可靠性-可靠性設(shè)計(jì)

1、4?？煽啃栽O(shè)計(jì)提高系統(tǒng)的可靠性，要從系統(tǒng)的設(shè)計(jì)著手。要使系統(tǒng)的元器件工作在正常狀態(tài)下，沒有過載超負(fù)荷等現(xiàn)象的發(fā)生，并且要有一定的裕度。也可以采用冗余貯備，使系統(tǒng)即使有個(gè)別元器件或設(shè)備出現(xiàn)故障仍能正常工作，譬如大型客機(jī)擁有四個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)，中型客機(jī)擁有兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)。也就是說有一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障，有另一個(gè)設(shè)備頂替它工作。因此，設(shè)計(jì)人員必須明確可靠性設(shè)計(jì)的目的并掌握可靠性設(shè)計(jì)的方法。4。1 可靠性設(shè)計(jì)的概念和意義可靠性設(shè)計(jì)是為了在設(shè)計(jì)過程中挖掘和確定隱患(和薄弱環(huán)節(jié))，并采取設(shè)計(jì)預(yù)防和設(shè)計(jì)改進(jìn)措施有效地消除隱患(和薄弱環(huán)節(jié))，即是研究在設(shè)計(jì)階段如何預(yù)測和預(yù)防各種可能發(fā)生的故障和隱患?？煽啃栽O(shè)計(jì)是可靠性工程的核

2、心，主宰著產(chǎn)品的固有(內(nèi)在)可靠性。產(chǎn)品在生產(chǎn)、使用、維修各階段中所出現(xiàn)的許多可靠性問題取決于設(shè)計(jì)階段的可靠性工作。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)就必須考慮到全壽命過程中與可靠性有關(guān)的諸因素。例如，各階段中可能遇到的各種環(huán)境應(yīng)力(包括工作環(huán)境、自然環(huán)境以及運(yùn)輸、貯存等環(huán)境的應(yīng)力)對(duì)產(chǎn)品可靠性的影響；防護(hù)、維修影響；操作時(shí)失誤等各種影響?！翱煽啃栽O(shè)計(jì)”的理解中是十分廣義的，JSI標(biāo)準(zhǔn)定義為“賦予產(chǎn)品可靠性為目的的設(shè)計(jì)技術(shù)”。它既包括了應(yīng)用可靠性理論設(shè)計(jì)的方法，也包括了傳統(tǒng)的和從實(shí)踐總結(jié)出的有利于提高可靠性設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)?；旧希煽啃詾楫a(chǎn)品的重要質(zhì)量特性之一，也是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)參數(shù)之一。在產(chǎn)品壽命周期的整個(gè)研發(fā)設(shè)計(jì)

3、過程中，由設(shè)計(jì)人員努力所建立植入產(chǎn)品中?；诂F(xiàn)代產(chǎn)品對(duì)可靠性的重視與要求，特別是現(xiàn)代精密的產(chǎn)品，缺乏完善的可靠性設(shè)計(jì)與分析技術(shù)和作業(yè)能量，是無法在競爭激烈的市場上占有一席之地的。為達(dá)到此一目標(biāo)，首先要確定產(chǎn)品的可靠性需求，然后運(yùn)用各種適切的設(shè)計(jì)方法與程序，導(dǎo)入各種分析手法，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中將可靠性需求轉(zhuǎn)換成各層次的設(shè)計(jì)特性參數(shù)，如此才能事先預(yù)防在使用時(shí)可能發(fā)生的失效現(xiàn)象，達(dá)到確保產(chǎn)品可靠性水平的目的，此即所謂可靠性是設(shè)計(jì)入產(chǎn)品的。定量計(jì)算和定性分析(例如FMEA、FTA)等主要是評(píng)價(jià)產(chǎn)品現(xiàn)有的可靠性水平或找出薄弱環(huán)節(jié)，而要提高產(chǎn)品的固有可靠性，只有通過各種具體的可靠性設(shè)計(jì)方法。隨著武器裝備的

4、發(fā)展，裝備的自動(dòng)化、智能化、電子化水平的不斷提高，系統(tǒng)工作環(huán)境更趨復(fù)雜和惡劣，因而帶來一系列新的問題。例如，由于存在“潛在通路”而引起系統(tǒng)功能異?；蛞种普９δ埽虼艘M(jìn)行潛在通路的分析；由于系統(tǒng)、設(shè)備工作后產(chǎn)生的熱量積累，使它們周圍環(huán)境溫度急驟上升而導(dǎo)致元器件故障率的增大，從而降低了它們的可靠性，這就需要進(jìn)行熱設(shè)計(jì)；武器裝備上裝了許多完成不同功能的計(jì)算機(jī)，如果它們的軟件發(fā)生故障，計(jì)算機(jī)就無法完成其規(guī)定的功能，這就需要進(jìn)行軟件可靠性的研究等等；此外，除了研究產(chǎn)品工作狀態(tài)的可靠性問題外，對(duì)于非工作狀態(tài)對(duì)產(chǎn)品可靠性的影響亦應(yīng)進(jìn)行研究?，F(xiàn)代產(chǎn)品的研發(fā)制造，主要是為了滿足顧客的需要。一般而言，顧客的需

5、要通常是模糊的而且大多只是定性的描述，常見者如功能合理、操作方便、保證安全、容易維修等。 設(shè)計(jì)人員的任務(wù)就是如何將顧客的需要轉(zhuǎn)換成產(chǎn)品生產(chǎn)制造時(shí)所需要的零件、材料與過程規(guī)格。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行研發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，除了基本的功能之外，必須以顧客能夠理解的產(chǎn)品效能(performance)來表示，以便和顧客溝通。所謂產(chǎn)品效能乃是產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時(shí)必須由設(shè)計(jì)人員所賦予的物品特性(characteristics)，也就是目前國際質(zhì)量系統(tǒng)ISO 9000 中對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量的定義。 產(chǎn)品效能為產(chǎn)品所具有的能力，因產(chǎn)品不同而異，一般可從功能效能、實(shí)體效能、運(yùn)動(dòng)效能、能源效能、使用效能、時(shí)間效能、安全效能、環(huán)保效能以及經(jīng)濟(jì)效能等

6、方面加以考慮，一般產(chǎn)品效能架構(gòu)如圖1 所示。功能效能為設(shè)計(jì)人員對(duì)于顧客需要的基本考慮項(xiàng)目，包括主要功能、輔助功能及美學(xué)功能。實(shí)體或結(jié)構(gòu)效能是功能載體對(duì)外界負(fù)載條件的承受能力，包括重量、精度、強(qiáng)度、剛度、耐磨性、耐蝕性、熱穩(wěn)定性、振動(dòng)穩(wěn)定性等。能源效能是工作條件的表現(xiàn)，包括負(fù)載種類、大小與性質(zhì)，消耗功率大小、效率高低。運(yùn)動(dòng)效能是產(chǎn)品載體搬運(yùn)及運(yùn)動(dòng)的需求，如速度大小、起動(dòng)性、加速性、制動(dòng)性、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性等。時(shí)間效能為產(chǎn)品能力在壽命周期中隨時(shí)間變化的表現(xiàn)，包括可用度、可靠性、測試度、維護(hù)度、支持度與耐久度等。安全效能是指產(chǎn)品對(duì)于人員與財(cái)物方面造成侵權(quán)行為的影響，包括系統(tǒng)安全、工業(yè)安全、公共安全等。環(huán)保

7、效能為產(chǎn)品對(duì)社會(huì)環(huán)境方面的影響程度，如會(huì)產(chǎn)生多少污染物、噪音量，以及減廢與回收等。     這些使用者要求及產(chǎn)品效能需求，對(duì)于一個(gè)具體的契約型系統(tǒng)與設(shè)備而言，在其設(shè)計(jì)計(jì)劃書或契約書中會(huì)有詳細(xì)的規(guī)定。若是市場型產(chǎn)品，則有賴市場開發(fā)部門與研發(fā)部門人員的共同努力。這些要求與需求，自然是設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中必須考慮的重點(diǎn)問題。除此之外，在設(shè)計(jì)時(shí)還必須考慮產(chǎn)品的制造方法(可產(chǎn)度)與經(jīng)濟(jì)性(壽命周期成本)、并本著持續(xù)改善的精神以適應(yīng)現(xiàn)代市場競爭力及逐漸縮減的產(chǎn)品市場壽命周期的趨勢。 整體而言，一般的設(shè)計(jì)人員對(duì)于功能、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)等效能大都有具體的概念，并且可以在設(shè)計(jì)過程中導(dǎo)入適

8、切技術(shù)與方法。至于能源、環(huán)保與安全效能，則是近年來國際及國家法規(guī)約束的焦點(diǎn)，甚至有消費(fèi)者保護(hù)機(jī)構(gòu)及環(huán)保團(tuán)體等，有專人進(jìn)行效能的強(qiáng)制評(píng)審，自然不宜掉以輕心。至于時(shí)間效能，特別是其中扮演著最重要角色的可靠性效能，一般設(shè)計(jì)人員大多僅為定性的初步階段，對(duì)于可靠性的認(rèn)知也是極為模糊的。因此，現(xiàn)代的設(shè)計(jì)人員除了必須考慮能源、安全及環(huán)保效能外，還必須將時(shí)間效能，特別是可靠性效能的考慮列為設(shè)計(jì)過程的重點(diǎn)項(xiàng)目，亦即了解及實(shí)施可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)。 可靠性效能是物品能夠達(dá)成任務(wù)的能力指針之一，其量測指標(biāo)為可靠性?？煽啃缘亩x為物品于既定的時(shí)間內(nèi)，在特定的使用與環(huán)境條件下，執(zhí)行特定的功能，能夠圓滿成功的達(dá)成任務(wù)的機(jī)率。簡

9、單的說，可靠性設(shè)計(jì)乃應(yīng)用可靠性理論、技術(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)資料，在滿足規(guī)定的物品可靠性指標(biāo)下前題，對(duì)零件、組件、模塊、單機(jī)、機(jī)器設(shè)備、分系統(tǒng)及系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的工作。廣義而言，就是在設(shè)計(jì)時(shí)，整體考慮使用者要求、產(chǎn)品效能需求及壽命周期成本，并且對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證、確認(rèn)與保證。  可靠性設(shè)計(jì)的目的是在于提高產(chǎn)品的質(zhì)量水平，包括功能指針與可靠性指針。在設(shè)計(jì)過程中，通過可靠性理論與技術(shù)的采用，使所設(shè)計(jì)的物品在一定的拘束條件下，獲得最適的可靠性結(jié)果，或者在規(guī)定的可靠性指標(biāo)前題下，使某些設(shè)計(jì)拘束條件值達(dá)到最小?？偠灾?，就是使設(shè)計(jì)的物品在規(guī)定的條件下、規(guī)定的使用時(shí)間內(nèi)、完成規(guī)定的功能任務(wù)時(shí)，失效機(jī)率最

10、小、維修容易、有效度高、成本效益高、經(jīng)濟(jì)壽命長。4。2 可靠性設(shè)計(jì)的內(nèi)容4。2。1 內(nèi)容可靠性設(shè)計(jì)的主要任務(wù)就是通過可靠性預(yù)測、分析、試驗(yàn)和改進(jìn)等可靠性活動(dòng)，把可靠性要求設(shè)計(jì)到產(chǎn)品文件與圖紙中去行成產(chǎn)品的內(nèi)在可靠性?？煽啃栽O(shè)計(jì)是整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作中的一個(gè)重要組成部分，它與廣項(xiàng)功能設(shè)計(jì)相輔相成，通過功能設(shè)計(jì)可初步確定產(chǎn)品的功能與結(jié)構(gòu)，運(yùn)用可靠性設(shè)計(jì)，對(duì)產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)和改進(jìn)，使產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)更趨于完善。關(guān)于可靠性設(shè)計(jì)有這樣一些觀點(diǎn)： （1） 可靠性設(shè)計(jì)是產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)的一部分，因?yàn)榭煽啃圆荒茈x開功能獨(dú)立存在，在進(jìn)行基本功能設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮可靠性。 （2） 可靠性設(shè)計(jì)的目的是以最少的費(fèi)用達(dá)到所要

11、求的可靠性目的。 （3） 可靠性設(shè)計(jì)采用的方法，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)，使用要求和技術(shù)、數(shù)據(jù)條件等決定，其常用方法主要有可靠性模型的建立、可靠性要求的制定及可靠性分配、可靠性預(yù)測、故障模式影響和危害性分析（FMECA）、故障樹分析及事件樹分析等方法。具體地說，可靠性設(shè)計(jì)的基本工作內(nèi)容一般依產(chǎn)品設(shè)計(jì)內(nèi)容分為產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品零部件設(shè)計(jì)兩大部分。設(shè)計(jì)內(nèi)容 可靠性設(shè)計(jì)的具體項(xiàng)目 產(chǎn)品（系統(tǒng)）設(shè)計(jì)根據(jù)功能、成本和時(shí)間限制決定產(chǎn)品系統(tǒng)可靠性要求 確定產(chǎn)品系統(tǒng)的工作環(huán)境條件 制定產(chǎn)品系統(tǒng)可靠性規(guī)范 確定對(duì)產(chǎn)品包裝、運(yùn)輸、使用、保管等方面可靠性要求 編制生產(chǎn)制造過程中可靠性控制計(jì)劃 確定產(chǎn)品系統(tǒng)的維修難易程度及安全

12、性等方面基本要求 零部件設(shè)計(jì)規(guī)定零部件可靠性要求 規(guī)定零部件技術(shù)性能指標(biāo) 確定可靠性試驗(yàn)方法與要求 列出具有高可靠性及低可靠性的零部件清單 確定零部件失效率要求值 確定所選部件的壽命和非周久性部件的檢查及其互換標(biāo)準(zhǔn) 確定重要零部件的獲得、使用和試驗(yàn)方法 設(shè)計(jì)零部件的安全系數(shù) 采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)方式 進(jìn)行安全設(shè)計(jì) 確定沖擊、振動(dòng)、緩沖框架、減震裝置的壽命預(yù)測可靠性和更改設(shè)計(jì) 分析典型部件的失效覆式，明確其所引起的影響 審查零部件的可靠性 進(jìn)行零部件的壽命試驗(yàn)和破壞性試驗(yàn)，并把各種試驗(yàn)結(jié)果 和指標(biāo)相比較，進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)更改 對(duì)軟件的可靠性進(jìn)行設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和審查系統(tǒng)與設(shè)備可靠性有百分之八十取決于固有可靠性，

13、而固有可靠性是在設(shè)計(jì)時(shí)就必須賦予產(chǎn)品的。在一個(gè)系統(tǒng)中，各部位所要求的可靠性不一定是同樣重要的，如果在這些部位中使用的組件功能相同，那就需要將最可靠的組件用在最重要的部位上；如果各部位所用的組件不同，或者工作原理不同，則需要找出一種設(shè)計(jì)布局的方案，使得在規(guī)定的研制預(yù)算費(fèi)用、進(jìn)度及其它條件限制之下，系統(tǒng)有最大的可靠性，或者使系統(tǒng)在可靠性滿足規(guī)定要求的前提下，所付出的研制代價(jià)最小，這就是可靠性設(shè)計(jì)與分析技術(shù)所要探討的問題。4。2。2可靠性設(shè)計(jì)工作項(xiàng)目分類在今日隨處可遇到復(fù)雜系統(tǒng)中，任一組件的失效都會(huì)造成極為嚴(yán)重的后果。因此，可靠性與設(shè)計(jì)工程人員的主要目標(biāo)，就是先考慮成本、可靠性、重量、體積等各種因素

14、，而后選擇最適的設(shè)計(jì)。為達(dá)成此一目標(biāo)，必須有一套在設(shè)計(jì)階段就能估計(jì)物品可靠性的方法。在系統(tǒng)與設(shè)備研發(fā)設(shè)計(jì)之初，就應(yīng)該考慮產(chǎn)品的可靠性需求，唯有在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)就將可靠性需求轉(zhuǎn)換成設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)分析，并且運(yùn)用各種優(yōu)良的工藝制造技術(shù)，才能事先預(yù)防在使用時(shí)可能發(fā)生的失效現(xiàn)象，達(dá)到確保產(chǎn)品可靠性水平的目的，此即所謂可靠性是設(shè)計(jì)入(design-in)與制造入(build-in)產(chǎn)品的。基本上，可靠性為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)參數(shù)之一，是在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中由設(shè)計(jì)人員努力所建立的。設(shè)計(jì)定型后，不管有多完善的生產(chǎn)計(jì)劃、質(zhì)量計(jì)劃、或維修計(jì)劃，產(chǎn)品操作使用時(shí)的操作可靠性(operational reliability)永

15、遠(yuǎn)不會(huì)超過其設(shè)計(jì)值。因此，在研發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，由設(shè)計(jì)人員與制造人員所賦予產(chǎn)品的可靠性又稱為固有可靠性(inherent reliability)。 無論是公司整體的可靠性作業(yè)項(xiàng)目、或是與項(xiàng)目計(jì)劃產(chǎn)品可靠性有關(guān)的各項(xiàng)活動(dòng)，統(tǒng)稱為可靠性工作。關(guān)于可靠性工作的定義與架構(gòu)，以美軍標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-785 的歷史最早同時(shí)內(nèi)容也最為完整，特別是1980 年發(fā)行的B 版，做了相當(dāng)大的變革，擺脫往常對(duì)于計(jì)劃工作內(nèi)容條列陳述的方式，將相關(guān)的工作項(xiàng)目按照類似屬性加以分類，稱之為要項(xiàng)(element)，然后再說明每一要項(xiàng)的細(xì)部內(nèi)容，稱為工作子項(xiàng)(task)。依據(jù)美軍標(biāo)準(zhǔn)785B 之規(guī)定，一個(gè)研發(fā)與生展項(xiàng)目計(jì)劃的可靠性工

16、作可分為計(jì)劃監(jiān)測與管制(100 系列工作要項(xiàng))、設(shè)計(jì)與評(píng)估(200 系列工作要項(xiàng))、發(fā)展與生產(chǎn)試驗(yàn)(300 系列工作要項(xiàng)) 等三大類。其中和設(shè)計(jì)與分析有關(guān)的工作又分為可靠性模型化(201)、可靠性分配 (202)、可靠性預(yù)計(jì)(203)、失效模式效應(yīng)與關(guān)鍵性分析(204)、潛行線路分析(205)、電子零件與電路容差分析(206)、零件計(jì)劃(207)、可靠性關(guān)鍵物品(208)、功能測試儲(chǔ)存搬運(yùn)包裝運(yùn)輸與維護(hù)之效應(yīng)(209)九個(gè)工作子項(xiàng)。 自從ISO 9000 質(zhì)量系統(tǒng)要求逐漸國際化之后，可靠性的問題也漸漸受到重視，整合此方面的國際標(biāo)準(zhǔn)即為IEC 300 可恃度管理標(biāo)準(zhǔn)系列。IEC 300 系列將可

17、恃度(亦即廣義的可靠性)工作依照特性分為與產(chǎn)品或項(xiàng)目無關(guān)和與產(chǎn)品或項(xiàng)目有關(guān)兩大類。其中工程；分析、預(yù)估及設(shè)計(jì)審查等為和可靠性設(shè)計(jì)與分析有關(guān)的工作要項(xiàng)，其中工程要項(xiàng)包括可靠性工程、維護(hù)度工程、維護(hù)支持工程、測試度工程及人性因子工程等工作子項(xiàng)；分析、預(yù)估與設(shè)計(jì)審查則包括缺陷模式與效應(yīng)分析、缺陷樹分析、應(yīng)力與負(fù)載分析、人性因子分析、預(yù)估、擇適分析、風(fēng)險(xiǎn)分析、正式設(shè)計(jì)審查等工作子項(xiàng)。   從產(chǎn)品供應(yīng)者亦即生產(chǎn)者的觀點(diǎn)而言，可靠性工作項(xiàng)目依照其型態(tài)與特性分為管理、工程與計(jì)算三種模式。另外依其性質(zhì)大致可分歸納為規(guī)劃與管理、設(shè)計(jì)與分析、驗(yàn)證與評(píng)估、及文件與信息等四大類。其中設(shè)計(jì)與分析工作

18、包括：可靠性需求與規(guī)格、可靠性模型訂定與應(yīng)用、可靠性配當(dāng)、可靠性預(yù)估、可靠性設(shè)計(jì)分析、電子零件/電路容差分析、電熱及機(jī)械應(yīng)力分析、失效模式效應(yīng)與關(guān)鍵性分析、缺陷樹分析與潛行線路分析、零件與材料選用、功能測試與維修效應(yīng)分析、以及儲(chǔ)存搬運(yùn)與運(yùn)輸效應(yīng)分析等項(xiàng)目。4。3 可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則4。3。1 可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的含義  在系統(tǒng)與設(shè)備的研發(fā)過程中，不論其設(shè)計(jì)工作是根據(jù)理論推演，或者是應(yīng)用過去累積的經(jīng)驗(yàn)，為使設(shè)計(jì)產(chǎn)品具有高可靠性水平、符合顧客的需求，在設(shè)計(jì)之前和設(shè)計(jì)進(jìn)行中有許多必須注意或必須考慮的規(guī)定或原則事項(xiàng)。其中有些規(guī)定的項(xiàng)目，是在設(shè)計(jì)過程中必須嚴(yán)格遵守者，一般稱之為可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則(Reli

19、ability Design Criteria)；有些則要求較為松、在設(shè)計(jì)時(shí)僅做為參考應(yīng)用的事項(xiàng)，一般稱之為可靠性設(shè)計(jì)指引(Reliability Design Guidelines)。當(dāng)然，并非每一件研發(fā)設(shè)計(jì)工作都必須使用或考慮到所有的準(zhǔn)則與指南，在應(yīng)用時(shí)，應(yīng)該視研發(fā)對(duì)象的特性而加以裁適，如此所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，其可靠性需求必可輕易達(dá)成，在驗(yàn)證時(shí)可以不必花太多的成本和時(shí)間，達(dá)到事半功倍的效果。4。3。2 可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的意義和作用可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是把已有的、相似的產(chǎn)品的工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)起來，使其條理化、系統(tǒng)化、科學(xué)化，成為設(shè)計(jì)人員進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)所遵循的原則和應(yīng)滿足的要求?？煽啃栽O(shè)計(jì)準(zhǔn)則一般都是針對(duì)某個(gè)型

20、號(hào)或產(chǎn)品的，建立設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是工程項(xiàng)目可靠性工作的重要而有效的工作項(xiàng)目。除型號(hào)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則外，有一些某種類型的可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，例如：軍飛機(jī)可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、民用飛機(jī)可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、直升機(jī)可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、機(jī)載設(shè)備可靠性通用準(zhǔn)則等等。但是，這些共性的可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則不能代替工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，應(yīng)將其剪裁、增補(bǔ)成為各型號(hào)或產(chǎn)品專用的可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。 可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是進(jìn)行可靠性定性設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。在可靠性設(shè)計(jì)工作中，當(dāng)產(chǎn)品的可靠性要求難于規(guī)定定量要求時(shí)，就應(yīng)該規(guī)定定性的可靠性設(shè)計(jì)要求，為了滿足定性要求，必須采取一系列的可靠性設(shè)計(jì)措施，而制定和貫徹可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是一項(xiàng)重要內(nèi)容。例如：由于元器件是系統(tǒng)的基本組成單元

21、，因此，在設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)是選擇、規(guī)定和控制用于該系統(tǒng)的元器件，這就需要制定元器件選擇和控制的規(guī)范、準(zhǔn)則以及優(yōu)選元器件清單。 貫徹設(shè)計(jì)準(zhǔn)則可以提高產(chǎn)品的固有可靠性。產(chǎn)品的固有可靠性是設(shè)計(jì)和制造賦予產(chǎn)品的內(nèi)在可靠性，是產(chǎn)品的固有屬性。而設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為設(shè)計(jì)人員在可靠性設(shè)計(jì)中必須遵循的原則。按此準(zhǔn)則設(shè)計(jì)，就可以避免一些不該發(fā)生的故障，從而提高產(chǎn)品的可靠性。如：采用余度可提高任務(wù)可靠性。 可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是使可靠性設(shè)計(jì)和性能設(shè)計(jì)相結(jié)合的有效辦法。在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員只要認(rèn)真貫徹設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，就能把可靠性設(shè)計(jì)到產(chǎn)品中去，從而提高產(chǎn)品的可靠性。如：簡化設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是指在達(dá)到產(chǎn)品性能要求的前提下，把產(chǎn)品盡可能的設(shè)

22、計(jì)得簡單，這樣也可減少故障的發(fā)生，同時(shí)又有利于實(shí)現(xiàn)成本、質(zhì)量、尺寸等其他性能指標(biāo)要求。 工程實(shí)用價(jià)值高，費(fèi)效比低。可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則主要是經(jīng)驗(yàn)的積累，不需要花費(fèi)金錢去做試驗(yàn)或進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算。但貫徹了設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，避免不少故障的發(fā)生，取得的效益是很大的，因此它的費(fèi)用比較低。而且，貫徹設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，設(shè)計(jì)人員不需要深厚的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和對(duì)可靠性理論的深刻理解，簡單易懂，只要按設(shè)計(jì)準(zhǔn)則逐條貫徹即可，因而它受到工程技術(shù)人員的歡迎。4。3。3 制定可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的依據(jù)及主要內(nèi)容4。3。3。1 依據(jù)編制可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的主要依據(jù)，一般有： 合同規(guī)定的可靠性定性、定量要求。 合同規(guī)定引用的有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)等提出的可靠性設(shè)

23、計(jì)要求或準(zhǔn)則。 同類型產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及可供參考采用的通用可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。 產(chǎn)品的類型、重要程度及使用特點(diǎn)等。4。3。3。2 可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的主要內(nèi)容常見的可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與指南項(xiàng)目，一般性從可靠性關(guān)點(diǎn)考慮者包括：(1)。 制定元器件大綱 (2)。 簡單化(Simplicity) (3)。 模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化(Modularity and Standardization) (4)。 容錯(cuò) (Fault Tolerance)、容損(Damage Tolerance)與復(fù)聯(lián)(Redundancy)設(shè)計(jì) (5)。 測試性(Testability) (6)。 操作、儲(chǔ)存與運(yùn)輸(Operation， S

24、torage and Transportation (7) )人員工程(Human Engineering)（8）降額設(shè)計(jì)（9）余度設(shè)計(jì)（10）熱設(shè)計(jì)（11）防腐蝕、老化設(shè)計(jì)?？煽啃怨こ虒W(xué)的價(jià)值和魅力恰恰在于，它從理論的高度揭示了產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)遵循的共同規(guī)律?？煽啃栽O(shè)計(jì)之一般性參考數(shù)據(jù)如下：(1)。 MIL-HDBK-338-1， (1984)， Electronic Reliability Design Handbook (2)。 MIL-STD-454M (1989)， Standard General Requirements for Electronic Equipment Req

25、uirement 35： Reliability。 (3)。 AMCP 706-124， Engineering Design Handbook： Reliable Military Electronics， Headquarters U。S。 Army Materiel Command， 5001 Eisenhower Ave， Alexandria， VA 22333， AD#A025665。 (4)。 AMCP 706-196， Engineering Design Handbook： Design for Reliability， AD#A027370。 (5)。 RADC-TR-84

26、57 (1984)， Reliability， Testability Design Considerations for Fault Tolerance Systems。(6)。 RADC-TR-88-304 (1988)， Reliability Design Criteria for High Power Tubes。(7)。 Ireson (1989)， Handbook of Reliability Engineering and Management 18。3。11 Reliability Design Guidelines。（1）制定元器件大綱為了達(dá)到和保持設(shè)備的固有可靠性，減少

27、元器件、零部件品種、降低保障費(fèi)用和系統(tǒng)壽命周期費(fèi)用，必須控制標(biāo)準(zhǔn)元器件和非標(biāo)準(zhǔn)元器件的選擇和使用。元器件一般指的是電子、電氣系統(tǒng)的基礎(chǔ)產(chǎn)品，如：半導(dǎo)體、集成電路、電阻、電容、變壓器、繼電器、電纜、光導(dǎo)纖維等。而零部件一般指的是機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)產(chǎn)品，如：螺栓、螺帽、軸承、銷子、彈簧、軟管、齒輪、密封件等。裝備(如一臺(tái)電子設(shè)備、一顆衛(wèi)星、一架飛機(jī)、一艘潛艇等)就是由各種基礎(chǔ)產(chǎn)品即由各種元器件、零部件構(gòu)成的。由于其數(shù)量、品種眾多，所以它們的性能、可靠性、費(fèi)用等參數(shù)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)性能、可靠性、壽命周期費(fèi)用等影響極大。如果承制方在研制早期就開始對(duì)元器件、零部件的應(yīng)用、選擇、控制予以重視，并貫徹于系統(tǒng)壽命周期，

28、就能大大提高系統(tǒng)的優(yōu)化程度。一個(gè)有效的元器件大綱所需要的投資，可以從降低系統(tǒng)壽命周期費(fèi)用，提高系統(tǒng)效能得到補(bǔ)償。比如使用標(biāo)準(zhǔn)件可以提高產(chǎn)品的固有可靠性和互換性，消除使用非標(biāo)準(zhǔn)件所需的設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)費(fèi)用，從而降低產(chǎn)品的成本。元器件大綱的主要內(nèi)容包括：元器件控制大綱、元器件的標(biāo)準(zhǔn)化、元器件應(yīng)用指南、元器件的篩選等。制定元器件大綱應(yīng)考慮裝備任務(wù)的關(guān)鍵性、元器件的重要性、生產(chǎn)的數(shù)量、裝備的維修方案、元器件的供應(yīng)、所占新元器件的百分比、元器件的標(biāo)準(zhǔn)化狀況等。元器件大綱中的各項(xiàng)工作與其他分析有關(guān)。如與安全性、質(zhì)量控制、維修性和耐久性等分析有關(guān)。上述任何一種分析都可能提出對(duì)不同元器件、零部件的要求。在某些

29、情況下，為了滿足系統(tǒng)的要求，需要質(zhì)量更高的新設(shè)計(jì)的元器件。而在另一種情況下，為了減少系統(tǒng)壽命周期費(fèi)用和保證供應(yīng)，則需要采用標(biāo)準(zhǔn)件。因而元器件大綱的制定和執(zhí)行必須充分體現(xiàn)權(quán)衡分析的精神。（2） 簡化設(shè)計(jì)   一般而言，系統(tǒng)或設(shè)備越復(fù)雜、所使用的零組件越多，其可靠性就越低。簡單化是一項(xiàng)設(shè)計(jì)實(shí)務(wù)，可促使系統(tǒng)或設(shè)備能夠較容易和以較廉價(jià)生產(chǎn)制造、操作使用、及維修保養(yǎng)。 簡化設(shè)計(jì)就是在保證產(chǎn)品性能要求的前提下，盡可能使產(chǎn)品設(shè)計(jì)簡單化。簡化設(shè)計(jì)可以提高產(chǎn)品的固有可靠性和基本可靠性。例如：作為替代F-4、A-T的美國F/A-18A戰(zhàn)斗機(jī)在設(shè)計(jì)中，對(duì)雷達(dá)、發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓系統(tǒng)采用了簡化

30、設(shè)計(jì)，取得了高可靠性的成效，F(xiàn)/A-18A的發(fā)動(dòng)機(jī)F-404只有14300個(gè)元件，而F-4的發(fā)動(dòng)機(jī)J-79有22000個(gè)元件，也就是說F-404所有元件數(shù)為J-79的三分之二，但推力兩者幾乎相等，而F-404的可靠性卻比J-79提高了4倍。 ，簡單化的需求與原則包括：(1)。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)不要太復(fù)雜。(2)。 減少零件及接口連接數(shù)量。(3)。 在現(xiàn)場使用層次，應(yīng)該盡量減少所需使用的手工具種類。(4)。 在使用現(xiàn)場應(yīng)該不需要有特殊支持設(shè)備或工具的需求。(5)。 減少支持工具與器材，同時(shí)測試與維修地點(diǎn)應(yīng)該很方便。(6)。 使用已經(jīng)使用證實(shí)，而且為高可靠性的線路。 簡單化設(shè)計(jì)常見的檢核項(xiàng)目如下：(1)。

31、 設(shè)備設(shè)計(jì)的復(fù)雜性是否減至最低程度？(2)。 可調(diào)式零件的使用是否減至最少？(3)。是否盡量避免使用需要磨擦或壓力接觸的機(jī)械組件？(4)。 調(diào)整的需求是否已經(jīng)減至最少？(5)。 是否盡量使用通用材料以代替特殊材料？(6)。 設(shè)計(jì)的再加工需求是否減至最低？(7)。 對(duì)不屬插入式之模塊或零件，安裝時(shí)是否使用四個(gè)以下的鎖緊裝置？為了實(shí)現(xiàn)簡化設(shè)計(jì)，可采取以下措施： # x+ |& w5 V4 V 盡可能減少產(chǎn)品組成部分的數(shù)量及其相互間的聯(lián)接。例如可利用先進(jìn)的數(shù)控加工及精密鑄造工藝，把過去要求很多零部組件裝配成的復(fù)雜部件實(shí)行整體加工及整體鑄造，成為一個(gè)部件； 盡可能實(shí)現(xiàn)零，部，組件的標(biāo)準(zhǔn)化，系列

32、化與通用化，控制非標(biāo)準(zhǔn)零，部，組件的比率。盡可能減少標(biāo)準(zhǔn)件的規(guī)格，品種數(shù)。爭取用較少的零，部，組件實(shí)現(xiàn)多種功能； 盡可能采用經(jīng)過考驗(yàn)的可靠性有保證的零，部，組件以至整機(jī)； 盡可能采用模塊化設(shè)計(jì)。（3） 模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化乃是設(shè)計(jì)選料件時(shí)，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)零件、扣件，及已經(jīng)經(jīng)過使用證實(shí)為高可靠性的套裝組件或軟件包，使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、與維修保養(yǎng)更方便、更經(jīng)濟(jì)。使用標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計(jì)可以增加生產(chǎn)力；同時(shí)，由于所需技術(shù)普及、具可交換性、換修快速、可以增加維修質(zhì)量、縮短維修時(shí)間，因而改進(jìn)系統(tǒng)或設(shè)備的維護(hù)度。 模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化的原則為：(1)。 使用標(biāo)準(zhǔn)扣件和零件(2)。 使用一致的尺寸和

33、形狀(3)。 使用導(dǎo)銷和鍵、槽連結(jié)設(shè)計(jì)(4)。 容易檢查與測試(5)。 迅速拆卸與組合(6)。 減少功能數(shù)目模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)常見的檢核項(xiàng)目如下：(1)。 除考慮效率因素外，設(shè)計(jì)中使用標(biāo)準(zhǔn)組件及料件是否達(dá)到最大界限？(2)。 類似的應(yīng)用中是否使用相同的物品或料件？(3)。 設(shè)計(jì)中是否盡量減少不同料件形態(tài)的使用數(shù)目？(4)。 設(shè)備名稱、標(biāo)簽及銘牌是否盡量的標(biāo)準(zhǔn)化？(5)。 相同或類似功能的設(shè)備控制面板是否采用相同或類似的位置和布置？(6)。 線路設(shè)計(jì)的安全欲度是否足夠、充分？(7)。 是否盡可能使用已經(jīng)驗(yàn)證、高可靠性的標(biāo)準(zhǔn)組件？(8)。 是否已經(jīng)建立與調(diào)整線路或零件有關(guān)的穩(wěn)定性需求？(9)。 回

34、授線路是否能保持固定的線路增益？(10)。 主要線路是否應(yīng)用可調(diào)節(jié)式電源？(11)。 是否可利用標(biāo)準(zhǔn)工具和現(xiàn)有設(shè)備實(shí)施制造、裝配及測試等作業(yè)？(12)。 是否可使用標(biāo)準(zhǔn)制造、裝配、檢驗(yàn)、試驗(yàn)及操作程序？(13)。 除非會(huì)損及產(chǎn)品可靠性，是否盡量使用插入式模塊與組件？(14)。 類似機(jī)能的模塊與零件在電氣、功能及物理方面是否具有可交換性或互換性？（4）容錯(cuò)容損與復(fù)聯(lián)設(shè)計(jì)對(duì)于有些設(shè)計(jì)而言，失效的發(fā)生是無法避免的，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取各種預(yù)防的措施，以減少該類失效的發(fā)生，或使發(fā)生造成的影響降至最低的程度。一般失效按其產(chǎn)生的效應(yīng)可分為危害性失效(fail-danger)和安全性失效(fail-safe)

35、。對(duì)安全或可靠性要求特別高系統(tǒng)，可采用復(fù)聯(lián)(redundancy)、容損(damage-tolerant)或容錯(cuò)(fault-tolerant)設(shè)計(jì)，以滿足任務(wù)需求。另外，在預(yù)防性維護(hù)(preventive maintenance)的規(guī)劃下，采用復(fù)聯(lián)設(shè)計(jì)可消除或減小失效停用時(shí)間(down time)。 采用容錯(cuò)與復(fù)聯(lián)設(shè)計(jì)雖可提高系統(tǒng)可靠性，但相對(duì)的亦增加系統(tǒng)的復(fù)雜性、重量、空間及電源消耗。此外，復(fù)聯(lián)件的增加，失效機(jī)率亦將增加。所以在采用容錯(cuò)與復(fù)聯(lián)設(shè)計(jì)之前，應(yīng)先衡量是否可采用其它的可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)，以替代復(fù)聯(lián)設(shè)計(jì)方法。 復(fù)聯(lián)設(shè)計(jì)原則可應(yīng)用于系統(tǒng)、分系統(tǒng)、設(shè)備、組件或零件的任一組合層次。常用的復(fù)聯(lián)設(shè)

36、計(jì)技術(shù)可分為主動(dòng)復(fù)聯(lián)與被動(dòng)復(fù)聯(lián)兩大類。容錯(cuò)與復(fù)聯(lián)設(shè)計(jì)常見的檢核項(xiàng)目如下：(1)。 是否廣泛采用功能錯(cuò)誤指示線路及儀具？(2)。 設(shè)備故障或失效可能造成的危害或損傷是否為最??？(3)。 設(shè)備故障或失效發(fā)生時(shí)是否有自愈的能力？(4)。 設(shè)計(jì)是否已考慮失效后不影響安全之需求？(5)。 各種室外金屬零件與設(shè)備是否有安裝適當(dāng)?shù)慕拥卦O(shè)計(jì)？(6)。 是否針對(duì)高壓電危害安裝保護(hù)措施？(7)。 電路設(shè)計(jì)是否考慮內(nèi)部鎖定裝置？(8)。 在火工及類似產(chǎn)品的操作地點(diǎn)是否確立安全規(guī)則及加裝安全防護(hù)措施？（5）測試性設(shè)計(jì)   一個(gè)經(jīng)濟(jì)、有效的產(chǎn)品，在研發(fā)設(shè)計(jì)階段，就應(yīng)該考慮設(shè)備在使用時(shí)能夠提供適當(dāng)?shù)臏y

37、試與檢驗(yàn)?zāi)芰考捌淇赡苄耘c可行性。大部份的研發(fā)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)初期往往忽略在生產(chǎn)制造及顧客使用時(shí)測試能量的必要性，等到了發(fā)展后期才想到增加此一能量，結(jié)果只有造成困擾及增加成本。 設(shè)計(jì)人員必須了解產(chǎn)品詳細(xì)的可測試性、維修保養(yǎng)需求、及支持設(shè)備性能等，才能在采用自動(dòng)測試、自我測試、或手動(dòng)測試之間作設(shè)計(jì)擇優(yōu)的決定。測試性設(shè)計(jì)常見的檢核項(xiàng)目如下：(1)。 設(shè)計(jì)是否視需要使用自測設(shè)備？(2)。 自測項(xiàng)目的內(nèi)容與深度是否與維護(hù)度水平相匹配？(3)。 自測功能是否自動(dòng)化？(4)。 是否具備故障直接指示裝置(如指示燈、音響訊號(hào)等)？ (5)。 是否視需要使用持續(xù)性的功能監(jiān)測設(shè)備？(6)。 是否提供測試點(diǎn)以協(xié)助檢查及隔

38、離故障或失效部位？(7)。 測試點(diǎn)位置是否很容易接近并且與維護(hù)需求相匹配？(8)。 測試點(diǎn)次序是否按功能需求及測試方便性安排？(9)。 對(duì)于可更換零件是否提供直接功能測試點(diǎn)？(10)。 測試點(diǎn)是否加上適當(dāng)?shù)臉?biāo)簽、編上唯一的編號(hào)及加注應(yīng)顯示的信號(hào)與輸出量測值？(11)。 測試點(diǎn)是否有足夠的照明，以利看清號(hào)碼、卷標(biāo)及信號(hào)值？(12)。 模塊之間是否有足夠的位置與空間，以利裝配、測試與維修作業(yè)之進(jìn)行而不會(huì)影響或移動(dòng)其它組件？(13)。 重要件或有操作壽限件是否加裝或配備定時(shí)器？（6）操作、儲(chǔ)存與運(yùn)輸設(shè)計(jì)系統(tǒng)與設(shè)備一但制造完成后，其性能隨時(shí)間會(huì)有所改變，特別是在漫長的后勤補(bǔ)給搬運(yùn)及儲(chǔ)存期間，設(shè)備會(huì)惡化

39、或功能退化。為減低性能退化情形，保持設(shè)備固有的設(shè)計(jì)入可靠性，在設(shè)計(jì)之初必須確定設(shè)備在儲(chǔ)存、搬運(yùn)、運(yùn)輸、惰態(tài)(domancy) 、儲(chǔ)存定期測試期間所可能造成的疵病、預(yù)測其變化率、分析這些疵病可能引起的效應(yīng)，設(shè)計(jì)及選用適當(dāng)?shù)谋４?、包裝及運(yùn)送打包措施與材料，并擬訂定期測試程序、維修及監(jiān)測計(jì)劃，以掌握及管制設(shè)備的可靠性與操作備便性。 操作、儲(chǔ)存及運(yùn)輸設(shè)計(jì)常見的檢核項(xiàng)目如下：(1)。 設(shè)計(jì)時(shí)是否已經(jīng)考慮儲(chǔ)存與運(yùn)輸?shù)沫h(huán)境需求？(2)。 零件壽命是否都已經(jīng)確定？(3)。 壽限件是否訂定有維修更換作業(yè)規(guī)定與程序？(4)。 設(shè)備的搬送與運(yùn)輸環(huán)境條件是否已經(jīng)規(guī)定清楚？(5)。 設(shè)備是否容易拆裝，以便運(yùn)送到另一地點(diǎn)

40、？(6)。 設(shè)備拆裝后重新組合操作是否影響其性能及可靠性？(7)。 設(shè)備搬運(yùn)設(shè)備及打包需求是否規(guī)定清楚？(8)。 設(shè)備搬運(yùn)設(shè)備的選用是否基于成本效益而加以考慮？(9)。 設(shè)備包裝是否按機(jī)能不同而加以設(shè)計(jì)？(10)。 設(shè)備的儲(chǔ)存環(huán)境條件是否已經(jīng)規(guī)定清楚？(11)。 設(shè)備經(jīng)長期儲(chǔ)存后是否會(huì)造成或發(fā)生過度降級(jí)或退化現(xiàn)象？(12)。 設(shè)備在儲(chǔ)存期間是否擬訂定期測試及維修需求？(13)。 設(shè)備在儲(chǔ)存期間的定期測試及維修需求是否已經(jīng)消除或減低至最少？(14)。 設(shè)備在儲(chǔ)存期間的定期測試及維修資源是否規(guī)定清楚？(15)。 所有測試電纜、接線是否加上標(biāo)識(shí)？(16)。 零件與模塊的維修更換是否很便捷？(17)。

41、 維修門是否開在適當(dāng)?shù)奈恢?、使用活也門，以利維修作業(yè)之進(jìn)行？(18)。 維修開口大小是否適當(dāng)、并作最佳布置，以滿足維修需求？(19)。 維修門或開口是否加以標(biāo)志，以說明可以接近的對(duì)象、機(jī)件或工具？(20)。 利用絞煉開合的維修門在打開時(shí)是否能夠支撐固定？(21)。 維修門或開口是否使用最少的鎖緊機(jī)件？(22)。 鎖定機(jī)件是否采用急釋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)？(23)。 維修門之開關(guān)是否可以不必使用其它工具？(24)。 維修門開關(guān)工具數(shù)量需求是否保持最少，并盡可能使用標(biāo)準(zhǔn)工具？（7）人員工程設(shè)計(jì)   人員工程的范疇包括考慮人員心理因素的人性因子與考慮人員身體結(jié)構(gòu)、物理特性的人體工程兩部份。在

42、發(fā)展與采購系統(tǒng)、設(shè)備及設(shè)施時(shí)應(yīng)用人性因子與人體工程之目的為經(jīng)濟(jì)的運(yùn)用人力資源，將人員與系統(tǒng)設(shè)計(jì)有效的整合在一起，發(fā)展或精進(jìn)人員、設(shè)備與軟件之間的接口關(guān)系，使系統(tǒng)在人員操作、維護(hù)或管制系統(tǒng)的效能達(dá)到需要的有效性需求。人性因子與人體工程設(shè)計(jì)常見的檢核項(xiàng)目如下：(1)。 設(shè)備或模塊是否有考慮防止安裝錯(cuò)誤的特別設(shè)計(jì)？(2)。 插入式模塊或零件是否不用工具就可安裝或取出？(3)。 組合件是否有導(dǎo)槽或?qū)фI，以協(xié)助安裝作業(yè)？(4)。 所有的模塊及零件是否均加上標(biāo)識(shí)？(5)。 模塊與零件的標(biāo)識(shí)是否在上方或容易看得見的位置？(6)。 操作控制面板是否考慮操作員的特性而作最佳安排？如操作員站著操作，面板離地高度應(yīng)

43、在40 至70 吋之間，較重要或精密者則在48 至64 吋之間，坐著操作的離地高度為30 吋。(7)。 類似的接頭與插座是否有防止插錯(cuò)的措施？(8)。 對(duì)稱型接頭與插座是否有固定位置或接腳的防愚措施？(9)。 連接器在聯(lián)接及拆松時(shí)，工作人員是否能緊緊握牢？(10)。 連接器、接頭、插座是否有適當(dāng)?shù)臉?biāo)識(shí)？(11)。 在測試及維修人員會(huì)接觸到的握把或部位，如果接近高壓區(qū)域是否有適當(dāng)?shù)慕^緣防護(hù)措施？(12)。 突出的設(shè)備是否予以消除或加裝適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施？（8） 降額設(shè)計(jì) 降額設(shè)計(jì)就是使元器件或設(shè)備工作時(shí)承受的工作應(yīng)力適當(dāng)?shù)陀谠骷蛟O(shè)備規(guī)定的額值，以達(dá)到延緩其參數(shù)退化，可以有效地降低元器件的失效率，

44、提高電子設(shè)備可靠性。電子產(chǎn)品和機(jī)械產(chǎn)品都應(yīng)做適當(dāng)?shù)慕殿~設(shè)計(jì)，因電子產(chǎn)品的可靠性對(duì)其電應(yīng)力和溫度應(yīng)力敏感，故而降額設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)電子產(chǎn)品則顯得尤為重要，成為可靠性設(shè)計(jì)中必不可少的組成部分。在降額設(shè)計(jì)中，“降”得越多，要選用的元器件在性能就應(yīng)該越好，成本也就越高，所以在降額設(shè)計(jì)過程中，要綜合考慮。對(duì)于各類電子元器件，都有其最佳的降額范圍，在此范圍內(nèi)工作應(yīng)力的變化對(duì)其失效率有較明顯的影響，在設(shè)計(jì)上也較容易實(shí)現(xiàn)，并且不會(huì)在設(shè)備體積，重量和成本方面付出過大的代價(jià)。過度的降額并無益處，會(huì)使元器件的特性發(fā)生變化或?qū)е略骷?shù)量不必要的增加或無法找到適合的元器件，反而對(duì)設(shè)備的正常工作和可靠性不利。 7 m% V；

45、降額參數(shù)：電子元器件的降額參數(shù)主要包括：1） 數(shù)字、線性集成電路：結(jié)溫、負(fù)載、頻率；2） 半導(dǎo)體分立器件：結(jié)溫、電壓、功率、電流；3） 二 極 管：電流、電壓、功率；4） 電感線圈：電流、溫度；5） 電容器：電壓、溫度；6） 電阻器：溫度、功率；7） 繼電器：觸點(diǎn)電流；8） 電位器：電流、功率；9） 開關(guān)：電流。降額準(zhǔn)則一般分為三級(jí)：一級(jí)降額是最大降額，適用于設(shè)備發(fā)生故障將危及安全時(shí)用。二級(jí)降額是中等降額，適用于發(fā)生故障將造成經(jīng)濟(jì)損失。三級(jí)降額是較小降額，故障造成損失較小時(shí)使用。 降額參 （9）4 n! m" H8 K6 y- k6 Y4 P6 R4()()(9余度設(shè)計(jì) - v) n

46、' - u, J. M) m余度技術(shù)是系統(tǒng)或設(shè)備獲得高可靠性，高安全性和高生存能力的設(shè)計(jì)方法之一。特別是當(dāng)元器件或零部件質(zhì)量與可靠性水平比較低，采用一般設(shè)計(jì)已經(jīng)無法滿足設(shè)備的可靠性要求時(shí)，余度技術(shù)就具有重要的應(yīng)用價(jià)值。 $ d9 z4 5 i) "余度"就是指系統(tǒng)或設(shè)備具有一套以上完成給定功能的單元，只有當(dāng)規(guī)定的幾套單元都發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)或設(shè)備才會(huì)喪失功能，這就使系統(tǒng)或設(shè)備的任務(wù)可靠性得到提高。各種余度系統(tǒng)可靠性模型已在第二章介紹。但是余度使系統(tǒng)或設(shè)備的復(fù)雜性，重量和體積增加，使系統(tǒng)或設(shè)備的基本可靠性降低。系統(tǒng)或設(shè)備是否采用余度技術(shù)，需從可靠性，安全性指標(biāo)要求的高低

47、；元器件和成品的可靠性水平；非余度和余度方案的技術(shù)可行性；研制周期和費(fèi)用，使用，維護(hù)和保障條件，質(zhì)量，體積和功耗的限制等方面進(jìn)行權(quán)衡分析后確定。 2 R, D3 e% O: O為提高系統(tǒng)或設(shè)備的可靠性而采用余度技術(shù)時(shí)，需與其他傳統(tǒng)工程設(shè)計(jì)相結(jié)合。因?yàn)椴皇歉鞣N余度技術(shù)在各類系統(tǒng)和設(shè)備上都可以實(shí)現(xiàn)，因此應(yīng)根據(jù)需要與可能來確定?？梢暂^全面的采用，也可以局部地采用，不過一般在系統(tǒng)的較低層次單元中采用余度技術(shù)，針對(duì)系統(tǒng)中的可靠性關(guān)鍵環(huán)節(jié)采用余度技術(shù)時(shí)對(duì)提高系統(tǒng)可靠性，減少系統(tǒng)的復(fù)雜性更有效。同時(shí)需注意，采用某些余度技術(shù)時(shí)會(huì)增加若干故障檢測和余度通道切換裝置，它們的不可靠度應(yīng)保證低于受控部分的50%，否則

48、采用余度布局所獲得的可靠性增長將會(huì)被它們的故障所抵消。此外，余度技術(shù)也不能用來解決設(shè)備超負(fù)荷之類的問題。 4 a$ o! V0 q' s; B! m余度設(shè)計(jì)的任務(wù)包括： ， s： H4 L" ?7 G% Z  x5 I& W8 S# j4 N9 c% | 確定余度等級(jí)(根據(jù)任務(wù)可靠性和安全性要求，確定余度系統(tǒng)抗故障工作的能力)； : p& m7 u. h, j( x' Q1 l' E 選定余度類型(根據(jù)產(chǎn)品類型及約束條件和采用余度的目的來確定)； " O% n% W& f! F" C 確定余度配置

49、方案； ( T。 p2 V； R： K) R； E3 Q。 V 確定余度管理方案。 3 C3 r( P. S, r* w! |& （10） 熱設(shè)計(jì)# D, 8 9 w# - w8 x5 m: t制造電子器件時(shí)所使用的材料有一定的溫度極限，當(dāng)超過這個(gè)極限時(shí)，物理性能就會(huì)發(fā)生變化，器件就不能發(fā)揮它預(yù)期的作用。器件還可能在額定溫度上由于持續(xù)工作的時(shí)間過長而發(fā)生故障，故障率的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明電子器件的故障與其工作溫度有密切關(guān)系。溫度對(duì)電子設(shè)備的可靠性有著重要的影響。由經(jīng)驗(yàn)也得知，在高溫或負(fù)溫條件下器件或電路容易發(fā)生故障。對(duì)溫度最為敏感的器件，是大量使用的半導(dǎo)體器件和微電路。半導(dǎo)體器件故障率隨溫度的

50、增加而指數(shù)地上升，其電性能參數(shù)，如耐壓值，漏電流，放大倍數(shù)， 允許功率等均是溫度的函數(shù)。一般地說，其他器件的性能參數(shù)也都受溫度的影響。熱設(shè)計(jì)就是要考慮溫度對(duì)產(chǎn)品的影響問題。熱設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是通過器件的選擇，電路設(shè)計(jì)(包括容差與漂移設(shè)計(jì)和降額設(shè)計(jì)等)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來減少溫度變化對(duì)產(chǎn)品性能的影響，使產(chǎn)品能在較寬的溫度范圍內(nèi)可靠地工作。其中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是加快散熱。 加快散熱的措施有：1）7 K' # L% u6 V" B; w% l5 % w1）11111加快傳導(dǎo)。在固體材料中，熱流是由分子之間相互作用產(chǎn)生的，這就是傳導(dǎo)。加快傳導(dǎo)散熱的措施有：選用導(dǎo)熱系數(shù)大的材料制造傳導(dǎo)零件；加大與導(dǎo)熱零

51、件的接觸面積；盡量縮短熱傳導(dǎo)的路徑，在傳導(dǎo)路徑中不應(yīng)有絕熱或隔熱元件。2）加快對(duì)流。對(duì)流是固體表面與流體表面的熱流動(dòng)，有自然對(duì)流和強(qiáng)迫對(duì)流之分。在電子設(shè)備中流體通常指的是空氣。對(duì)流散熱的措施有：加大溫差，即降低周圍對(duì)流介質(zhì)的溫度；加大流體與固體間的接觸面積，如把散熱器做成肋片，直尾形，叉指形等加大周圍介質(zhì)的流動(dòng)速度，使它帶走更多的熱量。3）加快輻射。熱由物體沿直線向外射出去是輻射。加快輻射散熱的措施有：- g: z7 ! y" O在發(fā)熱體表面涂上散熱的涂層；加大輻射體與周圍環(huán)境的溫差，亦即周圍溫度愈低愈好；加大輻射體的表面面積。3 熱設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 電子設(shè)備冷卻方法的選擇要考慮的因素

52、是：電子元器件(設(shè)備)的熱耗散密度(即熱耗散量與設(shè)備組裝外殼體積之比)，元器件工作狀態(tài)，設(shè)備的復(fù)雜積蓄，設(shè)備用途，使用環(huán)境條件(如海拔高度，氣溫等)以及經(jīng)濟(jì)性等。通常主要考慮電子設(shè)備的熱耗散密度。 3 ； / g% 7 I6 | 元器件的熱設(shè)計(jì)。主要是減小元器件的發(fā)熱量，合理地散發(fā)元器件的熱量，避免熱量蓄積和過熱，降低元器件的溫升。 % ?6 s1 O$ j+ D: ?0 j0 d 印制板的熱設(shè)計(jì)。主要任務(wù)是有效地把印制板上的熱引導(dǎo)到外部(散熱器的大氣中)。 0 _5 Q! q  I' 7 p  c. C* H 機(jī)箱的熱設(shè)計(jì)。主要任務(wù)是在保證設(shè)備

53、承受外部各種環(huán)境，機(jī)械應(yīng)力的前提下，充分保證對(duì)流換熱，傳導(dǎo)，輻射，最大限度地的把設(shè)備產(chǎn)生的熱散發(fā)出去。4.4 可靠性設(shè)計(jì)的基本方法 由于產(chǎn)品種類及其系統(tǒng)的復(fù)雜程度不同，可靠性的設(shè)計(jì)方法也應(yīng)有所不同，一般常用的可靠性設(shè)計(jì)方法有可靠性預(yù)測、可靠性試驗(yàn)、可靠性分析、可靠性分配與可靠性評(píng)審或鑒定。 4.4.1. 可靠性預(yù)測 可靠性預(yù)測是對(duì)產(chǎn)品系統(tǒng)可能達(dá)到的可靠性水平，利用其結(jié)構(gòu)、功能、環(huán)境及相互關(guān)系的信息進(jìn)行定量分析估計(jì)的一種方法。是對(duì)產(chǎn)品或者系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行定量的估計(jì)，推測其可能達(dá)到的可靠性水平，是其從定性考慮轉(zhuǎn)入定量分析的關(guān)鍵之處，是實(shí)施可靠性工程的基礎(chǔ)。是根據(jù)組成系統(tǒng)的元器件、零部件的可靠性來估

54、計(jì)的，是一個(gè)自下而上、由局部到整體、從小到大的一種系統(tǒng)綜合過程，它需要根據(jù)歷史產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù)、系統(tǒng)的構(gòu)成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、系統(tǒng)的工作環(huán)境、元器件的工作應(yīng)力和質(zhì)量級(jí)別等因素來進(jìn)行估計(jì)，主要用在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段。.2 可靠性預(yù)測的意義可靠性預(yù)測的意義是：1）預(yù)先控制產(chǎn)品因硬件失效導(dǎo)致的單板返修率；2）預(yù)先估計(jì)產(chǎn)品投入市場使用時(shí)的系統(tǒng)年停機(jī)時(shí)間；3）進(jìn)行應(yīng)力分析，發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，提高產(chǎn)品可靠性；4）為維護(hù)費(fèi)用、備件數(shù)等的計(jì)算提供依據(jù)。.3 可靠性預(yù)測的目的 在可靠性設(shè)計(jì)中應(yīng)用可靠性預(yù)測的主要目的是： 評(píng)價(jià)產(chǎn)品或系統(tǒng)是否能夠達(dá)到要求的可靠性指標(biāo)；可作為不能直接進(jìn)行可靠性驗(yàn)證的大型產(chǎn)品系統(tǒng)的可靠性估計(jì)。為設(shè)計(jì)決

55、策提供科學(xué)合理的依據(jù)。如對(duì)不同設(shè)計(jì)方案的選擇，元器件、零部件質(zhì)量等級(jí)的確定，新技術(shù)、新材料的采用及設(shè)計(jì)是否需要改進(jìn)等； 根據(jù)預(yù)測結(jié)果，編制可靠性關(guān)鍵件清單，為生產(chǎn)過程質(zhì)量控制提供依據(jù)； 為可靠性試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)提供依據(jù)； 為產(chǎn)品系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)分配提供依據(jù)和順序； 對(duì)產(chǎn)品使用、維護(hù)提供信息等。 由于可靠性預(yù)測是根據(jù)已知的數(shù)據(jù)、過去的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)對(duì)新產(chǎn)品系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，因此，數(shù)據(jù)和信息來源的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和適用性以及分析方法的可行性就成為可靠性預(yù)測的關(guān)鍵。 可靠性預(yù)測一般在設(shè)計(jì)初期就開始，而且越早進(jìn)行效果越好，并隨著產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研制工作的展開逐步深入，不斷完善。在產(chǎn)品方案論證階段，可靠性預(yù)測只限于了

56、解產(chǎn)品系統(tǒng)大體情況，并根據(jù)相似產(chǎn)品系統(tǒng)的已知信息進(jìn)行一般性預(yù)測。 在初步設(shè)計(jì)階段，有了產(chǎn)品初步草圖和零部件一覽表，則可進(jìn)行初步的可靠性預(yù)測。而到技術(shù)設(shè)計(jì)階段，則根據(jù)已確定的元器件、零部件進(jìn)行具體、詳細(xì)的可靠性預(yù)測。 .4 可靠性預(yù)測的步驟 可靠性預(yù)測一般按下述十個(gè)步驟進(jìn)行： 確定質(zhì)量目標(biāo)。對(duì)產(chǎn)品系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、研制目的、用途、功能、性能參數(shù)等進(jìn)行明確的規(guī)定。當(dāng)然，這些規(guī)定將隨著設(shè)計(jì)、研制工作的進(jìn)展而不斷精確與完善。擬定使用模型。對(duì)產(chǎn)品系統(tǒng)交付使用到最后報(bào)廢的整個(gè)使用過程，其經(jīng)歷的環(huán)境及有關(guān)事件，如運(yùn)輸、貯存、試驗(yàn)檢查、運(yùn)行操作和維修等擬定工作模型。 建立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。以圖解形式，形象地表明產(chǎn)品系統(tǒng)中各

57、單元組成情況，如用可靠性方框圖、事故（或故障）樹、狀態(tài)圖或它們的結(jié)合來表述產(chǎn)品可靠性結(jié)構(gòu)模型。 推導(dǎo)數(shù)學(xué)模型。根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)模型和單元的可靠性特征量，經(jīng)過一系列假設(shè)、簡化、近似運(yùn)算，推導(dǎo)出系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。這個(gè)數(shù)學(xué)模型可以是一組數(shù)字表達(dá)式，也可以是一組狀態(tài)矩陣。 確定單元功能。單元是組成系統(tǒng)的一個(gè)功能級(jí)別，可以是組件、部件或元器件，它們具有一定的可靠性量值，在可靠性框圖中是一個(gè)獨(dú)立方塊，必須一確定。 確定環(huán)境系數(shù)。通過產(chǎn)品系統(tǒng)在使用期中所經(jīng)歷的工作環(huán)境條件應(yīng)力分析，確定環(huán)境系數(shù)。 確定系統(tǒng)應(yīng)力。根據(jù)產(chǎn)品工作方式和工作應(yīng)力分析，確定除額系數(shù)、應(yīng)用系數(shù)和工作天工作的時(shí)間比。 假定失效分布。根據(jù)系統(tǒng)中各

58、個(gè)單元的壽命特征，使用相應(yīng)的失效分布。未知失效分布時(shí)，可先假定并在取得數(shù)據(jù)后核實(shí)、修正。 計(jì)算失效率。根據(jù)選定的質(zhì)量等級(jí)、環(huán)境應(yīng)力、工作應(yīng)力和失效分布，計(jì)算單元的工作失效率和貯存失效率。計(jì)算產(chǎn)品可靠性。把各單元失效率數(shù)據(jù)作為輸入，利用產(chǎn)品系統(tǒng)的可靠性數(shù)字模型，計(jì)算出產(chǎn)品系統(tǒng)的可靠性數(shù)值。 .5 可靠性預(yù)測的方法在上述可靠性預(yù)測過程中，常應(yīng)用元器件應(yīng)力分析法、相似產(chǎn)品法、有限應(yīng)力法、元件計(jì)數(shù)法和數(shù)學(xué)模型法等具體方法。其中，應(yīng)力分析法和相似產(chǎn)品法是單元可靠性預(yù)測方法，還包括機(jī)械產(chǎn)品的修正系數(shù)法、機(jī)械產(chǎn)品的應(yīng)力強(qiáng)度干涉模型法。主要思想如下：公式： ssi=Gi×Qi×Si×Ti；當(dāng)單元內(nèi)為串聯(lián)模型時(shí)，單元的總失效率為G:器件固有失效率； Q:質(zhì)量等級(jí)因子；E:環(huán)境因子；T:溫度應(yīng)力因子