可靠性预计与分配..docx

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1、第五章 牢靠性估量与安排牢靠性估量和安排是产品牢靠性设计中的两个重要内容。牢靠性估量是在设计阶段对系统牢靠性进展定量的估量，它是依据历史的产品牢靠性数据、系统的构造特点和构成，以及系统的工作环境等因素来估量组成系统的部件及系统牢靠性。系统的牢靠性估量是依据组成系统的元器件或零部件的牢靠性来估量的，是“自下而上”进展的。在设计时，如何把规定的牢靠性指标合理地安排给组成产品的各个单元，再将安排给各单元的牢靠性指标合理地安排到组建、零部件，包括接插件和焊点等，这就是牢靠性安排。牢靠性安排是一个自上而下，由大到小，从整体到局部，逐步分解，将系统牢靠度到安排组建、零部件中，它是一个演绎分解过程。5.1

2、牢靠性估量依据产品的功能构造及其相互关系，它的工作环境以及组成产品的零部件或元器件的牢靠性数据，推想该产品可能到达的牢靠性指标，这种技术称为牢靠性估量。牢靠性估量是在规定的性能、费用和其它打算的条件如重量、体积等约束条件下进展的，从争论产品的设计方案开头，到样机制造、试生产阶段，都必需反复进展牢靠性估量，以确保产品满足牢靠性指标的要求。否则在产品研制成功后， 可能由于未能实行必要的牢靠性措施而达不到牢靠性指标的要求，或因所实行的措施带有很大的盲目性，而导致经济和时间上的重大损失。5.1.1 牢靠性估量的目的和用途牢靠性估量是为了估量产品在给定工作条件下的牢靠性而进展的工作，牢靠性估量的目的和用

3、途主要是：1. 评价是否能够到达要求的牢靠性指标，推测产品的牢靠度值；2. 在方案论证阶段，通过牢靠性估量，比较不同方案的牢靠性水平，为最优方案的选择及方案优化供给依据；3. 在设计中，通过牢靠性估量，觉察影响系统牢靠性的主要因素，找出薄弱环节，实行设计措施，提高系统牢靠性；4. 为牢靠性增长试验、验证及费用核算等供给依据；5. 为牢靠性安排奠定根底。牢靠性估量的主要价值在于，它可以作为设计手段，为设计决策供给依据。因此，要求估量工作具有准时性，即在决策之前作出估量，供给有用的信息，否则这项工作就会失去意义。为了到达估量的准时性，在设计的不同阶段及系统的不同层次上可承受不同的估量方法，随着研制

4、工作的不断深入而不断细化。5.1.2 牢靠性估量的分类GB7827-87牢靠性估量程序有以下规定：牢靠性估量分为根本牢靠性估量和任务牢靠性估量，根本牢靠性估量用于估算由于产品不行靠将导致对修理与后勤保障的要求；任务牢靠性估量用于估量产品在执行任务的过程中完成其规定功能的概率。牢靠性估量可按不同的方法分类1：1. 按牢靠性设计时期划分1) 设计初期的可行性估量在设计初期，由于缺乏足够的数据，因此不能进展准确估量。但是初期估量对牢靠性指标实现的可能性、备用方案的比较等方面的争论，有着格外重要的意义。可行性估量法主要有相像产品法、相像电路法等。2) 设计中期的牢靠性初步估量在中期的牢靠性估量可以促进

5、设计方案的细节及其打算等方面确实定；常用元器件计数法。3) 设计终期的牢靠性设计在设计终期能用于估量的信息最多，因此可以进展准确的推测。方法常用元器件应力分析法。2. 按估量指标分类可分为牢靠度包括不行靠度、失效率等估量，平均无故障工作时间估量、平均修复时间估量和可用度估量等。3. 按产品组成分类即可以分为零件、元器件牢靠性估量，产品牢靠性估量即系统牢靠性估量。5.1.3 牢靠性估量的局限性牢靠性估量的根底是元器件或零部件的失效率数据。但是，从以前的产品现场使用获得的失效数据是否适用于以后的设计，要看硬件设计和预期的环境条件两方面所具有的相像程度。从在一种环境中使用的产品所获得的数据，不肯定能

6、适合用于在其它环境中使用的产品上。同时，对于型号规格一样而生产厂家不同，或由同一家生产而批次不同的元器件，由于其参数的离散性而存在偏差，给牢靠性估量的准确性带来影响。一般来说，估量结果与实际结果相差 50%200%都是正常的。因此，牢靠性估量的一个主要的局限性是能不能积存对用途有效的数据，而牢靠性工作者必需留意牢靠性数据的积存。另一个困难是估量技术的简单性。5.1.4 牢靠性估量的一般程序系统牢靠性估量通常是：首先确定元器件的牢靠性，进而估量部件的牢靠性， 以后逐级估量，最终综合出产品的牢靠性。具体的估量程序一般如下：(1) 明确产品的目的、用途、任务、性能参数、系统组成及其接口；(2) 明确

7、产品工作条件和失效条件，确定产品的故障判据；(3) 绘制产品的牢靠性框图，牢靠性框图绘制到最低一级功能层；(4) 确定牢靠性特征量确定产品的应力、失效分布、失效率、牢靠度等；(5) 建立产品牢靠性数学模型(6) 估量各组成单元的牢靠性(7) 依据系统牢靠性模型估量系统产品的牢靠性；(8) 编写估量报告。5.2 元器件零部件的失效率估量5.2.1 元器件失效率的估量为了估量电子产品的牢靠度或 MTBF，必需对组成产品的根本元器件的失效率作出估量。所谓元器件的失效率通常是指平均失效率。然而，一方面，由于元器件的失效率与其所承受的电应力、热应力以及本身的质量等因素有关。即使是同一型号规格的元器件，在

8、不同的应力下有不同的失效率。另一方面，失效率还受到不同的操作者、不同的维护方法、不同的测量技术或失效定义的影响。因此，利用公式推导出的失效率的准确性是有限的，它只能大体确定一个数值范围。尽管估量的结果与真实结果可能相差 50%200%，但它仍有重要的实际意义。缘由是：牢靠性指标本身就是统计量，虽然估量范围较大，但是给出了定量指标，对以后改进产品和提高牢靠性水平起到了乐观作用。通常估量元器件失效率的方法有：收集数据法、阅历公式计算法、应力分析法、计数牢靠性估量法等。1. 收集数据法首先，可以利用国内现有的数据，供设计人员使用，国产元器件可以从中国电子产品牢靠性数据交换网与机械电子工业部第五争论所

9、数据中心合编的电子设备牢靠性估量手册中查找，也可从我国军用标准 GJB299-87电子设备牢靠性估量手册中查找。其次，对于进口元器件可以利用美国军用标准手册MIL-HDBK-217 估算，此手册已从 217A 进展到 217F。手册对电子元器件失效率的估量有一整套方法，已有很多国家利用这一手册中的数据和失效模型来估量元器件的失效率。上述各种电子设备的牢靠性估量书册，可以进展失效率估量的元器件有：集成电路、半导体独立器件晶体管、二极管、光电子器件等、电子管、电阻器、电位器、电容器、感性元件、继电器、开关、连接器、旋转电机、印刷电路板和焊接点，以及磁性元件、适应谐振器、微波元器件、熔断器、氖指示灯

10、、加热器等。2. 阅历公式计算法影响元器件失效的因素很多，其中主要是温度和应力，各种不同的元器件，其根本失效率的数学模型也不同，如半导体分立元器件的根本失效率的模型是2：l= A ebN( 273+ TTS ) e273+T +DTS() pMT(5.1)T +D式中 A失效率水平调整参数常数；T工作环境温度或带散热片功率器件的管壳温度； TM无结电流或功率时的最高允许温度；MDTT与满额时最高允许温度的差值；TS工作电应力与额定电应力之比； N 、P外形参数而固定电阻器的根本失效率的模型是l= Ab273+TS273+T5.2eB(N)GTeN273()J HS式中 A失效率水平调整参数常数

11、； B外形参数 T工作环境温度；N温度常数；TG、J、H加速系数； S工作电应力与额定电应力之比；N应力常数S在工程实践中，大多数是通过电子设备牢靠性估量手册查出相应的根本失效率。3. 元器件应力分析牢靠性估量法这种估量方法是具体的牢靠性估量，是在产品设计的后期阶段的估量。一般状况是产品已研制完成，对它的构造、电路及各元器件的环境应力都明确的条件下才能应用。这种估量方法是建立在以元器件的根本失效率为根底，依据使用环境、生产制造工艺、质量等级、工作方式和工作应力的不同，作出相应的修正来估量产品元器件的工作失效率，进而求出部件的失效率，最终得到产品的失效率。如分立半导体器件中的晶体管及二极管的工作

12、失效率的模型为：l= l (plpbEppppQAS 2Rp )(5.3)C式中：pp工作失效率；环境系数；Ep 质量系数；Qp 应用系数；pA电压应力系数；pS2额定系数；pR种类或构造系数；C微电子器件中单片电路工作失效率模型为l = ppQC p p1TV+ (C2+ C )p p l3ELb(5.4)式中：p 质量系数；Qp 温度加速系数；Tp 电压减额应力系数；pV环境系数；Ep 器件成熟系数；LC1、C2电路简单度系数； C3封装简单度系数在大量电子设备中广泛使用的固定电阻器包括金属膜电阻器、碳膜电阻器、功率薄膜电阻器、周密绕线电阻器、热敏电阻器等的工作失效率模型为：l= l (p

13、pbEppQR)(5.5)p式中：Ep环境系数；质量系数；pQ额定系数；R电容器的工作失效率模型为l= l (ppppbEQCVppSRC)(5.6)l式中：lpbp工作失效率；根本失效率环境系数；Ep 质量系数；Qp电容量系数；pCV串联电阻系数；pSR电容器种类系数；C上面各系数依据实际使用状况，在手册中均可查到。4. 评分估量法组成系统的各单元牢靠性由于产品的简单程度、技术水平、工作时间和环境条件等主要影响牢靠性的因素不同而有所差异。评分估量法是在牢靠性数据格外缺乏的状况下可以得到个别产品牢靠性数据，通过有阅历的设计人员或专家对影响牢靠性的几种因素进展评分，对评分结果进展综合分析以获得各

14、单元产品之间的牢靠性相比照值，再以某一个牢靠性数据的产品为基准，估量其它产品的牢靠性。应用这种方法时，时间因素一般应以系统工作时间为基准，即估量出的各单元MTBF，是以系统工作时间为其工作时间的。评分估量法通常考虑的因素有：简单程度、技术水平、工作时间和环境条件。在工程实际中，可以依据产品的特点增加或削减评分因素。下面以产品故障率为估量参数来说明评分原则。各种因素评分范围为110，分值越高说明牢靠性越差。简单程度它是依据组成单元的元部件数量以及它们组装的难易程度来评定的。最简单得为10分，最简洁的为1分。l 技术水平依据单元目前技术水平和成熟程度来评定。水平最低的为10分， 水平最高的为1分。

15、l 工作时间依据单元工作时间来评定。单元工作时间最长的为10分，最短的为1分。l 环境条件依据单元所处的环境来评定。单元工作过程中将经受极其恶劣而严酷的环境条件的为10分，环境条件最好的为1分。评分法牢靠性估量某单元的故障率为 *，则其它单元故障率 i为： iCi *(5.7)式中：i=1，2，.，n单元数； Ci为第i单元的评分系数。Ci = i/(5.8)式中： i第i个单元评分数； 故障率为 *的单元评分数。 i rijj=14(5.9)式中：rij第i个单元，第j个因素的评分数；j=1简单度； j=2技术水平； j=3工作时间； j=4环境条件。5.2.2 机械产品牢靠性估量方法对于机

16、械产品而言，它具有一些不同于电子产品的特点，例如：(1) 很多机械产品是为特定用途单独设计的，通用性不强，标准化程度不高；(2) 机械产品的故障通常不是常值，其设备的故障往往是由于耗损、疲乏和其它与应力有关的故障机理造成的；(3) 机械产品的牢靠性与电子产品牢靠性相比对载荷、使用方式和利用率更加敏感。基于上述特点，对看起来和相像的机械部件，其故障率往往是格外分散的。因此，用数据库中已有的统计数据进展推测，其精度是无法保证的。目前估量机械产品牢靠性尚没有相对于电子产品那样通用、可承受的方法。近年来，美国、英国、加拿大、澳大利亚等国家乐观开展此项争论工作，并取得了肯定的成果，出版了一些手册和数据库

17、。如机械设备牢靠性估量程序手册草案，非电子零部件牢靠性数据等，这些资料均对现阶段机械产品牢靠性估量工作具有很大的帮助。通常估量机械产品牢靠性的方法有：修正系数法、相像产品类比论证等。1. 修正系数法修正系数法估量的根本思想是：虽然机械产品的“共性”较强，难以建立产品级的牢靠性估量模型，但假设将它们分解到零件级，则有很多根底零件是通用的，如密封件即可以用于阀门，也可以用于汽缸等，通常将机械零件分成密封、弹簧、电磁铁、阀门、轴承、齿轮、花键、泵、过滤器、制动器、离合器等。这样对诸多零件进展故障模式及影响分析，找出其主要故障模式及影响这些模式的主要设计、使用参数、再通过数据收集、处理及回归分析，就可

18、以建立各种零件故障率与上述参数的数学函数关系。实践结果说明，具有耗损特征的机械产品，在其耗损期到来之前的肯定使用期内，某些机械产品寿命近似听从指数分布。例如机械设备牢靠性估量程序手册中介绍的齿轮故障率模型表达式为：GE =CCCCCCCGE.BGSGPGAGLGNGTGV5.10式中： GE在特定使用状况下齿轮故障率故障数/106 转/10制造商确定的根本故障率故障数6 转 GE.BCGS计及速度偏差相对于设计的修正系数； CGP计及扭矩偏差相对于设计的修正系数； CGA计及不同轴性的修正系数； CGL计及润滑偏差相对于设计的修正系数； CGN计及污染环境的修正系数； CGT计及温度的修正系数

19、； CGV计及振动和冲击的修正系数；2. 相像产品法相像产品法就是利用与该产品相像且已有成熟产品的牢靠性数据来估量该产品的牢靠性。成熟产品的牢靠性数据主要来源于现场统计和试验室的试验结果。相像产品法考虑的相像因素包括：产品构造及性能的相像性；设计的相像性； 材料和制造工艺的相像性；使用剖面的相像性。这种方法简洁、快捷，适用于系统研制的各个阶段，可应用于各类产品的牢靠性估量，如电子、机械、机电等产品。相像产品估量法的准确性取决于产品的相像性，成熟产品的具体故障记录越全，数据越丰富，比较的根底越好，估量的准确度就越高。相像产品法的估量程序为：(1) 确定相像产品，考虑上述的相像因素，选择确定与产品

20、最为相像，且有牢靠性数据的产品。(2) 分析相像因素对牢靠性的影响。(3) 产品牢靠性估量，依据(2)中的分析，确定产品与老产品的牢靠性值的比值，然后，由有阅历的专家对这些比值进展评定，综合权衡后得出一个故障率综合修正因子 D，它可表示为：DK1K2K3K4K55.11式中：K1修正系数，表示所选原材料之间的差异；K2修正系数，表示我国根底工业热处理、外表处理、铸造质量掌握等方面与先进国家的差距；K修正系数，表示生产厂现有工艺水平与原产品工艺水平之间的差异；3K修正系数，表示生产厂在产品构造等方面的阅历与原产品的差异；4K修正系数，表示生产厂在产品设计、生产等方面的阅历与原产品的差5异。在式5

21、.11应用中，可以依据实际状况对修正系数进展增补或删减。最终，依据比值估量出产品的牢靠性。例 5.1 某型飞机电源系统的恒装是参考国外某公司的产品研制的，该液压机械式恒装的 MTBF=4000 小时，试比照分析国产恒装的MTBF。解：由于国产恒装是在国外产品根底上研制的，而且原型产品的 MTBF=4000 小时，故承受相像产品类比法，即以国外恒装的故障率为根本故障率，在此根底上考虑综合的修正系数 D，该系数D 应包括原材料、根底工业、工艺水平、产品构造、使用环境等因素。通过专家评分可得出式5.11中的各修正系数。12345D= K K K K K其中 K1、K2、K3、K4 的含义与式4.8中

22、的一样，K1=1.2，K2=1.2，K3=1.2， K4=1.5，K5 为另一个的修正系数，表示国产某型恒装与国外产品在构造等方面的差异。国产恒装是双排泵马达构造，而国外产品是单排构造；国产恒装工作温度正常状况在 150，而国外产品一般工作温度在 125左右，综合分析得 K5=1.2。因此，综合修正系数 D= 1.21.21.21.51.2=3.11所以，国产某型恒装的故障率：=D=3.111/4000=7.77610-4h-1原MTBF=1/=1286.0h5.3 系统牢靠性估量系统牢靠性估量是以组成系统的各个单元的估量值为根底的，依据系统牢靠性模型，对系统根本牢靠性和任务牢靠性进展推测。对

23、于使用以前的系统或成品不作任何改进或修改，以及购置现成的产品不再进展牢靠性估量，直接用以往的统计值或牢靠性指标。5.3.1 根本牢靠性估量1. 根本牢靠性估量的一般方法数学模型法根本牢靠性模型为串联模型，设系统组成单元之间相互独立，则有：Rs(t s) =R1(t1) R2(t2) . Rn(tn)5.12 严格地讲，系统内各组成单元的工作时间并非全都。例如，一架飞机，其燃油、液压、电源等系统是随飞机同时工作的，而其应急动力、弹射救生等系统则是仅在应急状态下才工作，故其相应的工作时间远远小于飞机工作时间。而在工程上，假设各单元的故障率均以系统工作时间为基准，即 t1=t2=.=tn=ts；或无

24、法得知各单元故障率的时间基准，为简洁起见，将系统内各单元工作时间视为相等。也就是说，对于串联系统模型，其系统故障率等于各单元故障率之和。另外， 值得一提的是，假设系统中有局部单元的工作时间少于系统工作时间，则这样估量的结果肯定是偏保守的。2. 元件计数法元件计数法适用于电子设备方案论证阶段和初步设计阶段，元器件的种类和数量大致已确定，但具体的工作应力和环境等因素尚未明确时，对系统根本牢靠性进展估量。这种方法的根本原理也是对“通用故障率”的修正。其计算步骤如下：先计算系统中各种型号和各种类型元器件数目，然后再乘以相应型号或相应类型元器件的通用故障率，最终把各乘积存加起来，即可得到部件、系统的故障

25、率。这种方法的优点是只使用现有的工程信息，不需要详尽地了解每个元器件的应力及环境条件就可以快速地估算出该系统的故障率。其通用公式为： s Ni()GQ i5.13式中： s系统总的故障率h-1；Gi第 i 种元器件的通用故障率h-1；i第 种元器件的通用质量系数；QiN i第 i 种元器件的数量；N 系统中所用元器件的种类数目。元器件通用故障率G 及质量等级 Q 可以查国军标 GJB299B。例 5.2 用元件计数法估量某地面雷达的 MTBF。该雷达使用的元器件类型、数量及故障率见表 5.1解：首先计算出每种类型元器件的总故障率，结果见表 5.1。然后求和，计算出系统总故障率为 3926.57

26、。因此 MTBF106/3926.57254.7小时元器件类型使用 故障率 总故障率数量 10-6/h-1 10-6/h-1元器件类型使用数量 故障率 总故障率10-6/h-1 10-6/h-1表 5.1 某雷达使用的元器件、数量及其故障率接收管966.0576.0可变绕线电阻器123.542.0放射管1240.0480.0同轴连接器1713.31226.47磁控管1200.0200.0电感器420.93839.4阴极射线管115.015.0电器仪表11.361.36晶体二极管72.9820.86鼓风机3630.01890.0高 K 陶瓷固定电容器590.1810.62功率变压器和滤波变压器3

27、10.06251.94云母膜制电容器890.0181.6同步电动机130.810.4碳合成固定电容器4670.02079.67晶体壳继电器421.2885.12固定低介质电容器1080.011.08接触器141.0114.14功率型薄膜固定电容器21.63.2波动开关240.5713.66固定绕线电阻器220.398.58旋转开关51.758.75可变合成电阻器387.0266.0合计3926.573. 边值法上下限法对于一些简单系统，承受数学模型很难得到牢靠性的函数表达式，此时，不承受直接推导的方法，用近似的数值来靠近系统的牢靠度值，这就是边值法的根本思想。该方法曾经在阿波罗飞船这样简单系统

28、的牢靠性估量上，并且它的估量精度已经被实践所证明。顾名思义，这种方法要求出系统的牢靠度上下限值。首先，它假定系统中并联局部的牢靠度为 1，从而无视了它的影响，这样算出的系统牢靠度明显是最高的， 这就是上限值。然后假设并联单元不起冗余作用，全部作为串联单元处理，这样处理系统的方法最为简洁，但所求的牢靠度确定是最低的，即下限值。假设考虑一些并联单元同时失效对牢靠度上限的影响，并以此来修正上限值，则上限值会更靠近真值。同理假设考虑某个并联单元失效不引起系统失效的状况，则又会使系统的牢靠度下限值提高而靠近真值。考虑因素越多，上下限值越靠近真值。最终通过综合公式而得到系统近似的牢靠度1。5.3.2 任务

29、牢靠性估量任务牢靠性估量即对系统完成某项任务成功概率的估量。在任务期间系统可分为不行修系统和可修系统。因此，任务牢靠性估量也可分为不行修系统任务牢靠性估量和可修系统的任务牢靠性估量也称可信度。同时，对于不同任务剖面，系统工作状态、工作时间及工作环境条件，其牢靠性模型也不同。所以任务牢靠性估量是针对某一项任务剖面进展的。此外，在作任务牢靠性估量时，单元的牢靠性数据应当是对影响系统安全和任务完成的故障统计而得出的数据。但假设缺乏单元任务牢靠性数据，也可用根本牢靠性的估量值代替，但系统估量结果偏保守。一、 不行修系统的任务牢靠性估量1. 牢靠性框图法牢靠性框图法是以系统组成单元的估量值为根底，依据牢

30、靠性框图及数学模型计算得出系统任务牢靠度。其工作步骤为：1) 依据任务剖面建立系统任务牢靠性框图2) 估量单元的故障率或 MTBF3) 确定单元的工作时间4) 依据牢靠性框图计算系统任务牢靠度。2. 多任务剖面任务牢靠度综合计算在对飞机等武器装备的牢靠性指标要求中，一个重要的指标是完成任务功能的概率，即对整机总的任务牢靠度。它是多种任务剖面的综合任务牢靠度指标。在任务牢靠性估量时必需依据不同的任务剖面，估量其各自的任务牢靠度，然后，将各任务剖面的任务牢靠度进展综合，在估量出整机总的任务牢靠度。具体计算可参考文献3。二、 可修系统的任务牢靠性估量可修系统是指在任务执行期间，当系统发生故障而不能执

31、行任务时允许修理， 修复后连续执行任务，如机床，汽车等。其任务牢靠性不仅受各单元牢靠性的影响， 而且受到各单元修理特性的影响，如产品是否好修、修理时间的长短、修复的概率等。可修系统牢靠性估量一般有解析法、马尔可夫过程法和仿真法蒙特卡洛法 等。其中解析法目前尚无成熟理论和方法，后两种方法是依据被分析系统的具体状况建立模型进展估量的。具体原理与方法请参阅其它有关资料3,2。5.3.3 不同研制阶段牢靠性估量方法的选取牢靠性估量应随研制工作的进展而深化，一般分为 3 个阶段见表 5.2(1) 可行性估量，用于方案论证阶段。在这个阶段，信息的具体程度只限于系统的整体状况、功能要求和构造设想。一般承受相

32、像产品法或元件计数法，以工程阅历来估量系统的牢靠性，为方案选择供给决策依据。(2) 初步估量，用于初步设计阶段。此阶段已有了工程图或草图，系统的组成已确定，可承受元件计数法或评分估量法估量系统的牢靠性，觉察设计中的薄弱环节并加以改进。(3) 具体估量，用于具体设计阶段。这个阶段的特点是系统的各个组成单元都得到了工作环境和使用应力信息，可承受应力分析法或故障率估量法来比较准确的估量系统的牢靠性，为进一步设计供给依据。表 5.2 不同研制阶段对应的估量方法研制阶段方案论证初步设计具体设计可 靠 性 预 计 方 法相像产品法、元件计数法相像产品法、评分估量法、元件计数法、修正系数法等相像产品法、评分

33、估量法、应力分析法、马尔可夫过程法等5.3.4 牢靠性估量的留意事项(1) 应尽早地进展牢靠性估量，以便当任何层次上的牢靠性估量值未到达牢靠性安排值时，能及早地在技术上和治理上予以留意，实行必要的措施。(2) 在产品研制的各个阶段，牢靠性估量应反复迭代进展。在方案论证和初步设计阶段，由于缺乏较准确的信息，所作的牢靠性估量只能供给大致的估量值，为设计者和治理人员供给关于到达牢靠性要求的有效反响信息。随着设计工作的进展， 产品定义进一步确定和牢靠性模型的细化，牢靠性估量工作亦应反复进展。(3) 牢靠性估量结果的相对意义比确定值更为重要。一般地估量值与实际值的误差在一、二倍之内可以认为时是正常的。通

34、过牢靠性估量可以找到系统易出故障的薄弱环节，加以改进；在对不同的设计方案进展优选时，牢靠性估量结果是方案优选、调整的重要依据。(4) 牢靠性估量值应大于成熟期的规定值。5.4 牢靠性安排目的及设计准则在设计时，如何把规定的牢靠性指标合理地安排给组成产品的各个单元，在将安排给各单元的牢靠性指标合理地安排到组建、零部件，包括接插件和焊点等，这就是牢靠性安排。牢靠性安排是一个自上而下，由大到小，从整体到局部，逐步分解，将系统牢靠度到安排组建、零部件中，它是一个演绎分解过程。牢靠性安排的目的是：1. 帮助设计者了解元器件、部件或子系统的牢靠度与整机系统牢靠度之间的关系，分析系统牢靠性指标是否能够得到保

35、证。2. 在要求保证系统牢靠度的前提下，明确对子系统、部件、元器件的牢靠性要求。3. 促使设计者全面考虑费用和性能等因素，以期获得合理的设计。4. 暴露系统的薄弱环节，为改进设计供给依据。通过牢靠性安排还可以论证所确定的产品牢靠性指标是否合理。通过安排，假设觉察各单元均难以到达所安排给它的牢靠性指标，则说明它的牢靠性指标过高， 需作适当降低，反之则可以略为提高。假设牢靠性指标必需到达，则应重改进系统及各部件的设计，以满足要求。牢靠性安排实质上是一个最优化问题。因此，要进展牢靠性指标安排，就必需明确要求与限制条件。由于安排的方法因要求和限制条件而不同，有的系统以牢靠性指标为限定条件，在满足牢靠度

36、下限值的条件下，使本钱、质量及体积等指标尽可能低；有的系统则以本钱为限制条件，要求作出访系统牢靠度尽可能高的安排。但是，不管何种状况，出了考虑设计要求之外，还要考虑在现有技术水平下实际实现的可能。在进展牢靠性安排时应遵循以下设计准则：1. 技术水平。对技术成熟的单元，能够保证明现较高的牢靠性，或预期投入使用时牢靠性可有把握地增长到较高水平，则可安排给较高的牢靠度。对于技术上不成熟的产品，安排较低的牢靠性指标。对于这种产品提出高牢靠性会延长研制周期，增加研制费用。2. 简单程度。对较简洁的单元，组成该单元零部件数量少，组装简洁保证质量或故障后易于修复，则可安排给较高的牢靠度。对于简单度高的分系统

37、或设备等， 应安排较低的牢靠性指标，由于产品越简单，其组成单元就越多，要到达高牢靠性就越困难。3. 重要程度。对重要的单元，该单元失效将产生严峻的后果，或该单元失效常会导致全系统失效，则应安排给较高的牢靠度。4. 任务状况。对整个任务时间内均需连续工作以及工作条件严酷，难以保证很高牢靠性的单元，则应安排给较低的牢靠度。5. 对于便于修理的产品，安排的牢靠性指标可低些。由于这些产品即使出了故障也简洁修理。6. 对于改进潜力大的单元，安排的牢靠性指标高些，由于这样的单元提高其牢靠性更简洁些。此外，一般还要受费用、重量、尺寸等条件的约束。总之，最终都是力求以最小的代价来到达系统牢靠性的要求。以上的原

38、则不是确定的，对于具体系统而言，在安排时要具体状况具体分析。5.5 牢靠性安排的方法5.5.1 无约束条件的系统牢靠性安排一、 串联系统的牢靠性安排1. 等安排法等安排法又称平均安排法，它不考虑各个子系统或元件的重要度，而是把系统总的牢靠度平均低分摊给各个小系统或元件的方法。本方法用于设计初期， 对各单元牢靠性资料把握很少，故假定各单元条件一样。假设系统是由几个子系统组成的串联系统、并设各子系统的牢靠度均为Ri，系统的牢靠度为Rs，因而，组成系统的每个子系统的牢靠度Ri为Ri = Rs1/n(5.14)这种安排方法很简洁，但不大合理，由于它没有考虑各单元的重要度、没考虑各单元的简单程度，也没有

39、考虑各单元现有工艺水平和牢靠性水平。当各个小系统的牢靠度大致一样，简单程度相差无几的状况下，才使用这种安排方法。或者是设计一个系统，在方案论证阶段，进展初步安排是可取的。2. 阿林斯安排法阿林斯安排法是基于这样的考虑：由于每个单元的容许失效率正比于估量失效率，因此，估量失效率越大，安排给它的失效率也就越大。因此阿林斯安排法是考虑重要度的一种安排法。设有n个单元组成的串联系统。它们都听从指数分布。阿林斯安排法的安排步骤如下：第一步 依据过去积存的或观看和估量得到的数据以及手册来确定各单元的预计失效率 i。其次步 依据第一步所确定的失效率 i确定各单元的重要度安排因子Wi。Wi的计算公式如下：Wi

40、 = i / s= i / i第三步 计算安排给各单元的牢靠度Ri*= Ri*Wi(5.15)式中 s*为系统要求的失效率第四步 检验安排结果例5.3设有一个由三单元串联组成的系统，各单元的估量失效率分别为0.004h-1，0.002h-1，0.001h-1。系统的工作时间为30小时，要求系统的牢靠度为0.95。试按阿林斯安排法求各单元的牢靠度安排值。解：依据条件： 1=0.004h-1， 2=0.002h-1， 3=0.001h-1计算重要度安排因子：W1=0.004/0.0040+0.0020+0.001=0.5714 W2=0.002/0.0040+0.0020+0.001=0.2857

41、 W3=0.001/0.0040+0.0020+0.001=0.1429计算各单元的牢靠度R1=0.950.5714=0.9711 R2=0.950.2857=0.9855 R3=0.950.1429=0.9927检验：R1R2R3=0.97110.98550.9927=0.9500阅历算满足要求。阿林斯安排法消退了平均安排法的缺点，并且也较简洁，所以常被承受。但其缺点是重要度安排因子仅依据估量失效率定，不够全面。假设估量失效率难以确定时， 该方法无法应用。3. 代数AGREE安排法AGREE安排法是由美国电子设备牢靠性询问组在1957年6月提出的方法。它是 依据每个单元的重要度、简单度以及工

42、作时间等牢靠性指标进展安排的。因此，它比阿林斯安排法完善。设由K个子系统组成串联系统，ni为第i个单元的组件数，则系统的总组件数N为：N ni第i个单元的简单度就用ni /N来表征。AGREE安排法的另一个思想是考虑各单元在系统中的重要性而引入一个“重要度”因子Wi。重要度因子的定义为：iW 由第i单元失效引起系统失效的次数第i单元失效的次数T及ti分别为系统及系统要求第i单元的工作时间，i单元的工作时间用ti /T来表征。 AGREE安排法认为：单元的安排失效率 i应与重要度成正比，与简单度成正比，与工作时间成反比。即:i i ini T sN W t ni lnRsN Wi ti(5.16

43、)例5.4 某设备由4个单元组成牢靠性串联系统，要求它连续工作8640小时的牢靠度为0.85。这台设备的各单元的有关数据如表4.3所示。试用AGREE法对各单元 进展牢靠度安排。表4.3 各单元的有关数据单元序号单元的元件数重要度工作时间120186402300.9582403100186404500.97500解：系统的总元器件数N为：N=20+30+100+50=200依据AGREE安排法公式可求得各单元的失效率分别为： 1ni lnRsN Wi ti20 ln0.8520018640=1.881010-6 230 ln0.852000.958240=2.958510-6 3100 ln0

44、.8520018640=9.405010-6 450 ln0.852000.97500=5.417310-6可求得安排给各单元的牢靠度为：R1=0.9839，R2=0.9746，R3=0.9220，R4=0.95584. 评分安排法评分安排法是在牢靠性数据格外缺乏的状况下，通过有阅历的设计人员或专家对影响牢靠性的几种因素评分，并对评分值进展综合分析以获得各单元产品之间的牢靠性相比照值，再依据相比照值给每个子系统安排牢靠性指标的安排方法。应用这种安排方法时，时间一般应以系统工作时间为基准。这种方法安排系统牢靠性时， 一般假设产品听从指数分布，该方法适合于方案论证阶段和初步设计阶段。利用评分安排法进展牢靠性指标安排时应留意以下问题：(1) 评分因素评分安排法通常考虑的因素有：简单度、