3 可靠性设计的主要内容
质量工程师：基本的可靠性设计与分析技术
质量工程师：基本的可靠性设计与分析技术、甲、甲甲甲甲第二节基本的可靠性设计与分析技术一、可靠性设计的基本内容产品的可靠性是设计出来的，生产出来的，也是管理出来的。
产品开发者的可靠性设计水平对产品固有的可靠性影响是重大的，因此可靠性设计与分析在产品开发过程中具有很重要的地位。
可靠性设计的主要技术有：(1)规定定性定量的可靠性要求。
有了可靠性指标，开展可靠性设计才有目标，也才有开展可靠性工作的动力；有了可靠性指标也才能对开发的产品可靠性进行考核，以避免产品在顾客使用中因故障频繁而使开发商和顾客利益受到损失。
最常用的可靠性指标是平均故障间隔时间，即MTBF,其次是使用寿命。
(2)建立可靠性模型。
用于预计或估计产品可靠性的模型叫可靠性模型。
建立产品系统级、分系统级或设备级的可靠性模型，可用于定量分配、估计和评价产品的可靠性。
可靠性模型包括可靠性方框图和可靠性数学模型。
在可靠性设计方案的研究过程中，常假定元件或分系统有某种可靠性，然后计算所设计的系统的可靠性。
产品典型的可靠性模型有串联模型和并联模型。
A、串联系统的可靠性：如果系统S是由n个分系统SI、S2、Sn组成，n个分系统中只要有一个失效，整个系统就失效，这样的系统就称为串联系统。
若以W表示系统S正常工作的事件，Wi表示分系统Si正常工作的事件，则亚=亚1.亚2.…。
Wn各分系统如果是相互独立的，则P{W}二P{Wl}.P{W2}…P{Wn}则有耳⑴=立耳⑴2-1式中RS(t)表示S的可靠度，Ri(t)表示分系统Si的可靠度。
B、并联系统的可靠性：如果系统S的n个分系统中只要有一分系统正常工作，系统就能正常工作，这样的系统就称为并联系统。
也就是指组成产品所有单元同时工作时，只要有一个单元不发生故障，产品就不会发生故障，也称工作贮备模型。
对并联系统则存在：=1.2....o n各分系统如果是相互独立的则：1・P{W}=P{}=P{1}.P{2}.P{n}即R=1一立(1一尺)J.I并联系统比串联系统可靠性大，可以近似认为串联取决于弱者，并联取决于强者。
3-可靠性设计--容差分析
－－容差分析内容提要1。
概述参数、强度和应力离散性概念案例：参数设计不当导致故障6σ设计概念2。
容差设计途径与措施工作状态设计容差补偿设计容差灵敏度分析1概述电子元器件的参数有一定的离散性，会随着环境条件以及电源电压的变化发生漂移，还会随着储存和使用时间发生不可逆的分散与退化。
1概述参数分布随着储存和使用时间推移发生不可逆的分散与漂移。
即便应力分布不发生变化，强度与应力势必发生更多交叠。
意味着。
1概述辅助供电电压随着主路输出电流下降而降低，低到跟芯片的正常工作导致芯片工作异常。
还有温漂啊。
42台产品之XXXX供电与门槛电压数据12.212.412.612.81313.213.413.613.8141357911131517192123252729313335373941V1（V）V1V1门槛1概述随着储存和使用时间推移发生不可逆的分散与退化。
即便应力分布不发生变化，发生交叠。
意味着。
XXXX芯片不同温度下门槛电压V1随时间变化12.612.6512.712.7512.812.8512.912.951313.0513.10天3天6天9天11天12天15天17天20天23天25天常温23度零下10度零下15度零下20度正50度1概述1212.51313.501234f x ()g x ()x1212.51313.501234f x ()g1x ()x室温下，芯片门槛电压分布与电源辅助供电电压分布存在部分交叠，发生部分不良。
低温下，门槛电压中心值右移，门槛电压分布与与辅助电压分布交叠部分变大，不良率增加。
6σ设计的概念80年代末，Motorola公司在微电路产品开发、设计中,首先提出了6σ设计要求。
即要求参数规范范围为±6σ，其中σ为相应参数实际分布的标准偏差。
设计要求：6σ设计要求综合表征了设计水平和工艺水平。
要达到这一目标，一方面要从优化设计入手，使允许的参数规范范围尽量宽。
另一方面要采用先进设备和新技术，改进工艺质量，减小参数分散性，使σ尽量小。
可靠性分配及概率计算
应力分析
强度分析
应力分布参数
强度分布参数
可靠性计算
应力——强度分布干涉模型
Text in here
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1、由图可知即使安全系数大于1，仍然会有一定的不可靠； 2、当工作压力和零件法离散程度大，干涉部分必加大，不可靠 度也增大； 3、当材料性能好，应力稳定使，会使两密度分布离散度小，干 涉区也减小可靠度增大。
把系统可靠性指标按一定原则分配给分系统、部件、元件或零件，
称为可靠性分配。
比如： 可靠性
影响因素 设计技术 零部件材料 使用（运输、安装、维修等）
影响程度 40%
30% 20%
制造技术
10%
可靠性分配方法
设计方案论证阶段 初步设计阶段
详细设计阶段
通常采用等分配法等 比较简单的分配方法
通常采用评分分配法 和比例组合法等
A
蒙特卡洛模拟法求综合应力-强度分布
A
谢谢欣赏!
确定强度分布的方法
确 定 强 度 判 据
A
确 定 名 义 强 度 分 布
B
用适 当的 强度 系数 去修 正名 义强 度
C
确定强 度公式 中名义 强度、 每一个 强度修 正系数 和参数 分布
把上 述的 分布 综合 成为 强度 分布
D
E
综合应力——强度分布的方法
代数法
矩法
用泰勒级数来求随机变量函数的均值和标准离差
拉格朗日乘子法
拉格朗日乘子法
动态规划法
思路：
动态规划法
解：Sij 表示对第i个系统选择 j 个设备 Si 包含了第i个设备所有可能的情况。 S（i，j），Si的值都是前面代表可靠性，后面代表价格。 支配：花了更多的钱，可靠性反而低，可以删除。
电子产品的可靠性设计要点
电子产品的可靠性设计要点随着科技的不断进步和人们对智能电子产品的需求不断增加，电子产品的可靠性设计显得尤为重要。
可靠性设计是指在产品设计过程中，通过合理的设计方案和可靠性测试，以确保产品在正常使用下具有较高的可靠性和稳定性。
在下面的文章中，将详细介绍电子产品的可靠性设计要点。
一、可靠性设计的概念和重要性1.1 可靠性设计的概念：可靠性设计是指在产品设计阶段，通过运用一系列可靠性工程原理和技术手段，以预防和减少故障，提高产品的可靠性和稳定性。
1.2 可靠性设计的重要性：可靠性设计可以有效降低产品故障率和维修成本，提高用户满意度和竞争力，确保产品的可持续发展。
二、设计要点2.1 合理的电路设计合理的电路设计是确保电子产品可靠性的基础。
应合理选择和布置元器件，避免零部件之间的互相影响。
同时，需要合理设计电路的供电和接地，防止干扰和电磁辐射等问题。
2.2 严格的温度控制温度是影响电子产品可靠性的关键因素之一。
在设计中要合理选择散热器、散热片等散热装置，保持产品内部温度稳定。
此外，还可以使用温度传感器等设备对产品的温度进行监测和控制，避免过高温度对产品性能的影响。
2.3 可靠的结构设计结构的合理设计可以增强电子产品的抗震性和抗摔性能，减少机械部件的磨损和松动。
因此，在产品设计中应将结构的可靠性考虑进去，合理选择材料和组装方式，确保产品在正常使用情况下具有较强的耐用性。
2.4 可靠性测试和质量控制可靠性测试是验证产品在正常使用条件下的可靠性和稳定性的关键步骤。
通过进行环境测试、可靠性试验等方式，检测产品在高温、低温、湿度、振动等不同环境下的工作状态和性能。
同时，进行质量控制，严格把控生产过程，确保产品的工艺和质量达到要求。
2.5 充分的故障分析与改进在产品投产后，必须持续进行故障分析和改进工作。
通过收集用户反馈，对故障进行仔细分析，找到问题的根源，并及时采取相应措施进行改进。
三、可靠性设计的效益3.1 提高产品可靠性和稳定性可靠性设计能够有效预防和减少产品故障，提高产品的可靠性和稳定性，降低维修成本和用户的投诉率。
机电一体化系统的现代设计方法
机电一体化系统的现代设计方法摘要：机电一体化系统的现代设计方法主要有可靠性设计、优化设计、反求设计、绿色设计、虚拟设计等。
本论文主要介绍了可靠性设计方法和优化设计方法。
可靠性设计包括了很广的内容，可以说在满足产品功能，成本等要求的前提下一切使产品可靠运行的设计都称之为可靠性设计。
优化设计是指将优化技术应用于设计过程，最终获得比较合理的设计参数，优化设计的方法目前已比较成熟，各种计算机程序能解决不同特点的工程问题。
关键词：机电一体化；现代设计方法；可靠性设计；优化设计。
一、引言随着社会的发展和科学技术的进步，使人们对设计的要求发展到了一个新的阶段，具体表现为设计对象由单机走向系统、设计要求由单目标走向多目标、设计所涉及的领域由单一领域走向多个领域、承担设计的工作人员从单人走向小组甚至大的群体、产品设计由自由发展走向有计划的开展。
与人们对设计的要求相比现阶段的设计确实是落后的，主要表现为：对客观设计的研究不够，尚未很好的掌握设计中的客观规律；当前设计的优劣主要取决于设计者的经验；设计生产率较低；设计进度与质量不能很好控制；实际手段与设计方法有待改进；尚未形成能被大家接受，能有效指导设计实践的系统设计理论。
面对这种形势，唯一的解决方法就是设计必须科学化。
这就意味着要科学的阐述客观设计过程及本质，分析与设计有关的领域及其地位，在此基础上科学的安排设计进程，使用科学的方法和手段进行设计工作，同时也要求设计人员不仅有丰富的专业知识，而且要掌握先进的设计理论、设计方法及设计手段，科学地进行设计工作，这样才能及时得到符合要求的产品。
二、机电一体化系统的现代设计方法概述机电一体化系统的现代设计方法是以设计产品为目标的一个总的知识群体的总称。
它运用了系统工程，实行人、机、环境系统一体化设计，使设计思想、设计进程、设计组织更合理化、现代化，大力采用许多动态分析方法，使问题分析动态化，实际进程、设计方案和数据的选择更为优化，计算、绘图等计算机化。
可靠性设计
可靠性指标与性能指标间的相互关系
可靠性是质量的时间指标，如果达不到可靠
性指标的最低要求，性能再好也没有实际使 用价值；性能指标不合格，产品可靠性水平 再高，同样也没有使用价值
元器件的Hale Waihona Puke 择与使用
（1）在元器件型号、规格众多的情况下，应根据产品要实现的功能要 求及环境条件，选用元器件，选用相应种类、型号及质量等级的元器件。 （2）估算元器件使用时的应力情况，确定元器件的极限值，按降额设 计技术选用元器件。元器件应力应满足总体和分系统的环境要求，还应 满足元器件所在位置可能遇到的恶劣环境应力和电应力要求 （3）根据产品要求的可靠性等级，选用与其试用、符合许可证审查要 求的A,B,C级元器件。 （4）设计产品时，尽量选用标准元器件，并使品种简化，这是大型电 子系统设计的一个重要原则，也是系统总体对部件及线路设计者提出的 约束条件，这有利于元器件选购，管理。 （5）对非标准的元器件要进行严格的验证，使用时要经过批准手续。 验证内容为设计评价、可靠性历史调查、结构分析、失效模式与影响分 析、成本核算等。 （6）制定元器件选用手册，规范元器件的选用和采购。
电子元器件的选用
电阻器和电位器的选用
根据所用材料的不同，电阻器和电位器可 分为合金型（线绕、合金箔）；薄膜型（碳膜、 金属膜）；合成型（合成实心、合成薄膜、玻 璃釉）三大类。
电阻器和电位器的选用
固定电阻器的选用
工作于直流负荷，且对阻值稳定性有较高要求时，按下列顺序优选： RX（线绕电阻）、RT（碳膜电阻）、RJ（金属膜电阻）、RY（金属氧 化膜电阻）、RH（合成膜电阻器）、RS（合成实心电阻器）。RH和RS 系列很少发生开、短路失效，但阻值不够稳定，对有容差设计的那些不 敏感电路中可使用这类电阻防止突发性失效，保证高可靠性要求。RY系 列在直流负荷时会出现逆氧化反应，在湿热环境这种反应更重。 交流负荷时若工作频率较低，可按RX、RY、RJ、RT、RH、RS顺 序选用。其中RJ711系列兼具金属膜及线绕两种电阻的优点，阻值十分稳 定，在工作频率为5MHz以下时，可做标准电阻使用。 电阻应用于交流负荷时，均应考虑频率特性。线绕电阻工作频率一 般不高于50kHz，无感线绕电阻的工作频率可高到1MHz以上。 对于交、直流负荷，均不得大于电阻规定的功率额定值PH。当电阻 使用在环境温度TA大于允许环境温度TH时，PH应降额使用。
第三章可靠性设计
第三章可靠性设计可靠性设计是指在设计产品或系统时，通过合理的设计方案和技术手段，使其能够在特定的工作条件下保持稳定性和持久性，并保证其在使用寿命内不失效或出现严重故障的能力。
可靠性设计主要包括以下几个方面：1.系统架构设计在进行系统架构设计时，应考虑系统的模块化和可插拔性，以便在部分模块发生故障时可以进行快速更换，而无需对整个系统进行维修或替换。
同时，应合理划分系统的功能模块，降低单个模块故障对整个系统的影响。
2.备份与冗余设计为了保证系统的可靠性，可以通过备份与冗余设计来减少系统故障对正常运行的影响。
备份设计可以将系统的关键组件设置为双份或多份，当其中一个出现故障时，可以自动切换到备份组件继续运行。
冗余设计可以在系统内部增加冗余模块，使系统能够自动检测和修复故障，从而提高系统的稳定性和可用性。
3.异常处理与故障恢复在系统设计中，应考虑到可能出现的异常情况和故障，并制定相应的处理策略和恢复方案。
例如，可以设计自动检测和自动修复机制，当系统发现异常时可以自动进行诊断和修复，减少人工干预的需要。
同时，还应设计相应的告警机制，及时通知相关人员，并采取相应的措施以避免系统不可用或功能丧失。
4.可维护性设计在系统设计过程中应考虑到系统的可维护性，即系统在出现故障或需要更新时能够方便地进行维护和修复。
可维护性设计包括诸如易维修、易升级和易扩展等方面。
例如，可以采用模块化设计，将系统划分为多个独立的模块，以便在维修时只需修复或替换故障模块，而无需对整个系统进行维修。
5.可靠性测试与验证在设计完成后，需要对系统进行可靠性测试和验证，以确保它能够在各种条件下具有稳定和持续工作的能力。
测试内容包括对系统各个模块的功能和性能进行测试，以及对系统整体性能进行评估。
通过测试和验证，可以发现系统设计中存在的缺陷和问题，并加以解决，提高系统的可靠性和稳定性。
总之，可靠性设计是产品或系统设计中非常重要的一个方面，它可以提高产品或系统的稳定性、持久性和可用性，减少故障的发生和对用户造成的影响。
可靠性设计方法
可靠性设计保证机械及其零部件满足给定的可靠性指标的一种机械设计方法。
包括对产品的可靠性进行预计、分配、技术设计、评定等工作。
所谓可靠性，则是指产品在规定的时间内和给定的条件下，完成规定功能的能力。
它不但直接反映产品各组成部件的质量，而且还影响到整个产品质量性能的优劣。
可靠性分为固有可靠性、使用可靠性和环境适应性。
可靠性的度量指标一般有可靠度、无故障率、失效率3种。
1概述reliability desig n⑴在产品设计过程中，为消除产品的潜在缺陷和薄弱环节，防止故障发生，以确保满足规定的固有可靠性要求所采取的技术活动。
可靠性设计是可靠性工程的重要组成部分，是实现产品固有可靠性要求的最关键的环节，是在可靠性分析的基础上通过制定和贯彻可靠性设计准则来实现的。
在产品研制过程中，常用的可靠性设计原则和方法有：元器件选择和控制、热设计、简化设计、降额设计、冗余和容错设计、环境防护设计、健壮设计和人为因素设计等。
除了元器件选择和控制、热设计主要用于电子产品的可靠性设计外，其余的设计原则及方法均适用于电子产品和机械产品的可靠性设计。
系统的可靠性设计是指在遵循系统工程规范的基础上，在系统设计过程中，采用一些专门技术，将可靠性"设计"到系统中，以满足系统可靠性的要求。
它是根据需要和可能，在事先就考虑产品可靠性诸因素基础上的一种设计方法。
系统可靠性设计技术是指那些适用于系统设计阶段，以保证和提高系统可靠性为目的的设计技术和措施。
它是提高系统可靠性的行之有效的方法。
2重要性可靠性设计是系统总体工程设计的重要组成部分，是为了保证系统的可靠性而进行的一系列分析与设计技术。
它是通过系统的电路设计与结构设计来实现的“产品的可靠性是设计出来的，生产出来的，管理出来的”，但实践证明, 产品的可靠性首先是设计出来的。
可靠性设计的优劣对产品的固有可靠性产生重大的影响。
产品设计一旦完成，并按设计预定的要求制造出来后，其固有可靠性就确定了。
可靠性设计-概述和基本理论
则： ( t ) f ( t ) R( t ) 其中，f(t)称故障概率密度函数，是 产品失效概率的时间导数.
故障概率密度函数与可靠度的关系 由
d f (t ) Q( Fra bibliotek ) d (t )
Q( t ) f ( t )
t 0
因Q（t）=1-R（t）
所以 R( t )
t
f (t )
６、可靠性设计的必要性
1）产品复杂密集程度日益提高对产品 本身安全性提出更高要求 2）产品责任法使企业必须考虑产品故 障所造成的损失，以及由此而引起的 法律责任 3）市场竞争全球化，必须重视产品的 可靠性。 4）产品维护保养成本随人工费用日益 提高。
７、可靠性设计相关基本概念和指标
１）可靠度 ２）失效率（故障率） ３）失效模式 ４）平均寿命（平均失效时间） ５）有效寿命 ６）维修度 ７）有效度 ８）重要度
不同失效模式的失效率概率分布
指数分布的可靠度和失效概率
基于指数分布可以准确描述由偶 然因素所导致的产品失效
失效率λ(t)为常数: λ(t)= λ
可靠度 R( t ) e
失效概率
t
Q( t ) 1 R( t ) 1 e
t
失效概率密度函数 t f ( t ) ( t ) R( t ) R( t ) e
５）有效寿命
产品在其偶然失效期的失效都是因 误操作等偶然因素而造成，故在该阶段 是产品可有效工作的时期，这段时间称 为产品的有效寿命
产品有效寿命＝［t0,t1］
６）维修度－修复概率
产品在规定时间内按照规定程序方法 维修，保持或恢复到能完成规定功能状 态的概率 , 它成指数分布
７）有效度 在考虑维修和可修复基础上的 产品在某时刻具有和维持其功能的 概率
机械产品可靠性性设计的主要内容和基本步骤
机械产品可靠性性设计的主要内容和基本步骤可靠性设计往往从故障入手，可靠性工程往往包括：预防故障、发现故障、纠正故障、验证故障四大重点。
预防故障包括：•可靠性模型•可靠性预计•可靠性分配•设计准则•FMECA•FTA•元器件控制•有限元分析•耐久性分析发现故障包括：•可靠性评审•可靠性增长试验•环境应力筛选纠正故障包括：•FRACAS•利用传统学科纠正故障实现•五归零验证故障包括：•可靠性研制试验•寿命试验•可靠性鉴定试验•可靠性验收试验机械可靠性可靠性设计步骤由于实际使用和工作环境下零件所受的应力的诸参数是随机变量，实际的零件强度也是随机变量，因此根据应力和强度这两个随机变量，构造一统一计量使之为应力和强度的函数，建立计量与可靠性之间的函数关系，计算可靠度，一般的设计分14步。
1. 分析任务概貌和确定设计的问题。
如果要设计一个常用零件，如轴，则设计任务简单明确：确定轴的危险面的直径。
如果要设计一个复杂系统，就必须进行任务概貌和环境概貌的分析。
例如。
某航天飞机的任务概貌和环境概貌如图，在此基础上确定各子系统的可靠度指标。
2. 确定有关设计变量和参数3. 进行失效模式、影响及危害分析4. 确定零件的失效模式是对立的还是相关的。
如果所有的零件的失效模式都是相互对立的，亦即一种失效模式对其它失效模式无影响，那么在计算一种失效模式下的应力和强度时，不需考虑所有其它失效模式的影响;否则，对于受到影响的强度和应力应进行修正。
5. 确定有关的每种失效模式的判据，比如•最大正应力•最大剪应力•最大变形能•最大应变能•最大应变•最大变形•疲劳情况下的变形能•最大许用腐蚀量•最大许用磨损•最大振幅6. 确定应力分布函数。
对每一种失效模式都必须确定载荷、尺寸、温度、时间、物理的性质，使用和工作环境条件等设计变量和参数之间的函数关系，从而得到应力函数。
7. 确定每一种失效模式对应的应力分布。
根据FMEA、FTA所确定的重要和致命的失效模式，按上述过程确定应力分布。
机械设备可靠性设计
机械设备可靠性设计一、可靠性技术和可靠性设计可靠性设计是设备安全设计的重要内容。
任何设备都必须具备一定的工作性能，要求使用方便、容易维修、经久耐用。
在设计时，应该综合考虑下列因素：1.经济性、设备用途和使用条件。
2.设备设计的复杂性和成熟程度。
3.设备制造时的复杂性和难度。
4.设备结构上不出现故障，即“结构可靠性”高。
5.精度满足使用要求，即“使用可靠性高”。
6.在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力高，即设备的可靠性高。
这个时期的使用寿命(无故障工作时间)，在可靠性工程中称为“保险期”，要求使用寿命长。
7.设备有效性高，即故障率低。
8.维修性高，出了故障能很快发现并容易排除故障。
9.对设备安全性的要求。
后6个因素都与设备的可靠性有关。
二、可靠性设计的主要内容1.确定合理的安全系数安全系数是指零件理论承载能力与实际承受负荷之比。
为了使构件可靠地工作，理论计算强度应大于实际负荷，其余量就是由安全系数决定的。
在确定安全系数时，既要考虑环境温度、湿度、振动、冲击等条件和使用中超负荷、误操作的后果，保证零部件在使用中不发生永久变形、疲劳损伤、蠕变等缺陷，还要考虑所付出的经济代价是否合算。
应该选择用最低的费用就能保证设备性能的安全系数。
通过选择合理的结构形式，可以少用材料而能大大提高零件的刚性；设计合理的结构可以使零部件的负荷分布合理，以达到变形小，磨损均匀，尽量减少零件变形、磨损对设备输出参数的影响等，都可以增加零件所允许承受的负荷。
安全系数过高，不但用料多、设备重、成本增加，而且可能增加结构的复杂性。
2.冗余设计(贮备设计)冗余技术是设备所包含的为完成规定功能所必不可少的组成部分元件的成分(包括硬件或软件)。
当冗余为硬件时也称贮备。
在设计中，除必要的零、部件外，还可额外附加一套备用零件或备用机构，当设备个别零件、部件出现故障时，整个设备仍能正常工作。
这种设计称为冗余设计，所增加的元件，零部件称为冗余元件。
设计报告可靠性设计
设计报告可靠性设计1. 引言可靠性是产品设计中至关重要的一项因素，它直接决定了产品的使用寿命、稳定性和用户体验。
一个可靠的产品能够提供稳定的性能，减少故障次数和维修工作，满足用户的需求并获得市场竞争优势。
本设计报告旨在探讨可靠性设计的原则、方法和策略，以提供给设计师和工程师们在产品设计过程中的参考。
2. 可靠性设计原则2.1 简化设计简化设计是保证产品可靠性的重要原则之一。
通过简化设计，可以减少产品的组件数目和复杂度，降低故障出现的可能性。
在设计过程中，应提倡使用已经经过验证的组件和技术，并避免使用新的、未经实践验证的设计方案。
2.2 冗余设计为了提高系统的稳定性和容错性，冗余设计是必不可少的一项原则。
通过增加冗余，当出现单一组件故障时，其他冗余组件可以继续工作，保证系统的连续性。
常见的冗余设计策略包括硬件冗余、软件冗余和数据冗余，根据具体情况选择合适的冗余方式。
2.3 耐用性设计产品在使用过程中会面临各种挑战和环境条件，因此耐用性设计是保证产品可靠性的重要原则之一。
通过材料的选择、防护措施和测试验证等手段，确保产品能够在各种恶劣环境下正常工作并具备良好的抗干扰能力。
3. 可靠性设计方法3.1 FMEA 分析故障模式与影响分析（FMEA）是一种常用的可靠性设计工具，通过对系统内潜在故障模式进行分析和评估，确定故障产生的概率、影响程度和紧急程度，并采取相应的措施进行预防和纠正。
FMEA 分析可以帮助设计师识别和降低潜在故障的风险，提高产品的可靠性。
3.2 HALT 测试高加速寿命测试（HALT）是一种通过模拟产品在正常使用过程中的挑战和应力，快速识别和纠正潜在故障的测试方法。
HALT 测试可以暴露产品在极限工作条件下的弱点和故障点，帮助设计师进行改进和优化，提高产品的可靠性和鲁棒性。
3.3 可靠性预测可靠性预测是一种通过使用统计学和概率分析方法来评估和预测产品的可靠性水平。
可靠性预测可以帮助设计师和工程师们在设计阶段就能够预见到可能出现的问题，采取相应的措施进行改进和优化，降低故障概率和成本。
3-可靠性设计--容差分析
－－容差分析内容提要1。
概述参数、强度和应力离散性概念案例：参数设计不当导致故障6σ设计概念2。
容差设计途径与措施工作状态设计容差补偿设计容差灵敏度分析1概述电子元器件的参数有一定的离散性，会随着环境条件以及电源电压的变化发生漂移，还会随着储存和使用时间发生不可逆的分散与退化。
1概述参数分布随着储存和使用时间推移发生不可逆的分散与漂移。
即便应力分布不发生变化，强度与应力势必发生更多交叠。
意味着。
1概述辅助供电电压随着主路输出电流下降而降低，低到跟芯片的正常工作导致芯片工作异常。
还有温漂啊。
42台产品之XXXX供电与门槛电压数据12.212.412.612.81313.213.413.613.8141357911131517192123252729313335373941V1（V）V1V1门槛1概述随着储存和使用时间推移发生不可逆的分散与退化。
即便应力分布不发生变化，发生交叠。
意味着。
XXXX芯片不同温度下门槛电压V1随时间变化12.612.6512.712.7512.812.8512.912.951313.0513.10天3天6天9天11天12天15天17天20天23天25天常温23度零下10度零下15度零下20度正50度1概述1212.51313.501234f x ()g x ()x1212.51313.501234f x ()g1x ()x室温下，芯片门槛电压分布与电源辅助供电电压分布存在部分交叠，发生部分不良。
低温下，门槛电压中心值右移，门槛电压分布与与辅助电压分布交叠部分变大，不良率增加。
6σ设计的概念80年代末，Motorola公司在微电路产品开发、设计中,首先提出了6σ设计要求。
即要求参数规范范围为±6σ，其中σ为相应参数实际分布的标准偏差。
设计要求：6σ设计要求综合表征了设计水平和工艺水平。
要达到这一目标，一方面要从优化设计入手，使允许的参数规范范围尽量宽。
另一方面要采用先进设备和新技术，改进工艺质量，减小参数分散性，使σ尽量小。
可靠性设计基本准则
可靠性设计基本准则1 概述可靠性设计是为了在设计过程中挖掘和确定隐患（和薄弱环节），并采取设计预防和设计改进措施有效地消除隐患（和薄弱环节）。
而要提高产品的固有可靠性，只有通过各种具体的可靠性设计方法。
1.1 含义可靠性设计准则是把已有的、相似的产品的工程经验总结起来，使其条理化、系统化、科学化，成为设计人员进行可靠性设计所遵循的原则和应满足的要求。
1.2 意义和作用1.2.1 可靠性设计准则是进行可靠性定性设计的重要依据。
在可靠性设计工作中,当产品的可靠性要求难于规定定量要求时,就应该规定定性的可靠性设计要求，为了满足定性要求，必须采取一系列的可靠性设计措施,而制定和贯彻可靠性设计准则是一项重要内容。
1.2.2 贯彻设计准则可以提高产品的固有可靠性。
产品的固有可靠性是设计和制造赋予产品的内在可靠性，是产品的固有属性。
而设计准则是设计人员在可靠性设计中必须遵循的原则。
按此准则设计，就可以避免一些不该发生的故障，从而提高产品的可靠性。
1.2.3 可靠性设计准则是使可靠性设计和性能设计相结合的有效办法。
在设计过程中，设计人员只要认真贯彻设计准则，就能把可靠性设计到产品中去，从而提高产品的可靠性。
1.2.4 工程实用价值高，费效比低。
可靠性设计准则主要是经验的积累，不需要花费金钱去做试验或进行复杂的数学运算。
但贯彻了设计准则，避免不少故障的发生，取得的效益是很大的，因此它的费用比较低。
1.3 可靠性设计准则的主要内容可靠性设计准则的内容很多，主要包括以下几个方面：·环境防护设计·简化设计·降额设计·热设计·密封设计·新技术采用原则·机械可靠性设计·节能环保设计·安全性设计·工艺可靠性设计·维修性设计2 可靠性设计准则的内容细分2.1 环境防护设计2.1.1 环境条件是指产品在贮存、运输和使用过程中可能遇到的一切外界影响因素。
可靠性设计
可靠性设计（Reliability Design）设计是人类改造自然的一种基本活动，也是一种复杂的创造思维过程。
所谓的设计技术，也就是在设计过程中解决具体设计问题的各种方法和手段。
它的核心内容包括三个方面：1.计划，构思的形成；2.视觉传达方式；3.计划通过传达后的具体应用。
而因为影响计划和构思因数的不同，因此有传统设计和现代设计的区分。
两者最根本的区别在与现代设计与工业化大生产和现代文明密切联系，这是传统设计所不具有的。
因此现代设计是工业化大批量生产技术条件下的必然之物。
因此，可以说现代技术技术是在传统设计方法基础上继承和发展起来的，是一门多专业和多学科交叉，其综合性很强的基础技术科学。
一、可靠性设计概述可靠性设计的定义：定义1：对系统和结构进行可靠性分析和预测，采用简化系统和结构、余度设计和可维修设计等措施以提高系统和结构可靠度的设计。
定义2：为了满足产品的可靠性要求而进行的设计。
可靠性设计即根据可靠性理论与方法确定产品零部件以及整机的结构方案和有关参数的过程。
设计水平是保证产品可靠性的基础。
可靠性设计是产品的一个重要的性能特征，产品质量的主要指标之一，是随产品所使用时间的延续而在不断变化的。
可靠性设计的任务就是确定产品质量指标的变化规律，并在其基础上确定如何以最少的费用以保证产品应有的工作寿命和可靠度，建立最优的设计方案，实现所要求的产品可靠性水平。
可靠性问题的研究是因处理电子产品不可靠问题于第二次世界大战期间发展起来的。
可靠性设计用在机械方面的研究始于20世纪60年代，首先应用于军事和航天等工业部门，随后逐渐扩展到民用工业。
可靠性设计的一个重要内容是可靠性预测，即利用所得的资料预报一个零件、部件或系统实际可能达到的可性，预报这些零部件或系统在规定的条件下和在规定时间内完成规定功能的概率。
在产品设计的初期阶段，及时完成可靠性预测工作，可以了解产品各零部件之间可靠性的相互关系，找出提高产品可靠性的有效途径。
3 可靠性设计的主要内容
可靠性设计的主要内容
1、研究产品的故障物理和故障模型
搜集、分析与掌握该类产品在使用过程中零件材料的老化、损伤和故障失效等（均为受许多复杂随机因素影响的随机过程）的有关数据及材料的初始性能（强度、冲击韧性等）对其平均值的偏离数据，揭示影响老化、损伤这一复杂物理化学过程最本质的因素，追寻故障的真正原因。
研究以时间函数形式表达的材料老化、损伤的规律，从而较确切的估计产品在使用条件下的状态和寿命。
用统计分析的方法使故障（失效）机理模型化，建立计算用的可靠度模型或故障模型，为可靠性设计奠定物理数学基础，故障模型的建立，往往以可靠性试验结果为依据。
2、确定产品的可靠性指标及其等级
选取何种可靠性指标取决于产品的类型、设计要求以及习惯和方便性等。
而产品可靠性指标的等级或量值，则应依据设计要求或已有的试验，使用和修理的统计数据、设计经验、产品的重要程度、技术发展趋势及市场需求等来确定。
例如，对于汽车，可选用可靠度、首次故障里程、平局故障间隔里程等作为可靠性指标，对于工程机械则常采用有效度。
3、合理分配产品的可靠性指标值
将确定的产品可靠性指标的量值合理分配给零部件，以确定每个零部件的可靠性指标值，后者与该零部件的功能、重要性、复杂程度、体积、重量、设计要求与经验、已有的可靠性数据及费用等有关，这些构成对可靠性指标值的约束条件。
采用优化设计方法将产品（系统、设备）的可靠性指标值分配给各个零部件，以求得最大经济效益下的各零部件可靠性指标值最合理的匹配。
4、以规定的可靠性指标值为依据对零件进行可靠性设计
即把规定的可靠性指标值直接设计到零件中去，使它们能够保证可靠性指标值的实现。
可靠性设计的一些内容
可靠性设计的一些内容可靠性设计的一些内容一、可靠性评价分析技术的应用由于设计阶段对产品的可靠性将起到奠基作用，故在设计过程中，应不断对产品的可靠性进行定性和定量的评价分析）以便及时了解产品的可靠性指标是否有了保证，所采取的各种可靠性设计措施是否有效，有效程度如何，设计中是否还存在薄弱环节和潜在缺陷，产品在今后使用中可能会发生什么样的故障，以及故障一旦发生时，其影响和危害程度如何等等。
弄清以上问题将有助于及时发现缺陷，及时改进设计，防止“带病”投产，保证预定的可靠性指标得到满足。
下面介绍几种主要的评价分析技术的应用：1 ．可靠性预计与分配可靠性预计是在设计阶段，根据设计中所选用的电路程式、元器件、可靠性结构模型、工作环境、工作应力以及过去积累的统计数据，推测产品可能达到的可靠性水平。
预计的目的不是在于了解在什么时候将发生什么样的失效，而是在于从设计开始就采取措施以防止失效的发生，并用定量的方法评价可靠性设计的效果。
可靠性分配是将可靠性指标或预计所能达到的目标值加以分解，用科学的方法，合理分配给分系统、设备、部件直至各元器件和每一个连接点、焊接点，以保证可靠性既定目标得以实现。
通过分配，不仅可以层层落实设计指标，还可发现设计的薄弱环节和尚能挖掘的潜力。
可靠性预计的方法一般有相似设备法、相似电路法。
有源器件法、元器件计数法及元器件应力分析法等，它们分别适用于不同的设计阶段：当产品处于方论证阶段时，可用相似设备法、相似电路法、有源器件法等快速预计法进行可行性预计，以评价设计方案的可行性；当产品处于旱期的详细设计阶段时，可用元器件计数法进行初步设计预计，以了解元器件的初步选择是否恰当，并为可靠性分配打下预计的基础，而当产品处于详细设计阶段的中期和后期，可用元器件应力分析法进行详细的设计预计，以便及时发现设计的薄弱环节或潜在能力，及时改进设计，以期达到优化设计的目的。
下面就三种预计方法作一些简略的介绍：（1）有源器件法所谓有源器件法，即按设备为完成规定功能所需的串联有源器件的数目预计设备失效的方法。
可靠性设计
可靠性设计
可靠性设计是指在产品设计过程中，为保证产品能够长时间、稳定、高效地运行，提高产品的可靠性和稳定性，减少产品故障率和维修次数的一种设计方法。
可靠性设计需要从产品的结构、材料、工艺等各个方面进行综合考虑，以确保产品在各种工作环境下均能正常运行。
首先，在可靠性设计中，需要对产品的结构进行合理设计。
产品的结构应该尽量简单、合理，减少连接件、零部件的使用，以降低故障率。
同时，结构应该坚固、稳定，能够承受一定的冲击和振动，以提高产品的使用寿命。
其次，在材料的选择上，需要选择高品质、可靠的材料。
不同环境下，产品所要承受的压力、温度、湿度等不同，因此需要选择能够适应不同工作环境的材料。
同时，还需要考虑材料的耐磨性、耐腐蚀性等特性，以保证产品的稳定性。
此外，在工艺方面，也需要对产品的制造过程进行优化。
在制造过程中，应该严格控制质量，确保产品的每一个环节都能够符合设计要求。
同时，还需要加强对工艺记录的管理，及时发现和解决存在的问题，以提高产品的可靠性。
最后，在可靠性设计中，需要进行充分的测试和验证。
在产品开发的各个阶段，应该进行严格的验证，包括原型测试、环境适应性测试、可靠性试验等，以保证产品的稳定性和可靠性。
通过测试和验证，及时发现和解决潜在的问题，提高产品的可靠性。
总之，可靠性设计是提高产品质量、降低故障率的重要手段。
通过合理的结构设计、优质的材料选择、优化的工艺过程以及充分的测试和验证，可以提高产品的可靠性和稳定性，满足用户的需求，提升企业的竞争力。
第三章 可靠性设计
然事件；
2)可靠性问题是一个概率问题，即０与１区间；
3)产品的寿命是随机的。
23
2.可靠性设计的特点
1)可靠性设计认为作用在零部件上的载荷（广义的） 和材料性能等都不是定值，而是随机变量，具有明显的离 散性质，在数学上必须用分布函数来描述；
2)由于载荷和材料性能等都是随机变量，所以必须用
概率论与数理统计的方法求解； 3)可靠性设计法认为所设计的任何产品都存在一定的 失效可能性，并且可以定量地回答产品在工作中的可靠程 度，从而弥补了常规设计的不足。
甚至包括人的判断与人的操作因素在内。 零件 机器 系统
13
B.规定的工作条件：
为了比较某系统或零件的可靠程度，必须将 它的工作环境固定下来。 同一种设备在不同的工作环境下运行寿命是 不同的，如汽车，因此，同一产品在不同的工作
条件下运行应有不同的设计要求。
14
C.规定的工作时间：
产品之间可靠性比较的标准。
35
由此得到故障率、可靠度与概率密度之间的
关系为：
f (t ) h(t ) R(t )
36
【例1】 某零件的失效时间随机变量服从指数分布， 为了让１０００小时的可靠度在８０％以上，该零 件的故障率应低于多少？
解：分析可知，失效时间随机变量服从指数分布，即 f (t ) e t 因为 R(t ) f (t )d t e t dt e t
dt
1 dN f (t ) 由此得到： f (t ) N 0 dt
dN f (t ) dt
表示单位时间ｔ内的失效数，Ｎ０为时间为０时提
供的样品数，对于一般时刻ｔ，故障率函数为：
dN f (t ) N0 1 dN f (t ) N 0 1 1 dN f (t ) 1 h(t ) ( ) f (t ) N s (t ) dt N 0 N s (t ) dt N s (t ) N 0 dt R(t )
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可靠性设计的主要内容
1、研究产品的故障物理和故障模型
搜集、分析与掌握该类产品在使用过程中零件材料的老化、损伤和故障失效等（均为受许多复杂随机因素影响的随机过程）的有关数据及材料的初始性能（强度、冲击韧性等）对其平均值的偏离数据，揭示影响老化、损伤这一复杂物理化学过程最本质的因素，追寻故障的真正原因。
研究以时间函数形式表达的材料老化、损伤的规律，从而较确切的估计产品在使用条件下的状态和寿命。
用统计分析的方法使故障（失效）机理模型化，建立计算用的可靠度模型或故障模型，为可靠性设计奠定物理数学基础，故障模型的建立，往往以可靠性试验结果为依据。
2、确定产品的可靠性指标及其等级
选取何种可靠性指标取决于产品的类型、设计要求以及习惯和方便性等。
而产品可靠性指标的等级或量值，则应依据设计要求或已有的试验，使用和修理的统计数据、设计经验、产品的重要程度、技术发展趋势及市场需求等来确定。
例如，对于汽车，可选用可靠度、首次故障里程、平局故障间隔里程等作为可靠性指标，对于工程机械则常采用有效度。
3、合理分配产品的可靠性指标值
将确定的产品可靠性指标的量值合理分配给零部件，以确定每个零部件的可靠性指标值，后者与该零部件的功能、重要性、复杂程度、体积、重量、设计要求与经验、已有的可靠性数据及费用等有关，这些构成对可靠性指标值的约束条件。
采用优化设计方法将产品（系统、设备）的可靠性指标值分配给各个零部件，以求得最大经济效益下的各零部件可靠性指标值最合理的匹配。
4、以规定的可靠性指标值为依据对零件进行可靠性设计
即把规定的可靠性指标值直接设计到零件中去，使它们能够保证可靠性指标值的实现。