可靠性设计的十个重点

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一、规定定性定量的可靠性要求

规定定性定量的可靠性要求。有了可靠性指标,开展可靠性设计才有目标,才能对开发的产品可靠性进行考核,避免产品在顾客使用中因故障频繁而使开发商和顾客利益受到损失。最常用的可靠性指标有平均故障间隔时间(MTBF)和使用寿命。

二、建立可靠性模型

建立产品系统级、分系统级的可靠性模型,可用于定量分配、估计和评价产品的可靠性。可靠性模型包括可靠性方框图和可靠性数学模型。对于复杂产品的一个或多个功能模式,用方框图表示各组成部分的故障或它们的组合。方框图分为串联模型和并联模型。做法就是:预计或估计所设计产品可靠性模型的串联模型和并联模型框图,利用数学公式求定量求出该产品的可靠度与故障率,最后推导出可靠性指标。

三、可靠性分配

可靠性分配就是将产品总的可靠性的定量要求分配到规定的产品层次。通过分配使整体和部分的可靠性定量要求协调一致。它是一个由整体到局部,由上到下的分解过程。可靠分配有很多方法,如评分分配法、比例分配法等。下面我们以评分分配法举例说明:

评分分配法是一种常用的分配方法。在产品可靠性数据缺乏的情况下,可以请熟悉产品、有工程实际经验的专家,按照影响产品可靠性的几种因素既复杂度、技术成熟度、重要度及环境条件,给每一种因素打分(1—10分之间)。

复杂度:根据组成分系统的元部件数量以及它们组装调试的难易程度评定。最复杂的评10分,最简单的评1分。

技术成熟度:根据分系统的技术水平和成熟程度评定。技术成熟度低平10分,技术成熟度高的评1分。

重要度:根据分系统的得要性评定。重要性最低的评10分,重要性最高的评1分。

环境条件:根据分系统所处环境条件评定。经受恶劣条件的评10分,环境条件最好的评1分。

利用数学公式定量的算出可靠性指标平均故障间隔时间(MTBF),这样就可以利用评分分配法将可靠性指标分配到各部件中去了。

四、可靠性预计

可靠性预计。可靠性预计是在设计阶段对系统可靠性进行定量的估计,是根据相似产品可靠性数据、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部件及系统的可靠性。可靠性预计结果可以与要求的可靠性相比较,估计设计是否满足要求,通过可靠性预计还可以发现组成系统的各单位中故障率高的单元,找到薄弱环节,加以改进。可靠性预计有很多方法,如元器件计数法、应力分析法、上下限法等。

元器件计数法适用于产品设计开发的早期。它的优点是不需要详尽了解每个元器件的应用及它们之间的逻辑关系就可以迅速估算出产品的故障率,但预计结果比较粗糙。

应力分析法适用于电子产品详细设计阶段,已具备了详细的文件清单、电应力比、环境温度等信息,这种方法比元器件计数法的结果要准确些。应力分析法分三步求出。第一步先求出各种元器件的工作故障率;第二步求产品的工作故障率;第三步求出产品的可靠性指标平均故障间隔时间(MTBF)。

注:以上故障率、环境系数等可查国军标GJB299B

五、可靠性设计准则

可靠性设计准则。是把已有的、相似产品的工程经验总结起来,使其条理化、系统化、科学化,成为设计人员进行可靠性设计所遵循的原则和应满足的要求。可靠性设计准则一般都是针对某种产品的,但也可以把各种产品的可靠性设计准则的共性内容,综合成某种类型的可靠性设计准则,如直升机可靠性设计准则等。当然,这些共性可靠性设计准则经剪裁、增补之后又可成为具体产品专用的可靠性设计准则。

可靠性设计准则一般应根据产品类型、重要程度、可靠性要求、使用特点和相似产品可靠性设计经验以及有关的标准、规范来制定。

六、耐环境设计

耐环境设计。产品使用环境对产品可靠性的影响十分明显。因此,在产品开发时应开展抗振、抗冲击、抗噪音、防潮、防霉、防腐设计和热设计。

七、元器件选用与控制

元器件选用与控制。电子元器件是完成产品规定功能而不能再分割的电路基本单元,是电子产品可靠性的基础。要保证产品可靠性对所使用的元器件进行严格控制是极为重要的一项工作。制定并实施元器件大纲是控制元器件的选择和使用的有效途径。

八、电磁兼容性设计

电磁兼容性设计。对电子产品来说,电磁兼容设计是很重要的。它包括静电抗扰性,浪涌及雷击抗扰性,电源波动及瞬间跌落抗扰性,射频电磁场辐射抗扰性等。

九、降额设计与热设计

降额设计与热设计。元器、零部件的故障率是与其承受的应力紧密相关的,降低其承受的应力可以提高其使用中的可靠性,因此设计时应将其工作应力设计在其规定的额定的值之下,并留有余量。产品特别是电子产品周围的环境温度过高是造成故障率增大的重要原因。因此应利用热传导、对流、热辐射等原理结合必要的自然通风、强制通风、以致水冷及热管等技术进行合理的热设计,以降低其周围的环境温度。

十、有限元分析

有限元分析是可靠性设计分析方法中常用的,也是最重要的方法之一,在工程机械、轨道交通、航空航天、桥梁建筑等领域广泛应用。通过有限元分析,结合可靠性仿真可以确定可靠性薄弱环节,尽早发现可能的潜在故障,并加以改进,提高产品可靠性设计水平。

在设计过程中对产品的机械强度和热特性等进行分析和评价,尽在发现承载结构和材料的薄弱环节及产品的过热部分,以便及时采取设计改进措施。

有限元工作项目要点:在产品研制进展到设计和材料基本确定是应进行有限元分析;进行有限元分析的关键是要正确建立产品结构和材料对负载或环境影响的模型;对安全和任务关键的机械结构件和产品应尽量实施有限元分析。

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