设备可靠性预计手册》规定进行或者按用户认可的其它数据来源进行。
④预计方法可以根据用途和研制阶段进行选择。
⑤应当强调建模和预计工作的及时性，应在计划决策之前提供有用信息。
⑥基本可靠性预计是依据寿命剖面的要求，使用串联模型来估计产品所有部件对维修和后勤保证的要求。
预计应考虑产品所有单元(包括备件)在执行任务和准备执行任务过程中发生的所有要求维修或更换的失效，并对这些零部件的故障提出维修和后勤保障。
⑦任务可靠性预计是依据任务剖面的要求采用串--并联模型估计产品成功地完成规定任务的概率。
任务可靠性预计应考虑产品各单元在执行任务过程中发生的足以影响任务成功的各种故障。
⑧随着产品从电路设计进入硬件生产阶段，这时有许多实际试验信息可以利用，这时可靠性计算从预计进展到硬件设备的评估阶段。
预计值与估计值的真实性都取决于模型的假设和信
息的质量。
及时证实和正确分析没有达到规定的可靠性指标的原因，可为改进措施提供依据。
改进措施确定得越及时，对实现改进措施受计划的限制就越小，对提高产品的可靠性所产生的效果就越大。
⑨为了在早期阶段确定可靠性要求的可行性和在研制生产阶段确定可靠性要求的可接受性，订购方应当规定承制方必须进行可靠性预计与评估。
这些工作与可靠性指标论证、分配、产品方案分析等活动有密切联系，有时需交错和反复进行。
⑩任务可靠性预计应该考虑产品规范中规定的每一种工作模式，并对它们加以区分。
预计工作应该表明产品是否满足了订购方规定的所有可靠性要求。
3.5 可靠性预计的方法步骤
3.5.1 相似设备法
此法用于产品方案论证阶段。
①原理
它是利用现有相似设备的特定经验而得到的一种预计方法。
这种方法是将正在研制的设备与这个相似设备进行比较，找出差别加以修正，得出研制设备的可靠性要求。
现有相似设备可靠性是过去曾用某种手段确定过，并通过了现场评定的。
对正在按系列开发的设备这种方法可以不断应用。
对预期的新设计不仅要与老设计相似，而且还要易于确定和评定它们之间的细微差别。
②程序
a. 相似设备进行比较时应该考虑的要点：
产品的结构和性能比较；
设计的相似性；
制造工艺的相似性；
产品寿命剖面的相似性(后勤保证、工作和环境条件)；
程序与计划的相似性；
已达到并经验证的可靠性值。
b. 相似设备法的真实性决定于两个产品间的等效程度，而不仅仅决定于用来描述产品的一般术语。
例如：虽然两个都是通用电源，但一个10瓦电源所达到的可靠性一般不能用做研制一个一千瓦电源的预计，因为新研制的电源的功率高出太多。
如果有尺度因子能把可靠性与产品参数(如功率水平)联系起来则可以进行比较。
3.5.2 相似电路法
此法用于产品的方案论证阶段。
①原理
它是利用相似电路的特定经验而得到的一种预计方法。
这种方法用于被考虑的对象只有一个电路或者是相似设备法不能使用的情况。
这种方法是将研制的电路与一个相似电路进行比较，找出差别加以修正，得出研制电路的可靠性要求。
现有相似电路的可靠性过去曾用某种手段确定过，并通过了现场评定。
对按系列开发的电路，这种方法可以不断地应用。
对预期的新设计不仅要与老设计相似，而且还要易于确定和评定它们之间的细微差别。
各个单个电路的可靠性要求可以综合为整个产品的可靠性指标，其表达式为：
N i：失效率为λi的电路数目，
n :不同电路种类数。
②程序
a. 进行相似电路比较的要点：
电路的结构和性能的相似性；
设计的相似性；
制造工艺的相似性；
电路寿命剖面的相似性(后勤保证、工作和环境条件)；
程序与计划的相似性；
已达到并经验证的可靠性值。
b. 利用公式将单个电路的可靠性综合为整个产品的可靠性预计值。
为了确定一个现实的产品可靠性预计，在将单个电路可靠性综合到一起时，应该考虑电路互连的可靠性要求。
c. 相似电路法的真实性，取决于电路之间的等效程度，而不仅仅决定于来描述电路的一般术语。
例如：虽然两者都是通用音频放大器，但一个是100毫瓦的放大器电路，一般不能用作研制10瓦放大器电路的可靠性预计。
因为研制的放大器的功率高得多，会由于设计的差别和应力的关系致使可靠性低得多。
如果有尺度因子能把可靠性与产品参数(如功率水平)实际地联系起来，才可以进行比较。
d. 各承制方和订购方共同认可的附有有关失效率数据的电路手册或文件，可以用于相似电路法进行可靠性预计。
3.5.3 简单枚举归纳推理快速预计法
此法用于产品的方案论证阶段。
①原理
利用简单枚举归纳推理的办法总结元器件的平均基本失效率λ0的取值范围，再根据各种因素对设备可靠性的影响引入各种影响因子，并制定了诸因子的取值范围将元器件的平均失效率加以修正即成为设备的可靠性预计指标。
若电子设备可靠性符合指数分布且为串联可靠性模型，则：
λs＝λ0·N·K1·K2·K3·K4·K5(3-3-2)
②程序
a. 确定设备所有元器件的平均基本失效率λ0：
λ0＝10_5～10-6 /小时
b. 确定影响设备可靠性指标诸因子的取值：
电子设备复杂程度N，用所含元器件总数表示，一般需粗略估计；
降额设计效果因子K1＝(10～1)×10-2；
环境应力筛选效果因子K2＝0.5～0.1；
环境影响因子K3，它的取值离散性较大，这是因为环境应力差别很大。
一般推荐值为：试验室内：K3＝1，车载：K3＝20，
普通室内：K3＝5，舰船载：K3＝15，
陆用固定：K3＝8，机载：K3＝50；
机械结构影响因子K4，根据复杂程度取K4＝1.5～13.5；
制造工艺影响因子K5，根据工艺的成熟状况取K5＝1.5～3.5。
c. 确定设备的失效率：
λS＝λO·N·K1·K2·K3·K4·K5
设备的平均故障间隔时间：
MTBF S＝1/λS。