产品的靠得住性设计与分析

产品的可靠性又可分为固有可靠性和利用可靠性。

固有可靠性是产品在设计、制造中授予的，也是产品的开拓者可以掌握的。
而利用可靠性则是产品在实际利用过程中表现出的一种性能的保持能力的特性，它除了考虑固有可靠性成分外，还要考虑产品安装、操作利用和维修保障等成分的影响。
以是产品的可靠性设计与剖析是产品表示可靠性的条件条件和能否生产出可靠产品的有力保障。

从上面的定义我们可以看出产品的可靠性是设计出来的，生产出来的，也是管理出来的。
产品开拓者的可靠性设计水平对产品固有的可靠性影响是重大的，因此可靠性设计与剖析在产品的开拓过程中具有很主要的地位。
下面我们分别从产品的可靠性技能、故障模式、影响及危害性剖析、故障（失落效）树剖析、维修性设计几个方面展开对产品的可靠性设计与剖析。
希望能给从事设计产品和从质量的职员有所帮助。

第一、可靠性设计的紧张技能

1、规定定性定量的可靠性哀求。
有了可靠性指标，开展可靠性设计才有目标，才能对开拓的产品可靠性进行考察，避免产品在顾客利用中因故障频繁而使开拓商和顾客利益受到丢失。
最常用的可靠性指标有均匀故障间隔韶光（MTBF）和利用寿命。

2、建立可靠性模型。
建立产品系统级、分系统级的可靠性模型，可用于定量分配、估计和评价产品的可靠性。

可靠性模型包括可靠性方框图和可靠性数学模型。
对付繁芜产品的一个或多个功能模式，用方框图表示各组成部分的故障或它们的组合。
方框图分为串联模型和并联模型。

做法便是：估量或估计所设计产品可靠性模型的串联模型和并联模型框图，利用数学公式求定量求出该产品的可靠度与故障率，末了推导出可靠性指标。

3、可靠性分配。
便是将产品总的可靠性的定量哀求分配到规定的产品层次。
通过分配使整体和部分的可靠性定量哀求折衷同等。
它是一个由整体到局部，由上到下的分解过程。
可靠分配有很多方法，如评分分配法、比例分配法等。
下面我们以评分分配法举例解释：

评分分配法是一种常用的分配方法。
在产品可靠性数据缺少的情形下，可以请熟习产品、有工程实际履历的专家，按照影响产品可靠性的几种成分既繁芜度、技能成熟度、主要度及环境条件，给每一种成分打分（1—10分之间）。

繁芜度：根据组成分系统的元部件数量以及它们组装调试的难易程度评定。
最繁芜的评10分，最大略的评1分。

技能成熟度：根据分系统的技能水平和成熟程度评定。
技能成熟度低平10分，技能成熟度高的评1分

主要度：根据分系统的得要性评定。
主要性最低的评10分，主要性最高的评1分。

环境条件：根据分系统所处环境条件评定。
经受恶劣条件的评10分，环境条件最好的评1分。

利用数学公式定量的算出可靠性指标均匀故障间隔韶光（MTBF），这样就可以利用评分分配法将可靠性指标分配到各部件中去了。

4、可靠性估量。
可靠性估量是在设计阶段对系统可靠性进行定量的估计，是根据相似产品可靠性数据、系统的构成和构造特点、系统的事情环境等成分估计组成系统的部件及系统的可靠性。
可靠性估量结果可以与哀求的可靠性比较较，估计设计是否知足哀求，通过可靠性估量还可以创造组成系统的各单位中故障率高的单元，找到薄弱环节，加以改进。
可靠性估量有很多方法，如元器件计数法、应力剖析法、高下限法等。

元器件计数法适用于产品设计开拓的早期。
它的优点是不须要详尽理解每个元器件的运用及它们之间的逻辑关系就可以迅速估算出产品的故障率，但估量结果比较粗糙。

应力剖析法适用于电子产品详细设计阶段，已具备了详细的文件清单、电应力比、环境温度等信息，这种方法比元器件计数法的结果要准确些。
应力剖析法分三步求出。
第一步先求出各种元器件的事情故障率；第二步求产品的事情故障率；第三步求出产品的可靠性指标均匀故障间隔韶光（MTBF）。

注：以上故障率、环境系数等可查国军标GJB299B

5、可靠性设计准则。
是把已有的、相似产品的工程履历总结起来，使其条理化、系统化、科学化，成为设计职员进行可靠性设计所遵照的原则和应知足的哀求。

可靠性设计准则一样平常都是针对某种产品的，但也可以把各种产品的可靠性设计准则的共性内容，综合成某种类型的可靠性设计准则，如直升机可靠性设计准则等。
当然，这些共性可靠性设计准则经剪裁、弥补之后又可成为详细产品专用的可靠性设计准则。

可靠性设计准则一样平常应根据产品类型、主要程度、可靠性哀求、利用特点和相似产品可靠性设计履历以及有关的标准、规范来制订。

6、耐环境设计。
产品利用环境对产品可靠性的影响十分明显。
因此，在产品开拓时应开展抗振、抗冲击、抗噪音、防潮、防霉、防腐设计和热设计。

7、元器件选用与掌握。
电子元器件是完成产品规定功能而不能再分割的电路基本单元，是电子产品可靠性的根本。
要担保产品可靠性对所利用的元器件进行严格掌握是极为主要的一项事情。
制订并履行元器件大纲是掌握元器件的选择和利用的有效路子。

8、电磁兼容性设计。
对电子产品来说，电磁兼容设计是很主要的。
它包括静电抗扰性，浪涌及雷击抗扰性，电源颠簸及瞬间跌落抗扰性，射频电磁场辐射抗扰性等。

9、降额设计与热设计。
元器、零部件的故障率是与其承受的应力紧密干系的，降落其承受的应力可以提高其利用中的可靠性，因此设计时应将其事情应力设计在其规定的额定的值之下，并留有余量。
产品特殊是电子产品周围的环境温度过高是造成故障率增大的主要缘故原由。
因此应利用热传导、对流、热辐射等事理结合必要的自然透风、逼迫透风、甚至水冷及热管等技能进行合理的热设计，以降落其周围的环境温度。

以上便是我们设计产品可靠性设计的一些紧张技能，如果在设计时考全面，那么研发出来的产品可靠性水平将会大大的提高。

第二、产品故障模式、影响及危害性剖析（FMECA）

故障模式，影响及危害性剖析（FMECA）是针对产品所有可能的故障，并根据对故障模式的剖析，确定每种故障模式对产品事情的影响，找出单点故障，并按故障模式的严厉度及其发生概率确定其危害性。
FMECA包括故障模式及影响剖析（FMEA）和危害性剖析（CA）。
FMECA剖析方法可用于全体系统到零部件任何一级，一样平常根据哀求和可能在规定的产品层次上进行。

FMECA的履行步骤常日为：

（1）节制产品构造和功能的有关资料。

（2）节制产品启动、运行、操作、维修资料。

（3）节制产品所处环境条件的资料。

这些资料在设计的初始阶段，每每不能同是都节制。
开始时，只能作某些假设，用来确定一些很明显的故障模式。
纵然是初步FMECA也能指出许多单点失落效部位，且个中有些可通过构造的重新安排而肃清。
随着设计事情的进展，可利用的信息不断增多。
FMECA事情应重复进行，根据须要和可能应把剖析扩展到更为详细的层次。

（4）定义产品及其功能和最低事情哀求。
一个别系的完全定义包括它的紧张和次要功能、用场、、预期的性能、环境哀求、系统的约束条件和构成故障的条件等。
由于任何给定的产品都有一个或多个事情模式，并且可能处于不同的事情阶段，因此，系统的定义还包括产品事情的每个模式及其持续事情期内的功能解释。
每个产品均应有它的功能方框图，表示产品事情及产品各功能单元之间的相互关系数。

（5）按照产品功能方框图画出其可靠性方框图。

（6）根据所须要的构造和现有资料的多少来确定剖析级别，即规定剖析到的层次。

（7）找出故障模式，剖析其缘故原由及影响。

（8）找出故障的检测方法。

（9）找出设计时可能的预防方法，以防止特殊不肯望发的事宜。

（10）确定各种故障模式对产品产生危害的严厉程度。

（11）确定各种故障模式的发生概率等级。

（12）填写FMEA表，并绘制危害性矩陈，如果须要进行定量FMECA，则需填写CA表。
如果仅进行FMEA则第（11）步骤和绘制危害矩阵不必进行。

以上所述概括了进行FMECA所须要的基本输入信息，在此根本上进一步参摄影关标准来完成剖析事情，可参照的标准有国家标准GB 7826—87《系统可靠性剖析技能 失落效模式和效应剖析（FMEA）程序》，国际电工委员会标准IEC 60812 Ed.2（2003）56/797及国家军用标准GJB1391《故障模式、影响及危害性剖析程度》，在这些标准中都供应了相应的表格供剖析者利用。

第三、故障（失落效）树剖析（FTA）

与FMECA类似，故障树分（FTA）是剖析产品故障缘故原由和结果之间关系的另一主要的可靠性剖析工具。
故障树表示产品的那些组成部分的故障模式或外界事宜或它们的组合导致产品的一种给定故障模式的逻辑图。
它用一系列事宜符号、逻辑符号和转移符号描述系统中各种事宜之间的因果关系。

（1）故障树剖析的准备事情

剖析者必须熟习设计解释书、设计图、运行规定、维修规程和其他有关资料。
节制系统的设计意图、构造、功能和环境情形。
根据系统繁芜程度和哀求，必要时应进行系统的FMEA或FMECA以帮助确定顶事宜及各级故障事宜，根据系统的任务哀求和对系统的理解确定剖析目的，根据系统任务功能确定系统故障判据。

（2）故障树的建造

完成（1）中的准备事情后，即可从确定的顶事宜出发，遵照建造故障树的基本规则和方法建造出所须要的故障树。

（3）故障树的定性剖析

故障树的定性剖析紧张包括以下内容：故障树的规范华；故障的规范化；故障树的简化及模块剖析；打算故障树的最小割集。

（4）故障树的定量剖析

根据故障树中各底事宜的发生概率，打算召盘事宜发生概率。

（5）编写故障树剖析报告

由于故障树剖析已成为系统可靠性剖析的主要工具，并被可靠性工程师门广泛地利用，国内外也发布了相应的标准，这些标准有：国家标准GB/T 7829—1987《故障树分程序》，国家军用标准GJB768《故障树剖析》，国际电工委员会标准IEC 61025 Ed.1—1990—10《故障树剖析》。

第四、维修性设计

产品的维修性是设计出来的，只有在产品设计开拓过程开展维修性设计与剖析事情，才能将维修性设计到产品中，维修性设计的紧张方法有定性和定量两种方法，维修性的定性设计是最紧张的，只要设计职员有维修性的意识和工程履历就能将维修性设计进产品。
维修性定性设计紧张有简化设计、可达性设计、标准化互换与模块化设计、防差错及识别标志设计、维修安全设计、故障检测设计、维修中人素工程设计等。

（1）简化设计是在知足性能哀求和利用哀求的条件下，尽可能采取最大略的构造和形状，以降落对利用和维修职员的技能哀求。
简化设计的基本原则是尽可能简化产品功能，合并产品功能 和只管即便减少零部件的品种和数量。

（2）可达性设计是当产品发生故障进行维修时随意马虎靠近需维修部位的设计。
可达性设计的哀求“看得见”——视觉可达；“够得着”——实体可达，比如身体的某一部位或借助事情能够打仗到维修部位，同时留有足够的维修操作空间。
合理设置维修窗品和维修通道是办理“看得见、够得着”的主要路子。

（3）标准化、互换性与模块化设计。
标准化设计是近代产品设计的特点，设计时只管即便采取标准件有利于零部件的供应储备和调处，使产品的维修更为简便。

互换性设计指同种产品之间在实体上，功能上能够彼此相互更换的性能。
互换性设计可简化维修作业和节约备品用度，提高产品的维修性。

模块化设计是实现部件互换通用、快速改换修理的有产路子。
模块是指从产品中单独分离出来，具有相对独立功能的构造整体，前辈的硬件设计的模块化系数达70%～80%以上，前辈和软件设计的模块化系数达50%以上。

（4）防差错及识别标志设计。
防差错设计便是要担保在构造上只许可装对了才能装得上，装错了或者装反了就装不上，或者发生差错时就能立即创造并纠正。
识别标志设计便是在维修的零部件、备品、专用工具、测试器材等上面做出识别，以便于差异辨认，防止混乱，避免因差错而发生事件，同时也可以提高工效。

（5）维修安全性设计。
维修安全性设计是指能避免维修职员伤亡或产品破坏的一种设计。
例如，在可能发生危险的部件，应供应能干的标记、警告灯、声响警告等赞助预防手段。
对艳服高压气体、弹簧、带有高压电等储有很大能量且维修韶光须要拆卸的装置，应设有备用开释能量的构造和安全可靠的拆装设备、工具，以担保拆装安全。
同时在维修性设计时应考虑防机器损伤防电击、防火、防爆和防毒等，以担保维修职员的安全。

（6）故障检测设计。
产品故障检测诊断是否准确快速、简便对维修有重大影响。
因此在设计时，应充分考虑测试办法、检测设备、测试点配置等一系列问题，以此来提高故障的定位的速率。

（7）维修中的人因工程设计。
维修中的人的因系工程，是研究在维修中人的各种成分，包括生理成分，生理成分和人体的几何尺寸与产品的关系，以提高维修事情效率，减轻维修职员疲倦等方面的问题。