《可靠性预计》PPT课件.ppt

2020 3 23 ReliabilityPrediction 1 第六讲可靠性预计ReliabilityPrediction 2020 3 23 ReliabilityPrediction 2 可靠性预计 可靠性预计概念可靠性预计是在设计阶段对系统可靠性进行定量的评估 是根据历史的产品可靠性数据 系统的构成和结构特点 系统的工作环境等因素估计组成系统的元器件 部件及系统可靠性 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 由小到大的一种系统综合过程 可靠性预计目的 用途与分类可靠性预计的程序 国军标 GJB813 90 单元可靠性预计系统可靠性预计可靠性预计的特点与注意事项不同研制阶段可靠性预计方法的选取 2020 3 23 ReliabilityPrediction 3 目的 用途与分类 可靠性预计目的与用途评估系统可靠性 审查是否能达到要求的可靠性指标 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 在设计中 通过可靠性预计 发现影响系统可靠性的主要因素 找出薄弱环节 采取设计措施 提高系统可靠性 为可靠性增长试验 验证及费用核算等方面的研究提供依据 可靠性预计的分类可靠性预计分为 基本可靠性预计任务可靠性预计 返回 单元可靠性预计系统可靠性预计 2020 3 23 ReliabilityPrediction 4 可靠性预计程序 可靠性预计程序明确系统定义 包括说明系统功能 系统任务和系统各组成的接口 明确系统的故障判据 明确系统的工作条件 绘制系统的可靠性框图 可靠性框图绘制到最低一级功能层次 建立系统可靠性数学模型 预计各单元设备的可靠性 根据系统可靠性模型预计其的基本可靠性或任务可靠性可靠性预计结果为可靠性分配提供依据 当实际系统有变动时 进行可靠性再预计 再分配 直到满意结果为止 返回 2020 3 23 ReliabilityPrediction 5 单元可靠性预计 单元可靠性预计直接预计系统各单元的故障率或可靠度 系统是由许多单元组成 系统可靠性是各单元可靠性概率综合 因此 单元可靠性预计是系统可靠性预计的基础 单元可靠性预计方法相似产品法评分预计法电子元器件法元件记数法应力分析法各研制阶段可靠性预计方法的选取 2020 3 23 ReliabilityPrediction 6 相似产品法 相似产品法相似产品法就是利用与该产品相似的已有的成熟产品的可靠性数据来估计该产品的可靠性 成熟产品的可靠性数据主要来源于现场统计和实验室的试验结果 相似产品法考虑的的相似因素一般包括 产品结构 性能的相似性 设计的相似性 材料和制造工艺的相似性 使用剖面 保障 使用和环境条件 的相似性 相似产品法的预计程序 确定相似产品分析相似因素为可靠性的影响确定相似系数d新产品可靠性预计 新产品故障率 d 老产品故障率 2020 3 23 ReliabilityPrediction 7 相似产品法示例 相似产品法示例某型号导弹射程为3500km 已知飞行可靠性指标为0 8857 各分系统可靠性指标为 战斗部 0 99 安全自毁系统 0 98 弹体结构 0 99 控制系统 0 98 发动机 0 9409 为了将导弹射程提高到5000km 对发动机采取了三项改进措施 采用能量更高的装药 发动机长度增加1m 发动机壳体壁厚由5mm减为4 5mm 试预计改进后的导弹飞行可靠性 解新的导弹与原来的导弹十分相似 其区别就在发动机 根据经验 唯有壁厚减薄会使壳体强度下降 会使燃烧室的可靠性下降影响发动机的可靠性 因此 可粗略地认为发动机的可靠性是与壳体强度成正比 经计算 原发动机壳体的结构强度为9 806 106Pa 现在发动机壳体的结构强度为9 412 106Pa 则d 9 412 106 9 806 106 发动机的可靠性R 0 9409 9 412 106 9 806 106 0 9033 返回 2020 3 23 ReliabilityPrediction 8 评分预计法 评分预计法评分预计法是在可靠性数据非常缺乏的情况下 根据复杂程度 技术发展水平 工作时间等因素对各单元产品可靠性的影响差异 而有专家评分得出各单元的故障率 MTBF 可靠度的相对系数 从而预计各单元的可靠性 评分因素 复杂度 技术发展水平 工作时间 环境条件 评分原则 各种因素评分值范围为 1 10 评分越高说明可靠性越差 复杂度 它是根据组成单元的元部件数量以及它们组装的难易程度来评定 最简单的评1分 最复杂的评10分 技术发展水平 根据单元目前的技术水平的成熟来评定 水平最低的评10分 水平最高的评1分 工作时间 根据单元工作的时间来评定 系统工作时 单元一直工作的评10分 工作时间最短的评1分 环境条件 根据单元所处的环境来评定 单元工作过程中会经受极其恶劣和严酷的环境条件的班次10分 环境条件最好评1分 2020 3 23 ReliabilityPrediction 9 评分预计法 评分法可靠性预计 2020 3 23 ReliabilityPrediction 10 评分预计法示例 评分预计法注意事项时间基准 基准单元 预计参数 评分预计法示例 返回 2020 3 23 ReliabilityPrediction 11 元件计数法 元件记数法元件记数法适用于电子设备方案论证阶段和初步设计阶段 元器件的种类和数量大致已确定 但具体的工作应力和环境等尚未明确时 对系统基本可靠性进行预计 其基本原理也是对元器件 基本故障率 的修正 GJB Z299B 98第208页 MIL HDBK 217F第212页 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 P G QN式中 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 2020 3 23 ReliabilityPrediction 12 元器件计数法预计表 元件计数法 2020 3 23 ReliabilityPrediction 13 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 Z299B 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 元件计数法举例 2020 3 23 ReliabilityPrediction 14 5 查GJB Z299B 98中的表5 2 15 表5 2 17 表5 2 18 确定元器件的通用失效率 调整二极管 1 2 24 10 6 h 合成电阻器 2 0 05 10 6 h 云母电容器 3 0 12 10 6 h 6 查GJB Z299B 98中的表5 2 24 表5 2 25 确定元器件的质量系数 调整二极管 Q1 0 6合成电阻器 Q2 0 6云母电容器 Q3 0 5 元件计数法举例 2020 3 23 ReliabilityPrediction 15 返回 7 确定元器件的数目 调整二极管 N1 4 合成电阻器 N2 2 云母电容器 N3 4 8 计算设备的基本可靠性 设备 N1 1 Q1 N2 2 Q2 N3 3 Q3 4 2 24 0 6 2 0 05 0 6 4 0 12 0 5 5 676 10 6 h MTBF设备 1 设备 176180 4 h 元件计数法举例 2020 3 23 ReliabilityPrediction 16 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 2020 3 23 ReliabilityPrediction 17 应力分析法 应力分析法表格 2020 3 23 ReliabilityPrediction 18 应力分析法 预计要求预计数据的选取预计温度的选取当缺乏热分析数据时 可采用下列公式计算元器件的结温 TJ 结温 TA 20 二极管 TJ 结温 TA 30 三极管 TJ 结温 TA 30 集成电路 其中TA为元器件工作的环境温度降额系数的选取质量系数的选取 2020 3 23 ReliabilityPrediction 19 例 微电路 数字电路54LS00为国产器件 质量等级为B1 环境类别为AIF 计算该器件的工作失效率 计算步骤 1 国产器件 使用GJB Z299B 98 2 54LS00为双极型数字电路 查GJB Z299B 98的表5 1 1 1 1 得失效率模型为 P Q C1 T V C2 C3 E L 3 该器件的质量等级为B1 查GJB Z299B 98的表5 1 1 1 3 得质量系数 Q 0 5 4 环境类别为AIF 查GJB Z299B 98的表5 1 1 1 2 得环境系数 E 17 应力分析法举例 2020 3 23 ReliabilityPrediction 20 返回 5 查GJB Z299B 98的表5 1 1 1 4 得成熟系数 L 1 0 6 环境温度TA 41 TJ TA 30 71 查GJB Z299B 98的表5 1 1 1 8 得温度系数 T 1 35 7 54LS00中有四个门 查GJB Z299B 98的表5 1 1 1 15 得电路复杂度失效率C1 0 074 C2 0 005 8 54LS00为14脚双列直插式封装 查GJB Z299B 98的表5 1 1 1 28 得封装复杂度C3 0 083 9 查GJB Z299B 98的表5 1 1 1 12 得电压应力系数 V 1 0 10 计算该器件的工作失效率 P Q C1 T V C2 C3 E L 0 5 0 074 1 35 1 0 0 005 0 083 17 1 0 0 779725 10 6 h 应力分析法举例 2020 3 23 ReliabilityPrediction 21 各研制阶段预计方法的选取 可靠性预计应随研制工作的进展而深化 一般分三个阶段 见下表 可行性预计 用于方案论证阶段 在这个阶段 信息的详细程度只限于系统的总体情况 功能要求和结构设想 一般采用相似产品法或元件计数法 以工程经验来预计系统的可靠性 为方案决策提供依据 初步预计 用于初步设计阶段 该阶段已有了工程图或草图 系统的组成已确定 可采用元件计数法或评分法预计系统的可靠性 发现设计中的薄弱环节并加以改进 详细预计 用于详细设计阶段 这个阶段的特点是系统的各个组成单元都具有了工作环境和使用应力信息 可采用应力分析法或故障率预计法来较准确的预计系统的可靠性 为进一步改进设计提供依据 不同研制阶段可靠性预计方法的选取 见下表 返回 2020 3 23 ReliabilityPrediction 22 系统可靠性预计概念与分类 系统可靠性预计概念系统可靠性预计是以组成系统的各单元产品的预计值为基础 根据系统可靠性模型 对系统可靠性进行预计 对于使用以前的系统或成品 不做任何改进 修改 以及购买的货架产品不再进行可靠性预计 使用其以往的统计值或可靠性指标 系统可靠性预计必须注意时间基准的问题 系统可靠性预计分类基本可靠性预计任务可靠性预计任务期间不可修任务可靠性预计任务期间可修任务可靠性预计 2020 3 23 ReliabilityPrediction 23 基本可靠性预计概念 2020 3 23 ReliabilityPrediction 24 基本可靠性预计 2020 3 23 ReliabilityPrediction 25 基本可靠性预计举例 返回 2020 3 23 ReliabilityPrediction 26 任务可靠性预计概念 任务可靠性预计概念任务可靠性预计即对系统完成某项规定任务成功概率的估计 任务可靠性预计是针对某一任务剖面进行的 系统的任务可靠性预计过程如下 建立系统的任务可靠性框图 确定飞行时间T 确定系统内各电子设备的工作时间t 计算电子设备的运行比S F S F t T将电子设备的MTBF单元转换为MTBCF单元 MTBCF单元 MTBF段元 S F 电子设备的可靠度为 R单元 T EXP T MTBCF单元 根据可靠性框图计算系统的可靠度 2020 3 23 ReliabilityPrediction 27 任务可靠性预计示例 2020 3 23 ReliabilityPrediction 28 任务可靠性预计示例 其任务可靠度预计如下 如图中的可靠性模型可以化分成三个大单元 串联单元1 由A B组成 其可靠度为 旁连联单元2 由1 C组成 其可靠度为 2020 3 23 ReliabilityPrediction 29 任务可靠性预计示例 串联单元3 由D E F G H I J K 其可靠性为 并联单元3 由L M组成 其可靠度为 2020 3 23 ReliabilityPrediction 30 任务可靠性预计示