电子系统可靠性设计-系统级可靠性设计方法PPT课件

嵌入式系统的可靠性总体设计
电子系统可靠性设计
四、容差与漂移设计 据统计：
影响嵌入式系统可靠性的因素，40%来自设计 采用简化设计：
为了完成某一功能，使用的器件越多、越复杂， 可靠性越低。
应尽可能简化设计。 采用经常使用的器件：
容易更换，便于维修； 别人已经用过，可靠性高。
嵌入式系统的可靠性总体设计
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电子系统可靠性设计
嵌入式系统的可靠性总体设计
2.1 系统的可靠性模型 2.2 可靠性预估与分配 2.3 可靠性设计的具体措施
嵌入式系统的可靠性总体设计
电子系统可靠性设计
6.1 系统的可靠性模型 串联系统的可靠性模型 并联系统的可靠性模型 混合系统的可靠性模型 表决系统的可靠性模型 旁联系统的可靠性模型
嵌入式系统的可靠性总体设计
例如：
电子系统可靠性设计
某一串联系统，由100个失效率为10-7的元器件、 1500条失效率为10-9的导线、2000个失效率为10-5的插头组 成，
该系统的总失效率为：
系统的平均故障间隔时间为：
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二、并联系统的可靠性模型
并联系统：指系统由多个结构和功能完全相同的部件组成， 这些部件只要有一个正常工作，整个系统就能够正常工作
大容量电解电容的容差：±20% 设计电路时：在实现规定的功能前提下，选择合适的 容差。
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2、漂移 定义：任何元器件的参数，随温度、湿度、工作时间、 电源电压波动等环境因素的变化，而不断发生变化， 这种变化称为参数的漂移 电路设计时：必须考虑元器件的漂移； 必须保证环境发生变化时，不会因为参数的变化，而 使电路不能正常工作 解决容差和漂移的措施： 1）优化设计电路：能够容忍元器件的容差和漂移 2）使用高精度、高稳定性的元器件 3）区别对待：
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2、串联系统的数学模型
电子系统可靠性设计
n：组成串联系统的部件个数
Ri：第i个部件的可靠度
Rs：串联系统的可靠度 串联系统的可靠度：是各个部件的可靠度的乘积 例如：
某个系统，由三个可靠度都是0.9的部件组成，则系统 的可靠度为0.729 部件的可靠度为： 串联系统的可靠度为： 串联系统的失效率：为各个部件的失效率之和
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一、串联系统的可靠性模型
串联系统：指系统的任何一个部件出现故障，都会使整个 系统出现故障，这样的系统称为串联系统
1、串联系统的结构
串联系统由多个元素组成
任何一个元素出现故障，系统就出现故障
例如：一个电路板是串联系统，由多个元器件、焊点、接 插件构成
一个嵌入式系统是串联系统：由多个电路板、传感器、控 制系统组成
嵌入式系统的可靠性总体设计
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n越大：系统的可靠性越高
当各部件的失效率均为λ时： 旁联系统的平均故障间隔时间为
旁联系统可靠性的瓶颈： 是故障检测与转换部件的可靠性
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6.3 可靠性设计的具体措施
一、冗余设计
定义：为了保证系统在发生局部故障时，仍然能够正常工 作，设置一些备份部件，一旦发生故障，就启动备份部件 工作，保证系统能够正常工作
电子系统可靠性设计
1、容差 定义：又称为误差，指元器件在制造时，允许的公差
厂家根据行业标准制定偏差范围 合格产品：允许范围之内的产品 不合格产品：超出允许范围的产品 例如：
电阻和电容的容差分为三级： I级：±5%；II级： ±10%； III级：±20%
精密电阻、精密电容的容差： ±0.001%~±2%
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三、混合系统的可靠性模型
实际的系统：
通常不是单纯的并联系统或串联系统，而是串联、 并联都存在的混合系统
混合系统分为： 串并联系统、并 串联系统
1、串并联系统的结构：
系统由m个部件并联，每个部件由n个子部件串联
第i个部件的第j个子部件的可靠度为Rij， 此串并联系统的可靠度为：
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r/n表决系统的数学模型：
Rb：表决器的可靠度 Ri：第i个部件的可靠度
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五、旁联系统的可wk.baidu.com性模型
旁联系统的定义：又称为冷备份系统
由n个部件、1个故障检测与转换部件组成。 平时，n个部件只有一个工作，其它部件处在待命状态。
影响电路性能大的器件：选择高精度； 影响电路性能小的器件：选择一般的
嵌入式系统的可靠性总体设计
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四、表决系统的可靠性模型
r/n表决系统，又称为多部件热备份系统：
由n个部件、1个表决器组成。
只要无故障的部件数大于或等于r个，系统就无故障
部件：可以是元器件、电路板、设备等
表决器的结构：
表决系统是并联工作的，是 并联系统的特例
实际使用的表决系统：
选择n为奇数，只要工作 正常的部件数大于或等于 (n+1)/2，系统就正常
当工作的部件出现故障时，故障检测与转换部件把系统 切换到另外的一个部件上工作。
直到所有的n的部件都出现故障，系统才出现故障 旁联系统的结构： 要求：故障检测与转换部件的可靠度
要非常高，否则影响系统的可靠性
如果故障检测与转换部件的可靠度为1 则系统的平均故障间隔时间MTBFb， 等于所有部件的平均故障间隔时间 MTBFi之和
1、并联系统的结构
系统出现故障：所有部件都出现故 障，整个系统才会出现故障 并联系统的可靠性：比较高
并联：在元器件、部件级、系统级 上进行
例1：某锅炉的温度控制系统，采用 9个温度传感器并联工作
例2：双计算机热备份控制系统，由 2个计算机并联工作
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2、并串联系统的结构
电子系统可靠性设计
此系统由n个部件串联， 每个部件由m个子部件并联
此并串联系统的可靠度为：
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3、实际的系统：都是混合系统
例如：
2个R3并联的可靠度为： 3个R5并联的可靠度为： 整个混合系统：
由R1、R2、R3p、R4、R5p、R6串联， 可靠度为：