第八章 可靠性技术-1_V102_D20111030 _讲义版

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硬件系统的可靠性曲线
软件系统的可靠性曲线
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指在规定条件下和给定时间内计算机系统 指在规定条件下和给定时间内 计算机系统正确运 正确运 行(计算) 计算)的概率。 通常可靠性用平均无故障间隔时间MTBF 通常可靠性用平均无故障间隔时间 MTBF来表示， 来表示， 即系统能正确运行时间的平均值。正确运行用下 列四个标准来判断: 列四个标准来判断 :①程序不为故障所破坏或停止 程序不为故障所破坏或停止; ; ②结果不包括由故障所引起的错误；③执行时间 不超过 定的限度 ④程序运行在允许的领域内 不超过一定的限度；④程序运行在允许的领域内。 与计算机系统可靠性密切相关的还有系统的可维 性和可用性。 性和可用性 。 可维性是指系统可维修的状况，通常用平均修复 时间MTRF 时间 MTRF来表征。可用性就是计算机系统的使用 来表征。可用性就是计算机系统的使用 效率，并以系统在任意时刻能正确运行的概率来 表示。 计算机系统可靠性广义的含意包括可靠性、可用 10 Tianjin University of Technology and Education 性和可维性，统称为计算机系统的可靠性指标。
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3）漂移设计 元器件的性能参数在应力作用下或在贮存 条件下将随时间而缓慢发生变化；如果参 数变化到一定限度，使设备或系统不能完 成规定的功能，则发生漂移失效。因此在 设计阶段就要考虑参数漂移 分析哪些元 设计阶段就要考虑参数漂移，分析哪些元 器件参数对设备性能的影响最明显，并要 了解各种元器件的参数漂移特性。 漂移设计常用技术和方法有均方根偏差设 计法、最坏情况设计法、蒙特卡罗法和正 交优化法等。
CAN（Control Area Network） CAN（ Network） 安装在制造或过程区域的现场装置之间、以及 LonWorks （ Local Operation Network） Network） 现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数 DeviceNet 字式、串行、双向和多点通信的数据总线。 HART（ HART （Highway Addressable Remote Transducer） Transducer） FF（ FF （Foundation Fieldbus） Fieldbus） 2 Tianjin University of Technology and Education
【注意 注意】 】 ①降额要适当，既要有足够裕度，同时也要综合 考虑成本、功耗、体积、重量等相关因素；为 了找到最佳降额值，往往需做大量的试验研究。 ②对于涉及整个系统安全的重要零部件，还可以 采用极限设计方法，从而保证其在最坏情况下 也能可靠工作。
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2）降额设计和安全裕度设计 各种电子元器件由于材料、结构、设计和制造工 艺等方面的原因，对外应力（包括电应力、热应 力等）都有一定的耐受强度。当外应力超过元器 件本身的应力承受强度（即额定应力）时，元器 件就会损坏。为此，需要考虑降额设计和安全裕 度设计。 降额设计是使零部件的使用应力低于其额定应力 的一种设计方法。工程经验证明，绝大部分元器 件的失效率随着所受应力的降低而下降。 降额设计可以通过降低零部件承受的应力或选择 可承受应力更高的零部件来实现。
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8.1.2.1 串联系统
8.1.3
可靠性设计的基本内容
Rs RSSi
i 1
n
8 1 2 2 并联系统 8.1.2.2
Rs 1 (1 RSSi )
什么是可靠？
一般所说的“可靠 一般所说的“ 可靠” ”指的是 指的是“ “可信赖的 可信赖的” ” 或“可信任的” 可信任的”。 一个人是可靠的，就是说这个人是说得到 一个人 是可靠的，就是说这个人是说得到 做得到的人，而一个不可靠的人是一个不 做得到的人，而 个不可靠的人是 个不 一定能说得到做得到的人，是否能做到要 取决于这个人的意志、才能和机会。 取决于这个人的意志、才能和机会 。 一台仪器设备，当人们要求它工作时，它 就能工作，则说它是可靠的；而当人们要 求它工作时，它有时工作，有时不工作， 则称它是不可靠的。
8.1.3.2
专题可靠性设计
1、预防性设计 1）部件选用 ①尽量选用经过质量认证或认定，并经现场使 用证明质量良好、可靠性高的标准件和通 用件。对于新型元器件必须经过严格的质 量和可靠性试验后方可使用； ②必须根据不同电路的工作参数和系统的使用 环境条件，选用能满足要求的相应元器件， 以充分发挥元器件应有的功能、提高元器 件的使用可靠性。
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磁盘驱动器
微 型 计 算 机
接口 接口
开关量输入
接口
打印机
开关量输出
实时 时钟
操作 台 外部通道
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通用外部设备 主机及操作台 接口
检测及变送 控制对象
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8.1.2
可靠性与可用性 可靠性 在给定的时间间隔内 在给定的时间间隔内，按照规格 ，按照规格 说明书的规定成功运行的概率。（与各单 元的可靠性有关） 可用性 在给定的时间点 在给定的时间点，按照规格说明 ，按照规格说明 书的规定，成功运行的概率。（与各单元 的可靠性和维修和维修性参数有关） A= MTTF/(MTTF+MTTR)*100% MTTF+MTTR=MTBF
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8.1
可靠性的基本概念 可靠性的基本概念(reliability) (reliability)
8.1.1.1 定性指标——可靠性 国家标准的规定，产品或 国家标准的规定，产品 或系统 系统的可靠性是 的可靠性是 下、在规定的时间 规定的时间 指：产品在规定的条件 指：产品在 规定的条件下、在 内完成 完成规定的功能 规定的功能的能力 规定的功能的能力。 的能力 的能力。 可靠性分为固有可靠性和使用可靠性。 固有可靠性是通过设计、制造赋予产品的 固有 可靠性是通过设计、制造赋予产品的 可靠性； 可靠性 ； 使用可靠性既受设计、制造的影响，又受 使用 可靠性既受设计、制造的影响，又受 使用条件的影响，一般使用可靠性总低于 6 Tianjin University of Technology and Education 固有可靠性。
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MTBF tn / n
1
n
计算机系统的可靠性
λt
MTTF : mean time to failure MTTR：mean time to repair MTBF: mean time before failure
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可靠性模型
可靠性模型是为预计或评估系统的可靠性 而建立的可靠性框图及其数学模型，建立 系统可靠性模型的目的和用途在于估算、 定量分配和评估系统的可靠性。 设系统可靠度为Rs 设系统可靠度为 Rs，各子系统 ，各子系统(Subsystem) 各子系统( 各子系统 (Subsystem) ( ) 的可靠度为Rss 的可靠度为 Rss。下面介绍几类典型系统的 。下面介绍几类典型系统的 可靠性模型。判断系统属于何种类型的依 据是每个子系统在整个系统中的作用及其 对系统可靠性的影响。
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第八章 可靠性技术
软件 接口
显示终端
变送器 传感器 A\D D\A 多路开关 反多路开关 执行机构 生 产 对 象
【学习目标】 学习目标】 建立完整、实用的可靠性的概念，并对电子 系统可靠性常用技术有清晰的认识。 【内容提要】 内容提要】 给出可靠性相关的基本概念； 具体介绍电子系统可靠性常见问题和相关技 术。
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1、确定总体方案
①明确产品的功能和性能要求； ②了解产品的使用环境条件； ③确定产品可靠性的定量标准； ④调查相似产品的现场使用情况 ④调查相似产品的现场使用情况； ⑤拟定为实现可靠性指标应采取的相应措施； ⑥进行方案论证。
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回 顾
①系统的开放性。 ②互可操作性与互用性。 ③现场设备的智能化与功能自治性。 ④系统结构的高度分布性。
计算机控制技术
第八章 可靠性技术 可靠性技术( ( 一)
现场总线的基本概念 现场总线体系结构 现场总线的特点 主流现场总线简介 工业以太网
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n
可靠性设计主要包括确定总体方案、应用 专门的可靠性设计技术实施专题可靠性设 计、应用专门的可靠性评价分析技术对产 品的可靠性进行定性和定量的评价分析等 三方面内容。 三方面内容 。 其中制定总体方案是实施专题可靠性设计 其中 制定总体方案是实施专题可靠性设计 的依据，专题可靠性设计是总体方案的具 体实现和保证，可靠性评价分析是对专题 可靠性设计的检验和反馈。