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电子设备可靠性的基本概念

2019-02-14 16:00
可靠性杂坛
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单个链的强度(或寿命)为一随机变量,设各环强度(或寿命)相互独立,分布相同,则求链强度(或寿命)的概率分布就变成求极小值分布问题,由此给出威布尔分布函数。由于零件或结构的疲劳强度(或寿命)也应取决于其最弱环的强度(或寿命),因此,也应能用威布尔分布描述。根据1943年原苏联学者格涅坚科的研究结果,不管随机变量的原始分布如何,它的极小值的渐近分布只能有3种,而威布尔分布就是第Ⅲ种极小值分布。由于威布尔分布是根据最弱环节模型或串联模型得到的,它能充分反映材料缺陷和应力集中源对材料疲劳寿命的影响,而且具有递增的失效率。所以,将它作为材料或零件的寿命分布模型或给定寿命下的疲劳强度模型是合适的。在概率论的随机过程中,如果概率分布函数不取决于时间读数的开始,则随机过程称为平稳随机过程。对于平稳随机过程来说,在对许多系统观察而得的ξ时间平均值相等。三、可靠性的数量特征可靠性的数量特征具有随机性质。利用它,就能判断出设备系统的可靠性。这些数量特征其用途各不相同。一部分特征只能评估一些普通元器件的可靠性,如电阻器、电容器、半导体器件等,也就是说这些普通元器件是不进行修理的,且发生故障后就不再用了。而另一部分数量特征则可用于评估作为普通元器件的总和的复杂设备系统的可靠性,这种设备系统的任何故障都可以排除,排除故障后仍可使用。我们把具体的元器件、组件、机械装置、仪器仪表和系统的可靠性准则的数值统称为可靠性数量特征。设备系统的可靠性取决于设备系统中的元器件的数量和质量,取决于元器件的工作规范,取决于电路和结构设计方案。设备系统中所用元器件通常是按较复杂的工艺流程制造的。因此,其使用寿命及参数就有偏差。由此可得出结论,两个相同的设备样品其可靠性也是不一样的,故只能对在试验时和使用过程中获得的大量数据运用统计学的方法,对其做出数量上的评估。因此,概率论就是在计算可靠性特性时使用的一种数学工具。因而,可靠性的数量特性应具有概率性质。可靠性的评价可以使用概率指标或时间指标,这些指标有:可靠度、失效率、平均无故障工作时间、平均失效前时间和有效度等。1.可靠度R或可靠度函数R(t)产品的可靠度是指产品在规定条件下和规定时间内,完成规定功能的概率。假设N个产品从时刻“0”开始工作,到时刻t失效的总个数为n(t),当N足够大时,有R(t)=[N-n(t)]/N=N(t)/N (3)式中,N(t)表示到t时刻仍在正常工作的产品数,R(t)称为残存率。2.失效概率F或累积失效概率F(t)失效概率F是表征产品在规定条件下和规定时间内,丧失规定功能的概率,也称为不可靠度。它也是时间t的函数,记做F(t),显然F(t)≈n(t)/N (4)将式(3)与式(4)相加可得R(t)+F(t)=[N-n(t)]/N+n(t)/N=1显然R(t)、F(t)为互为对立事件。3.失效概率密度或失效概率密度函数f(t)失效概率密度表示失效概率分布的密集程度,或者说是累积失效概率函数F(t)的变化率。当Δt足够小时,则可近似地表示为f(t)≈ [F(t+Δt)-F(t)]/Δt由式(4)可得f(t)≈ [n(t+Δt)/N-n(t)/N]/Δt=n(Δt)/NΔt (5)n(Δt)表示在(t,t+Δt)时间间隔内失效的产品数。4.平均寿命μ不管哪类产品,平均寿命在理论上的意义是类似的,其数学表达式也是一致的。假设被试产品数为N,产品的寿命分别为t1,t2,…,tn,n为在t时间内的故障数,则它们的平均寿命为各寿命的平均值,即

电子设备可靠性的基本概念

一般说来,电子元器件的平均寿命越长,在短时间内工作的可靠性越高。但是,可靠性与寿命虽然密切相关,但又不是同一个概念,不能混为一谈。不能认为可靠性高,寿命就长;也不能认为寿命长,可靠性就必然高,这与使用要求有关。通常所指的高可靠性,是指产品完成要求任务的把握性特别高;而长寿命,是指产品可以很长时间工作而性能良好。如海、地缆线通信设备所用元器件要求使用20年而性能良好,体现了长寿命;而导弹工作时间不一定长,但工作时间内(几秒、几分或半小时)要求高度可靠,万无一失,这就体现为高可靠性。平均寿命μ对不可修复或不值得修复的产品和可修复的产品有不同的含义。(1)MTTF。对于不可修复的产品,其寿命是指产品发生失效前的工作时间或工作次数。因此,平均寿命是指产品在丧失规定功能前的平均工作时间,通常记做MTTF(Mean TiMe To Failure),单位为“小时”。(2)MTBF。对可修复的产品,寿命是指两次相邻故障间的工作时间,而不是指产品的报废时间。因此,对这类产品的平均寿命是指平均无故障工作时间,或称平均故障间隔时间,也即产品在总的使用阶段累计工作时间与故障次数的比值,记做MTBF(Mean Time Between Failures)。它是衡量一个产品的可靠性指标(仅用于发生故障经修理或更换零件能继续工作的设备或系统),单位为“小时”。就MBTF本身而言,是关系着广大消费者的稳定性指数。MTBF值越高,表示设备系统的稳定性越好。例如,每天工作三班的公司如果要求24h连续运转,无故障率P(t)在99%以上,则单台设备系统的MTBF必须大于4500h。而对由多种和不同数量的设备系统构成的生产线要求就更高、更复杂了。其实,我们不必关注MTBF值如何计算,只要知道选择MTBF值高的产品,将给我们带来更高的竞争力。当然,也不是MTBF值越高越好,可靠性要求越高的设备系统成本也越高,根据实际需要选择适度可靠就行了。5.失效率λ(t)所谓失效率,可理解为在单位时间内发生故障的产品数与在该时间段内正确工作的产品平均数之比。显然失效率也是时间t的函数,记做λ(t),故也称为失效率函数。因此,可以按下式计算失效率λ (t)。

电子设备可靠性的基本概念

式中 n(t)——在t~t+Δt时间段内发生故障的产品数;Δt——时间间隔;N(t)——在Δt时间间隔内正确工作的产品平均数?。由各种电子元器件组成的电子设备系统的λ(t)曲线,随着时间的推移,形成类似“浴盆”形状,故称为“浴盆曲线”,如图3所示。典型的失效率曲线是“浴盆曲线”,其沿时间轴方向大致可划分为3个阶段,即早期失效期、偶发失效期和耗损失效期。

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