智能仪器可靠性与可测试性设计.ppt

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1、智能仪器可靠性智能仪器可靠性与可测试性设计与可测试性设计1现在学习的是第1页，共26页11 可靠性概述可靠性概述1.1.可靠率可靠率是指在规定条件下和规定时间内智能仪器完成所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。规定任务的成功率。R(t)=S(t)/N 其中：其中：N仪器总台数仪器总台数 S(t)正常工作台数正常工作台数一、可靠性的基本概念一、可靠性的基本概念 2现在学习的是第2页，共26页一、可靠性的基本概念一、可靠性的基本概念 2.2.失效率失效率也称瞬时失效率或称故障率，是指智能仪器运行到也称瞬时失效率或称故障率，是指智能仪器运行到t t时刻后时刻后单位时间内发生故

2、障的智能仪器台数与单位时间内发生故障的智能仪器台数与t t时刻完好智能仪器台数时刻完好智能仪器台数之比。之比。将上式写成微分形式得：将上式写成微分形式得：理论上，理论上，是不随时间变化的是不随时间变化的 对上式积分得：对上式积分得：可见，其符合指数规律。当某一时间的可靠性可见，其符合指数规律。当某一时间的可靠性R(t)R(t)已知时失效率也已知时失效率也可用下式计算：可用下式计算：=/T 其中：其中：仪器失效数仪器失效数 T T 仪器运行台数与运行时间的乘积仪器运行台数与运行时间的乘积3现在学习的是第3页，共26页浴盆曲线 早期故障期耗损故障期偶然故障期(t)(失效率)使用寿命规定的失效率ab

3、t(时间)0早期故障 原因：设计不当与工艺上的缺陷 措施：元器件筛选、老化和整机加速试验偶然故障期 原因：随机因素影响 仪器最佳使用期，也是可靠性技术充分发挥作用的时期耗损故障期 原因：元器件寿命措施：按元器件寿命统计分布规律，预先更换 预防性维护，可以延长系统的实际使用寿命仪器的平均失效率具有与元器件失效变化相同的规律(t)(失效率)使用寿命期0t(时间)新浴盆曲线 初始期衰老期4现在学习的是第4页，共26页3.3.平均故障间隔时间平均故障间隔时间 MTBF或称为平均无故障时间(亦称故障前平均时间)MTTF。前者用来描述可修复的仪器 后者用于描述不可修复的仪器一般情况下，都用MTBF来表示，

4、它与可靠率R(t)之间的关系为 4.4.平均修复时间和可用性平均修复时间和可用性 其中：N维修次数 ti第i次修复所用时间5现在学习的是第5页，共26页5.5.可靠性与经济性可靠性与经济性 维修费用可靠率费用总费用使用费用可靠率与经济性的关系 6现在学习的是第6页，共26页二、可靠性的总体考虑二、可靠性的总体考虑（一）设计过程（一）设计过程 1系统设计的进程 分析设计任务分析提出可靠性方案比较、确定软件设计硬件设计测试、考验试运行设想措施可靠性分析软件措施硬件措施故障评估分析改进措施系统设计进程可靠性考虑方案设想2生产及使用过程 同时同时7现在学习的是第7页，共26页（二）、可靠性的分配方法（

5、二）、可靠性的分配方法 均等分配法均等分配法 航空无线电公司分配法航空无线电公司分配法 达到的目标是满足下式：达到的目标是满足下式：式中：式中：系统总的失效率系统总的失效率 分配给各分系统的失效率分配给各分系统的失效率 根据先验知识预计每个分系统的失效率根据先验知识预计每个分系统的失效率i i 计算加权因子计算加权因子W Wr r。加权因子由下式计算：。加权因子由下式计算：对每一个分系统分配失效率对每一个分系统分配失效率 8现在学习的是第8页，共26页举例：一个系统由举例：一个系统由3个分系统组成。已个分系统组成。已知知3个分系统的失效率分别为：个分系统的失效率分别为：=0.003，=0.00

6、1，=0.004。该系统该系统20h的可靠度规定为的可靠度规定为0.9，试利用，试利用航空无线电公司分配法进行可靠性分配。航空无线电公司分配法进行可靠性分配。9现在学习的是第9页，共26页22 可靠性设计可靠性设计 一、硬件可靠性设计一、硬件可靠性设计（一）影响仪器可靠性的因素（一）影响仪器可靠性的因素 元器件的可靠性元器件的可靠性工艺工艺 电路结构电路结构环境因素环境因素人为因素人为因素 使用值额定值(t)1210现在学习的是第10页，共26页（二）提高仪器可靠性的措施 元器件的选择（电阻器、电容器、集成电路芯片）筛选 降额使用 可靠的电路设计 冗余设计包括并联系统和串联系统两种形式 11现

7、在学习的是第11页，共26页并联、串联系统 并联系统的可靠度Rp为 串联系统的可靠度RS为 11121n21222nm1m2mn串并联系统 串并联系统的可靠度为 12现在学习的是第12页，共26页11121n21222nm1m2mn并串联系统 并串联系统的可靠度RSP为 13现在学习的是第13页，共26页环境设计环境设计:主要有：温度保护；冲击振动保护；电磁主要有：温度保护；冲击振动保护；电磁干扰保护；其他环境方面的保护。干扰保护；其他环境方面的保护。人为因素设计人为因素设计:设计时人为因素考虑不周，造成日后设计时人为因素考虑不周，造成日后仪器故障频频发生仪器故障频频发生 对仪器进行可靠性试验

8、对仪器进行可靠性试验:包括：天然暴露试验、高温包括：天然暴露试验、高温试验、低温试验、潮湿试验、腐蚀试验、防尘试验、机试验、低温试验、潮湿试验、腐蚀试验、防尘试验、机械试验械试验(包括振动、碰撞、自由跌落与加速度试验包括振动、碰撞、自由跌落与加速度试验)、雷击试验、防爆试验和电磁干扰试验等。雷击试验、防爆试验和电磁干扰试验等。14现在学习的是第14页，共26页提高软件可靠性的方法 v认真地进行规范设计 v可靠的程序设计方法v程序验证技术v提高软件设计人员的素质v消除干扰v增加试运行时间 二、软件可靠性设计二、软件可靠性设计 15现在学习的是第15页，共26页3 可测试性概述可测试性概述n可测试

9、性与可测试性设计n测试性要求n测试方案n可测试性设计优点16现在学习的是第16页，共26页n可测试性可测试性（Testability）是指产品能够及时准确地确定其自身状态（如可工作，不可工作，性能下降等）和隔离其内部故障的设计特性。可测试性包括三个基本要素:可控制性(Controllability)可观测性(Observability)可预见性(Predictability)一.可测试性与可测试性设计 17现在学习的是第17页，共26页n可测试性设计(Design For Testability DFT)是一种以提高产品测试性为目的的设计方法学。18现在学习的是第18页，共26页二二.测试性要

10、求测试性要求在尽可能少地增加硬件和软件的基础上，以最少的费用使产品获得所需的测试能力，简便、迅速、准确地实现检测和诊断。1 定性要求定性要求（1）合理划分产品单元。根据维修级别的要求，把系统划分为易于检测和更换的两个单元。（2）合理设置测试点。（3）合理选择测试方法。综合权衡，正确确定测试方案，根据具体情况选择自动、半自动、人工测试、机内、外部测试设备等。（4）兼容性。尽可能选用标准化的、通用的测试设备和附件。19现在学习的是第19页，共26页2 定量要求 常用的测试性的定量指标有故障检测率、故障隔离率、虚警率等测试性参数。（1）故障检测率（）：被测试项目在规定时间内发生的所有故障，在规定条件

11、下，用规定的方法能够正确检测出的百分数。即 式中 N T 在规定工作时间 T 内发生的全部故障数；N D 在规定条件下用规定方法正确检测出的故障数。20现在学习的是第20页，共26页（2）故障隔离率（）：被测试项目在规定时间内已被检出的所有故障，在规定条件下，用规定的方法能够正确隔离到规定个数（N L）可更换单元以内的百分数。即 式中 N L 在规定条件下用规定方法正确隔离到 L 个可更换单元的故障数（3）虚警率（）：虚警是指测试装置或设备显示被测项目有故障，而该项目实际无故障。虚警率是在规定期间内，测试装置、设备发生的虚警数与显示的故障总数之比。式中 N FA 测试装置、设备发生的虚警数；N

12、 F 故障显示总数。21现在学习的是第21页，共26页n优点：1提高故障检测的覆盖率；2缩短仪器的测试时间；3可以对仪器进行层次化的逐级测试4降低仪器的维护费用。n问题1额外的软/硬件成本；2系统设计时间增加。三三.可测试性设计优点和问题可测试性设计优点和问题22现在学习的是第22页，共26页RAM测试设计测试设计1）固定模式测试 固定模式测试 RAM 的基本思想就是将可能出现的每一个数据，写入要测试的 RAM 单元中，而后再读出加以比较，判断 RAM 工作是否可靠。对以字节编址的 RAM 单元，要写入并读出比较的数据从 00H 直到 FFH 共 256 个。固定模式 RAM 自检程序的主要缺

13、点是：由于每次写入要自检 RAM 区的每一个存储单元的数据都是相同的，因此，RAM 的连桥故障将难以发现。同时，这种自检程序的执行时间较长。四四.可测试性设计实例可测试性设计实例23现在学习的是第23页，共26页RAM测试设计测试设计2）游动模式自检这种方法有一个致命的弱点，就是这种自检程序执行时间过长。四四.可测试性设计实例可测试性设计实例24现在学习的是第24页，共26页A/D,D/A测试测试图中，虚线框内为待测试电路；测试信号生成电路负责产生系统图中，虚线框内为待测试电路；测试信号生成电路负责产生系统测试需要的测试信号；模拟开关控制电路的工作状态：测试状态测试需要的测试信号；模拟开关控制电路的工作状态：测试状态或者正常工作状态；微处理器负责测试控制以及测试结果的处理或者正常工作状态；微处理器负责测试控制以及测试结果的处理和显示。和显示。25现在学习的是第25页，共26页思考题思考题1.若3个可靠度为0.9的仪器部件串联构成系统，系统的可靠度为多少？若并联构成系统，系统的可靠度又为多少？6-77-126现在学习的是第26页，共26页