新仪器与系统可靠性 教学课件 康瑞清 05

历程对比
12
国内外对比
全系统 全寿命管理
【国内】可靠性系统工程管理 【国外】可靠性维修性管理，追求最佳性能
研制程序 管理
【国内】 研制程序建立与改革 【国外】 研制程序建立与改革
生产过程 管理
【国内】 测绘仿制的符合性检验、质量检验、过程控制 【国外】 质量检验、过程控制
1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
历程对比
13
课程提纲
背景概述 概念内涵 历程对比 实施要素 应用模式 能力评价 发展展望
14
可靠性系统工程实施要素
RSE RSE
RSE组织形式
RSE指标需求
RSE专业队伍
指导
规 范 指 南
协调
牵引
运用
RSE技术集成
监督
约束
工
作
流
支撑
程
RSE过程控制
RSE数据信息
实施要素
易维修
维修可达/拆卸便利
好保障
保障资源全（设备、设施、人力人员、备件） 保障规模小（压缩保障资源品种、数量） 保障效率高（综合测试设备、保障信息系统）
要安全
实施要素
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组织形式 Organization
质量部门主导的可靠性组织结构
所长 / 总经理
~ ~
研发与生产副总
工程部门
电子设计
• 电路图分析、设计及组 织应用
• 配线及电缆硬度 • 测试设备
质量管理副总
质量部门
可靠性专业
• 可靠性需求、分析及元 器件选择
• 设计及验证 • 设计评审
机械设计

协调设计参数及性能指标，以求得合理的 提高产品的可靠度；
比较不同的设计方案的特点及可靠度，以 选出最佳的设计方案；
发现影响产品可靠性的主要因素，找出薄 弱环节，以采取必要的措施，降低产品的 失效率，提高其可靠度。
第29页/共42页
二、可靠性分配
可靠性分配是将规定的系统可靠度合理地 细分给系统中每个单元的一种方法。
tr称为可靠寿命，即R(tr)=r
➢ 当产品寿命分布服从指数分布时，即 即得tr =-lnr/λ
R(tr)==r
➢ 可靠度r=0.5时的产品寿命称为中位寿命。
➢ 当产品寿命服从指数分布时，得：
t0.5＝ -ln0.5/λ=0.693/λ ➢ 指数分布寿命中，当产品寿命等于平均寿命时，可靠度
R=e-1=0.37，此时的寿命称为特征寿命。在此特殊情况下， 平均寿命与特征寿命相等。
可靠性基础
会计学
1
第一节 可靠性的基本概念
可靠性：产品在规定的条件下和规定的时间区 间内完成规定功能的能力
GB/T3187-1994《可靠性、维修性术语》
➢广义的可靠性：产品在其整个寿命周期内完成规 定功能的能力，它包括狭义可靠性和维修性； ➢狭义可靠性：产品在某一规定时间内发生失效的 难易程度。
第1页/共42页
一个产品的可靠性受三个“规定”的限制 ：
➢因使用产品的条件不同，可靠性水平有很大差异； ➢规定时间长短不同，其可靠性也不同 ； ➢因规定的产品功能判据不同，将得到不同的可靠性 评定结果 。
第2页/共42页
第二节 可靠性特征量
不可修复产品的寿命：发生失效前的实际工作 时间；
可修复产品的寿命：相邻两次故障间的工作时 间，此时也称为无故障工作时间。
一研究系统的可靠性的目的第22页共42页二系统的结构模型二系统的结构模型串联模型串联模型并联模型并联模型混联模型混联模型kn表决系统模表决系统模贮备系统模型贮备系统模型第23页共42页11串联模型串联模型第24页共42页33混合系统混合系统第25页共42页三系统可靠度计算三系统可靠度计算11串联系统串联系统要使系统s的正常工作事件发生就必须使各分系统的正常工作事件为第i分系统的可靠度

平均修复时间 MTTR 为产品修复时间的平均值，即
MTTR 0 tg(t)dt
当维修分布是指数分布时，即
（5-8）
Gt 1 et 常数 0
则有
MTTR 1
即在指数分布时，MTTR 和修复率 互为倒数。
在工程上，修复率的估计量 ˆ t 为
t
n
t
N s t
（5-9）
第5章 可维修系统的可靠性
第5章 可维修系统的可靠性
x
dx
（5-6）
与瞬时修复率相对应，产品从 t 0 起进行修理，在时刻 t 处于修理状态，在 t 时
间内修复的概率称为平均修复率，记为 t ：
t 1 Pt t t t
t
1 Pt t t t P t
1 Gt t Gt t 1 Gt
（5-7）
第5章 可维修系统的可靠性
4）平均修复时间
间内，按照规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到规定状 态的概率。
第5章 可维修系统的可靠性
维修度 Gt 是维修时间的递增函数， G0 0,G 1。
Gt 也可以表示为
Gt lim nt
N N 式中： N ——送修的产品总数；
(5-2)
nt ——时间 t 内完成维修的产品数。
在工程实践中，维修度用试验或统计数据来求得， 为
第5章 可维修系统的可靠性 第5章 可维修系统的可靠性
5.1 维修性的确定及指标的确定 5.2 马尔可夫随机过程 5.3 维修系统的可靠性计算
第5章 可维修系统的可靠性 5.1 维修性的确定及指标的确定
5.1.1 维修性要求 对产品维修性的基本要求应包括维修性定性要求和维
修性定量要求。维修性定性要求是描述定量指标的必要条件， 而定量指标是在定性要求的约束下实现的。通常在设计之前就 应明确定性和定量要求，将定性要求转化为设计准则，按定量 要求确定选用参数和指标。

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可靠性增长试验的效益
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可靠性增长试验的效益
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可靠性增长的数学模型
定义： 是一个数学式，描述了产品在可靠性增长试验过程中产品
可靠性的增长规律或总趋势 目的： 1、使可靠性增长做到有计划（试验时间和增长速度） 2、能动态评估当前的可靠性水平 3、能预测将来的可靠性水平 种类，近十种： 图分析法——杜安（Duane）模型：简单易于理解 统计分析法——AMSAA模型：坚实的统计学基础
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加速寿命试验（ALT）
1、用加大应力，而又不改变故障机理的办法，使产品的故障发生得到加速， 称之为ALT；
2、根据ALT结果可以外推正常使用条件下的产品寿命； 3、尤其对于长寿命、高可靠产品，只能ALT
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可靠性试验的分类
现场（外场）可靠性试验
在使用现场实际使用状态下进行的可靠性试验
优点： ①可获得产品的使用可靠性； ②真实的使用条件(包括环境条件、工作条件、使用维护条件）； ③费用小； ④子样大； 缺点： ①数据收集和分析较困难，信息丢失多、数据准确性和完整性差； ②不能严格控制试验条件，随机性大； ③试验（故障）再现的可能性低； ④组织管理工作复杂。
35
五、可靠性试验的实施
可靠性试验的实施要素 1、试验条件 2、故障和故障判据 3、剖面（寿命、任务、环境、试验） 4、可靠性试验大纲（计划） 5、可靠性试验标准 6、……

➢可靠性的基本概念 ➢可靠性设计与分析技术 ➢可靠性试验 ➢可信性管理
FLJIN 2011年6月
1
整体概况
概况一
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01
概况二
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02
概况三
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03
2
可靠性的基本概念
一、故障（失效）及其分类 1. 故障（失效） ：产品或产品的一部分不能或将不 能完成预定功能的事件或状态。对于不可修的产品 如电子元器件和弹药等也称失效。 2．故障分类 故障的规律 早期故障、偶然故障、耗损故障 故障的后果 致命性故障、非致命性故障 故障的统计特性 独立故障、从属故障
2．完全修复的产品
M T M B T ∫ 0 ∞ F R t T dF t
18
可靠性的基本概念
（五）贮存寿命 产品在规定条件下贮存时，仍能满足规定质量
要求的时间长度。
（六）平均修复时间（MTTR）
MTTR∑ n ti / n
i1
式中ti：第i次修复时间 n：修复次数
19
可靠性的基本概念
可用性：产品在任意时刻需要和开始执行任务时，处
可靠性的基本概念
九、浴盆曲线 1．早期故障期 2．偶然故障期 3．耗损故障期
A 规定的故障率
使用寿命
B
维修后故 障率下降
早期故障
偶然故障
t 耗损故障
21
可靠性的基本概念
十、可靠性与产品质量的关系
产品质量
性能指标
专门特性（包括可靠性、维 修性、保障性等）
22
基本可靠性设计与分析技术 一、可靠性设计的基本内容
常用方法：评分分配法；比例分配法 评分分配法

d t
0
假设n(t)表示t时刻失效的产品数，△n(t)表示在(t, t+△t)时间内失效的产品数。
累 积 失 效 概 率 为 ： F ˆ(t)= 到 t时 试 刻 验 失 产 效 品 的 总 产 数 品 数 = n N (t)
失效概率密度为:
3、失效率
(1)失效率定义
失效率(瞬时失效率)是：“工作到t时刻尚未 失效的产品，在该时刻t后的单位时间内发生失效 的概率”，也称为失效率函数，记为λ(t)。由失 效率的定义可知，在t时刻完好的产品，在(t， t+△t)时间内失效的概率为：
5、寿命方差与标准差
平均寿命能够说明一批产品寿命的平均 水平，而寿命方差和寿命标准差则能够反映 产品寿命的离散程度。产品寿命方差的定义 为：
2 ( t -) 2f(t)d t t2f(t)d t2
0
0
如果n个产品抽样测试的寿命分别为t1，t2，…， tn，产品寿命平均值与方差分别为：
可修产品平均寿命MTBF估计值为：
MTTF
1
n
nj
tij
N i1 j1
式中：N为测试产品所有的故障数； ni为第i个测试产品的故障数；
如果仅考虑首次失效 前的一段工作时间，
tij为第i个产品第j-1次故障到第j次故障 的工作时间，单位为h。
两者平均寿命θ估
计值为：
所 有 产 总 品 的 总 故 的 障 工 数 作 时 间 N 1iN 1ti
P(t)=P(T>t) P(t)具有下面三条性质： (1)P(t)为时间的递减函数； (2)0≤ P(t) ≤ 1； (3)P(t=0)=1；P(t=∞)=0 系统或设备的可靠性是一个与时间有密切关系的 量，使用时间越长，系统越不可靠。

A1 原料1
R11
R121 R122
R13
A2 原料2
R21
R22
R231 R232
A1 原料1
R11
R12
R13
A2 原料2
R21
R22
R23
R41 R3
R42
R3
R4
产品 产品
原料
R1
R2
R3
R4
产品
求取全流程可靠度Rsys
n
R并sys 1 (1 Rj ) j 1
解：Rsys=ΠRj=R1R2R3R4
急性硫化氢中毒作业系统统计
序号
作业系统
1
巡检/操作
2
检修
3
吹扫/清油
4
装瓶
5
管线脱水
6
排污
7
检尺
8
其它
构成比（%） 23.13 17.16 14.18 11.94 11.19 8.2 6.72 7.46
目前已确认的主要职业致癌物及生产过程
致癌物 4-氨基联苯 砷及其化合物
石棉
苯 联苯胺 铍及其化合物 N-N-双（2-氯乙基）-2-萘氨 氯甲甲醚，双氯甲醚 镉及其化合物
化工系统一般是有序的串联结构形式。为了确保系统有较高的 可靠性，由上述分析式可见，在工艺流程的设计上应力求设备 少，流程简单，单个设备的可靠度高；并应考虑在可靠性低的 卡脖环节考虑配置并联设备，如果由经济合理性上进行分析， 经济合理时应予以并联备用设备。这是化工系统过程设计可靠 性设计的一般原则。
生产框图及等效图
紫外线辐射 氯乙烯 木尘
肺 皮肤、阴囊、肺、膀胱
皮肤、阴囊、肺、膀胱 血液
皮肤、阴囊、肺 肺

二、软件可靠性设计 （一）软件的可靠性模型 ▲时间模型
•可靠性增长模型
•公理模型
▲数据模型
E e i:i 1 ,2 ,,n
E e e i: e j E 且 F '( e j) F ( e j)
P1 Ee/ E
R1i
0
1
如果 F'(ei)F(ei)
第一节 可靠性概述
一、可靠性的基本概念
➢可靠率是指在规定条件下和规定时间内智能仪器 完成所规定任务的成功率。
R(t)= S(t)/N
➢失效率也称瞬时失效率或称故障率，是指智能仪 器运行到t时刻后单位时间内发生故障的智能仪器 台数与t时刻完好智能仪器台数之比。
λ(t)= N[R(t)-R(t+Δt)]/ NR(t)• Δt
1)固有噪声源 2)人为噪声源 3)自然噪声源和放电噪声
▪从干扰的表现形式分类
1)规则干扰 2)不规则干扰 3)随机干扰
▪从干扰出现的区域分类
1)内部干扰 2)外部干扰
▪从干扰对电路作用的形式分类
1)差模干扰 2)共模干扰 3)共模干扰抑制比
三、噪声形成干扰作用的三要素
噪声源形成干扰必需同时具备三个要素，即噪声源、 有对噪声敏感的接收电路和两者之间的耦合通道。三要 素之间联系如下图所示。
噪声源
耦合通道
接收电路
四、噪声的耦合方式
◆ 电容性耦合
UN
jCmZi 1jCmZi
En
UNjCmZiEN
◆ 互感耦合
UN jMNI
A Cm
～ EN
B
Zi
UN
M
IN
UN
◆ 共阻抗耦合
•电源内阻抗的共阻抗耦合

如电路设计中，对那些容易产生短路的部分，以串 联形式复制；对容易产生开路的部分，以并联的形式复 制。冗余技术包括硬件、软件、信息、时间冗余等。
.
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（2）电磁兼容设计
电磁兼容性是指计算机系统在电磁环境中的 适应性，即能保持完成规定功能的能力。电磁兼 容性设计的目的，使系统既不受外部电磁干扰的 影响，也不对其他电子设备产生影响。
.
返 回 上 页 2下1 页
(2) 重要指令冗余 对于程序流向起决定作用的指令（如 RET
、RETI、ACALL、LCALL、LJMP、JZ、JNZ、 JC、JNC、DJNZ等）和某些对系统工作状态 起重要作用的指令（如SETB、EA等）的后面 ，可重复写上这些指令，以确保这些指令的 正确执行。
采用冗余技术使PC纳入正确轨道的条件是 ：跑飞的PC必须指向程序运行区，并且必须 执行到冗余指令。
.
返 回 上 页 下5 页
（3）平均无故障工作时间又称平均寿命，是产 品寿命的平均值。
对于可修复系统，平均寿命可看作是“一个或 多个产品在它的使用寿命期内某个观察期间累积 工作时间与故障次数之比”。对于不可修复的产 品，平均寿命可看作是“当所有试验样品都观察 到寿命终了时，用所有实际值计算出算术平均值 作为样品累积试验时间，样品累积试验时间与失 效数之比为平均寿命 ”。
部件及系统级的可靠性技术是指功能部件或整个系 统在设计、制造、检验等环节所采取的可靠性措施。部 件及系统的可靠性取决于设计的精心设计。
可靠性资料表明，影响计算机可靠性因素，有40% 来自电路及系统设计。 （1）冗余技术
冗余技术也称容错技术或故障掩盖技术，通过增加 完成同一功能的并联备用单元（包括硬件单元或软件单 元）数目来提高系统可靠性的一种设计方法。

在信号源回路中，与被测信号相加输入系统，如图7.2 所示。串模干扰与被测信号在回路中处于同样的地位， 也称为常模干扰、差模干扰或横向干扰。
例如信号源本身固有的漂移、纹波和噪声形成的干扰 电压，无法与信号源分离，必然叠加在一起。
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7.1.2 干扰的分类
共模干扰是指输入通道两个输入端上共有的干扰电 压，也称为纵向干扰。共模干扰电压可以是直流电压， 也可以是交流电压，其幅值可达几伏甚至更高。
从干扰的耦合通道来看，对于以“电路”的形式侵入的 干扰，可采取诸如提高绝缘性能，采用隔离变压器、光电耦 合器等隔离技术切断干扰途径；采用退耦、滤波等手段引导 干扰信号的转移；改变接地形式切断干扰途径等。对于以 “辐射”的形式侵入的干扰，一般采取各种屏蔽技术，如静 电屏蔽、电磁屏蔽、磁屏蔽等。
返 回 上 页 1下7 页
第七章 智能仪器抗干扰技术 与可靠性设计
本章重点
7.1
智能仪器的干扰问题
7.2
从耦合通道抑制干扰的主要技术
7.3
抗干扰的其他技术与措施
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第七章 智能仪器抗干扰技术 与可靠性设计
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7.1.3 干扰的耦合通道
三、公共阻抗耦合
公共阻抗耦合是由于电流流过回路间的公共阻抗， 使得一个回路的电流所产生的电压降影响到另一回路， 它是干扰源和信号源具有公共阻抗时的传导耦合。
公共阻抗普遍存在，例如，电源引线、印刷电路板 上的地和公共电源线、汇流排等。常见的公共阻抗耦合 有公共地和电源阻抗两种。各类汇流排都具有一定的阻 抗，对于多回路来说，就是公共耦合阻抗。当流过较大 的数字信号电流时，其作用就像是一根天线，将干扰引 入到各回路。同时，各汇流条之间具有电容，数字脉冲 可以通过这个电容耦合过来。印刷电路板上的“地”实 质上就是公共汇流线，由于它具有一定的电阻，各电源 之间就通过它产生信号耦合。

系统崩溃或死机
在运行过程中，系统突然崩溃或死机，可能是由 于软件缺陷或硬件故障。
ABCD
测试结果偏差
多次测试结果不一致或与预期有较大偏差，可能 是由于测试环境不稳定或测试方法有误。
兼容性问题
新购买的仪器或系统无法与现有设备正常连接或 通信。
问题解决策略与技巧
仪器使用常见问题解决策略
定期维护和校准仪器，确保其处于良好工作状态；熟悉仪器操作手册，严格按照操作步骤进行；遇到问题时，可 查阅相关资料或联系技术支持获取帮助。
02
系统测试原理
系统测试定义与目的
定义
系统测试是对整个系统进行全面检测 的过程，以验证系统的功能、性能和 安全性是否符合设计要求。
目的
确保系统在正常和异常情况下都能稳 定、可靠地运行，及时发现和修复潜 在的问题，提高系统的质量和用户体验。
系统测试标准与流程
标准
制定系统测试的标准和规范，包括测试范围、测试方法、测试用例设计、测试 数据管理等方面。
流程
遵循标准的测试流程，包括需求分析、测试计划制定、测试用例设计、测试执 行、缺陷跟踪与修复、回归测试等步骤。
系统测试报告解读
报告内容
系统测试报告应包含测试概述、测试 环境与配置、测试用例执行情况、缺 陷跟踪记录、性能测试结果、安全性 测试结果等方面的内容。
解读重点
关注测试结果是否符合预期，缺陷修 复情况，以及性能和安全性方面的评 估结果，为后续的系统优化和改进提 供依据。
系统测试常见问题解决策略
升级硬件配置以提高系统性能；对测试环境进行严格控制，确保其稳定；采用多种测试方法，对比结果以确定最 佳方案；遇到问题时，可查阅相关资料或联系技术支持获取帮助。
05

自行车外胎磨损裂缝 爆胎 潜在故障 功能故障
2 约序1定号 层结次构故的故障障划模分式
序号 故障模式
功能8 层误次关结构层次
序1号5局部漂故移影障性响模工、式作高一序2层号2 次提影前故响运障、行模最式终影响序2号9 从无故下输障到出模上式
2 捆结或卡死
9 内部漏泄
16 错误只是 23 滞后运行
30 (电)短路
设计
生产
• 可靠性数据分析
使用
1. 需求向技术方案的转换
1. RMS分析技术
2. 需求向参数指标的转换 1. RMS定性要求准则 2. RMS指标分配
3. 技术方案与参数指标的 2. RMS定量要求准则 3. 通用设计要求
权衡
3. RMS指标分配
4. 专用设计要求
4. 其他指标分配
设计与工艺 的一致性
质量管理体系 文件
公司质量管理制度
项目质量管理制度
《中钞长城 通用质量管理准则》
《XX项目可靠性参数与指标要求》
《中钞长城 可靠性分析与设计 通用准则》
《XX项目可靠性设计要求》
《中钞长城 软件可靠性分析与设计 通用准则》 《XX项目可靠性分析要求》
《中钞长城 维修性分析与设计 通用准则》
《XX项目安全性分析要求》
《中钞长城 安全性分析与设计 通用准则》 《中钞长城 可靠性与寿命试验 指南》
《XX项目安全性分析要求》 ……
《中钞长城 保障性分析与设计 通用准则》
10
质量管理 流程
• 质量功能展开
• 可靠性分配 • 维修性分配 • 可靠性建模
需求调查
方案设计
• 可靠性分配 • 维修性分配 • 可靠性建模 • 可靠性分析 • 可靠性仿真 • 可靠性试验 • ……