可靠性预计的方法优化

工程中常用的可靠性预计方法及其适用范围、适用阶段和简要说明如表3-11所示。

表3-11　工程中常用的可靠性预计方法及其适用范围、适用阶段和简要说明

下面重点介绍元器件计数法、应力分析预计法、相似产品法和专家评分法。

1.元器件计数法

元器件计数法的具体做法是统计每一类元器件的数目，用该类元件的通用失效率乘以元器件的数目，然后把各类元器件的乘积相加，从而得到每个设备（或分系统）的故障率。这种方法的数学表达式为

式中　λs——系统故障率；

λGi——第i种元器件的通用失效率；

πQi——第i种元器件的质量系数；

Ni——第i种元器件的数量；

i=1，2，…，n（n为元器件种类数）。

若系统的各个单元在同一环境条件下工作，则可直接使用上式；若一个系统的几个单元在不同的环境条件下工作，则该式就应分别用于不同环境条件下的各设备，然后再把故障率相加，得出系统总的故障率。上述表达式也表明了应用该方法所需要的信息：

（1）所采用元器件的种类和数量；

（2）元器件的质量等级；

（3）设备所处的环境。

不同环境条件下各类元器件的通用失效率和质量系数，可从GJB 299«电子设备可靠性预计手册»和MIL-HDBK-217«Reliability Prediction of Electronic Equipment»中查到。

2.应力分析预计法

当设计基本完成，元器件的工作应力、质量系数、环境条件都已确定后，可采取应力分析预计法，这时元器件失效率模型考虑得更加细致。例如，半导体器件的失效率模型表示为

式中　λp——元器件的工作失效率；

λb——元器件的基本失效率，主要考虑电应力和温度应力对元器件的影响；

πE——环境系数；

πQ——质量系数；

πA——应用系数（指电路方面的应用影响）；

πs2——电压应力系数（指外加电压对模型的调整系数）；

πc——复杂度系数（指一个封装内有多个元器件的影响）。

式中所有的π系数是对基本失效率进行的修正。πQ和πE在所有各类元器件的模型中都采用，其余的π系数则根据不同类型元器件的需要取舍（各种类型元器件的π系数在MIL-HDBK-217和GJB 299中均有详细说明）。

应力分析预计法所需要的信息如下：

（1）元器件的种类；

（2）元器件的数量；

（3）元器件的质量等级；

（4）产品的环境条件；

（5）元器件的工作应力。

计算步骤可归纳如下：

（1）确定每个元器件的基本失效率λb。(www.xing528.com)

（2）确定各种π系数，即质量系数πQ、环境系数πE以及其他π系数。

（3）计算每个元器件的工作失效率λp。

（4）求设备（或产品）的障率：

求MTBF：

3.相似产品法

相似产品法是利用成熟的相似产品所得到的经验数据来估计新产品的可靠性。成熟产品的可靠性数据来自现场使用评价和实验室的试验结果。这种方法在研制初期广泛应用，在研制的任何阶段也都适用。成熟产品的详细故障记录越全，比较的基础越好，预计的准确度就越高，当然准确度也取决于产品的相似程度。

预计的基本公式为

式中　TBFs——系统的MTBF预计值；

TBFi——相似系统中第i个分系统的MTBF。

【例3-9】 某种供氧抗荷系统包括氧气开关、氧气减压器、氧气示流器、氧气调节器、氧气面罩、氧气瓶、跳伞氧气调节器、氧气余压指示器和抗荷分系统等。试用相似产品法预计该供氧抗荷系统的平均故障间隔飞行时间（MFHBF）。

解：收集到的同类机件供氧抗荷系统的可靠性数据及预计值如表3-12所示。

表3-12　例3-9的统计数据及预计值

4.专家评分法

这种方法是依靠有经验工程技术人员的工程经验，按照几种因素进行评分。按评分结果，由已知的某单元故障率结合评分系数，算出其余单元的故障率。

1）评分因素可按产品特点而定

这里介绍常用的4种评分因素，每种评分因素的分数为1～10。

（1）复杂度。它是根据组成分系统的元部件数量及它们组装的难易程度来评定，最简单的评1分，最复杂的评10分。

（2）技术发展水平。根据分系统目前的技术水平和成熟程度来评定，水平最低的评10分，水平最高的评1分。

（3）工作时间。根据分系统工作时间来评定。系统工作时，分系统一直工作的评10分，工作时间最短的评1分。

（4）环境条件。根据分系统所处的环境来评定，分系统工作过程会经受极其恶劣和严酷环境条件的评10分，环境条件最好的评1分。

2）“专家评分”的实施

已知某系统的故障率为λ∗，算出的其他分系统的故障率λi为

式中　n——分系统数；

Ci——第i个分系统的评分系数，；

ωi——第i个分系统的评分数，；

ω∗——系统的评分数，；

rij——第i个分系统，第j个因素的评分数（其中j=1时，代表复杂度；j=2时，代表技术发展水平；j=3时，代表工作时间；j=4时，代表环境条件）。

【例3-10】 某飞行器由动力装置、武器等6个分系统组成（见表3-13）。已知制导装置的故障率为284.5×10-4/h，即λ∗=284.5×10-6/h，试用专家评分法求其他分系统的故障率。

解：一般计算可用表格进行，如表3-13所示。

表3-13　某飞行器的故障率计算

表3-13中最右列即预计的各分系统故障率。把该列数值相加，即得总故障率为878.6×10-6/h。