可靠性预计标准简介
可靠性预计方法-PRISM 简介
可靠性预计方法－PRISM 简介1 前言系统可靠性预计技术是产品可靠性分析的一项关键技术，广泛地应用于各个领域的产品研发过程，成为产品可靠性设计和分析的一项必不可少的重要工作。
对于电子产品来说，进行可靠性预计时一定要采用合适的预计模型，当前我国的军品行业一般是对于国产产品用GJB/z 299B《电子设备可靠性预计手册》中规定的模型进行预计，对于进口产品采用MIL-HDBK－217F《电子设备可靠性预计手册》中规定的模型进行预计，民用企业一般采用Bellcore 可靠性预计手册中规定的模型进行预计。
这些预计模型都有一个共同的不足之处，就是仅根据产品的设计和使用环境进行可靠性预计，未考虑影响产品可靠性的其它关键因素，例如工艺、制造、筛选、管理等，预计结果表达的是设计的可靠性，而非现场可靠性。
在这种情况下，PRISM 可靠性预计方法应运而生。
PRISM 是美国空军（U.S. Air Force）下属的可靠性研究中心（Reliability Analysis Center-RAC）研发的可靠性预计分析方法，自2000 年3 月推出以来，已在全世界得到广泛应用。
PRISM 在我国的普及程度还不够，除一些外资企业采用以外，其它行业很少采用，介绍PRISM 的中文资料也很少。
2 PRISM 简介传统的可靠性预计方法的前提是系统的故障率主要是由组成系统的各个部件的故障率决定，因此，传统的预计方法是首先通过选用适当的可靠性预计模型得到组成系统的各个部件的故障率，在此基础上得到系统的故障率。
在PRISM 中，虽然在系统级的可靠性预计中也采用了部件级的可靠性预计结果，但它在系统级的可靠性预计模型中，除了考虑到部件级的可靠性预计结果外，还进行了一定程度的扩展，考虑到了影响产品可靠性的各个方面的诸多因素。
为了使部件的预计结果更加精确，PRISM 还考虑到了以下因素：过程因素（Process factor）：PRISM 考虑到了过程因素对产品可靠性的影响，采用了很多修正因子来定量地表达由于过程因素导致的失效，用过程评分（Process grade）方法确定这些修正因子。
可靠预计
元器件基本失效率
目前的水平 集成电路
中、小功率分立元件 大功率分立元件 微波器件和通用元器件 机电元件 光纤和光电器件 5 10 6 / h 5 10 6 / h 10 5 / h 5 10 6 ~ 10 6 / h 10 5 / h 10 5 / h
电子元器件的平均基本失效率为 复杂度影响
R 1
R U1
R U2
R L0
0
R L1
R L2
t
二、上下限法的计算方法 1、上限的计算 考虑所有的并联单元的可靠度为1，则系统可靠性上限的一
级近似为：
RU 1 e
m i i 1
i m
级近似为：
系统中第i串联单元的失效率
系统中串联单元的个数
考虑系统中并联部分有两个单元同时失效，系统失效，则二
考虑系统并联部分中任一单元失效不影响系系统的工作，则系 一级近似为：
RL1 e
m i i 1
(1
j 1
n
Fj Rj
Hale Waihona Puke )F j R j 并联部第i单元的可靠度和累积失效概率
n
一个单元失效不使系统失效的并联单元数
考虑系统并联部分中任二单元失效不影响系系统的工作，则系二
级近似为：
n
RL1 e e
m i i 1
(1
j 1
Fj Rj
)
m i i 1
FC FD FE FF FG FH (1 ) RC RD RE RF RG RH
e 0.43 (1 0.38329) 0.8998
判 m数
A 1 Ru1 1 0.9418 0.0582 B Ru1 Ru1 0.9418 0.8998 0.042
最新6_可靠性预计
MTBFG： 年月 日 审核者：
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
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！
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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。
可靠性预计标准——217+方法说明
Ⅱｓ ＋ ＋ ＋ 兀Ｇ ｎｌ ⅡＮ 兀ｗ） Ａ ｗ ＋ ｓ
Ａ， —— 运行基本故障率 ，可 以通过查表得 到 ；
。ｃ — ０ —
占空 比乘 法 因子
式 中 ： ｐ 系统 故障 率 ； 为 由器件 预计 模型预 计 Ａ为 Ａ
莨
熏 蘸
——
高 超
濠
（ 京运 通恒 达 科技 有 限公 司 ，北 京 １ ０ ８ ） 北 ０ ０ ９
摘 要 简要 介 绍 ２ ７ － ￣性 预 计 方 法 ，阐述 了元 器件 级 、 系统级 进 行 可 靠性 预 计 的流 程 ， １ ＋＂ Ｊ － － 并对 ２ ７ ： 法的计 算模 型进 行 概要 性 的描 述 。 １＋ － ｈ
ＤＴ
』
器件 预计 方法 与塑封 集成 电路 的预计 方法 类似
非密 封型 （ 塑封 ）的集成 电路 的计算 模型 如下
式： Ａ ＝ｒ （ （７ ｃ７ ０ Ａ ８ｒ Ｎｒ｝＋ Ｔ ７ ＲｒＴ ＋ ｐ ７ Ａ） ｒ ｏｒ ＋ ７ ＲｒＡｃ ｒ ７）） （ ＢＤ Ｔ 眦７ ｒ Ｂｃ １
度 （ ，７ 为温 升 （ ； ℃） １ Ｒ ℃）
Ａ — — 环境基 本 故障率 ，可以通过 查表 得到 ；
７ — — 非Ｔ作 状态 占空 比乘法 因子 ｒ 。
仃 ＝
｝ ｎ ＝ （ｌ （ ）’ 一ｎ Ｒ ）
１＿ 一 － ＤＣ
嚣
其 中 ＤＣ为 占空 比 ，Ｄｃ。 。为常 数 ，由查 表得 到 ； １
。— —
结 果 累 加得 到 的系 统故 障率 ；Ⅱ 为 元 器 件评 分 因
标准可靠性预计
标准可靠性预计：增大RBDs的适用范围和用法第II部分: 可靠性预计标准注意: 这是这是关于标准可靠性预计和瑞蓝公司新推出的Lambda Predict软件的三部曲中的第二部分。
第一部分介绍了标准可靠性预计，并讨论了预计适用及不适用的场合。
这一部分讨论了主要的可靠性预计标准之间的区别。
第三部分将提供一个在数据不可知的情况下，如何使用标准可靠性预计和Lambda预计完成一个可靠性结构框图的案例。
可靠性预计在政府和工业的许多可靠性程序中都十分重要。
标准可靠性预计基于预定的标准、部件类型、使用环境、部件的连接方法和可靠性预计标准，为系统中的部件定义故障率。
然后再使用这些部件的故障率来获得整个系统的故障率。
在过去的几十年间，不同的政府和工业组织提出了许多标准来进行这类分析。
标准基于试验数据为不同的部件类型定义模型。
模型设定一个固定的故障率（即，没有磨损或者早期故障的问题），这就描述出了一个产品有用的寿命，其中故障被认为是随机事件。
下面分块对Lambda Predict 中可用的标准做一个简单的介绍。
注意，Lambda Predict为每一个标准都提供额外的冗余计算MIL-217 标准MIL-217标准是一种基于MIL-HDBK-217（美国国防部出版）中给出的计算电子设备可靠性的国际认证方法的一类可靠性预计程序。
这一标准对各类电子、电气和机电部件使用了一系列的模型，来预计可能被环境条件、质量等级、应力条件和各类其他参数影响的故障率。
该标准支持两种可靠性预计方法，在MIL-HDBK-217F中有所论述：元器件计数法和元器件应力分析法。
元器件计数法元器件计数法需要有关元器件数量、质量等级和使用环境等信息。
因为它比元器件应力分析法需要更少的信息，所以它经常在早期设计阶段和投标论述阶段使用。
元器件计数法定义整体设备的故障率为其中:n= 零件种类数Ni = 第i个零件的数量= 第i个零件的故障率= 第i个零件的质量因子如果设备由在不止一个环境下工作的元器件组成，则对在某一环境下工作的每一部分都使用方程进行计算。
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
GJB9001C样机可靠性预计报告
GJB9001C样机可靠性预计报告一、背景介绍GJB9001C是中国军事标准的一项更新版本，旨在规范军用产品的设计、制造和测试流程，以提高产品的可靠性和稳定性。
作为样机可靠性预计报告，我们将对GJB9001C样机的可靠性进行评估和预测，以满足军方对产品可靠性的需求。
二、可靠性评估方法为评估GJB9001C样机的可靠性，我们将使用以下方法：1.可靠性建模：通过对样机的各个组件和系统进行建模，分析其故障模式、失效率和维修时间等参数，以评估样机的可靠性水平。
2.可靠性测试：通过对样机进行可靠性测试，包括寿命测试、环境适应性测试和振动测试等，获取样机在不同工作条件下的可靠性数据。
3.可靠性预测：根据样机的设计和测试数据，使用可靠性工程方法进行可靠性预测，包括故障率预测、平均故障间隔时间预测和失效概率预测等。
三、预计报告内容1.样机设计可靠性评估：对样机的设计进行可靠性评估，包括故障模式分析、失效率评估和维修时间评估等。
通过分析设计是否满足GJB9001C标准的要求，评估样机的设计可靠性水平。
2.样机可靠性测试结果：针对样机进行可靠性测试，包括寿命测试、环境适应性测试和振动测试等。
提供测试过程和结果，以评估样机在不同工作条件下的可靠性表现。
3.样机可靠性预测：根据样机的设计和测试数据，使用可靠性工程方法进行可靠性预测。
提供故障率预测、平均故障间隔时间预测和失效概率预测等结果，以评估样机的预计可靠性水平。
4.可靠性改进建议：根据评估和预测结果，提出样机可靠性改进的建议。
从设计、制造和测试等方面提出改进措施，以提高样机的可靠性。
四、报告编写要求1.报告内容应详实、准确、客观，使用科学的可靠性评估方法和工程技术。
2.报告应包括必要的图表、数据和分析结果，以支持评估和预测的结论。
3.报告应逻辑清晰，层次分明，确保读者容易理解。
4.报告应注重实践应用，给出可靠性改进的建议，并论证其可行性和效果。
五、报告完成时间和参与人员本报告预计在一个月内完成，并将由可靠性工程师和相关领域专家参与编写和审核。
可靠性预计简介共36页
和任务可靠性
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
可靠性预计的定义
• 可靠性预计是对产品或者系统的可靠性进行 定量的估计，推测其可能达到的可靠性水平， 是其从定性考虑转入定量分析的关键之处， 是实施可靠性工程的基础。
• 可靠性预计是根据组成系统的元器件的可靠 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。
可靠性工程
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。
可靠性预计内容
• 可靠性预计内容
元器件
系统
单元级 系统级
可靠性工程
可靠性预计相关概念
系统与单元的概念
• 系统是完成特定功能的综合体，是若干工作单元的 有机组合
• 系统和单元的概念是相对的，由许多元器件组成的 整机可以看成一个系统，由许多整机和其他设备可
以组成大型复杂系统
系统与单元的概念
• 系统是完成特定功能的综合体，是若干工作单元的 有机组合
可靠性预计——精选推荐
②黑白电视机电源的可靠性预计。 （i）硅整整流桥（2CP24×4） 第一步 查 GJB／Z299B 一 98 电子设备可靠性预计手册（以下数据均来自此标准， 简称《手册》目次，查出“半导体分立器件”P.38—82。 第二步 在 P.65 查出“电压调整、电压基准及电流调整二极管。
工作失效率模型为：λ p＝λ bπ Eπ θ π A 第三步 选择此器件的质量等级，并查出质量系数π θ 。 查 P.41 表 5，1，2－3，选择符合民用产品质量要求的质量等级：B2，并在 P.65 的表 5， 1，2，8－2 查出π θ ＝1。 第四步 根据该电源的工作环境 GF1，查 P.65 表 5.1.2.8－1，查出π E＝1.7。 第五步 查 P.65 表 5，1，2，8—3，由于 2CP24 二极管用于整流，即“电压调整”，
1 π θ =1（表 5.1.12.1
（0.00017×
0.0316
属化孔
－2）
40+0.0011）＝0.0079
π E=4（表 5.1.12.1
－1）
π C=1（表 5.1.12.1 －3）
9
λ sp＝Σ Niλ Giπ θ i
i=1
3.1287
④元器件应力分析法 应用此法是在产品设计的后期（技术设计）阶段的可靠性预计。这时产品已有原理图、 详细工作电路图、结构图、详细的元器件清单，以及产品的使用环 境，元器件的质量等级和 工作应力已确定的条件下，才能应用。 此法以元器件的基本失效λ b 为基础，根据元器件使用环境、质量等级、工作能力、工 作方式以及对产品的制造工艺等项的不同，计算出元器件的工作失效率（使用失效率），进 而求出部件或单元的失效率，最后计算出系统（产品）的失效率。 元器件的工作失效率（使用失效率）可用下式表述：
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。
可靠性预计概述
5.1 概述
• 什么是可靠性预计 可靠性预计？ 可靠性预计 • 回顾：可靠性 可靠性 • 可靠性是指产品在规定条件下 规定时间内 规定条件下和规定时间内 可靠性 规定条件下 规定时间内完成规定功能 的能力。 • 可靠性预计 可靠性预计的定义：可靠性预计 可靠性预计是在设计阶段 可靠性 设计阶段对可靠性 可靠性预计 设计阶段 可靠性进 行定量的 定量的估计，是根据历史产品可靠性数据、系统的构成 定量的 和结构特点、系统的工作环境等因素估计组成系统的部件 部件 及系统 系统可靠性。 系统 • 系统的可靠性 系统的可靠性预计是根据组成系统的元件、部件的可靠性 来估计的，是一个自下而上，从局部到整体、有小到大的 一种系统综合过程。
可靠性预计的分类
• 从战术技术中可靠性的定量要求：基本 基本可靠性预计、任务 任务 基本 可靠性预计 • 其中：任务可靠性预计 任务可靠性预计包括在任务期间不可修产品和可修 任务可靠性预计 产品的可靠性预计，任务可靠性预计与产品的任务剖面、 工作时间及产品功能特性等相关 • 从产品构成角度：元件 元件（部件或单元）可靠性和系统 系统可靠 元件 系统 性
可靠性预计、分配的工作流程
Hale Waihona Puke 5.1.1 可靠性预计的 目的和用途
目的、 目的、用途
评价是否能够达到要求的可靠性指标 1. 评价 2. 在方案论证阶段，通过可靠性预计，比较 比较不同方案的可 比较 靠性水平在方案论证阶段，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 发现影响系统可靠性的主 发现 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 提供依据 提供 5. 为可靠性分配奠定 奠定基础 奠定 • 评价-比较-发现-提供评价-比较-发现-提供-奠定
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。
可靠性预计技术
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环境应力对产品可靠性的影响
环境越恶劣可靠性越差
温度应力会提高产品的故障率 振动应力会加速产品的疲劳 湿度和化学应力会缩短产品的寿命
环境应力和可靠性一般是指数关系：
温度－ Arrhenius 振动－ Coffin-Manson 湿度和其他－ Eyring
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Bellcore MethodI 举例
单元EXAMPLE的工作环境的修正因子为2.0,工作 温度为40摄氏度，电应力为50％。求运行单元在没 有做老化试验和在70摄氏度老化72小时情况下的预 计结果，其组成为：
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采用217F、299B对元器件预计
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元器件可靠性预计举例
例 : 现 有 一 128 位 的 MOS 型 可 编 程 只 读 存 储 器 （PROM），工作环境为宇宙飞行，质量等级为A2 级，密封扁平封装，管脚数（引出端数）为16个， 最大结温为75度，工作电压为12V，是稳定生产 的器件，求失效率。
Bellcore的后续标准为Telcordia Issue 1和 Telcordia Issue 2
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Bellcore 特点
方法 Method I Method II Method III
说明 考虑老化数据对可靠性预计结果修正 考虑实验 室数 据对 可靠 性预 计结 果修 正 考虑现场数据对可靠性预计结果修正
《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。
THANK YOU
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
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可靠性预计标准简介可靠性预计, MIL-217, Bellcore可靠性预计标准简介可靠性预计标准是基于全球公认的军用或商业标准发布的故障率估计值，来预计系统和部件（大多数为电子产品）可靠性的一种方法。
在研发的早期阶段，真实的故障数据还无法获得，或制造商被用户所迫使用公认的标准来做可靠性预计的时候，可靠性预计标准尤为重要。
本文介绍了可靠性预计标准一览，以及如何借助于 Lambda Predict 软件来进行预计。
假设和适用性Reliability HotWire 第50期中介绍了可靠性预计的标准，并讨论了这一方法的适用性和用到的假设。
第51期中介绍了一般预计标准和分析方法一览。
推荐读者去回顾这些文章，来为本文打好基础。
预计标准常用的预计标准有：MIL-HDBK-217, Bellcore/Telcordia (SR-332), NSWC-98/LE1 (针对机械部件),中国299B (GJB/z-299B) 以及RDF 2000 (IEC 62380)。
分析方法:典型分析方法为：部件计数分析方法。
部件应力分析方法。
除了这些所有标准中都很常见的方法之外，Bellcore还使用了另外的三种方法(方法I, 方法II, 方法III)。
第51期介绍了上述分析方法。
计算和度量标准一般根据系统中部件基本故障率来估计系统的可靠性。
基本故障率描述了部件在“正常”（由标准确定）条件下工作的情况。
基本故障率则可乘上各种因素（称作pi因素，取值在0和1之间），这些因素描述了部件在使用中的特定条件/应力，在一些标准中（如MIL-217），还会有描述部件质量的因子。
可靠性预计标准计算故障率是通过相加，或累加所有部件和组件的故障率，直至系统级别。
可能还要（取决于分析所使用的方法）添加与部件焊接点和其他类型结构相关的故障率，如表面装配和印刷电路板（PCB）或混合装置。
可用下列量度来计算：故障率, λ: 条件故障率，定义为特定状态条件下某一衡量间隔下，项目总量中故障的总数，除以总量所消耗的总时间。
可靠性预计一般描述为每百万小时的故障数量，FPMH。
在Bellcore中，故障率通常表示为每十亿小时的故障，FI。
MTBF: 平均故障间隔时间是在特定条件下故障之间预计的工作小时数。
不可用性: 在可靠性预计标准中，对于不可修复的系统，这一术语会与不可靠性交替使用。
不可靠性定义为1 - R(t)。
其中R(t)代表可靠性。
因为标准假设故障率衡定且所有的计算都基于故障率或MTBF值，这一假设表明是使用指数分布模型来描述可靠性函数。
下列方程描述了指数分布的模型；时间变量可用来计算特定时间值下的系统/子系统的可靠性。
R(t) = e-λt 或 R(t) = e-t/MTBFContribution: The failure rate of an item or block (collection of items) accounts for a certain percentage of the failure rate of the next higher level or hierarchy. The is the item or block's contribution. This may be (a) the percent contribution of a component's failure rate to the total failure rate of the block (collection of components) to which it is connected, (b) the percent contribution of a component or block's failure rate to the total failure rate of the top level hierarchy or system (collection of blocks or components) to which it is connected or (c) the percent contribution of a system's failure rate to the total overall project (collection of systems) failure rate.First-Year-Multiplier这一性能只针对Bellcore/Telcordia标准。
Bellcore强调了电子产品的早期寿命(婴儿期)淘汰率问题,由制造商使用老化,通过筛除会有早期寿命问题的脆弱部件,来减少早期淘汰的严重程度。
Bellcore标准在故障率预计中使用了First-Year-Multiplier因子来说明早期淘汰风险。
First-Year-Multiplier因子定义为第一年运转期间的平均故障率，表示为稳定状态故障率的乘积。
Bellcore标准还对老化阶段的使用设置了意义，且相应的减少了First-Year-Multiplier因子（即，老化阶段越长，乘法因子越小。
）任务剖面可靠性预计需要与现场使用条件一致，使用条件有时可能是随时间变化的。
任务剖面可用来分解为多个同性质的工作阶段，产品随时间所经受的条件阶段。
指定任务剖面的性能仅在RDF2000标准中可用。
标准允许指定不同阶段的温度任务剖面。
各个阶段可有不同的温度，会对部件的故障率产生影响。
阶段还可作为下列各种由设备可检测到的平均外界温度变化的类型之一：开关工作阶段永久工作阶段静止（储存）阶段上述的不同类型的阶段，会以不同的方式来影响故障率计算，因为它们会对部件施加不同的应力。
可修复和/或冗余系统分析典型的可靠性预计标准强调的是将装置和设备作为不可修复的串联系统，其中任何部件的故障都会引发系统故障，且系统会永久保持在故障状态。
因此，模型中不包含冗余或维修。
Lambda Predict 提供额外的功能来在故障率和不可用性计算中包含系统和/或模块级别的维修和冗余功能。
在Lambda Predict中通过简单的输入MTTR（平均修复时间）数据来进行可修复分析。
分析人员还可指定冗余单元数并描述所用的关系：简单并行结构（热备用）或冷备用（备份）结构。
初级可用性可使用修复率μ = 1/MTTR和故障率λ来计算。
在冗余系统中，不可用性则可使用初级可用性、故障率和可用备份系统数来计算。
也可为冗余系统计算相应的故障率。
分配通常，一个设计需要满足一个特定的可靠性目标。
对于多个部件/子系统组成的系统而言，可靠性目标需要以一种方式分摊（分配）到不同的部件/子系统当中，以保证总的故障率满足可靠性目标。
可靠性预计方法标准通常使用五种分配模型之一，来将产品设计可靠性逻辑性的分配到较低层次设计标准中，使得累积可靠性满足需求。
方法取决于不同的分配技术，因此也会得到不同的结果。
五种分配方法如下：平均:这种方法是最简单的，不考虑元素间的任何差别；只是将可靠性目标平均的分配给所有的元素。
AGREE:一种基于某个元素故障而导致系统故障的预计概率的，同时考虑每个元素的复杂性和重要程度的技术。
可行性: 根据数率尺度，来基于产品复杂性、技术发展水平、运行时间和环境，做出元素的评估。
ARINC: 这一方法仅关注子系统的当前故障率，使用通过子系统当前故障率与所有子系统故障率的总和比值计算出的加权因子，来分配可靠性。
可修复系统分配:这一方法分配子系统的故障率，以使得系统满足一个可修复系统的可用性目标。
假设所有的子系统都可识别，且都有一个衡定的修复率，修复率是通过基于稳定状态可用性计算每个子系统的分配故障率与修复率的比率来确定的，这样分配到每个子系统的故障率就可以确定下来了。
降额分析大多数设备故障是由应力促成的。
当施加的应力超出了部件的固有强度之后，严重的退化或故障就会出现了。
为了确保可靠性，设备一定要设计成能够承受随时间而来的应力，而不会出现故障。
另外，设计应力参数一定要确定并加以控制，一定要选择承受应力的部件和材料。
降额是部件和材料的选择和应用，因此施加的应力就小于特定应用的比率。
尤其是，相对于温度图像来说，降额是功效负增长。
它显示了随着周围工作环境温度的增加，某部件的输出功率会下降以确保系统运转可靠。
降额曲线提供了一种简捷的方法来估计给定温度下设备的最大输出。
在 Lambda Predict 2 中，可对MIL-217、Bellcore或RDF 2000 系统应用降额标准。
可用的公认的降额标准有：NAVSEA-TE000-AB-GTP-010:这一标准是基于海军电子设备部件降额需求和应用手册的。
MIL-STD-975M:针对航天与舰艇设备的电子部件、材料和过程。
MIL-STD-1547:该标准提供了空间任务中的航天飞行器硬件以及基本地面支持设备的设计和构造中用到的电气、电子和机械电子部件的选择（GSE）。
Naval Air System Command AS-4613: 电子部件的应用和降额需求，通用标准F。
降额是在系统级别配置的。
它仅影响在降额标准中考虑到的部件种类。
因为降额标准表明了不同的降额需求，并不完全认可其实际的参数或取值，一些可靠性分析人员希望能够将公认的标准和他们自己的降额需求相结合。
Lambda Predict 2 具备这一灵活性。
在选择一个标准之后，每个部件将指出其当前的应力水平是否在降额标准之内。
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