下载文档原格式
电子可靠性工程方案设计电子可靠性工程是提高产品质量和可靠性，降低硬件生产故障率和市场失效率的系统工程。
您是否为电子产品生产直通率较低而烦恼，是否为市场返修率居高不下而束手无策？根据业界的分析，60%以上的生产故障是由于器件失效引起的，70%以上的市场返修也是因为器件失效引起的，而大多数公司对此却没有采用系统化的电子可靠性工程方法来解决，导致效率较低，产品质量可靠性不高。
其实按照系统的电子可靠性工程方法，通过选择合适的器件，有效地控制器件质量，合理应用器件，进行可靠性设计，达到业界领先的产品质量是可以实现的。
电子可靠性工程包含5个方面：一、通过正确的选型认证来保证构成产品的物料的基本可靠性物料选型与认证是一项产品工程，是硬件开发活动的重要组成部分。
产品一旦选用了某物料，其质量、成本、可采购性基本上60%都已固化，后期的一系列改进、保障策略所达到的效果只能占到40%，物料选型影响重大。
如何确定物料的规格，如何识别不同厂家的物料优劣，如何对物料厂家进行认证，如何监控物料厂家的质量波动，这些专项技术，在国际领先公司都有专业的团队来进行研究，并有系统化的流程保障物料选用，而目前国内厂家普遍比较薄弱，因此从物料选用开始，产品质量就和业界领先公司拉开了差距，可以说是输在了起跑线上。
二、通过正确合理的设计方法保证应用可靠性常用的可靠性设计方法有如下14种，在产品开发过程中，这些方面都要考虑到，包括做对应的仿真分析，才能够保证设计的产品的可靠性。
1可靠性预计2FMEA3可靠性指标论证、分配与冗余设计4电应力防护设计5ESD防护设计6容差分析7降额设计8升额设计9热分析和设计10信号完整性分析11EMC设计12安全设计13环境适应性设计14寿命与可维护性设计国际领先的大公司，对这些设计方法均有专业团队来保障，为了满足国内企业的需求，针对每种设计方法，深圳市易瑞来公司均有专家负责研究和追踪业界最新的进展，实践经验丰富。
《机电产品可靠性设计》教案第一章：概述1.1 教学目标让学生了解机电产品可靠性设计的基本概念。
让学生掌握机电产品可靠性设计的重要性和应用领域。
1.2 教学内容机电产品的定义和特点可靠性基本概念可靠性数学基础可靠性设计的重要性可靠性设计在工程中的应用领域1.3 教学方法讲授案例分析1.4 教学评估课堂讨论课后作业第二章：可靠性数学基础2.1 教学目标让学生掌握可靠性数学基础，包括失效概率、可靠度、寿命分布等概念。
2.2 教学内容失效概率的定义和计算方法可靠度的定义和计算方法寿命分布的定义和特点可靠性指标的计算和分析2.3 教学方法讲授示例讲解2.4 教学评估课堂练习课后作业第三章：机电产品可靠性模型3.1 教学目标让学生了解机电产品可靠性模型的建立方法和应用。
3.2 教学内容可靠性模型的分类和特点建立可靠性模型的方法机电产品可靠性模型的应用可靠性模型的评价和优化3.3 教学方法讲授案例分析3.4 教学评估课堂讨论第四章：机电产品可靠性设计方法4.1 教学目标让学生掌握机电产品可靠性设计的方法和步骤。
4.2 教学内容可靠性设计的基本原则和方法可靠性设计的关键步骤和技巧可靠性设计在机电产品中的应用实例可靠性设计的评价和优化4.3 教学方法讲授案例分析4.4 教学评估课堂练习课后作业第五章：案例分析与实践5.1 教学目标让学生通过案例分析和实践，提高机电产品可靠性设计的实际应用能力。
5.2 教学内容实践项目：学生分组进行机电产品可靠性设计实践，提高实际应用能力。
5.3 教学方法案例分析5.4 教学评估案例分析报告实践项目报告第六章：环境因素对可靠性的影响6.1 教学目标让学生了解环境因素对机电产品可靠性的影响。
掌握环境适应性设计的方法和原则。
6.2 教学内容环境因素分类及其对可靠性的影响环境适应性设计原则环境试验方法环境适应性改进设计6.3 教学方法讲授实例分析6.4 教学评估课堂讨论课后作业第七章：可靠性增长与维护7.1 教学目标让学生掌握可靠性增长的概念和途径。
电子产品可靠性设计与试验技术及经典案例分析课程背景――为什么我们的产品设计好了，到了用户（现场）却返修率很高？――如何为客户提供有力的可靠性指标证据？MTBF的真正含义是什么？――MTBF与可靠度、失效率、Downtime 的关系如何？提高可靠真的降低返修率？――为何功率管在没超额定功率时仍然烧毁？――塑封集成电路为何有防潮要求？――如何开展热设计？――如何开展降额设计？――如何开展电路可靠性设计，例如继电器用在电路中，是否有潜在通路？CMOS电路真的省电吗？――如何开展加速寿命试验？――如何权衡试验应力？对于企业领导和研发工程师而言，诸如此类的问题可谓太多，尽快明白可靠性的指标和基本原理，使设计人员掌握一些可靠性设计技能，是我们迫切需要研究和解决的重大课题。
目前很多企业工程师在这方面缺乏实践经验，很多相关知识都是网络和书籍上面了解，但是，一方面在解决实际问题时光靠这些零散的理论是不足的，另一方面，这些“知识”也有可能对可靠性的实质理解造成误解，为帮助企业以及研发人员解决在实际产品设计过程中遇到的问题与困惑，我们举办此次《电子产品可靠性设计与试验技术及经典案例分析》高级训练班，培训通过大量的实际产品可靠性案例讲解，使得学员可以在较短时间内掌握解决可靠性技术问题的技能并掌握可靠性设计的基本思路！同时对企业缩短产品研发周期、降低产品研发与物料成本具有重要意义！======================================================================================课程特色---系统性：课程着重系统地讲述产品可靠性设计和试验的原理，产品可靠性设计的主要方法，产品常见的故障模式及其预防方法，课程以大量的案例来阐述产品可靠性设计的思路与方法,以及可靠性工作重点、工作方法、解决问题的技巧。
---针对性：主要针对电子产品可靠性设计和测试项目，及各种典型产品出现的不同问题时候的解决思路与方法。
教师教案（2012—2013学年第2学期）课程名称：机电产品可靠性设计授课学时：32授课班级：2010级任课教师：朱顺鹏教师职称：讲师教师所在学院：机械电子工程学院电子科技大学教务处第一章可靠性设计概论4学时一、教学内容及要求教学内容共4学时可靠性基本概念2学时(1)可靠性的内涵(2)可靠性工程发展现状(3)可靠性特征量可靠性数学基础2学时(1)数理统计基本概念(2)可靠性常用概率分布(3)随机变量均值与方差的近似计算教学要求(1)了解可靠性学科发展历程(2)掌握可靠性学科研究的内容(3)了解我国可靠性研究的发展现状(4)了解可靠性设计工作的重要意义及面临的主要挑战(5)掌握可靠性的定义(6)掌握可靠度、不可靠度、失效率的定义(7)掌握常用的概率分布（正态分布、指数分布、威布尔分布、对数正态分布）在可靠性设计工作中的应用(8)掌握随机变量均值与方差的近似计算方法二、教学重点、难点教学重点可靠性的定义可靠性特征量定义及相互关系常用概率分布的统计特征量教学难点失效率的定义威布尔分布的相关概念及应用三、教学设计列举航空航天产品（如卫星天线、卫星指向机构、太阳翼展开机构）、民用产品（如汽车）、制造装备（如数控机床）的实例，突出开展可靠性工作的重要意义。
随机变量及数理统计的知识系学生在先修课程中所学内容的复习，可以简要介绍，并要求学生查阅以前的书籍。
正态分布是学生熟知的内容，在教学过程中着重讲解其实际应用；指数分布、对数正态分布和威布尔分布是学生先修课程中没有学习过的，应详细讲解。
威布尔分布是难点内容，应重点介绍其发展历史，统计特征，以及威布尔分布在机械可靠性中的特殊作用，列举工程实例。
随机变量函数的均值与方差计算是后续机械产品可靠性设计需要用到的基本方法，讲解三种常用的方法原理即可，公式可以查表。
四、作业通过课程网站发布。
五、参考资料1. 盛骤, 谢式千, 潘承毅. 概率论与数理统计(第四版), 高等教育出版社,20102. 刘惟信. 机械可靠性设计. 北京:清华大学出版社, 2000六、教学后记第二章系统可靠性设计8学时一、教学内容及要求教学内容共8学时系统可靠性框图2学时串联系统；并联系统；混联系统；表决系统；旁联系统可靠性分配2学时可靠性分配的目的和原则可靠性分配方法（等分配法、再分配法、比例分配法、AGREE法）可靠性预计1学时可靠性预计的目的可靠性预计的方法（应力分析法、元器件计数法、相似产品法、上下限法）故障模式、影响及危害性分析FMECA 1学时FMECA的定义及分类FMECA的一般过程风险优先数和危害性矩阵故障树分析FTA 2学时故障树的各种符号故障树建树步骤常用故障树分析方法介绍教学要求(1)了解系统可靠性设计的任务；(2)掌握系统可靠性建模方法；(3)了解可靠性分配与预计的目的；(4)掌握可靠性分配与预计的常用方法。
电子产品可靠性设计规范一、引言在当今社会，电子产品已经成为人们生活中不可或缺的一部分。
然而，随着电子产品的不断更新和使用，产品的可靠性问题也越来越受到关注。
为了提高电子产品的可靠性，制定一套合理的设计规范是非常重要的。
二、可靠性设计目标1. 长期可靠性：电子产品设计应该考虑产品在长期使用的情况下是否能够保持其功能稳定性和耐用性。
这需要在产品设计阶段考虑材料选用、零部件选型等因素。
2. 环境适应性：不同的环境条件对电子产品的可靠性有不同的影响。
设计应该考虑产品在不同环境下的工作条件，以确保产品能够正常运行。
3. 用户可信赖性：用户对于电子产品的可靠性有着极高的要求。
产品设计应该确保在用户正常使用下不出现功能故障、电路故障等问题，提高用户对产品的信任度。
三、可靠性设计要求1. 正确性：设计中的每一步都应该经过仔细的论证和验证，确保设计的准确性。
这包括电路设计、软件编程、接口设计等方面。
2. 可维护性：产品在发生故障时需要方便快捷地进行维修，减少用户的停机时间。
设计应该考虑到易损性元件的更换、维修工具的使用便捷性等因素。
3. 冗余设计：为了提高产品的可靠性，可以采用冗余设计的方式。
例如，在关键电路或部件上增加备份，以防止单点故障造成整个系统瘫痪。
4. 环境适应性：电子产品的工作环境多种多样，设计应该充分考虑产品在不同温度、湿度、压力等环境条件下的工作能力，并做好相应的保护措施。
5. 可测试性：产品的可靠性需要经过严格的测试才能得到验证。
设计应该考虑到产品的可测试性，方便对产品各项功能进行全面的测试。
四、可靠性验证方法1. 加速寿命测试：通过在实验室中模拟产品长期使用的环境条件，快速评估产品寿命和可靠性。
2. 可靠性质量控制：在生产过程中，通过质量控制手段来保证产品的可靠性。
这包括质量检测、质量管理等工作。
3. 可靠性预测分析：通过数据分析和模型计算，预测产品的可靠性，提前发现潜在的问题并采取相应的改进措施。
121323121312231323121323()()()()()()()()()s R t P A P A A P A A P A A P A A A A P A A A A P A A A A P A A A A A A ==++---+2/3表决系统：()0112101211201()1()t t t S S R t e e e λλλλλλλλλθλλλλ-+--⎡⎤=+-⎣⎦+-=++转换装置的失效率为λ0：第一章:绪论可靠性:是指产品在规定条件下和规定时间内,完成规定功能的能力.可靠性三要素:规定条件:包括使用时的环境条件和工作条件,规定时间:指产品规定了的任务时间,规定功能:指产品规定了的必须具备的功能及技术指标.故障(失效):设备在工作过程中,因某种原因“丧失规定功能”或危害安全的现象.任务可靠性:产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能力.基本可靠性:产品在规定条件下,无故障的持续时间或概率.任务可靠性比基本可靠性要求更高.这两者有时是相互矛盾的,提高产品的任务可靠性,可能会降低基本可靠性,反之亦然.在可靠性分配时,要进行两者之间的权衡,或采取其他不相互影响的措施.固有可靠性:产品在生产过程中确立的可靠性.生产厂在模拟实际工作标准环境下,对产品进行检测并给以保证的可靠性.使用可靠性:与产品的使用条件密切相关,受到使用环境、操作水平、保养与维修、使用者的素质等因素的影响.维修性:产品在发生故障或失效后,能迅速修复以维持良好而完善的状态的难易性.广义可靠性:产品在整个寿命周期内完成规定功能的能力.包括狭义可靠性和维修性.可靠性研究内容:可靠性数学、物理、工程(管理、技术).可靠性设计:应用可靠性理论、技术和设计参数的统计数据,在给定的可靠性指标下,对零件、部件、设备或系统进行设计.可靠度R(t):产品在规定的条件下和规定的时间内,完成规定功能的概率.产品可靠度是时间的函数.不可靠度(累积失效概率)F(t):产品在规定的条件下和规定的时间内,丧失规定功能概率称为不可靠度R(t)+F(t)=1.可靠度的观测值:直到规定的时间终了为止,能完成规定功能的产品数与该区间开始时刻投入工作产品数之比.失效率(或故障率):工作到某时刻尚未故障的产品,在该时刻后单位时间内发生失效(或故障)的概率.平均失效率:在某一规定的时期内失效率的平均值.浴盆曲线:大多数产品的故障率随时间的变化曲线形似浴盆,称之为浴盆曲线.依次为早期故障期、偶然故障期、损耗故障期.可靠寿命:给定的可靠度所对应的产品工作时间.中位寿命:产品的可靠度等于0.5时的寿命.特征寿命:产品的可靠度等于e -1时的寿命.平均寿命:产品寿命的平均值.对于不可修产品,平均寿命就是平均故障前时间;对于可修复产品,平均寿命就是平均故障间隔时间.平均故障前时间(MTTF)、平均首次故障前时间(MTTFF)、平均故障间隔时间(MTBF)第二章:可靠性数学基础概率:对事件发生的可能性大小的数量的描述值//若对于随机试验的每一个基本可能的结果ω,都对应着一个实数X(ω),且随着ω的不同,X(ω)取不同的实数值,则变量X 为定义在样本空间上的随机变量.按取值形式分为离散性和连续型随机变量.数学期望(均值)E(X)分布的平均值、方差D(X) =E(X-E(X))2、标准差中位数(值)分布密度图的中间值、众数频率(或频数)为最大的随机变量的位置、极差R(最大最小值之差)、变异系数(标准差比均值)、协方差cov(X,Y)=E{[X-E(X)][Y-E(Y)]}相关系数:ρx,y=cov(X,Y)/[√D(X)√D(Y)].协方差和相关系数是描述和研究二维随机变量X 和Y 之间的相互关联程度的两个数字特征.二项分布(0<p<1):P n (k)= C n k p k q n-k (q=1-p)记作X~B(n,p).二项分布中,n 较大且p 很小时,可用泊松分布近似计算.泊松分布:P λ(k)=P(X=k)=(λk e -λ)/k!(k=0,1,2,...,n)均匀分布[a,b]:E(X)=(a+b)/2,D(X)=(b-a)2/12随机变量的统计特征值:寿命概率密度函数f(t),寿命分布函数F(t),可靠度函数R(t)、失效率函数λ(t).指数分布(λ>0):特点:1)失效率是常数,2)平均寿命与特征寿命相同,均为失效率的倒数,3)当产品工作至平均寿命时间时,其可靠度下降到36.8%,4)无记忆性.正态分布(σ>0):E(X)=μ,D(X)=σ2记作X~N(μ,σ2) 1)概率密度函数曲线的形状是中间高、两边低,左右对称2)含有两个未知参数,即均值和方差3)概率密度函数曲线的包络面积为1.对数正态分布:1)概率密度函数呈不对称的山包形,顶部附近失效密度较高,2)含有两个未知参数,即均值和方差,3)概率密度函数曲线的包络面积为1.抽样和样本:抽样是随机的抽取和组成样本的过程.样本是取自总体的部分个体的集合.样本所包含的个体数目,称为样本容量.第三章:系统可靠性设计系统:由相互作用和相互依赖的若干单元结合成的具有特定功能的有机整体.为了完成某一特定功能,由若干个彼此有联系的而且又能相互协调工作的单元组成的综合体,各单元相互协调.(系统和单元的含义是相对的.)系统可靠性设计的目的:1)保证性能指标,获得最大的可靠性,2)根据给定可靠性指标,设计满足各项要求的产品.系统分类:①非储备系统(串联系统)②储备系统A 工作储备(并联系统、混连系统、表决系统、桥联系统)B 非工作储备(旁连系统)③复杂系统.能否修复:可修复/不可修复系统.影响系统可靠性的因素:①各组成单元的可靠性②各单元的组合方式③各单元的性能匹配.原理图:反映了系统及其组成单元之间的物理上的连接与组合关系.表示系统中各部分之间的物理关系.而可靠性逻辑框图则表示系统中各部分之间的功能关系,即用简明扼要的直观方法表现能使系统完成任务的各种串-并-旁联方框的组合.功能框图、功能流程图:反映了系统及其组成单元之间的功能关系.系统的原理图、功能框图和功能流程图是建立系统可靠性模型的基础.基本可靠性模型:用以估计产品及其组成单元发生故障所引起的维修及保障要求的可靠性模型.任务可靠性模型:用以估计产品在执行任务过程中完成规定功能的概率(在规定任务剖面中完成规定任务功能的能力),描述完成任务过程中产品各单元的预定作用,用以度量工作有效性的一种可靠性模型.系统中储备单元越多,则其任务可靠性越高.说明:系统逻辑框图只表明各单元功能与系统功能逻辑关系,而不表明各单元之间结构上的关系;各单元的排列次序无关紧要,一般情况下,输入和输出单元的位置,常常相应地排列在系统逻辑框图的首和尾,而中间其他单元的次序可任意排列.认为系统及其组成的各单元均可能处于两种状态:正常和失效.各单元所处的状态是相互独立的.组成系统的所有单元中任一单元的故障都会导致整个系统故障的称为串联系统.(串联系统各单元寿命均服从指数分布时,串联系统的寿命也服从指数分布)提高串联系统的可靠性:1)尽可能减少串联单元数目2)提高单元可靠性,降低其故障率3)缩短工作时间.并联系统:组成系统的所有单元都发生故障时,系统才发生故障.优缺点:并联系统单元数越多,系统可靠度越大;但是系统的结构尺寸及重量都越大,造价高.n 常取2,3.一般混联系统是由串联和并联混合组成的系统.串并联系统由若干个子系统串联构成,每个子系统由若干个单元并联而成.并串联系统由若干个子系统并联构成,每个子系统由若干个单元串联而成.系统由n 个单元组成,若系统中有k 个或k 个以上单元正常,则系统正常,这样的系统称作n 中取k 表决系统.2/3表决系统:Rs(t)=3R 2(t)-2R 3(t).组成系统的各单元只有一个单元工作,当工作单元故障时,通过转换装置接到另一个单元继续工作,直到所有单元都故障时系统才故障,称为旁联系统,又称非工作储备系统.优缺点:非工作储备的优点是能大大提高系统的可靠度.缺点是:1)由于增加了故障监测与转换装置而提高了系统的复杂度;2)要求故障监测与转换装置的可靠度非常高,否则储备带来的好处会被严重削弱.第四章:可靠性分配与预计可靠性分配:将使用方提出的系统可靠性指标,从上而下,由大到小,从整体到局部,逐步分解,分配到各分系统,设备和元器件.可靠性预计:在系统的设计阶段根据组成系统的元器件等在规定条件下的可靠性指标、系统的结构、系统的功能以及工作方式等来推测系统的可靠性.是一个由局部到整体、由小到大,由下到上的一种综合过程.可靠性分配目的:合理确定系统各子系统及其下级单元的可靠度,确保系统的可靠性指标得以实现.使各级设计人员明确其可靠性设计要求.设计者可以更加全面地权衡系统性能、功能、重量、费用等之间的关系,合理进行系统设计.使系统所获得的可靠度值更加合理,节省制造的时间和费用.可靠性预计的目的:将预计结果与要求的可靠性指标相比较,审查设计任务书中提出的可靠性指标是否能达到.在方案论证阶段,根据预计结果进行方案比较,选择最优方案.在设计阶段,通过预计发现设计中的薄弱环节,加以改进.为可靠性增长试验、验证试验及费用核算等方面的研究提供依据.通过预计给可靠性分配奠定基础.可靠性分配的原则:①技术水平:技术上不成熟的产品;分配较低的可靠性指标.对于这种产品提出高可靠性要求会延长研制时间;增加研制费用.技术上成熟的产品;可以分配较高的可靠性指标.②复杂程度:对于复杂度高的分系统、设备等;应分配较低的可靠性指标;因为产品越复杂;其组成单元就越多;要达到高可靠性就越困难.③重要程度:对于重要度高的产品;应分配较高的可靠性指标;因为重要度高的产品的故障会影响人身安全或任务的完成.④任务情况:对于处于恶劣环境条件下工作的产品;应分配较低的可靠性指标;因为恶劣的环境会增加产品的故障率.以下均为无约束分配方法等分配法又称为平均分配法.适用于系统中各单元具有近似的复杂程度、重要性以及制造成本.这种分配法虽简单;但不太合理.因为在实际系统中;一般不可能存在各单元可靠性水平均等的情况;但对一个新系统;在方案论证阶段进行初步分配是可取的.评分分配法:通过有经验的设计人员或专家对影响可靠性的几种因素评分;对评分进行综合分析获得各单元产品之间的可靠性相对比值(评分因素:复杂度、技术水平、工作时间、环境条件);根据评分情况给每个分系统或设备分配可靠性指标.再分配法:如果系统可靠性预计结果小于规定的系统可靠度;则须重新进行可靠度分配;适用于详细设计阶段.(提高低可靠性单元的可靠度并按等分配法进行再分配;原可靠度较高的单元可靠度则保持不变)采用比例分配法根据老系统中各分系统的故障率;按新系统可靠性的要求;给新系统的各分系统分配故障率.新系统中子系统的故障率=新系统的故障率指标╳老系统中子系统的故障率/老系统的故障率指标.相对失效率(失效概率)法、AGREE 法.可靠性预计目的与用途:①评估系统可靠性;审查是否能达到要求的可靠性指标.②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.③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.④为可靠性分配奠定基础.系统可靠性预计: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;对系统基本/任务可靠性进行预计.系统可靠性预计必须注意时间基准的问题.(分为基本可靠性预计和任务可靠性预计)元器件计数法:按不同种类元器件的数量来预计单元和系统可靠度的方法.采用这个方法进行预计;首先确定设计方案中各种元器件的类型.(统计每一类元器件的数目;用某一类元器件的数目乘以该类元器件的通用失效率;各类元器件的失效率相加)系统的失效率=(累加)元器件数量╳通用失效率╳质量系数常用的单元可靠性预计方法:相似产品法,评分预计法,应力分析法,机械产品可靠性预计法可靠性框图法:以系统组成单元的预计值为基础,依据建立的可靠性框图及数学模型计算得出系统任务可靠度.可靠性预计方法:数学模型法、相似产品法、相似复杂性法、功能预计法、应力分析法、边值法(上下限法)、元部件计数法.边值法又称为上下限法,将一个复杂的系统先简化成某些单元组成的串联系统,求该串联系统的可靠度预测值的上限及下限.然后逐步考虑系统的其他部分,逐次求出越来越精确的可靠度上限值和下限值,当达到一定的精度要求后,再将上限值和下限值合成一个可靠度单一预测值.第五章:故障模式影响及危害性分析可靠性3F :故障模式、影响与后果分析(FMECA)、故障树分析(FTA)、故障报告、分析与纠正措施系统(FRACAS).FMEA 潜在失效模式及后果分析(将问题扼杀在摇篮之中)故障:产品在规定的条件下不能完成预期的功能.故障模式:故障的表现形式.故障影响:产品的每一个故障模式对产品自身或其它产品的使用、功能和状态的影响.危害性:表示故障的影响程度.FMECA 的目的:通过系统分析,确定元器件、零部件、设备、软件在设计和制造过程中所有可能的故障模式,以及每一故障模式的原因及影响,以便找出潜在的薄弱环节,并提出改进措施.FMECA 方法:功能FMECA 、硬件FMECA 、软件FMECA 、损坏模式影响分析(DMEA)、过程FMECA 、统计FMECA.FMECA 步骤:明确分析范围、产品任务分析和功能分析、系统功能分析,确定故障判据,选择FMECA 方法,实施FMECA 分析,给出FMECA 结论.故障判据是判断是否故障的依据,也称为故障判断准则,它是判断产品是否构成故障的界限值.故障原因分析:直接原因:导致产品功能故障的产品自身的物理、化学或生物变化过程等,直接原因又称为故障机理.间接原因:由于其他产品的故障、环境因素和人为因素等引起的外部原因.故障原因分析的目的:找出每个引起故障的设计、制造、使用和维修等方面的因素,进而采取有效的改进、补偿措施,以防止或减少故障发生的可能性.故障影响是指产品的每一个故障模式对其自身或其他产品的使用、功能和状态的影响.严酷度:产品故障造成的最终影响的严重程度.危害性分析(CA)目的:按每一故障模式的严重程度和该故障模式发生的概率所产生的综合影响对系统中的产品划等分类,以便全面评价系统中各种可能出现的产品故障的影响.CA 是FMEA 的补充和扩展,只有在进行FMEA 的基础上才能进行CA.CA 的常用方法:风险优先数(RPN )、危害性矩阵法.RPN=S ╳O ╳D//S-故障模式严酷度、O-故障模式发生度、D-故障模式检测度.RPN 数越高,危害性越大.检测度评分准则(D)检验程序可以检出的潜在设计缺陷的难易程度,因此越难检测出故障越要注意.危害性矩阵法分为:定性分析、定量分析.在不能获得准确的产品故障数据(如故障率)时,应选择定性的分析方法;若可以获得产品的较为准确的故障数据时,则应选择定量的分析方法.定性分析方法:把每个故障模式发生可能性分成离散的级别,分析人员按所定义的级别对每一个故障模式进行评定,结合严酷度类别绘制危害性矩阵图.(发生概率等级A→E 逐渐降低,严酷度等级I →IV 逐渐降低)危害性矩阵图:横坐标按等距离表示严酷度类别,纵坐标为故障模式发生概率等级,比较每个故障模式的危害程度,进而为确定改进措施的先后顺序提供依据.描点后画垂线,距离越长危害越大.定量分析法,计算以下指标:故障模式频数比a:产品的某一故障模式发生次数占其全部故障模式发生次数的百分比率.模式故障率l m 是指产品总故障率l p 与该故障模式频数比a 的乘积.故障影响概率:此故障模式的发生可能导致的多种最终影响.故障模式危害度:产品在时间t 内以第i 种故障模式产生第j 类严酷度类别的故障次数.产品危害度:评价产品的危害性,代表了一个产品在时间t 内发生第j 类严酷度类别的故障次数.FMECA 报告应包含的内容:系统的原理图、功能方框图、可靠性方框图、FMEA 表格、CA 表格、RPN 评分准则、危害性矩阵图.第六章:故障树分析故障树是一种逻辑因果关系图,组成元素是事件和逻辑门.事件:用来描述系统和元、部件故障的状态.逻辑门:把事件联系起来,表示事件之间的逻辑关系.以系统最不希望发生的事件为顶事件,应用各种逻辑演绎的方法研究分析造成顶事件的各种直接和间接原因.故障树分析(FTA)通过对可能造成产品故障的硬件、软件、环境、人为因素进行分析,画出故障树,从而确定产品故障原因的各种可能组合方式和(或)其发生概率.定性分析:寻找导致顶事件发生的原因事件及原因事件的组合,帮助分析人员发现潜在的故障及设计薄弱环节.定量分析:根据底事件发生的概率计算和估计顶事件发生的概率.FTA 的目的:帮助判明可能指数分布://概率密度函数t e t f λλ-=)(可靠度函数t e t R λ-=)(累积失效概率t e t F λ--=1)(均值(平均寿命)λθ/1=方差1()D t λ=故障率()()()tt f t e t R t eλλλλλ--===可靠寿命11()lnt R Rλ=中位寿命11(0.5)ln0.5t λ=特征寿命11(e )t λ-=正态分布(高斯分布)://概率密度函数2()2() (-<<+)t f t t μσ--∞∞可靠度函数⎰∞----=tu t dtet R 2)(21211)(σπσ累积失效概率22()2()d (-)-t t F t e t t μσ--∞<<+∞∞标准正态分布转换t z μσ-=令 对数正态分布://Y =ln(X )服从正态分布概率密度函数()22ln 1() (0)2y y x f x x μσ⎛⎫⎡⎤- ⎪⎢⎥-<<∞ ⎪⎢⎥ ⎪⎣⎦⎝⎭可靠度函数R(t)=1-Φ(z)累积失效概率2ln ln ()exp dz=2yy y y x x z F x μμσΦσ-⎛⎫-⎛⎫-⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭-∞=Φ(z)均值(平均寿命)21()exp()2x y y E x μμσ==+方差()222var()exp 1x y y x σμσ⎡⎤==-⎣⎦指数分布并联:当系统各单元的寿命分布为指数分布时,对于两单元并联系统,有1212()()t t ts R t e e e λλλλ---+=+-1212()()()()R t R t R t R t =+-s s 11()1()1()1[1()]n ni i i i R t F t F t R t ===-=-=--∏∏指数分布串联:s s 111()exp()exp()i nnnt ti i i i i R t e t t e λλλλ--=====-=-=∏∑∑ 其中s 1nii λλ==∑2/3指数分布表决系统:()()()()333121212132312312()22tttt tt t t t s tttt R t ee ee ee ee ee eeeλλλλλλλλλλλλλλλλλλ----------+-+-++-+=++-=++-各单元故障率相同时:23()32t ts R t e e λλ--=-1213231231112()s s R t dt θλλλλλλλλλ∞==++-+++++⎰各单元故障率相同时:325()236s s R t dt θλλλ∞==-=⎰旁连系统:1nS ii θθ==∑指数分布旁连系统:S 11=ni iθλ=∑11()k n nt i s k i i k i k R t e λλλλ-==≠⎛⎫⎪= ⎪- ⎪⎝⎭∑∏各单元故障率相同时:S nθλ=()()()()2110()12!1!!n n tts k t t t R t et e n k λλλλλλ----=⎡⎤=++++=⎢⎥-⎢⎥⎣⎦∑等分配法:串联系统:i R :()1/11ni s R R =--发生的故障模式和原因;发现可靠性和安全性薄弱环节,采取改进措施;计算故障发生概率;发生重大故障或事故后,FTA 是故障调查的一种有效手段,可以系统而全面地分析事故原因;指导故障诊断、改进使用和维修方案等.特点:是一种自上而下的图形演绎方法;有很大的灵活性;综合性:硬件、软件、环境、人素等;主要用于安全性分析.故障树:底事件、结果事件、特殊事件//底事件(基本事件&未探明事件)、顶事件、中间事件、开关事件(位于故障树底部,已经发生或必将发生的特殊事件,在正常工作条件下必然发生或必然不发生的特殊事件)、条件事件.故障树建树步骤:确定并熟悉所分析的系统、确定故障树的顶事件、故障树作图、简化故障树.禁门:仅当“禁门打开条件”发生时,输入事件B 发生才导致输出事件A 发生.故障树的模块:包含两个或两个以上的底事件.与故障树中其余部分无重复底事件的子故障树.故障树的模块可以从整个故障树中分割出来,单独进行最小割集分析和概率计算,对简化复杂的故障树非常有效.故障树定性分析的目的:找出故障树的最小割集和最小路集.建立由最小割集或路集表达的故障树结构函数.结构函数是底事件状态变量的布尔表达式,它服从布尔代数的运算规则.割集:故障树中一些底事件的集合,当这些底事件同时发生时,顶事件必然发生.最小割集:若将割集中所含的底事件任意去掉一个就不再成为割集了,这样的割集就是最小割集.最小割集的意义:降低复杂系统潜在事故风险;消除可靠性关键系统中的一阶最小割集,可消除单点故障;可以指导系统的故障诊断和维修.路集:故障树中一些底事件的集合,当这些底事件不发生时,顶事件必然不发生.最小路集:若将路集中所含的底事件任意去掉一个就不再成为路集了,这样的路集就是最小路集.结构函数是表示系统状态的一种布尔函数,其自变量是该系统组成单元的状态.反映了系统状态与单元状态之间的关系.求割集:集合运算法,上行法,下行法.定量分析的目的:计算或估算系统顶事件发生的概率及系统的其他可靠性指标.对系统的可靠性、安全性及风险做出定量评价.假设:各底事件相互独立;底事件和顶事件均为二状态.对偶树的最小割集是故障树的最小路集.重要度:底事件或最小割集对顶事件发生的影响程度重要度分析的应用:改善系统设计,确定系统需要监测的部位,制定系统故障诊断时的核对清单等重要度分类:概率重要度(第i 个部件不可靠度的变化引起系统不可靠度变化的程度)关键重要度(相对概率重要度)(不仅反映底事件发生概率的变化对顶事件发生概率变化的影响,也反映了底事件发生概率的大小对顶事件发生概率大小的影响),结构重要度(元、部件在系统中所处位置的重要程度,与元、部件本身故障概率毫无关系) 第七章:机械零件可靠性设计的基本原理机械可靠性问题的分类:结构可靠性-主要考虑机械结构的强度以及由于载荷的影响使之疲劳、磨损、断裂等引起的失效.机构可靠性-主要考虑的不是强度问题引起的失效,而是考虑机构在动作过程由于运动学问题而引起的故障.传统机械设计与机械可靠性设计的区别:设计变量的处理方法不同,设计变量运算方法不同,设计准则含义不同. 机械零件可靠性设计的特点:将应力和强度视为随机变量；以可靠度作为设计准则；能定量地回答产品的失效概率和可靠度；有多种可靠性指标供选择；强调在设计阶段对产品可靠性的主导作用；考虑环境的影响；考虑维修性.应力-强度干涉模型SSI:应力和强度都是服从一定分布的随机变量,把应力和强度的分布在同一坐标系中表示.广义的应力:施加于产品或零件上的物理量,如:应力、压力、温度、湿度、冲击等.影响因素包括:载荷情况、应力集中、工作温度、润滑状态等.广义的强度:产品或零件能够承受上述应力的程度.影响因素包括:材料性能、表面质量、尺寸效应等.基于统计的可靠性定义:在规定的时间和规定的条件下,设备无故障完成规定功能的能力R=Pr(t ≥T).基于模型的可靠性定义:基于SSI 模型得到的强度大于应力的概率R=Pr(δ≥S).不确定性:目前知识状态与完整知识状态之间的差别.安全系数:零件的强度与作用于它上面应力的比值,即主强度与主应力的比值.第八章:机械零件疲劳可靠性零件的疲劳寿命:零件从投入工作到发生疲劳断裂的过程中,经历的时间或载荷作用次数.材料发生疲劳破坏,经历裂纹起始或萌生、裂纹稳定扩展和裂纹失稳扩展(断裂)三个阶段,疲劳总寿命也由两部分组成:裂纹萌生寿命-传统疲劳,裂纹扩展寿命-断裂疲劳.疲劳研究的任务:疲劳载荷谱；疲劳裂纹萌生和扩展的机理及规律；寿命预测与抗疲劳设计的方法.抗疲劳设计:对承受循环应力或应变的零件和构件,根据疲劳强度理论和疲劳试验数据,决定其合理的结构和尺寸的机械设计方法.无限寿命设计、安全寿命设计、损伤容限设计、耐久性设计.疲劳极限曲线:应力循环特性不同时,在特定的应力循环次数下,疲劳极限平均应力与应力幅之间的关系曲线.S-N 应力-寿命曲线:应力比一定(r = 0或r = -1),描述最大工作应力与应力循环次数之间关系的曲线.将各级应力水平下疲劳寿命曲线上可靠度相等的点用曲线连接起来,得到存活率(P )-应力(S )-循环次数(N )曲线.有限疲劳寿命、无限疲劳寿命、疲劳失效区、疲劳安全区.线性疲劳累积损伤理论、双线性疲劳累积损伤理论、非线性疲劳累积损伤理论.第九章:机械零件可靠性设计主要内容:已知零件的应力、材料强度的分布及其数字特征和设计目标要求的可靠性(可靠度或可靠寿命),对零件进行可靠性校核与评估；依据零件的许用可靠性指标,确定零件在一定概率意义上按全状态所要求的尺寸和材料性能.优化设计:从多种方案中选择最佳方案的设计方法. 以数学中的最优化理论为基础,以计算机为手段,根据设计所追求的性能目标,建立目标函数,在满足给定的各种约束条件下,寻求最优的设计方案.优化设计的步骤:建立数学模型、选择最优化算法、程序设计、制定目标要求、用优化算法筛选最佳设计方案.优化设计模型的三要素:设计变量、目标函数、约束条件.机械可靠性优化设计的意义:产品的最佳可靠性问题影响到国家资源与能源的合理利用；使产品满足可靠性要求,又能使产品具有最佳的工作性能或参数；是研制大型成套设备、航空航天装备迫切需要发展的技术.第十章:电子产品可靠性设计电子元器件是元件和器件的总称,是电子、电气系统的基础产品,是能够完成预定功能而不能再分割的电路基本单元,其自身的可靠性是十分重要的.可靠性:规定时间、规定条件下实现规定功能的能力(可靠性)规定数量的器件在规定时间和规定条件下失效的概率(失效率)规定时间:平均寿命:元器件,平均故障间隔时间(MTBF):整机设备//规定条件:电应力:静电,浪涌,过电压,过电流,噪声；温度应力:高温,低温,温度循环；机械应力:振动,冲击,加速度；气候应力:高湿度,盐雾,低气压,辐射//固有可靠性:器件制造完成时所具有的可靠性,取决于器件的设计、工艺和原材料//使用可靠性:器件用于整机系统时所具有的可靠性,与器件的工作与非工作条件有关.电子元器件的质量等级:是指元器件装机使用之前,在制造、试验及筛选过程中的质量控制等级.对元器件的失效率有很大的影响.冗余设计:在系统或设备完成任务起关键作用的位置,增加一套以上完成相同功能的通道、单元或元件.当该部分出现故障时,系统仍能正常工作.耐环境设计:为了提高系统可靠性和对各种环境的适应能力,需要进行耐环境设计.抗气候、机械、辐射、电磁干扰设计.降额设计就是使元器件或设备工作时承受的工作应力适当低于元器件或设备的额定值,是电子、机电产品可靠性设计的重要内容.确定产品用的元器件采用的降额等级、降额参数和降额因子.降额设计的目的:降低基本故障率、提高使用可靠性；降额主要因素:电应力和温度；降额设计的关键:降额的程度与效果.电磁兼容包括设备能够抵抗所接受到的干扰而正常工作；设备所发射的电磁干扰不能影响其它设备的正常工作.热分析:获得产品的温度分布；热设计:采取相应的温度控制措施,控制电子设备的温度.合理温度布局,控制温度,提高可靠性.电子产品可靠性工程的本质:根据系统可靠性要求选择固有可靠性适当的器件使产品具有价格低、质量好、可靠性高的特点-使用可靠的器件.在已知器件固有可靠性情况下,通过应用分析和可靠性增长设计,确保产品可靠性满足客户需求-可靠地使用器件.第十一章:可靠性试验目的:保证出售产品的可靠性、对新材料、新工艺、新元件、新设计进行评价、研究新的试验方法、暴露使用过程中可能出现的不安全因素、研究产品失效分布规律.分类:①工程试验:环境应力筛选、可靠性研制试验、可靠性增长试验②统计试验:可靠性鉴定试验、可靠性验收试验、可靠性寿命试验.对比:试验项目:工程试验/统计试验//试验目的:保证和提高产品的可靠性/对产品达到的可靠性水平给出定量评估//试验条件:对暴露缺陷快捷、有效/尽可能模拟实际使用情况//试验方法:多种多样不受限/需满足一定的统计规则//试验结果:提高产品可靠性/评估产品可靠性.环境应力筛选试验:通过向电子产品施加环境应力和电应力,迅速暴露产品中存在的工艺、元器件缺陷,但不致影响正常产品的性能和寿命的一种工艺.目的：剔除设计、工艺缺陷和其它原因引起的早期故障,提高产品的使用可靠性,为改进产品设计、工艺提供依据.可靠性增长:通过不断地消除产品在设计或制造过程中的薄弱环节,使可靠性特征量随时间逐步提高的过程,贯穿于产品的全寿命周期.核心:消除影响产品可靠性水平的设计缺陷.关键:发现影响产品可靠性水平的设计缺陷.可靠性增长试验:目的:在装备研制或生产阶段通过试验获得设计缺陷的信息,以便对其进行分析和采取纠正措施,及早解决大多数可靠性问题,提高产品可靠性水平.原理:将研制生产的产品置于实际使用的环境(模拟工作环境或加速变化的环境)应力条件下经受一定时间的试验，使产品的设计缺陷暴露为故障.可靠性统计试验:从母体中抽取一定样本进行试验,用样本的可靠性水平对研制的产品、生产的批量产品做出可靠性水平的判定.可靠性寿命试验:评价、分析产品寿命特征,一般在实验室条件下模拟实际使用工况进行试验.通过寿命试验可以了解产品寿命统计规律,以便作为可靠性预测、可靠性设计、制定筛选条件,改进产品质量的依据.。
