可靠性设计与分析关键技术.docx

可靠性设计与分析关键技术 嘉峪检测网????????2020-12-14 17:53 本篇思维导图 ? 工程实践中，标准化的可靠性设计与分析工作，包括确定产品的可靠性要求、可靠性建模、可靠性预计、特性分析和设计评审等15个工作项目。电子产品可靠性设计工作基本流程如图1所示，涉及的可靠性设计关键技术主要包括：可靠性建模技术、可靠性预计技术、可靠性分配技术、薄弱环节分析技术、特性分析与适应性设计技术、耐久性分析技术。 ? 图1 电子产品可靠性设计工作基本流程 ? 1 可靠性建模技术 ? 可靠性建模技术，即建立系统产品可靠性框图及相应的可靠性数学模型（可靠性概率表达式），它是产品可靠性预计技术、可靠性分配技术的重要基础。其中，编制可靠性框图，需要深入了解产品工作过程及任务完成中的要求，通过框图直观地展示工作过程中产品所有单元之间可靠性的相互依赖关系，每个方框所代表的单元（分系统或设备、板级组件、零部件、元器件）失效概率是相互独立的；建立可靠性数学模型，需要根据可靠性框图及其定义，用普通概率法、布尔真值表法等方法拟定每个框图的可靠性数学模型。 目前，可靠性建模技术发展了适用于单功能和多功能系统的串联系统模型、并联系统模型、冗余（贮备）系统模型、表决系统模型及其组合结构的复杂网络系统模型。几种典型的可靠性框图如图2-6所示，其中，可靠度数学模型中Ri（t）表示第i个单元的可靠度、ti表示第i个单元的工作寿命。 （1）串联系统模型：由n个单元组成的串联系统，任意单元发生故障均会导致整个系统发生故障。串联系统的可靠性框图如图2所示。 ? 图2 串联系统的可靠性框图 ? 对于给定的工作时间t，串联系统工作寿命的可靠度数学模型： （2）并联系统模型：由n个单元组成的并联系统，所有单元都发生故障才会导致整个系统发生故障。并联系统的可靠性框图如图3所示。 ? 图2 并联系统的可靠性框图 ? 对于给定的工作时间t，并联系统工作寿命的可靠度数学模型：  （3）冗余（贮备）系统模型：由n个单元组成的冗余（贮备）系统，其中，一个单元工作，n-1个单元贮备，当工作单元发生故障时系统能自动转向贮备单元继续工作。贮备单元失效率和工作单元失效率相等时的热贮备系统可靠性数学模型与上述并联系统模型相同。冷贮备系统可靠性框图如图4所示。 图4 冷贮备系统可靠性框图 ? 对于给定的工作时间t，冷贮备系统工作寿命（tS=t1+t2+…+tn＞t）的可靠度数学模型（所有单元寿命均服从指数分布时）： ? （4）表决系统模型：由n个单元组成的表决系统，当有任意k个单元正常工作时系统就能正常工作，称为n中取k表决系统（k/n（G））。k/n（G）表决系统的可靠性框图如图5所示。 ? 对于给定的工作时间t，k/n（G）表决系统工作寿命tS={t1，t2，…，tn}中至少有k个大于t的可靠度RS（t）数学模型（一般情况下系统由相同的单元组成，各单元可靠度相等，均为Ri（t），假设表决器完全可靠）： ? 2 可靠性预计技术 ? 可靠性预计，即对设计或生产的电子设备的基本可靠性和任务可靠性进行预测，它是产品可靠性分配、可靠性设计方案评价和产品维修方案制订的重要依据。预计时，根据可靠性框图的基本可靠性模型或任务可靠性模型，导入可靠性基础数据或经验数据进行计算预计。其中，基本可靠性预计采用串联模型，预计参数是平均失效间隔时间（MTBF）或失效率（λ）；任务可靠性预计采用并联或表决系统等模型，将任务完成概率（MCSP）的预计作为预计参数，评估产品执行任务过程中完成规定功能的能力。 ? 电子产品的创新和应用，推动了可靠性预计技术的发展。20世纪90年代，建立了基于数理统计分析及四个层面数据源的电子设备可靠性预计方法：相似设备法，用于系统层面早期设计方案的权衡；相似复杂性法和功能预计法，用于分系统设备方案优选；元器件计数法，用于设备元器件品种和数量基本确定的初步设计分析；元器件应力法，用于设备元器件详细清单和元器件所承受应力已确定的研制阶段分析。到21世纪初，电子产品在航天、航空领域广泛应用，为提高可靠性预计的合理性和准确性，发展了基于失效物理的可靠性预计方法，以解决布线特征尺寸小于130nm的大规模半导体集成电路耗损失效和SMT互连焊点疲劳失效等模式对失效率贡献凸显的问题，以及电子产品在多变环境条件下传统预计手册无法预计其可靠性的问题。 ? 电子元器件可靠性预计是电子设备可靠性预计的核心基础。经过多年的研究发展，电子元器件可靠性预计方法已经形成两大类预计手册。 一类称为基于数理统计的失效率预计手册，其中，以GJB 299C、MIL-HDBK-217F标准为代表。手册中各类元器件失效率预计模型，是基于数理统计结果建立的经验模型，它通过大量收集整理各类元器件的现场和试验的随机失效数据，把失效时间视