可靠性预计

　

 1.部件计数预计和应力分析

   作为一个设计工具,可靠性预计常常被应用在设计的早期或是开发期间.为了更有效,预计要在设计完成之前或是模具,硬件量产前开展.尽管有些元器件有些数据,但是绝大数预计都是没有实际可靠性数据.可靠性预计可以被用来决定设计是否满足可靠性目标的可行性,聚焦设计中的薄弱环节,评估设计更改对产品可靠性的影响,在开发早期来比较竞争设计的可靠性,以及协作建立可维护程序.可靠性预计不是可靠性评估，后者需要实际的数据。也不应用来作为对系统实际可靠性的衡量。

    最为大家熟悉，也最被广泛应用的电子预计标准应该是MIL-HDBK-217，这个预计手册假设了电子器件的失效率是恒定的，也包含了各种电子元器件的失效率。这些电子元器件包括无源器件，如：电阻，电感，电容，变压器，等等。也包括有源器件，如：晶体管，二极管，以及数模集成电路芯片等等。MIL-HDBK-217同时也定义了各种方法，如何根据IC的引脚数，门数，使用环境，客户对供应商的质量控制要求，甚至其他一些影响元器件失效率的因素去调整它的基本失效率。往往使用乘法去调整器件的基本失效率。常见的根据MIL-HDBK-217标准预计软件是PRISM和217 Plus。

在可靠性信息分析中心(RIAC) (http://www.theRIAC.org)，有关于这些软件的介绍。

EXAMPLE 9.1

THE USE OF MIL-HDBK-217

The failure rate model for a resistor is lP = lb × pE × pR × pQ failures/million hours.

Tables in MIL-HDBK-217 contain lb, the base failure rate, based on the standard

derating used by the designer.

Tables also contain the pi factors:

pE is the environmental factor reflecting how the resistor is used.

pR is a factor based on the value of the resistor.

pQ is a quality factor and is dependent on the amount of control the customer

has in the production of the component.

These factors and the base failure rate are combined to give the predicted failure rate

of the resistor.

EXAMPLE 9.2

A 10,000-ohm carbon resistor is used in a communications receiver located in the crew

compartment of a commercial aircraft. Assume a standard design derating of 40 percent

at 60o C.

From MIL-HDBK-217:

lb = 0.0012/106 Base failure rate

pE = 3 Environmental stress factor

pQ = 1 Quality factor

pR = 1 Resistance factor

lp = (3)(1)(1)(0.0012/106) = 0.0036/106 Predicted failure rate

If the same resistor were used in a radar detector located on the deck of a naval ship:

pE = 12 Environmental stress factor

lp = (12)(1)(1)(0.0012/106) = 0.0144/106 Predicted failure rate

电路板（子系统）的失效率可以通过所有板载元器件的是效力相加得到，前提是假设了电路板上的元器件是串联的关系模型，这样会给出最坏的预计情况。这一般是计数的方法。各个子系统的失效率累加后就是系统的失效率，这个也是假设了串联的关系模型。串联模型就是所有的元器件的失效率都是恒定的。

　　对于机械系统的可靠性预计，可以参考Handbook for Reliability

Prediction for Mechanical Systems。也可从Naval Surface Warfare Center, Carderock Division, Bethesda, MD.获得相关信息。这个手册跟MIL-HDBK-217有类似的格式，包含各个机械部件的基本失效率，同时可以根据不同的材料，物理特性，热交换方式，使用环境，以及影响失效的概率的各个因素通过乘法对基本失效率进行调整。这个手册也假设了恒定的失效率模式。

　　可靠性的预计也可以基于设计工程师在之前类似系统的设计中对元器件使用的经验。有的情况下，元器件供应商也会提供一些元器件的典型的失效率数据。

２可靠性预计的优点和局限性

产品的可靠性需要在设计，开发，生产阶段不断地被评估。这样可以确保产品的可靠性能达到要求。

在设计阶段,伴随着系统的各个零部件的信息也可以被用来进行可靠性预计.当然产品从开发阶段转向生产阶段,测试的数据也可以被用来进行产品的可靠性评估.

早期阶段,利用系统模型进行的可靠性预计对于可靠性工程师是非常有用的.因为可以通过预计了解设计的薄弱点,并给设计的改进提供有效的帮助.预计还可以帮助我们如何在多种方案的判断上进行抉择.预计可以被用来评估改进设计的效果.此外,预计可以用来评估基于当前设计的系统级可靠性是否达标的可行性.

当然,预计也有一定的局限性,那就是总是简单地假设每个元器件的固有失效率是恒定的.预计可以考虑到环境应力的等级,元器件的复杂性,元器件厂商的制造能力,甚至其他一些能引起失效的因素.然而,预计不能考虑到人为因素可能导致的失效.例如,作业员操作产品的能力,设计人员对使用环境的预见性,设计人员想要设计高可靠性产品的意识,系统制造商的制造能力,尤其对可靠性有很重要意义的个人可维护的能力.

预计不像评估,它没有相关的实验数据支持,没有统计置信度.可靠性预计是在不确定的情况下的最好的演练.数据库通常包含的可靠性参数是一些可用的失效率.然而,一个固定产品的可靠性不能被精确地被预计.这就十分有必要使可靠性工程师意识到即使复杂的模型和数学关系式都存在,预计的有用性都有一定的局限性.