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可靠性工程基础,1,可靠性工程基础1,可靠性工程,可靠性工程技术是在第二次世界大战后从航空工业和电子工业领域发展起来的，后来广泛用于宇航，化工，机电等其他领域。 本书共分12章，主要内容包括：可靠性的三大指标，主要特征量及其常用失效分布等基本概念，逻辑代数的基本概念和运算，传联系统，并联系统，混联系统，n中取k表决系统，贮备系统的可靠性模型,2,可靠性工程 可靠性工程技术是在第二次世界大战后从航空工业,可靠性工程,最小路集，最小割集的概念及其运用分析计算一般网络系统可靠性的基本方法，元器件失效率预计和系统可靠性预计的方法，串联系统可靠性分配的常用方法，如何对有并联冗余系统进行可靠性分配的问题，失效模式，后果和严重度分析方法(FMECA)，系统地讨论了对单调系统进行故障树的定性和定量分析方法(FTA),3,可靠性工程最小路集，最小割集的概念及其运用分析计算一般网络系,可靠性工程,电子线路和机械结构可靠性的设计方法，为评价和提高产品可靠性而进行的可靠性试验，包括筛选，老炼和环境适应性试验的基本知识，寿命试验和加速寿命试验的常用基本设计方法，如何运用试验数据对单元产品(整机进行可靠性试验的产品)和系统(复杂产品),4,可靠性工程电子线路和机械结构可靠性的设计方法，为评价和提高产,可靠性工程,进行可靠性评估的常用方法，维修性设计，书中还介绍了可靠性管理方面的基本知识，以促进可靠性技术在工程的广泛应用。,5,可靠性工程 进行可靠性评估的常用方法，维修性设计，书中还介绍,第一章 可靠性概述,主要内容 1 可靠性基本概念 2 可靠性特征量 3 常用失效分布,6,第一章 可靠性概述主要内容6,第一节 可靠性基本概念,一 可靠性的定义 可靠性就是指产品在规定条件和规定时间内完成规定功能的能力。二 可靠性常用的三大指标 可靠性有狭义和广义两种意义。狭义可靠性仅指产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。广义可靠性通常包含下一可靠性和维修性等方面的内容。以后不加以注明，我们均指狭义可靠性。,7,第一节 可靠性基本概念一 可靠性的定义7,第一节 可靠性基本概念,狭义可靠性 有效性（广义可靠性） 维修性 贮存寿命,综合全面评定可靠性,8,第一节 可靠性基本概念狭义可靠性综合全面评定可靠性8,第一节 可靠性基本概念,从图中可以明显看出狭义可靠性，有效性和贮存寿命就是评价可靠性常用的三大指标。 几个概念： 维修性：在规定条件下使用的产品在规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到能完成规定功能的能力。 有效性：可维修产品在某时刻具有或维持规定功能的能里。它是由狭义可靠性和维修性两方面构成。 主存寿命：在规定的贮存条件下，产品从开始贮存到丧失其规定的功能的时间称为贮存寿命。,9,第一节 可靠性基本概念 从图中可以明显看出狭义可靠性，有效,第二节 可靠性特征量,研究可靠性特征量，必须明白寿命的含义。日常生活中，产品的寿命往往指的是产品总的可使用时间。在可靠性工程种，不可修复产品的寿命是指发生失效前的实际工作时间；可修复产品的寿命是指相邻两次故障间的工作时间，也称无故障工作时间。一 可靠度R(t) 1 可靠度定义 可靠度是指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。它是时间的函数，记作R(t)。,10,第二节 可靠性特征量 研究可靠性特征量，必须明白寿命的含义,第二节 可靠性特征量,2 可靠度估计值 可靠度理论上的值称为可靠度真值，它完全由产品失效的数学模型所决定。在现实生活种，我们必须经过一定的统计计算得到真值的估计值，称为可靠度的估计值。,11,第二节 可靠性特征量11,第二节 可靠性特征量,二 累积失效概率F(t) 1 累积失效概率的定义 累积失效概率是产品在规定条件和规定时间内失效的概率，其值等于1减可靠度。也可说成产品在规定条件和规定时间内完不成规定功能的概率，也称为不可靠度。 2 累积失效概率的估计值 累积失效概率的估计值等于1减去它的可靠度估计值。,12,第二节 可靠性特征量二 累积失效概率F(t)12,第二节 可靠性特征量,三 失效概率密度f（t） 1 失效概率密度的定义 失效概率密度是累积失效概率对时间的变化率，记作f（t）。 2 失效概率密度的估计值,13,第二节 可靠性特征量三 失效概率密度f（t）13,第二节 可靠性特征量,四 失效率 1 失效率的定义 失效率是工作到某时刻尚未失效的产品，在该时刻后单位时间内发生失效的概率。记作(t)，称为失效率函数，有时也称为故障率函数。 失效率函数有3种基本类型，即早期失效型，偶然失效型和耗损失效型。 2 失效率的估计值 不论产品是否可修复，产品失效率的估计值都可由书中公式（111）求得。,14,第二节 可靠性特征量四 失效率14,第二节 可靠性特征量,3 平均失效率 它的定义分2种： （1）对不可修复的产品是指在一个规定时间内总失效产品数与全体产品的累积工作时间之比。 （2）对可修复的产品是指它们在使用寿命期内的某个观测期间，所有产品的故障发生总数与总累积工作时间之比。 所以不论产品是否可修复，平均失效率估计值可由书中公式（112)求得,15,第二节 可靠性特征量3 平均失效率15,第二节 可靠性特征量,4 失效率单位 失效率常用的单位有h， kh，菲特等。 5 失效率等级 按照GB1772-1979电子元器件失效率试验方法规定，我国电子元器件失效率分7级。五 产品的寿命特征 在可靠性工程种，规定了一系列与寿命有关的指标：平均寿命，可靠寿命，特征寿命和众位寿命。总称为可靠性寿命特征。,16,第二节 可靠性特征量 4 失效率单位16,第二节 可靠性特征量,1 平均寿命 在受命特征中最重要，定义为寿命的平均值。用MTBF表示可维修产品的平均寿命，称为平均无故障工作时间;用MTTF表示可维修产品的平均寿命，称为失效前的平均工作时间。 不论产品是否可修复，平均寿命都等于所有产品的总工作时间除以总失效数。,17,第二节 可靠性特征量1 平均寿命17,第三节 常用失效分布,一 指数分布 在可靠性理论中，指数分布是最基本，最常用的分布，适合于失效率(t)为常数的情况。 1 失效概率密度函数f(t) 式中为指数分布的失效率，为一常数。 2 累积失效概率密度F(t) 3 可靠度函数R(t),18,第三节 常用失效分布一 指数分布18,第三节 常用失效分布,4 失效率函数(t) 5 平均寿命 6 可靠寿命 7 中位寿命 只要将r0.5带入上式即可得到中位寿命值。,19,第三节 常用失效分布 4 失效率函数(t)19,第三节 常用失效分布,二 威布尔分布 威布尔分布在可靠性理论种是适用范围较广的一种分布。它能全面描述浴盆失效率曲线的各个阶段。当威布尔分布中的参数不同时，它可以蜕化为指数分布，瑞利分布和正态分布。1 实效概率密度函数f(t),20,第三节 常用失效分布二 威布尔分布20,第三节 常用失效分布,m形状参数 尺度参数 位置参数 2 累积失效概率函数F(t),21,第三节 常用失效分布 m形状参数21,第三节 常用失效分布,3 可靠度函数R(t) 4 失效率函数,22,第三节 常用失效分布 3 可靠度函数R(t)22,第三节 常用失效分布,5 三个参数的意义 (1)形状参数m 威布尔分布的实效概率密度曲线，累积实效概率曲线，可靠度曲线以及失效率曲线的形状都随m的不同而不同，故称为形状参数。 当m1时，f(t)曲线随时间增加出现峰值而后下降 当m=3时，f(t)曲线已接近正态分布。,23,第三节 常用失效分布 5 三个参数的意义23,第三节 常用失效分布,(2)位置参数 位置参数决定了分布的出发点，当形状参数和尺度参数相同而位置参数不同时，其实效概率密度曲线是完全相同的，所不同的指示曲线的起始位置有所变动。 当0时，表示这些远见在起始时间内不会生效，f(t)曲线由=0时的位置向右平移的|距离。,24,第三节 常用失效分布 (2)位置参数24,第三节 常用失效分布,(3)尺度参数 通常将称为真尺度参数，当m值和固定不变， 值不同时威布尔分布的实效概率密度曲线的高度及宽度均不相同。三 正态分布 正态分布在数理统计学中是一个最基本的分布，在可靠性技术中也常用到。 1 实效概率密度函数f(t),25,第三节 常用失效分布 (3)尺度参数25,第三节 常用失效分布,2 累积失效概率函数F(t) 3 可靠度函数R(t) 4 失效率函数数(t),26,第三节 常用失效分布 2 累积失效概率函数F(t)26,第三节 常用失效分布,四 对数正态分布 在可靠性理论中，对数正态分布用于由裂痕扩展而引起的实效分布，也用于恒应力加速寿命试验后对样品失效时间进行统计分析。,27,第三节 常用失效分布 四 对数正态分布27,例题讲解,1 某仪器的寿命符合指数分布，且失效率为0.01/kh，求该仪器工作到可靠度为90%时的时间。 答：因为仪器的寿命复合指数分布所以满足 代入已知参数有 通过计算得出 t10.5（s）,28,例题讲解1 某仪器的寿命符合指数分布，且失效率为0.01/k,例题讲解,2.对40台仪器进行现场考查，在t2000h以前有1台仪器失效，在20004000h之间有1台失效，在40006000h之间有2台失效，在60008000h之间有2台失效。分别求t为2000h，4000h及40008000h的可靠度和不可靠度估计值,29,例题讲解2.对40台仪器进行现场考查，在t2000h以前有,例题讲解,答：根据可靠度和不可靠度估计值计算公式有 ， ； ， ； ， 。,30,例题讲解答：根据可靠度和不可靠度估计值计算公式有30,第二章 系统可靠性模型,建立系统可靠性模型，把系统的可靠性特征量表示为单元可靠性特征量的函数，然后通过已知的单元可靠性特征量计算出系统的可靠性特征量，这是常用的系统可靠性一种分析方法。,31,第二章 系统可靠性模型 建立系统可靠性模型，把系统的可靠性,第二章 系统可靠性模型,第一节 产品定义和可靠性框图的建立 第二节 布尔代数，容斥原理和不交型算法简介 第三节 串联系统的可靠性模型 第四节 并联系统的可靠性模型 第五节 混联系统的可靠性模型 第六节 n中取k的表决系统的可靠性模型 第七节 贮备系统的可靠性模型 第八节 一般网络的可靠性模型,32,第二章 系统可靠性模型 第一节 产品定义和可靠性框图的建立3,第一节 产品定义和可靠性框图的建立,建立可靠性模型应该解决三个方面的问题：规定产品定义，确定产品可靠性框图，确定计算产品可靠性的概率表达式 一 规定产品的定义 产品是指作为单独研究和分别试验对象的任何元件，器件或系统，可以表示产品的总体，样品等。,33,第一节 产品定义和可靠性框图的建立 建立可靠性模型应该解决三,第一节 产品定义和可靠性框图的建立,建立系统可靠性模型的前提条件是要明确研究对象产品的情况，按以下步骤： 1确定产品目的，用途或任务 2规定产品及分系统的性能参数及其容许上，下限 3确定产品的结构界限和功能接口 4确定构成任务失败的条件 5确定受命周期模型,34,第一节 产品定义和可靠性框图的建立 建立系统可靠性模型的,第一节 产品定义和可靠性框图的建立,二 可靠性框图的建立 在完全了解了产品任务定义和寿命周期模型的基础上，应该通过简明扼要的直观方法表示出产品每次适用功能完成任务时，所有单元之间的相互依赖关系，这就是建立系统可靠性框图。 在工程实践中，常用功能系统图或框图来描述系统及其单元之间的功能关系，但应注意到系统可靠性框图虽然和它的功能框图有密切关系，但也有较大的区别。 具体实例见书中图21和图22,35,第一节 产品定义和可靠性框图的建立 二 可靠性框图的建立35,第二节 布尔代数，容斥原理和不交型算法简介,一 布尔代数 1847年，英国数学家布尔发表了逻辑的数学分析，1854年又发表了思维的规律，这就是把逻辑数学化的一次成功尝试，因此我们把逻辑代数称为布尔代数。 布尔代数的三大支柱：以集合为研究对象的集合代数；一开关线路分析的形式表示的开关代数；以命题为研究对象的命题代数,36,第二节 布尔代数，容斥原理和不交型算法简介一 布尔代数36,第二节 布尔代数，容斥原理和不交型算法简介,1 集合的并，交和补运算 集合是具有某种特定性质的事物总体或全体，是数学中的一个基本概念。,37,第二节 布尔代数，容斥原理和不交型算法简介 1 集合的并，交,第二节 布尔代数，容斥原理和不交型算法简介,2 集合代数的基本规律,38,第二节 布尔代数，容斥原理和不交型算法简介 2 集合代数的基,第二节 布尔代数，容斥原理和不交型算法简介,3 布尔代数的基本定理 在一个数学系统中，如果变量只能取0或1，如上所述并，交，补3种运算，且满足以上6条基本规律，这系统便叫做布尔代数。 当开关只能处在通或断状态，开关线路中的并联，串联，反相等三种关系也满足上述6中基本规律，组成一个布尔代数，叫做开关代数。 当命题非真即假，命题联结词“或，且，非”也满足上述6条基本规律，组成一个布尔代数，叫做命题代数。,39,第二节 布尔代数，容斥原理和不交型算法简介 3 布尔代数的基,第二节 布尔代数，容斥原理和不交型算法简介,由6条基本规律可以推出以下一系列基本定理：,40,第二节 布尔代数，容斥原理和不交型算法简介 由6条基本规律可,第二节 布尔代数，容斥原理和不交型算法简介,二 容斥原理 容斥原理是集合数学中的一个命题。从生活中的实例可以知道，容斥原理算法，通俗地说，就是一种加加减减，逐项逼近问题的正确解答的算法。 为方便解决这类问题，我们介绍下容斥原理公式,41,第二节 布尔代数，容斥原理和不交型算法简介 二 容斥原理41,第二节 布尔代数，容斥原理和不交型算法简介,1 集合相容和不相容 若集合A与集合B有公共元素，则称为A与B相容，或称为相交；若集合A与集合B没有公共元素，则称为A与B不相容，称为不相交,42,第二节 布尔代数，容斥原理和不交型算法简介 1 集合相容和不,第二节 布尔代数，容斥原理和不交型算法简介,2 容斥原理公式 设有n个任意集合A1，A2，An，用数学归纳法可以证得容斥原理公式如下：,43,第二节 布尔代数，容斥原理和不交型算法简介 2 容斥原理公式,第二节 布尔代数，容斥原理和不交型算法简介,同理可以证明任意事件x1,x2xn的并事件发生概率为： 参照书中实例21，22,44,第二节 布尔代数，容斥原理和不交型算法简介 同理可以证明任,第二节 布尔代数，容斥原理和不交型算法简介,三 不交型算法 1 不交型布尔代数及其运算规则 对于一般情况(若有n个变量)的不交并计算公式如下： 同上述的集合代数及布尔代数一样，不交型布尔代数也有以下规律及定理,45,第二节 布尔代数，容斥原理和不交型算法简介 三 不交型算法4,第二节 布尔代数，容斥原理和不交型算法简介,（7）对偶性定理 （8）不交型De Morgan定理,46,第二节 布尔代数，容斥原理和不交型算法简介 46,第二节 布尔代数，容斥原理和不交型算法简介,2 直接不交化算法 看书中介绍主要介绍了直接不交化计算的不交型De Morgan定理。 3 不交最小路法的有关公式 认真学习书P25，这部分。,47,第二节 布尔代数，容斥原理和不交型算法简介 2 直接不交化算,第三节 串联系统的可靠性模型,一个系统有n个单元A1，A2，An组成，当每个单元都正常工作时，系统才能正常工作，或者说当其中任何一个单元失效时，系统就失效，我们称为这种系统为串联系统。 在串联系统中，假设各单元相互独立的情况下，其系统可靠度为 Rs(t)=R1(t)*R2*(t)*Rn(t),48,第三节 串联系统的可靠性模型 一个系统有n个单元A1，A,第三节 串联系统的可靠性模型,49,第三节 串联系统的可靠性模型 49,第三节 串联系统的可靠性模型,50,第三节 串联系统的可靠性模型50,第三节 串联系统的可靠性模型,从设计角度考虑，提高串联系统可靠性的措施为： (1)提高但愿可靠性，减小失效率 (2)尽量能减少串联单元数目 (3)等效地缩短任务事件t,51,第三节 串联系统的可靠性模型 从设计角度考虑，提高串联系统,第四节 并联系统的可靠性模型,一个系统由n个单元A1，A2，An组成，如果只要有一个单元工作，系统就能工作，或者说只有当所有单元都失效时，系统猜失效，我们称为并联系统。公式较多,52,第四节 并联系统的可靠性模型 一个系统由n个单元A1，A2,第五节 混联系统的可靠性模型,1 串并联系统（附加单元系统） 2 并串联系统（附加通路系统）,53,第五节 混联系统的可靠性模型 1 串并联系统（附加单元系统）,第六节 n中取k的表决系统的可靠性模型,n中取k的表决系统有两类：一类称为n中取k好系统，要求组成系统的n个单元中有k个或k个以上完好，系统才能正常工作，记为k/nG；另一类称为n中取k坏系统，其含义是组成系统的n个单元中有k个或k个以上失效，系统就不能整产工作，记为k/nF。,54,第六节 n中取k的表决系统的可靠性模型 n中取k的表决系统,第六节 n中取k的表决系统的可靠性模型,书中分别介绍了三种系统 1 2/3G系统 2 (n-1)/nG系统 3 k/nG系统,55,第六节 n中取k的表决系统的可靠性模型 书中分别介绍了三种系,第七节 贮备系统的可靠性模型,为了提高系统的可靠性，还可以贮备一些单元，以便当工作单元失效时，立即能由贮备系统单元接替，这种系统称为贮备系统。 贮备系统一般有冷贮备，热贮备和所谓温贮备之分，热贮备单元在贮备中的失效率和在工作时一样，冷贮备单元在贮备中不会失效，而温贮备单元的贮备失效率大于零而小于工作失效率。,56,第七节 贮备系统的可靠性模型 为了提高系统的可靠性，还可以,第八节 一般网络的可靠性模型,系统可靠性框图模型除了上述串联，并联，表决和贮备系统等典型结构以外，还有一类不属于简单串并联的复杂系统，如通信网络，交通网络，电路网络等，我们称为一般网络。一般网络可靠性的求法大体上有状态枚举法，概率图法，全概率分解法，最小路法，网络拓补法，等等。,57,第八节 一般网络的可靠性模型 系统可靠性框图模型除了上述串,第八节 一般网络的可靠性模型,一 结构函数 1 最小路集和最小割集 最小路集是路集中的一种，它必须具有以下特点，即路集中的每一个单元单独失效都会引起系统失效。 最小割集是割集中的一种，它必须具有以下特点，即割集的每一个单元单独工作都会引起系统工作。 最小路集中含单元状态变量的个数叫做该最小路集的阶数。最小割集同理。,58,第八节 一般网络的可靠性模型 一 结构函数58,第八节 一般网络的可靠性模型,2 用最小路集和最小割集表示结构函数 3 结构函数的对偶数及补函数 4 用最小路集和最小割集求系统的可靠度及失效概率,59,第八节 一般网络的可靠性模型 2 用最小路集和最小割集表示结,第八节 一般网络的可靠性模型,二 状态枚举法(布尔真值法) 状态枚举法也称为状态穷举法或布尔真值法，是一种最直观的计算系统可靠度方法。假定系统由n个单元组成，因为每个单元仅有两种可能状态，用1表示单元正常工作，用0表示单元失效。显然，n个单元所构成的系统共有2n个状态，对应其中的每一状态，系统也只有正常或失效两种状态。当n不大时，可以列出所有2n个可能状态，以及相应系统的状态。系统的可靠度即为各种状态使系统正常工作的概率之和。,60,第八节 一般网络的可靠性模型 二 状态枚举法(布尔真值法)6,第八节 一般网络的可靠性模型,三 概率图法 在概率图上把表示系统正常的小方格用1表示，然后把它划分为一些不重叠的长方或正方格，对各方格进行合并简化，最后可将系统可靠度按这个划分写出。,61,第八节 一般网络的可靠性模型 三 概率图法61,第八节 一般网络的可靠性模型,四 全概率分解法 对于可靠度不易确定的一般网络系统，采用概率论中的全概率公式将它化为一般串，并联系统进行计算其成功概率的方法。,62,第八节 一般网络的可靠性模型 四 全概率分解法62,第八节 一般网络的可靠性模型,五 不交最小路集法 不交最小路法，即是首先枚举任意网络的所有最小路集，列出系统工作的最小路集表达式，利用概率论和布尔代数有关公式求系统的可靠度。,63,第八节 一般网络的可靠性模型 五 不交最小路集法63,第三章 可靠性预计和分配,第一节 可靠性预计概述 第二节 元器件失效率的预计 第三节 系统的可靠性预计 第四节 可靠性分配,64,第三章 可靠性预计和分配 第一节 可靠性预计概述64,第四章 失效模式，后果与严重度分析,第一节 概述 第二节 失效模式的后果分析 第三节 失效严重度分析,65,第四章 失效模式，后果与严重度分析 第一节 概述65,第五章 故障树分析,系统可靠性分析的基本目的在于通过系统可靠性模型的建立，了解确定系统可靠性的确切情况，找出薄弱环节，并预测系统可靠性。系统可靠性分析的两种基本方法是归纳法和演绎法，第四章讲的FMECA属于归纳法，本章就来介绍FTA属于演绎法。,66,第五章 故障树分析 系统可靠性分析的基本目的在于通过系统可,第六章 电子系统可靠性设计,在前几章已经把可靠性设计的基本问题，设计原则，分析方法和设计程序等进行了必要的论述，接下来的两章结合电子系统，机械系统具体问题，讨论可靠性设计方法，各种应力分析，以及必须或可能采取的具体技术措施。 元器件的选用与控制 电路与系统的可靠性设计 电子设备的热设计 参数优化设计,67,第六章 电子系统可靠性设计 在前几章已经把可靠性设计的基本问,第一节 元器件的选用与控制,一 电子元器件的失效 1 制造质量问题 电子元器件的制造质量包括本身质量和装配质量两方面。 2 可靠性问题 电子元器件因可靠性问题失效是一种随机性质的失效 3 损耗问题 任何电子元器件工作到一定时间后都要失效或性能下降。损耗性的失效只能通过更换元器件。,68,第一节 元器件的选用与控制 一 电子元器件的失效68,第一节 元器件的选用与控制,4 设计问题 在对产品的设计方案进行了认真的应力分析后，发现所选用的元件不合适，或没有进行必要的降额使用，以致于元件发生的失效。,69,第一节 元器件的选用与控制 4 设计问题69,第一节 元器件的选用与控制,二 典型的失效率曲线 元器件的寿命特征曲线呈浴盆状,70,第一节 元器件的选用与控制 二 典型的失效率曲线70,第一节 元器件的选用与控制,1 早期失效期 这阶段的失效主要由于元器件的各种质量缺陷造成，解决的办法就是对原材料和工艺进行严格的控制，同时进行上机前的元器件筛选，剔除早期失效元件，使其尽可能不投入使用。,71,第一节 元器件的选用与控制 1 早期失效期71,第一节 元器件的选用与控制,2 偶然失效期 当失效率相对地呈现为一个常数时，这个时期称为偶然失效期。这时失效随机地发生，多数为工作应力引起的失效。 3损耗失效期 这阶段失效是由于不同类型的损耗机理造成的性能退化或老化变质。,72,第一节 元器件的选用与控制 2 偶然失效期72,第一节 元器件的选用与控制,图61寿命特征曲线适合于成批的元件，同时也适合于可修理的产品或可修理的复杂系统。 三 电子元器件的降额使用 1降额的基本概念 降额就是使用元器件在降低其额定值的应力条件下工作。 2降额技术 (1)降额图法 (2)降额因子法,73,第一节 元器件的选用与控制 图61寿命特征曲线适合于成批的,第一节 元器件的选用与控制,3 降额的限度和局限性 元器件的降额使用不是降的越多越好，降的过多，将会增加设备的体积，重量和呈本。在以下情况下不是很有效： (1)当可靠性已经达到要求的时候 (2)单纯用降额来提高可靠性的能力有限时 (3)对于有些元器件过度的降额反而有害 (4)电应力的降额比较容易做到，对温度应力的控制主要考改进热设计 (5)采用降额技术来提高可靠性还要讲效益,74,第一节 元器件的选用与控制 3 降额的限度和局限性74,第一节 元器件的选用与控制,四 我国电子元器件标准概况 1 电子元器件失效率等级的划分 根据GB1772-1979，我国元器件失效率分为7个等级。 2 质量等级 我国电子元器件质量等级分为3类 一类为特军品 二类为普军品 三类为民品,75,第一节 元器件的选用与控制 四 我国电子元器件标准概况75,第二节 电路与系统可靠性设计,通常电路设计人员在实际工作中往往只考虑到如何满足所要求的功能和技术指标，而不注意如何去达到高可靠性，我们在这里特别提出了设计人员应该注意的可靠性方面问题。 一 尽可能采用优选电路的原则 二 尽可能简化的原则 三 最坏情况设计 四 电路漂移设计 五 元器件误差统计分析 六 稳定性及过渡过程的分析,76,第二节 电路与系统可靠性设计 通常电路设计人员在实际工作中,第三节 电子设备的热设计,一 电子设备的热设计概述 1 对电子设备进行热设计的原因 2 对电子设备进行热设计的要求 3 对电子设备进行热设计的基本方法,77,第三节 电子设备的热设计 一 电子设备的热设计概述77,第三节 电子设备的热设计,二 电子设备热设计程序 1 首先明确设计条件 2 接着决定设备的冷却方式（613的流程） 3 其次，在决定冷却方式以后，九分别对元件，线路，印刷电路板和机箱进行热设计 4 最后，为了检查热设计的情况，给出了书中表63,78,第三节 电子设备的热设计 二 电子设备热设计程序78,第四节 参数优化设计,一个电路系统即使是选用最好的元器件来构成，也不一定会被认为是好的电路系统，这是因为它的质量及可靠性可能要高一些，但价格昂贵不能被人们广泛采用。本节我们将进行这种搭配关系的研究，介绍了一种电路系统参数优化设计方法三次设计。,79,第四节 参数优化设计 一个电路系统即使是选用最好的元器件来,第四节 参数优化设计,一 三次设计概述 通常性能指标分为两类：一类是性能参数同有关的元器件建立不起某种函数关系，只能依靠试验实测获取系统性能；另一类是性能参数同有关的元器件具有一直的函数关系，可由计算获取数据。无论哪一类，产品设计过程可由三个设计阶段组成。,80,第四节 参数优化设计 一 三次设计概述80,第四节 参数优化设计,1 系统设计 2 参数设计 3 容许差设计 二 质量损失函数概念（了解）,81,第四节 参数优化设计 1 系统设计81,第七章 机械结构可靠性设计,第一节 应力与强度的分布 第二节 安全系数与可靠性 第三节 可靠性设计计算 第四节 疲劳强度可靠性设计,82,第七章 机械结构可靠性设计 第一节 应力与强度的分布82,第一节 应力与强度的分布,一 应力与强度的基本概念 1 应力的基本概念 从可靠性的角度考虑，“应力”不仅仅指外力在微元面积上产生的内力与微元面积比值的极限，而且包括各种环境因素。 2 强度的基本概念 强度是结协结构承受应力的能力，凡是能阻止结构或零件失效的因素，统称为强度。,83,第一节 应力与强度的分布 一 应力与强度的基本概念83,第一节 应力与强度的分布,它除了通常所说的材料机械性能(屈服极限，强度极限，疲劳极限等)以外，还包括加工精度，表面粗糙度等。 总而言之，在工程实际中，机械结构所承受的应力及其所具有的强度都是一组离散性的随机变量，重要的是了解其概率分布规律。,84,第一节 应力与强度的分布 它除了通常所说的材料机械性能(屈,第一节 应力与强度的分布,二 常见的应力和强度的概率分布 机械结构常见的应力和强度的概率分布类型主要有三中。 (1)正态分布 (2)对数正态分布 (3)威布尔分布,85,第一节 应力与强度的分布 二 常见的应力和强度的概率分布85,第二节 安全系数与可靠性,一 传统的安全系数 1 传统安全系数的含义 传统的安全系数是人们在应力和强度两方面不做深入分析的情况下，为了得到可靠的结构而引入的一个设计系数。一般情况下，安全系数为“平均强度/平均载荷”或“最小强度/最大载荷”.,86,第二节 安全系数与可靠性 一 传统的安全系数86,第二节 安全系数与可靠性,2 传统安全系数的特点 (1)把各种参数当作定值，没有分析参数的随机特性 (2)没有与定量的可靠性联系，安全系数不能代表可靠性 (3)传统安全系数的确定有交大的主观随意性,87,第二节 安全系数与可靠性 2 传统安全系数的特点87,第二节 安全系数与可靠性,二 应力强度干涉理论 1 传统安全系数和可靠性(参照P122图74) 2 应力强度干涉理论(了解) 三 基于统计分析的安全系数 1 以“强度均值/应力均值”为定义的统计安全系数的计算 2 以“最小强度/最大载荷”为定义的统计安全系数的计算,88,第二节 安全系数与可靠性 二 应力强度干涉理论88,第三节 可靠性设计计算,一 随机变量的基本数学运算规则 在工程设计中需要对各种参数量进行数学运算，在可靠性设计中需要运算的参数均为随机变量，所以必须装我常见的随机变量的基本数学运算规则。参考书P127表75,89,第三节 可靠性设计计算 一 随机变量的基本数学运算规则89,第三节 可靠性设计计算,二 机械零件的可靠性设计计算 课本给出了几个实际的例子，通过学习，了解节本的机械零件可靠性计算的方法和思路。,90,第三节 可靠性设计计算 二 机械零件的可靠性设计计算90,第四节 疲劳强度可靠性设计,本节作为专业性较强章节，了解即可，不做更多讲解。,91,第四节 疲劳强度可靠性设计 本节作为专业性较强章节，了解即,第八章 可靠性试验,可靠性试验是为了评价产品而进行的试验，它可以分为可靠性测定试验和可靠性验证试验，测定试验是在事先没有规定产品可靠性指标的条件下，用来测定产品可靠性特征量。验证试验的目的是要确定产品的可靠性指标是否达到规定的要求。寿命试验或加速寿命试验是可靠性验证或测定的基本方法。,92,第八章 可靠性试验 可靠性试验是为了评价产品而进行的试验，,第八章 可靠性试验,一 可靠性筛选和电子元器件老炼 二 环境适应性试验 三 寿命试验和加速寿命试验,93,第八章 可靠性试验 一 可靠性筛选和电子元器件老炼93,第一节 可靠性筛选和电子元器件老炼,一 可靠性筛选的特点和效果评价 1 可靠性筛选的特点 筛选就是通过一定的方法将早期失效的产品在出厂前剔除，而把符合要求的产品保留下来的试验过程。 最大的特点就是可靠性筛选可以提高批产品使用可靠性而不能提高其固有可靠性。,94,第一节 可靠性筛选和电子元器件老炼 一 可靠性筛选的特点和效,第一节 可靠性筛选和电子元器件老炼,这是因为元器件的各种可能的失效机理在元器件生产出来以后已经固定，筛选只能使具有早期失效机理的元器件尽快地暴露。对于批产品来说，通过筛选剔除早期失效后，剩下产品的平均寿命比筛选前平均寿命提高了，但筛选不能改变失效机理而延长任何单个元器件的寿命。,95,第一节 可靠性筛选和电子元器件老炼 这是因为元器件的各种可,第一节 可靠性筛选和电子元器件老炼,2 可靠性筛选的效果 可靠性筛选可以用下面的参数来评价 (1)筛选剔除率 式中Q筛选剔除率 n剔除产品数 N参与筛选的产品总数 在可靠件筛选中，剔除率的控制非常重要，否则筛选效果可能适得其反、因此应规定剔除率的上限值。,96,第一节 可靠性筛选和电子元器件老炼 2 可靠性筛选的效果96,第一节 可靠性筛选和电子元器件老炼,因为剔除率过大，没有理由认为剩下的产品是可靠的，但是也不能简单地以剔除率的高低来评价筛选方法优劣，剔除率过高，有可能是产品存在着严重缺陷，也可能是筛选应力过高；剔除率过低，有可能是产品缺陷少，也可能是筛选应力太小和试验时间不足所致。,97,第一节 可靠性筛选和电子元器件老炼 因为剔除率过大，没有理,第一节 可靠性筛选和电子元器件老炼,(2)筛选效果 筛选效果 N 筛选前产品的失效率 S 筛选后产品的失效率 总而言之，在评价筛选方法时，把剔除率和筛选结果结合起来，就比较全面。,98,第一节 可靠性筛选和电子元器件老炼 (2)筛选效果98,第一节 可靠性筛选和电子元器件老炼,二 常用的可靠性筛选方法 1 测试筛选 (1)初始参数筛选 (2)线性判别筛选 2 检查筛选 (1)目镜筛选 (2)红外线非破坏性检查筛选 (3)X涉嫌菲破坏性检查筛选 (4)颗粒碰撞噪声检测 (5)密封性检查筛选 (6)参数测试筛选,99,第一节 可靠性筛选和电子元器件老炼 二 常用的可靠性筛选方法,第一节 可靠性筛选和电子元器件老炼,3 环境应力筛选 (1)力学环境应力筛选 (2)气候环境应力筛选 (3)特殊环境应力筛选 (4)混合环境应力筛选 4 寿命筛选(老炼筛选) (1)贮存筛选 (2)功率老化筛选 (3)工作寿命筛选,100,第一节 可靠性筛选和电子元器件老炼 3 环境应力筛选100,第一节 可靠性筛选和电子元器件老炼,5 破坏性率选 为适应特使环境需要，对有的批产品还需要做抽样的破坏性试验，以体现批产品的环境适应性，包括盐雾，油雾，潮湿，高温高压等等。 综上所述，筛选方法的选用可分为两种情况： 一是一般产品都可运用的。 另一种则需要针对产品的实效模式而采用。 总之，统一的筛选条件只能解决一般问题，而要解决特殊实效模式带来的问题，就需要制订高效的，特殊的方法。,101,第一节 可靠性筛选和电子元器件老炼 5 破坏性率选101,第一节 可靠性筛选和电子元器件老炼,三 筛选方案设计原则 筛选方案设计包括确定筛选项目，列出筛选程序，定出筛选应力，确定筛选方法，规定失效判据和各项筛选允许的剔除率和总的剔除率等。她所遵循的原则包以下： (1)筛选要有效地剔除早期失效产品 (2)为提高筛选率，可使用强应力筛选，不致产生新实效模式 (3)筛选项目和应力不必只是模拟使用情况，可以是不可能出现的 (4)试验设计前，设计者必须对元器件供应者正常筛选效率有所掌握 (5)试验程序必须是加应力筛选在前，检查测试性筛选在后 (6)对被筛选对象可能的实效模式有所掌握 (7)为制定合理有效的率选方案，必须了解有关元器件特性，材料等 (8)将不可靠产品淘汰在上机前，减少不必要的损失,102,第一节 可靠性筛选和电子元器件老炼 三 筛选方案设计原则10,第一节 可靠性筛选和电子元器件老炼,四 电子元器件老炼 在元器件投入使用前，将使用中有可能发生参数漂移的剔除，这是老炼的目的。有的元器件虽说经筛选已可正常工作，但它的参数，性能不一定稳定。这种使性能，参数未定的过程叫老炼。 决定某种元器件上机前是否要进行老炼，主要取决于这种元器件的参数漂移是否影响使用可靠性。,103,第一节 可靠性筛选和电子元器件老炼 四 电子元器件老炼103,第二节 环境适应性试验,一 环境条件的分类及其对产品的影响 按照对产品影响的机理可分为气候，力学，生物，辐射，电磁条件等。 气候条件：温度，湿度，气压，风，雨，水，沙尘，油雾，等等 力学条件：振动，冲击，离心，碰撞，失重，声振，爆炸等等 生物条件：霉菌，昆虫等等动物 辐射条件：太阳紫外线，核爆炸，空间带电粒子等 电磁条件：电场，磁场，闪电，雷击，等等,104,第二节 环境适应性试验 一 环境条件的分类及其对产品的影响1,第二节 环境适应性试验,二 环境试验的方法 1 现场使用试验 现场使用试验可真实地反映产品在实际使用条件下的可靠性，同时，也是检验人工模拟实验准确性的依据。,105,第二节 环境适应性试验二 环境试验的方法105,第二节 环境适应性试验,2 天然暴露试验 就是把样品长期暴露于天然气候环境下，样品可处于工作负荷状态或贮存状态，通过定期观测，了解产品电参数，机械性能等。 3 人工模拟试验 在人工控制条件下试验，是在试验箱内或实验台上惊醒的，目的就是在短时间内观察产品所能承受的环境应力大小。它包括两类 (1)单项环境试验 (2)综合环境试验,106,第二节 环境适应性试验 2 天然暴露试验106,第三节 寿命试验和加速寿命试验,一 寿命试验的分类 长期寿命试验包括长期贮存试验和长期工作寿命试验。 根据应力施加的方式，可分为恒定应力，步进应力，序进应力加速寿命试验三种。,107,第三节 寿命试验和加速寿命试验 一 寿命试验的分类107,第三节 寿命试验和加速寿命试验,二 寿命试