可靠性設計基礎知識總結10種方法

在產品設計過程中，為消除產品的潛在缺陷和薄弱環(huán)節(jié)，防止故障發(fā)生，以確保滿足規(guī)定的固有可靠性要求所采取的技術活動?？煽啃栽O計是可靠性工程的重要組成部分，是實現產品固有可靠性要求的最關鍵的環(huán)節(jié)，是在可靠性分析的基礎上通過制定和貫徹可靠性設計準則來實現的。

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，開展可靠性設計才有目標，才能對開發(fā)的產品可靠性進行考核，避免產品在顧客使用中因故障頻繁而使開發(fā)商和顧客利益受到損失。最常用的可靠性指標有平均故障間隔時間（MTBF）和使用壽命。

建立可靠性模型

建立產品系統(tǒng)級、分系統(tǒng)級的可靠性模型，可用于定量分配、估計和評價產品的可靠性?？煽啃阅Ｐ桶煽啃苑娇驁D和可靠性數學模型。對于復雜產品的一個或多個功能模式，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：預計或估計所設計產品可靠性模型的串聯(lián)模型和并聯(lián)模型框圖，利用數學公式求定量求出該產品的可靠度與故障率，最后推導出可靠性指標。

可靠性分配

可靠性分配就是將產品總的可靠性的定量要求分配到規(guī)定的產品層次。通過分配使整體和部分的可靠性定量要求協(xié)調一致。它是一個由整體到局部，由上到下的分解過程?？煽糠峙溆泻芏喾椒ǎ缭u分分配法、比例分配法等。下面我們以評分分配法舉例說明：

評分分配法是一種常用的分配方法。在產品可靠性數據缺乏的情況下，可以請熟悉產品、有工程實際經驗的專家，按照影響產品可靠性的幾種因素既復雜度、技術成熟度、重要度及環(huán)境條件，給每一種因素打分（1—10分之間）。

復雜度：根據組成分系統(tǒng)的元部件數量以及它們組裝調試的難易程度評定。最復雜的評10分，最簡單的評1分。

技術成熟度：根據分系統(tǒng)的技術水平和成熟程度評定。技術成熟度低平10分，技術成熟度高的評1分。

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

環(huán)境條件：根據分系統(tǒng)所處環(huán)境條件評定。經受惡劣條件的評10分，環(huán)境條件最好的評1分。

利用數學公式定量的算出可靠性指標平均故障間隔時間（MTBF），這樣就可以利用評分分配法將可靠性指標分配到各部件中去了。

可靠性預計

可靠性預計?？煽啃灶A計是在設計階段對系統(tǒng)可靠性進行定量的估計，是根據相似產品可靠性數據、系統(tǒng)的構成和結構特點、系統(tǒng)的工作環(huán)境等因素估計組成系統(tǒng)的部件及系統(tǒng)的可靠性?？煽啃灶A計結果可以與要求的可靠性相比較，估計設計是否滿足要求，通過可靠性預計還可以發(fā)現組成系統(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?？煽啃灶A計有很多方法，如元器件計數法、應力分析法、上下限法等。

元器件計數法適用于產品設計開發(fā)的早期。它的優(yōu)點是不需要詳盡了解每個元器件的應用及它們之間的邏輯關系就可以迅速估算出產品的故障率，但預計結果比較粗糙。

應力分析法適用于電子產品詳細設計階段，已具備了詳細的文件清單、電應力比、環(huán)境溫度等信息，這種方法比元器件計數法的結果要準確些。應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；第二步求產品的工作故障率；第三步求出產品的可靠性指標平均故障間隔時間（MTBF）。

注：以上故障率、環(huán)境系數等可查國軍標GJB299B

可靠性設計準則

可靠性設計準則。是把已有的、相似產品的工程經驗總結起來，使其條理化、系統(tǒng)化、科學化，成為設計人員進行可靠性設計所遵循的原則和應滿足的要求?？煽啃栽O計準則一般都是針對某種產品的，但也可以把各種產品的可靠性設計準則的共性內容，綜合成某種類型的可靠性設計準則，如直升機可靠性設計準則等。當然，這些共性可靠性設計準則經剪裁、增補之后又可成為具體產品專用的可靠性設計準則。

可靠性設計準則一般應根據產品類型、重要程度、可靠性要求、使用特點和相似產品可靠性設計經驗以及有關的標準、規(guī)范來制定。

耐環(huán)境設計

耐環(huán)境設計。產品使用環(huán)境對產品可靠性的影響十分明顯。因此，在產品開發(fā)時應開展抗振、抗沖擊、抗噪音、防潮、防霉、防腐設計和熱設計。

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品規(guī)定功能而不能再分割的電路基本單元，是電子產品可靠性的基礎。要保證產品可靠性對所使用的元器件進行嚴格控制是極為重要的一項工作。制定并實施元器件大綱是控制元器件的選擇和使用的有效途徑。

電磁兼容性設計

電磁兼容性設計。對電子產品來說，電磁兼容設計是很重要的。它包括靜電抗擾性，浪涌及雷擊抗擾性，電源波動及瞬間跌落抗擾性，射頻電磁場輻射抗擾性等。

降額設計與熱設計

降額設計與熱設計。元器、零部件的故障率是與其承受的應力緊密相關的，降低其承受的應力可以提高其使用中的可靠性，因此設計時應將其工作應力設計在其規(guī)定的額定的值之下，并留有余量。產品特別是電子產品周圍的環(huán)境溫度過高是造成故障率增大的重要原因。因此應利用熱傳導、對流、熱輻射等原理結合必要的自然通風、強制通風、以致水冷及熱管等技術進行合理的熱設計，以降低其周圍的環(huán)境溫度。

有限元分析

有限元分析是可靠性設計分析方法中常用的，也是最重要的方法之一，在工程機械、軌道交通、航空航天、橋梁建筑等領域廣泛應用。通過有限元分析，結合可靠性仿真可以確定可靠性薄弱環(huán)節(jié)，盡早發(fā)現可能的潛在故障，并加以改進，提高產品可靠性設計水平。

在設計過程中對產品的機械強度和熱特性等進行分析和評價，盡在發(fā)現承載結構和材料的薄弱環(huán)節(jié)及產品的過熱部分，以便及時采取設計改進措施。

有限元工作項目要點：在產品研制進展到設計和材料基本確定是應進行有限元分析；進行有限元分析的關鍵是要正確建立產品結構和材料對負載或環(huán)境影響的模型；對安全和任務關鍵的機械結構件和產品應盡量實施有限元分析。