可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)總結(jié)10種方法

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，為消除產(chǎn)品的潛在缺陷和薄弱環(huán)節(jié)，防止故障發(fā)生，以確保滿(mǎn)足規(guī)定的固有可靠性要求所采取的技術(shù)活動(dòng)?？煽啃栽O(shè)計(jì)是可靠性工程的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品固有可靠性要求的最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，是在可靠性分析的基礎(chǔ)上通過(guò)制定和貫徹可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

規(guī)定定性定量的可靠性要求

規(guī)定定性定量的可靠性要求。有了可靠性指標(biāo)，開(kāi)展可靠性設(shè)計(jì)才有目標(biāo)，才能對(duì)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品可靠性進(jìn)行考核，避免產(chǎn)品在顧客使用中因故障頻繁而使開(kāi)發(fā)商和顧客利益受到損失。最常用的可靠性指標(biāo)有平均故障間隔時(shí)間（MTBF）和使用壽命。

建立可靠性模型

建立產(chǎn)品系統(tǒng)級(jí)、分系統(tǒng)級(jí)的可靠性模型，可用于定量分配、估計(jì)和評(píng)價(jià)產(chǎn)品的可靠性。可靠性模型包括可靠性方框圖和可靠性數(shù)學(xué)模型。對(duì)于復(fù)雜產(chǎn)品的一個(gè)或多個(gè)功能模式，用方框圖表示各組成部分的故障或它們的組合。方框圖分為串聯(lián)模型和并聯(lián)模型。做法就是：預(yù)計(jì)或估計(jì)所設(shè)計(jì)產(chǎn)品可靠性模型的串聯(lián)模型和并聯(lián)模型框圖，利用數(shù)學(xué)公式求定量求出該產(chǎn)品的可靠度與故障率，最后推導(dǎo)出可靠性指標(biāo)。

可靠性分配

可靠性分配就是將產(chǎn)品總的可靠性的定量要求分配到規(guī)定的產(chǎn)品層次。通過(guò)分配使整體和部分的可靠性定量要求協(xié)調(diào)一致。它是一個(gè)由整體到局部，由上到下的分解過(guò)程?？煽糠峙溆泻芏喾椒?，如評(píng)分分配法、比例分配法等。下面我們以評(píng)分分配法舉例說(shuō)明：

評(píng)分分配法是一種常用的分配方法。在產(chǎn)品可靠性數(shù)據(jù)缺乏的情況下，可以請(qǐng)熟悉產(chǎn)品、有工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)家，按照影響產(chǎn)品可靠性的幾種因素既復(fù)雜度、技術(shù)成熟度、重要度及環(huán)境條件，給每一種因素打分（1—10分之間）。

復(fù)雜度：根據(jù)組成分系統(tǒng)的元部件數(shù)量以及它們組裝調(diào)試的難易程度評(píng)定。最復(fù)雜的評(píng)10分，最簡(jiǎn)單的評(píng)1分。

技術(shù)成熟度：根據(jù)分系統(tǒng)的技術(shù)水平和成熟程度評(píng)定。技術(shù)成熟度低平10分，技術(shù)成熟度高的評(píng)1分。

重要度：根據(jù)分系統(tǒng)的得要性評(píng)定。重要性最低的評(píng)10分，重要性最高的評(píng)1分。

環(huán)境條件：根據(jù)分系統(tǒng)所處環(huán)境條件評(píng)定。經(jīng)受惡劣條件的評(píng)10分，環(huán)境條件最好的評(píng)1分。

利用數(shù)學(xué)公式定量的算出可靠性指標(biāo)平均故障間隔時(shí)間（MTBF），這樣就可以利用評(píng)分分配法將可靠性指標(biāo)分配到各部件中去了。

可靠性預(yù)計(jì)

可靠性預(yù)計(jì)?？煽啃灶A(yù)計(jì)是在設(shè)計(jì)階段對(duì)系統(tǒng)可靠性進(jìn)行定量的估計(jì)，是根據(jù)相似產(chǎn)品可靠性數(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)境等因素估計(jì)組成系統(tǒng)的部件及系統(tǒng)的可靠性?？煽啃灶A(yù)計(jì)結(jié)果可以與要求的可靠性相比較，估計(jì)設(shè)計(jì)是否滿(mǎn)足要求，通過(guò)可靠性預(yù)計(jì)還可以發(fā)現(xiàn)組成系統(tǒng)的各單位中故障率高的單元，找到薄弱環(huán)節(jié)，加以改進(jìn)。可靠性預(yù)計(jì)有很多方法，如元器件計(jì)數(shù)法、應(yīng)力分析法、上下限法等。

元器件計(jì)數(shù)法適用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的早期。它的優(yōu)點(diǎn)是不需要詳盡了解每個(gè)元器件的應(yīng)用及它們之間的邏輯關(guān)系就可以迅速估算出產(chǎn)品的故障率，但預(yù)計(jì)結(jié)果比較粗糙。

應(yīng)力分析法適用于電子產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，已具備了詳細(xì)的文件清單、電應(yīng)力比、環(huán)境溫度等信息，這種方法比元器件計(jì)數(shù)法的結(jié)果要準(zhǔn)確些。應(yīng)力分析法分三步求出。第一步先求出各種元器件的工作故障率；第二步求產(chǎn)品的工作故障率；第三步求出產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)平均故障間隔時(shí)間（MTBF）。

注：以上故障率、環(huán)境系數(shù)等可查國(guó)軍標(biāo)GJB299B

可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。是把已有的、相似產(chǎn)品的工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)起來(lái)，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(mǎn)足的要求。可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則一般都是針對(duì)某種產(chǎn)品的，但也可以把各種產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的共性?xún)?nèi)容，綜合成某種類(lèi)型的可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，如直升機(jī)可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則等。當(dāng)然，這些共性可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則經(jīng)剪裁、增補(bǔ)之后又可成為具體產(chǎn)品專(zhuān)用的可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則一般應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品類(lèi)型、重要程度、可靠性要求、使用特點(diǎn)和相似產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范來(lái)制定。

耐環(huán)境設(shè)計(jì)

耐環(huán)境設(shè)計(jì)。產(chǎn)品使用環(huán)境對(duì)產(chǎn)品可靠性的影響十分明顯。因此，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)應(yīng)開(kāi)展抗振、抗沖擊、抗噪音、防潮、防霉、防腐設(shè)計(jì)和熱設(shè)計(jì)。

元器件選用與控制

元器件選用與控制。電子元器件是完成產(chǎn)品規(guī)定功能而不能再分割的電路基本單元，是電子產(chǎn)品可靠性的基礎(chǔ)。要保證產(chǎn)品可靠性對(duì)所使用的元器件進(jìn)行嚴(yán)格控制是極為重要的一項(xiàng)工作。制定并實(shí)施元器件大綱是控制元器件的選擇和使用的有效途徑。

電磁兼容性設(shè)計(jì)

電磁兼容性設(shè)計(jì)。對(duì)電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，電磁兼容設(shè)計(jì)是很重要的。它包括靜電抗擾性，浪涌及雷擊抗擾性，電源波動(dòng)及瞬間跌落抗擾性，射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾性等。

降額設(shè)計(jì)與熱設(shè)計(jì)

降額設(shè)計(jì)與熱設(shè)計(jì)。元器、零部件的故障率是與其承受的應(yīng)力緊密相關(guān)的，降低其承受的應(yīng)力可以提高其使用中的可靠性，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將其工作應(yīng)力設(shè)計(jì)在其規(guī)定的額定的值之下，并留有余量。產(chǎn)品特別是電子產(chǎn)品周?chē)沫h(huán)境溫度過(guò)高是造成故障率增大的重要原因。因此應(yīng)利用熱傳導(dǎo)、對(duì)流、熱輻射等原理結(jié)合必要的自然通風(fēng)、強(qiáng)制通風(fēng)、以致水冷及熱管等技術(shù)進(jìn)行合理的熱設(shè)計(jì)，以降低其周?chē)沫h(huán)境溫度。

有限元分析

有限元分析是可靠性設(shè)計(jì)分析方法中常用的，也是最重要的方法之一，在工程機(jī)械、軌道交通、航空航天、橋梁建筑等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。通過(guò)有限元分析，結(jié)合可靠性仿真可以確定可靠性薄弱環(huán)節(jié)，盡早發(fā)現(xiàn)可能的潛在故障，并加以改進(jìn)，提高產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)水平。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度和熱特性等進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，盡在發(fā)現(xiàn)承載結(jié)構(gòu)和材料的薄弱環(huán)節(jié)及產(chǎn)品的過(guò)熱部分，以便及時(shí)采取設(shè)計(jì)改進(jìn)措施。

有限元工作項(xiàng)目要點(diǎn)：在產(chǎn)品研制進(jìn)展到設(shè)計(jì)和材料基本確定是應(yīng)進(jìn)行有限元分析；進(jìn)行有限元分析的關(guān)鍵是要正確建立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和材料對(duì)負(fù)載或環(huán)境影響的模型；對(duì)安全和任務(wù)關(guān)鍵的機(jī)械結(jié)構(gòu)件和產(chǎn)品應(yīng)盡量實(shí)施有限元分析。