可靠性分析课程论文正稿

可靠性分析

一可靠性概念

产品在规定条件下和规定的时间完成规定功能的能力叫产品的“可靠性”。通俗地说，产品故障出的少，就是可靠性高。可靠性的概率度量叫可靠度，用 R(t)表示。设 N 个产品从时刻“0”开始工作，到时刻 t 失效的总个数为 n(t)，当N 足够大时

R(t)≈[N－n(t)]/N=N(t)/N

这里边重点是产品、规定条件、规定时间、规定功能。

产品：硬件（汽车、电视机等）、流程性材料（水泥、燃油、煤气等）、

软件（程序、记录等）、服务（理发、导游等）。

规定条件：主要指自然、人文等环境。

规定时间：指时间段或某一时刻。

规定功能：产品所应达到的能力和效果。

我们这里讲到的产品可靠性通俗说就是我们研制生产的设备或系统在用户所处的环境中使用时实现其应有的技战术性能的能力。

产品的可靠性变化一般都有一定的规律 , 其特征曲线如图 1所示 , 由于其形状象浴盆 ,通常称之为“浴盆曲线”。在实验和设计初期 ,由于产品设计制造中的错误、软件不完善以及元器件筛选不够等原因而造成早期失效率高; 通过修正设计、改进工艺、老化元器件、以及整机试验等 ,使产品进入稳定的偶然失效期;使用一段时间后 ,由于器件耗损、整机老化以及维护等原因 , 产品进入了耗损失效期。这就是可靠性特征曲线逞“浴盆曲线”型的原因。

在国际上，可靠性起源于第二次世界大战，1944 年纳粹德国用V-2 火箭袭击伦敦，有 80 枚火箭在起飞台上爆炸，还有一些掉进英吉利海峡。由此德国提出并运用了串联模型得出火箭系统可靠度，成为第一个运用系统可靠性理论的飞行器。当时美国海军统计，运往远东的航空无线电设备有 60％不能工作。电子设备在规定使用期仅有30％的时间能有效工作。在此期间，因可靠性问题损失的飞机 2.1 万架，是被击落飞机的 1.5 倍。由此引起人们对可靠性问题的认识，通过大量现场调查和故障分析，采取对策，诞生了可靠性这门学科。上述例子充分证明了装备可靠性的重要。因此现代武器装备既要重视性能，又不能轻视可靠性。要获得装备的高可靠性，目前通用的做法是采用工程化的方法进行设计和管理。下面我们介绍一下可靠性工程方法的一些基本容。也是目前我们工作中常用到的容。

二常用的可靠性工程技术指标

2.1 常用参数

实际工作中我们常遇到的表征电子系统产品可靠性的工程技术。

2.2 定义

2.2.1 可用性

产品在任一随机时刻需要和开始执行任务时，处于可工作或可使用状态的程度。可用性的概率度量叫“可用度”，用“A”表示。

可用性描述了在要求的外部资源得到保证的前提下，产品在规定的条件下及随机规定的时刻处于可执行规定任务的能力。

2.2.2 固有可用度

仅与工作时间和修复性维修时间有关的一种可用性参数。其度量方法为：产品的平均故障间隔时间和平均故障间隔时间、平均修复时间的和之比。

2.2.3 使用可用度

它是与能工作时间和不能工作时间有关的一种可用性参数。其度量方法为：产品的能工作时间与能工作时间、不能工作时间的和之比。

2.2.4 MTBF

它是在规定的条件下和规定的时间，产品处于规定状态的总数与这段时间故障总数之比。它是可修复产品的一种基本参数。对于一批产品来说

式中 ti为第 i 个产品无故障工作时间，N 为产品的数量。

2.2.5 故障率（λ）

产品工作到 t 时刻后的单位时间发生失效的概率。它是在规定的条件下和规定的时间，产品的故障总数和寿命单位总数之比。它是可靠性的一种基本参数。设有 N 个产品，从 t＝0 时刻开始工作，到时刻 t 时的失效数为 n(t)，即 t 时刻残存产品数为 N－n(t)，又若在（t+Δt）时间，有Δn(t)个产品失效。

λ(t)=[n（t+Δt）－n(t)]/[N－n(t)]/Δt=Δn(t)/[N－n(t)]/Δt

2.3 相互关系

Ai=MTBF/(MTBF+MTTR)

A0=MTBF/(MTBF+MTTR+MLDT)

其中 MTTR 为平均修复时间，MLDT 为平均维修保障延误时间。当 MLDT=0 时，A0=Ai，这就说明了合同参数与实际使用之间的差异，而说明这一点的目的，就是要指出我们在做设计时除了要考虑合同要求，还应该考虑客观因素的影响，才能保证生产出来的产品真正满足实际使用要求。

三产品可靠性模型

3.1 建立可靠性模型的作用和意义

(a)建立系统可靠性模型是可靠性工程重要工作项目，是可靠性保证大纲规定的必做的工作项目之一。

(b) 建立系统可靠性工作模型是可靠性指标与维修性指标分配和预测的基础工作。

(c)建立系统可靠性模型是可靠性分析、估算、评价的工具。

(d) 建立系统可靠性模型是对系统最佳方案权衡和优化设计首先应完成的工作项目。

(e)建立系统可靠性模型是进行可靠性设计重要措施之一。如冗余设计等。

3.2 建立可靠性模型的步骤

3.2.1 产品定义

（1）确定产品的任务和工作模式。

（2）规定产品及其分系统的性能参数及容许界限。

（3）确定产品的物理界限及功能接口。

（4）确定构成任务失效的条件。

（5）确定产品的寿命剖面和任务剖面。

对于建立基本可靠性模型，一定要明白：产品组成和框图结构、寿命剖面。

3.2.2 确定产品可靠性框图

根据产品定义的结果，将产品组成部分按工作流程以框图的形式类别表示出来。

对于基本可靠性模型，框图都是串联的。如接收机框图从工作原理讲，本振只与混频器相连，电源与所有电路都相连，这里不考虑这些。在此需要补充说明的是：特别是对于大型复杂的系统，随着设计工作的从系统级向分系统级、设备级等等逐级展开，就要在各个设计级别绘制一系列的可靠性框图，这些可靠性框图是越画越细，而且要有可追溯性。主要是便于预测工作由器件级向上开展，便于考虑模块级备份和冗余。

编制可靠性框图应注意：

(1)框图的标题和任务。

(2)方框的顺序和标志。

(3)列出未记入模型的单元。

3.2.3 确定计算产品可靠性的数学模型

对于有 m 个单元所组成的系统来说，其可靠性数学模型可以表示为：

当各单元的可靠度都符合指数规律时，可