可靠性工程第三章

100 ×10 -6/h
N 1 G Q 1 N 5 G Q 5
1100 10 1 16 5 10 1 200 20 10 1
6
6
6
300 1.5 10 1 50 110 1
(100 16 5 200 20 300 1.5 50) 10
3-9
可靠性预计的一般程序 1、明确产品的目的、用途、任务、性能参数及失效条件 2、明确产品的组成成分和各个基本元件 3、绘制可靠性框图 4、确定产品所处环境 5、确定产品的应力 6、确定产品的失效分布 7、确定产品失效率 8、建立产品可靠性模型 9、预计产品可靠性 10、编写预计报告
3-10
可靠性预计分类
3-25
0.4856544
R
( 5) U
F1 F3 F2 F4 F1 F2 F3 F1 F2 F4 F1 F3 F4 R6 R7 (1 R1 R2 R3 R4 R5 ( R1 R3 R2 R4 R1 R2 R3 R1 R2 R4 R1 R3 R4 F1 F3 F5 F1 F4 F5 F2 F3 F4 F2 F3 F5 F3 F4 F5 F1 F2 F3 F4 R1 R3 R5 R1 R4 R5 R2 R3 R4 R2 R3 R5 R3 R4 R5 R1 R2 R3 R4 F1 F2 F3 F5 F1 F2 F4 F5 F1 F3 F4 F5 F2 F3 F4 F5 F1 F2 F3 F4 F5 )) R1 R2 R3 R5 R1 R2 R 43 R5 R1 R3 R4 R5 R2 R3 R4 R5 R1 R2 R3 R4 R5
考虑所有的单元均为串联，则系统可靠性下限的一级近似 为：
( RL1) n1 n 2 i 1
R
i
3-21
考虑系统非串联部分中任一单元失效不影响系系统的工作，则
系统一级增量近似为：
R L
(1) n1 n 2 i 1
R R
i j 1
w1
Fj
j
考虑系统非串联部分中任二单元失效不影响系系统的工作，则
系统二级增量近似为：
R L
( 2) n1 n 2 i 1
R R R
i k , j 1 j
w2
F j Fk
k
3-22
考虑系统非串联部分中任n单元失效不影响系系统的工作，则系
统n级增量近似为：
n1 n 2 i 1
R L
( 2)
R
i
wn
F j Fk Fn R j Rk Rn
3-8
六、可靠性预测的含义和作用 1.可靠性预测的含义
可靠性预测是指在设计阶段（当产品还只是图纸时） 定量地估计未来产品的可靠性的一种方法。
2.可靠性预测的作用 （1）发现可靠性薄弱环节，对设计方案提出改进意 见，以保障产品质量。 （2）为用一般元器件和一般设计代替昂贵元器件和 特殊可靠性设计提供依据，以节约费用加快进度，降 低成本。
3-3
§3.1 可靠性预计概述
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 二、可靠性预计的分类
GB7827-87《可靠性预计程序》规定 基本预计：估计由于产品不可靠将导致对维修与后勤保 障的要求 任务估计：执行任务过程中完成规定功能的概率
3-7
2. 元器件失效率的预计 根据国标和国军标和应用有关手册进行预计。 (1) 我国民品手册《电子设备可靠性预计 手册》； (2) 我国军品手册 《电子设备可靠性预计 手册》－GJB299 ； (3) 美国军品用手册 MIL－HDBK－217。
产品的可靠性高低并不取决于论证，而决定于其本身。 若想提高产品本身的固有可靠性，则应在产品设计阶段对它进行可 靠性的预测和分配， 下面分别讨论预测和分配这两个问题。
3-6
五、元器件的失效率
1. 元器件种类 (1) 集成电路 (数字电路，模拟电路) ；
(2) 半导体分立器件 (晶体管、二、三极管等) ； (3) 电子管 ； (4) 电阻器 ； (5) 电容器 ； (6) 电位器 ； (7) 电感元件 ； (8) 继电器 ； (9) 开关 ； (10) 连接器 ； (11) 旋转电机 ； (12) 印刷电路板 ； (13) 焊接点 ； (14) 其他元器件等 。
3-5
四、系统可靠性指标的论证方法 1.以各组成部分的可靠性指标来确定系统可靠性指 标，有时（如做方案比较时）可不确定各方案系统的 可靠性指标，只做各组成部分可靠性的比较。 2. 根据以往统计的同类产品实际达到的可靠性指标 ，只做宏观分析。 人所周知，产品，特别是一般可靠性不太好的电子
产品大多是由很多元器件组成的，故知元器件是组成 产品的最小、最基本的单元。元器件的失效率直接影 响所组成产品的可靠性，故应了解元器件的失效率情 况。
二级近似为：
Q
( 2) U
Ri R j (
i 1 j 1
n1
n2
q2
Fp Fk R p Rk
)
p , k 1
考虑系统中非串联部分有三个单元同时失效，系统失效，则 三级近似为：
Q
( 3) U
Ri R j (
i 1 j 1
n1
n2
p , k , s 1

q3
Fp Fk Fs R p Rk Rs
3-2
如果想得到高可靠性的产品，必须进行产 品可靠性定量指标的控制。为了达到这个目的， 就需要：
在设计时，对未来产品的可靠性进行定量的 计算，合理地分配组成件的可靠性 。使产品的 可靠性定量指标达到设计要求。 在使用时，对产品进行可靠性指标评估， 以论证其与设计可靠性的差距，从而科学地确 定弥补措施。 可靠性预测和分配的目的是确定产品的 可靠度。
k , jn 1
3、上下限综合计算 系统可靠度的预测值
( ( RS 1 (1 RUm) )(1 RLn ) )
3-23
2 6 3 5
4 7 1
如图所示的可靠性系统已知各单元的可靠度为：
R1 0.8, R2 0.7, R3 0.8, R4 0.7, R5 0.9 R6 0.7, R1 0.8, R7 0.8
3-12
三、元器件记数可靠性预计法 依据产品的原理图和初步确定的元器件，根据元器件的数量 、质量和使用环境进行预计
设备 N i ( g Q )
i 1
n
设备 设备总失效率 g 第i种元件的通用失效率
Q 第i种元件的通用质量系数
Ni
第i种元件数量 设备所用元器件的种类数
设备 ( 1 ) N i ( g Q )
第三章 可靠性预计和分配
§3.1 可靠性预计概述
§3.2 元器件失效率的预计 §3.3 系统可靠性预计 §3.4 可靠性分配
3-1
上一章我们讲完了系统的可靠性模型， 主要解决了已知组成系统各单元的可靠性求 系统可靠性的方法。
单元的可靠性如何确定？ 即是我们这一章（第三章）所讲的可 靠性预计（预测）和分配。 在产品生产中不但要确定产品的目的和 用途、所要求的功能，工作条件和环境条件， 而且还要有可靠性指标的要求。
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ห้องสมุดไป่ตู้的正确性
3-11
§3.2 元器件失效率的预计
一、收集数据法 利用国内外现有的标准和数据 GJB299-87、MIL-HDBK-217等 有各种模型和数据，缺点：手册总是滞后于技术的发展 二、经验公式法 根据以往试验结果总结出的经验公式。 注意实验室与实际的差别
3-4
三、常用可靠性指标
1.电子元器件、电子线路、电子设备(电子产品)：常用 失效率 (t )
2. 一般系统 ：
(1) 不可修产品：常用可靠度 R (t ) 或平均寿 命MTTF（失效前的平均工 作时间）。
(2)可修产品：常用可用性 A(t ) 或平均无 故障工作时间MTBF（故障
间隔平均时间）。
用上下法求系统可靠度并与数学模型法进行比较 串联单元2个，非串联单元5个。 非串联单元中任意2个失效系统失效情况有2种，任意3个失效系统失效情 况有8种，任意4个失效系统失效情况有5种。 非串联单元中任意1个失效系统不失效情况有5种，任意2个失效系统不失 效情况有8种，任意3个失效系统不失效情况有2种。
6
6
6
0.468110
2
3-15
0 设备 dt R设备 (t ) e

t
0 e

t
0.4681102 dt
e
R(50)设备 e
0.4681102 t
0.4681 102 50
0.79132
即预测该设备在工作50小时的时候可靠概率为:
R(50)设备 79.132%
i 1
3-13
n
实际
n
为什么只统计通用元器件？
因为只有通用元器件才能在有关手册中查到它的 G i 和 Qi ，可见这种估算方法是预测其可靠性最好 情况。
(3) 示例 ：某一电子设备，用五类元件，元件情 况 如下表所示，请预测该设备工作50小时的可靠性。
种类 数量 通用失 效率 A 1 100× 10-6/h B 16 5× 10-6/h C 200 20× 10-6/h D 300 1.5× 10-6/h E 50 1×106/h
环境类别为地面良好，查表得各类元件的质量系数