浅析电子电气系统可靠性预计

电子电器系统可靠性预计程序：

a) 明确系统定义：包括说明系统功能、系统任务和系统各组成的接口；

b) 明确系统的故障判据；

c) 明确系统的工作条件；

d) 绘制系统的可靠性框图，可靠性框图绘制到进行失效模式及影响分析的最低单元层次；

e) 建立系统可靠性数学模型；

f) 预计各组成单元的可靠性指标；

g) 根据系统可靠性模型预计其基本可靠性或任务可靠性。

电子电器系统可靠性预计前提条件：

a) 系统组成单元只有故障与正常两种状态，不存在第三种状态；

b) 系统所有输入在规定范围之内，即不考虑由于输入错误而引起故障的情况；

c) 在进行可靠性建模时，不考虑系统中的简单结构件等；

d) 假设人员是完全可靠的，人员与系统之间没有相互作用问题；

e)系统的故障之间是相互独立的。

可靠性预计应随研制工作的进展而深化，一般分三个阶段：

1）可行性预计，用于方案论证阶段。在这个阶段，信息的详细程度只限于系统的总体情况、功能要求和结构设想。一般采用相似产品法或元件计数法，以工程经验来预计系统的可靠性，为方案决策提供依据。

2）初步预计，用于初步设计阶段。该阶段已有了工程图或草图，系统的组成已确定，可采用元件计数法或评分法预计系统的可靠性，发现设计中的薄弱环节并加以改进。

3）详细预计，用于详细设计阶段。这个阶段的特点是系统的各个组成单元都具有了工作环境和使用应力信息，可采用应力分析法或故障率预计法来较准确的预计系统的可靠性，为进一步改进设计提供依据。

 不同研制阶段可靠性预计方法的选取，见下表： 

6.1.1 基本可靠性建模

根据GJB 813-1990规定的程序和方法建立系统的基本可靠性模型。由于只对系统的基本可靠性进行预计，故可靠性预计模型为串联模型，见图2示例。

图2系统基本可靠性框图示例

6.1.2 基本可靠性预计

系统及其组成单元失效率（λ）确定：

可按GJB/Z 299C-2006提供的基本数据和方法进行预计，得出各个组成单元的失效率（λ_i）并累加求和，即可得出整个系统的失效率（λ_s）。如图2系统的失效率计算公式如下式1：

系统及其组成单元的基本可靠度（R）计算：

可根据6.1.2节可靠性预计结果并通过建立可靠度R与失效率λ的数学模型，即可计算出整个系统及其组成单元的基本可靠度。

若各单元的寿命分布均为指数分布，则图2系统各个单元的基本可靠度为:

式中：

λ_i——第i个组成部分的失效率；

t——任务工作时间。 

则图2系统的基本可靠度为：

R_s——系统的可靠度；

R_i——第i个组成部分的可靠度。

若图2系统中各单元的可靠度分别为R₁=0.92，R₂=0.93，R₃=0.95，R₄=0.98，则系统的基本可靠度R_s=0.92*0.93*0.95*0.98≈0.80。

6.2.1 任务可靠性建模

根据GJB 813-1990规定的程序和方法建立系统的任务可靠性模型。任务可靠性强调规定的任务剖面和完成任务的能力，所以建立任务可靠性模型首先需要确定任务剖面。一个系统的基本可靠性框图是唯一的，而任务可靠性框图则因任务不同而不同，应当根据不同的任务和任务剖面，画出其任务可靠性框图。见图3示例。

图3 系统任务可靠性框图示例

6.2.2 任务可靠性预计

系统及其组成单元失效率（λ）确定：

在进行任务可靠性预计时，单元的可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，如系统的任务故障率和致命故障间任务时间（MTBCF）等。但如果缺乏单元任务可靠性数据，也可以用GJB 813-1990推荐的可靠性预计方法得出的基本可靠性的预计值代替，但系统预计结果会偏保守。

系统及其组成单元的任务可靠度（R）计算：

1）先根据各个组成单元中各个模块冗余关系或代替工作模式，逐一建立每个组成单元的任务可靠性模型框图，按照组成单元的任务可靠性框图模型及串并联关系分别计算每个组成单元的失效率（λ_i）。根据各组成单元的失效率，按照可靠性数学模型计算出每个组成单元的任务可靠度R_i。

2）针对整个电子电气系统，如图3根据各个组成单元的冗余关系或代替工作模式，建立整个系统的任务可靠性框图，根据串并联关系结合各个组成单元的任务可靠度计算出整个系统的任务可靠度。

若图3系统中各单元的故障服从指数分布（见式2），则

1）单元1，由A1、A2、A3 组成，A1、A2 并联后与A3 串联，其任务可靠度为：

2）单元2，由B1、B2、C1、C2、D1、D2 组成，B1、B2、C1、C2、D1、D2 两两并联后再串联，其任务可靠度为：

3）单元3，由E1、E2、E3 组成，E1、E2 并联后与E3串联，其任务可靠度为：

4）单元4，由F1、F2、F3、F4、F5 组成，F1、F2、F3、F4两两并联后与F5串联，其任务可靠度为：

5）单元5，由G1、G2、G3、G4、G5 组成，G1、G2、G3、G4两两并联后与G5串联，其任务可靠度为：

6）单元6，由H组成，其任务可靠度为:

则图2系统的任务可靠度为：R_s=R₁×R₂×R₃×R₄×R₅×R₆（R₁~R₆结果计算代入略）

式中：

 R_s——系统的任务可靠度；

 R_i——各单元模块的任务可靠度；

 λ_i——各单元模块失效率，单位为10^-6/h；

 t ——任务工作时间。