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
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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
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元件计数法
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元件计数法
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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。
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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
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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
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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
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5.预计系统可靠性
• 系统可靠性预计是建立在系统组成单元级可 靠性预计基础上的； • 系统可靠性预计的故障率是全部组成单元失 效率的累加和； • 按照设备、系统的可靠性模型来预计任务可 靠性。
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可靠性预计工作流程回顾
• 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
环境类别
•地面良好 •恶劣地面固定 •潜艇 •导弹发射 •……
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217F 环境类别
• GB, BC (Ground Benign, Controlled ) - 地面良好 • GF, CU (Ground Fixed, Uncontrolled ) - 恶劣地面固定 • GM (Ground Mobile ) - 平稳地面移动 • NS (Naval Sheltered) - 舰船良好舱内 • NU (Naval Unsheltered) - 舰船舱外 • AIC, AC (Airborne, Inhabit Cargo, Commercial )-运输机坐舱 • AUC (Airborne, Uninhab Cargo) - 运输机无人舱 • AUF (Airborne, Uninhab Fighter) - 战斗机无人舱
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电子元器件的应力分析法
• 电子元器件的应力分析法已有成熟的预计标准和 手册。对于国产电子元器件，可采用国家军用标 准GJB/Z299B-98《电子设备可靠性预计手册》进 行预计；而对于进口电子元器件，可采用美国军 用手册MIL-HDBK-217F《电子设备可靠性预计》 进行预计。 • 应力分析法假设元器件寿命都服从指数分布（即 具有恒定的失效率）。 • 应力分析法计算较为繁琐和复杂，但分析结果更 加真实，更具有现时指导意义。
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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。
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1. 明确系统定义
• 收集跟系统相关的资料 • 规定产品或系统的定义
确定系统任务和功能 确定工作模式 规定物理界限、性能参数及范围 确定系统组成结构 确定故障判据 确定寿命剖面及任务剖面
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2.确定系统环境条件
环境分析 • 温度 • 振动 • 冲击 • 加速 • 辐射 • …… 环境分析 • 温度 • 振动
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电子元器件的应力分析法
电阻类型 电阻阻值 电阻 质量级别 工作环境 工作应力 节点温度
可靠性预计标准 •MIL-STD-217F •GJB299B •Bellcore
失效率
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电子元器件的应力分析法
技术类型 管脚数和位数 集成电路 质量级别 工作环境 工作应力 封装类型
可靠性预计模型 •MIL-STD-217F •GJB299B •Bellcore
是否满足系统可靠性要求？
• 可靠性要求是产品使用方从可靠性角度向承 制方(或生产方)提出的研制目标，是进行可 靠性设计分析的依据。 • 当产品可靠性预计结果未达到规定的可靠性 定量要求时，必须找出产品中的薄弱环节， 并通过采取必要修改与控制措施来改进产品 设计，以此来满足可靠性要求。
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敏感性分析
可靠性预计主要目的
• • 评价是否能够达到可靠性指标要求； 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，为最优方案优化 提供依据。 在设计阶段中，通过可靠性预计，找出影 响系统可靠性的主要薄弱环节，采取设计 措施，提高系统可靠性； 为可靠性增长试验、验证及费用核算等提 供依据； 为可靠性分配提供数据支持。
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敏感性分析
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第五部分 可靠性预计输出报告
• • • • • • • 前言。包括任务来源、当前所处研制阶段、采用 的预计方法和数据源等 产品说明。包括产品电路图、原理说明和可靠性 指标规定等，可引用其它文件或图纸 产品任务剖面和环境剖面描述 各级产品可靠性模型。包括可靠性框图和计算公 式，可引用其它文件 元器件可靠性预计表格。 各级产品可靠性预计过程和结果 结论。包括产品预计结果与可靠性指标的规定值 进行比较，通过预计发现的可靠性薄弱环节等
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输出报告例子
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第六部分 利用Relex软件进行预计
• • • • • • • • • 建立工程项目文件 建立产品系统树 输入系统环境参数及预计模型 输入组件的通用数据和计算数据信息 输入元器件的通用数据和预计数据信息 查看元器件失效率（Pi因子） 系统可靠性预计计算 敏感性图形分析 输出报告
顾嘉麟 2006.04
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可靠性预计实施指南
内容提纲： • • • • • • 可靠性预计的基本概念 可靠性预计的工作流程 可靠性预计的方法与模型 可靠性预计的结果分析 可靠性预计输出报告 利用Relex软件进行可靠性预计
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第一部分 可靠性预计基本概念
• 可靠性预计的定义 • 可靠性预计的主要目的 • 可靠性预计分类
• • • • • • • • MIL－HDBK－217F GJB/Z299B BELLCORE NPRD／EPRD NSWC PRISM 英国电信、法国电信等 其他行业性可靠性预计标准
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第四部分 可靠性预计的结果分析
• 系统预计结果与可靠性要求
• 敏感性分析
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可靠性预计结果与可靠性要求
可靠性预计内容
• 可靠性预计内容
单元级
元器件
系统级
系统
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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 • 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 可靠性工程 以组成大型复杂系统
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3.建立系统可靠性模型
• 针对任务可靠性预计 • 通过串联、并联、旁联等可靠性逻辑关系建 立所规定任务的可靠性框图和可靠性数学模 型。
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4.预计各单元的可靠性
• 选择相应元件的预计方法与模型 • 预计方法
元件计数法 应力分析法 相似产品法 ……
• 预计模型
MIL-HDBK-217F GJB299B ……
失效率
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美军标217F应力分析法模型举例
在MIL-HDBK-217F 中单片双极与MOS数字 电路的应力分析法预计模型为： • • • • • • ──电路复杂度失效率 ──温度应力系数 ──封装复杂度失效率 ──环境系数 ──质量系数 ──成熟系数
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可靠性预计模型
常用可靠性预计标准和指导手册