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實(shí)用資料－－電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)技術(shù) |
| 作者：chunyang 欄目：通信技術(shù) |
下面介紹電子設(shè)備可靠性設(shè)計(jì)方法。 1.可靠性預(yù)計(jì) 電子設(shè)備的最大特點(diǎn)是其元器件壽命服從指數(shù)分布，即故障率為常數(shù)。所以，可用公式預(yù)計(jì)其可靠性指標(biāo)。 電子設(shè)備均是由電阻、電容、二極管、三極管、集成電路等標(biāo)準(zhǔn)化程度很高的電子元器件組成，而對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)元器件現(xiàn)已積累了大量的試驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，已有成熟的預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和手冊(cè)。對(duì)于國(guó)產(chǎn)電子元器件，可采用國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB/Z 299A—91《電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)》進(jìn)行預(yù)計(jì)；而對(duì)于進(jìn)口電子元器件，則可采用美國(guó)軍標(biāo)MIL-HDBK-217E《電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)》進(jìn)行預(yù)計(jì)。 （1）元件計(jì)數(shù)法 這種方法適用于方案論證和初步設(shè)計(jì)階段。其通用計(jì)算公式為 式中 λs——系統(tǒng)的總故障率（l/h）； λgi——第i種元器件的通用故障率（l/h）； πqi——第i種元器件的通用質(zhì)量系數(shù)； Ni——第i種元器件的數(shù)量； n——設(shè)備所用元器件的種類數(shù)目。 （2）元器件應(yīng)力分析法 適用于電子設(shè)備詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，此時(shí)已具備了詳細(xì)的元器件清單、電應(yīng)力比、環(huán)境溫度等信息。這種方法的預(yù)計(jì)結(jié)果比計(jì)數(shù)法要準(zhǔn)確些。但計(jì)算比較繁瑣。其計(jì)算公式為 λp=λb（πeπqπrπaπsπc） 式中 λp——元器件工作故障率（l/h）； λb——元器件基本故障率（l/h）； πe——環(huán)境系數(shù)； πq——質(zhì)量系數(shù)； πr——電流額定值系數(shù)； πa——應(yīng)用系數(shù)； πs——電壓應(yīng)力系數(shù)； πc——配置系數(shù)。 然后按下式求得系統(tǒng)的故障率（λs）： 式中 λpi——第i種元器件的故障率（l/h）； Ni——第i種元器件的數(shù)量； N——系統(tǒng)中元器件種類數(shù)。 2.元器件的選擇與控制 電子元器件的選擇與控制是保證系統(tǒng)固有可靠性、減少元器件規(guī)格品種、降低保障費(fèi)用的有效措施。 應(yīng)根據(jù)電子設(shè)備可靠性要求確定本企業(yè)在元器件的選擇與控制中應(yīng)采取的具體措施。一般情況下，注意做到： 1）建立元器件選用的控制機(jī)構(gòu)； 2）制定元器件控制方案，控制標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)元器件的使用，擬定元器件優(yōu)選清單； 3）對(duì)轉(zhuǎn)承制方的元器件選用進(jìn)行控制； 4）進(jìn)行必要的應(yīng)力篩選。具體的篩選方法可參閱本書(shū)6.2節(jié)。 3.降額設(shè)計(jì) 降額設(shè)計(jì)是使電子元器件的工作應(yīng)力適當(dāng)?shù)陀谄湟?guī)定的額定值，從而達(dá)到降低基本故障率，保證系統(tǒng)可靠性的目的。電子元器件的故障率對(duì)電應(yīng)力和溫度應(yīng)力比較敏感，因此降額設(shè)計(jì)是電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)中的最常用的方法。 各類電子元器件，都有其最佳的降額范圍。此時(shí)，工作應(yīng)力的變化對(duì)其失效率有明顯的影響，設(shè)計(jì)上也容易實(shí)現(xiàn)，并且在設(shè)備體積、重量和成本方面不會(huì)付出太大的代價(jià)。 在電子元器件的最佳降額范圍內(nèi)，一般可分成三個(gè)降額等級(jí)： 1）Ⅰ級(jí)降額。級(jí)降額是最大的降額，適用于設(shè)備故障將會(huì)危及安全，導(dǎo)致任務(wù)失敗和造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失的情況。 2）Ⅱ級(jí)降額。 3）Ⅲ級(jí)降額。Ⅲ級(jí)降額是最小的降額，這種降額的可靠性增長(zhǎng)效果和所花費(fèi)的代價(jià)相比是最高的。 4.熱設(shè)計(jì) 電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是：通過(guò)熱設(shè)計(jì)在滿足性能要求的前提下盡可能減少設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生的熱量；減少熱阻；選擇合理的冷卻方式。 熱設(shè)計(jì)的基本程序是： 1）首先明確設(shè)計(jì)條件，如設(shè)備的功耗、發(fā)熱量、容許溫升、設(shè)備外形尺寸、設(shè)備放置的環(huán)境條件等； 2）決定設(shè)備的冷卻方式，并檢查是否滿足原始條件； 3）分別對(duì)元件、線路、印制電路板和機(jī)箱進(jìn)行熱設(shè)計(jì)； 4）按熱設(shè)計(jì)檢查表進(jìn)行檢查，確定是否滿足設(shè)計(jì)要求。 5.冗余設(shè)計(jì) 冗余是指系統(tǒng)或設(shè)備中具有多于一種手段執(zhí)行同一種規(guī)定功能的能力。設(shè)置冗余可提高系統(tǒng)的可靠性，但同時(shí)又增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性、重量和體積。一種工程經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為：采用更可靠的元器件、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和降額設(shè)計(jì)等方法仍不能滿足系統(tǒng)可靠性要求時(shí)才考慮采用冗余。另一種工程經(jīng)驗(yàn)則認(rèn)為：當(dāng)經(jīng)費(fèi)和進(jìn)度都有限止時(shí)，采用成熟設(shè)計(jì)的冗余技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高可靠性的有效途徑。因此，是否采用冗余全視具體場(chǎng)合而定。 冗余并非適用于所有的場(chǎng)合，一般在低層次和關(guān)鍵關(guān)節(jié)的情況下使用可獲得較好的效果。同時(shí)，還需注意，某些冗余技術(shù)的采用需增加若干故障檢測(cè)和冗余通道切換裝置，它們的失效率應(yīng)遠(yuǎn)低于受控部分時(shí)，才能發(fā)揮冗余技術(shù)的優(yōu)越性。 冗余設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是： 1）確定冗余等級(jí)； 2）選定冗余類型； 3）確定冗余配置方案； 4）確定冗余管理方案。 6.電磁兼容設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的電磁兼容性的定義為：系統(tǒng)所有的電氣及電子系統(tǒng)，包括其分系統(tǒng)、儀器、設(shè)備、組件、元件等，在執(zhí)行預(yù)定的任務(wù)時(shí)遇到的各種電磁環(huán)境（系統(tǒng)內(nèi)部的、外部的、人為的及天然的）中，其性能不降低、參數(shù)不超出容許的上下限，而仍能協(xié)調(diào)地、有效地工作的能力。 隨著技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)日趨復(fù)雜，電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用及電子電路集成度的提高，電磁兼容性問(wèn)題也日趨嚴(yán)重，這已日益成為人們的共識(shí)。一個(gè)可靠的系統(tǒng)，在規(guī)定的條件下，在任何工作時(shí)間里，必須保持電磁兼容，否則表明系統(tǒng)存在故障，因而是不可靠的。 電磁干擾主要有三個(gè)來(lái)源：功能干擾源、非功能干擾源和自然干擾源。如按傳播途徑分類可分為傳導(dǎo)干擾源和輻射干擾源。若按頻帶分類則可分為窄頻帶干擾和寬頻帶干擾。 為了使系統(tǒng)能具有電磁兼容，在進(jìn)行總體設(shè)計(jì)時(shí)，要注意解決好下列問(wèn)題：頻率和頻譜的選擇、信號(hào)電平的選擇、阻抗的選擇、儀器及電路的布置。在電磁兼容設(shè)計(jì)中，要在接地與搭接、屏蔽、濾波、電纜網(wǎng)設(shè)計(jì)、儀器電路設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料和零組件及其工藝、防靜電等方面采取措施。最后，還必須進(jìn)行電磁兼容性測(cè)試驗(yàn)證。 7.容差分析 電子元器件和電路的容差分析是作為一個(gè)可靠性工作項(xiàng)目列入國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB 450—88《裝備研制與生產(chǎn)的可靠性通用大綱》的。其目的是為了保證電路的輸出或設(shè)備的參數(shù)都能保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。這種分析主要是考慮制造的離散性及溫度、退化等因素對(duì)元器件參數(shù)變化的影響。 隨著健壯性設(shè)計(jì)方法的推廣，現(xiàn)今已將容差分析作為三次設(shè)計(jì)，即系統(tǒng)設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)和容差設(shè)計(jì)的一部分來(lái)進(jìn)行。 8.潛電路分析 所謂潛電路指的是：某種條件下，電路中產(chǎn)生的不希望有的通路。它的存在會(huì)引起功能異常或抑制正常功能。潛電路分析的目的是：在假定所有組件均正常工作的情況下，分析哪些是能引起功能異�；蛞种普９δ艿臐撛陔娐�，從而為改進(jìn)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 為了查出潛電路，先要列出電路所存在的一切通路。為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，須略去不必要的部分，但必須保持連通電源和接地總線通路，略去無(wú)關(guān)路徑。此過(guò)程工作量較大，一般要用計(jì)算機(jī)完成。可在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)樹(shù)。這種網(wǎng)絡(luò)樹(shù)規(guī)定：把所有電源置于每一網(wǎng)絡(luò)樹(shù)的頂端，而底部是地，并使電路按電流自上而下的規(guī)則排列。由網(wǎng)絡(luò)樹(shù)可判斷出存在的潛電路。 進(jìn)行潛電路分析時(shí)，一般不考慮環(huán)境變化的影響，也不去識(shí)別由于某些硬件故障等原因引起的潛電路。潛電路分析只注重系統(tǒng)各元件、部件之間的相互連接、相互關(guān)系及相互影響，而不注重元件、部件本身的可靠性。在進(jìn)行潛電路分析時(shí)，使用詳細(xì)的生產(chǎn)圖及安裝圖要比使用系統(tǒng)級(jí)或功能級(jí)圖樣更為有效。 |
| 2樓： | >>參與討論 |
| 作者： 南方的老樹(shù) 于 2005/5/31 18:24:00 發(fā)布：
好文 |
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| 作者： kasami 于 2005/5/31 20:54:00 發(fā)布：
我一直覺(jué)得 我一直覺(jué)得搞通信的主要是搞軟件的,這些東西也要知道啊?版主發(fā)的這些資料,我看著就頭大啊。 |
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| 4樓： | >>參與討論 |
| 作者： chunyang 于 2005/5/31 21:06:00 發(fā)布：
通訊行業(yè)的“技術(shù)性”很強(qiáng) 頻率高、信號(hào)弱，EMC及可靠性設(shè)計(jì)自然十分重要。 當(dāng)然大公司搞大型系統(tǒng)，分工會(huì)很明確，知識(shí)面窄點(diǎn)問(wèn)題不大。 |
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| 5樓： | >>參與討論 |
| 作者： 南方的老樹(shù) 于 2005/5/31 21:09:00 發(fā)布：
我看了深受啟發(fā)，的確，原來(lái)模模糊糊認(rèn)識(shí)到的 現(xiàn)在樓主系統(tǒng)總結(jié)出來(lái)，的確是電子界的幸事。不光是通訊，電子的其它行業(yè)都要認(rèn)真看看�？隙ㄓ惺斋@的。 |
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| 6樓： | >>參與討論 |
| 作者： kasami 于 2005/5/31 21:17:00 發(fā)布：
說(shuō)實(shí)話 說(shuō)實(shí)話，我一直不知道“電子”和“通信”到底什么關(guān)系？以及“通信”和“通訊”是一個(gè)概念嗎？哪位還能幫我釋疑��？不過(guò)我自己感覺(jué)這種問(wèn)題是太弱了，各位前輩千萬(wàn)不要開(kāi)罵哦！小女子的心理承受能力有限��！拜托！ * - 本貼最后修改時(shí)間：2005-5-31 21:20:29 修改者：kasami |
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| 7樓： | >>參與討論 |
| 作者： chunyang 于 2005/6/1 8:13:00 發(fā)布：
“通信”和“通訊”是一樣的概念，后者更規(guī)范 電子技術(shù)是現(xiàn)代通訊技術(shù)的基礎(chǔ)和承載體。 |
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| 8樓： | >>參與討論 |
| 作者： kasami 于 2005/6/1 11:56:00 發(fā)布：
多謝版主 多謝版主chunyang，總算明白了，看來(lái)要吃通訊這碗飯，還有好多東西要學(xué)啊 |
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| 9樓： | >>參與討論 |
| 作者： 南方的老樹(shù) 于 2005/6/1 20:05:00 發(fā)布：
原來(lái)俺在通信工程學(xué)院的時(shí)候，就討論過(guò)“通信”和“通訊” 比如：總參通信部，樊昌信的通信原理。 強(qiáng)烈建議斑竹的這些系列的帖子置頂! |
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| 10樓： | >>參與討論 |
| 作者： chunyang 于 2005/6/1 21:36:00 發(fā)布：
好東西還是“有緣”者看吧 |
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| 11樓： | >>參與討論 |
| 作者： iC921 于 2005/6/1 22:55:00 發(fā)布：
雖然見(jiàn)過(guò)許多次這一概念，還真沒(méi)有多想過(guò)潛電路的問(wèn)題 不過(guò)，我初步覺(jué)得象這種情況應(yīng)該是潛電路的一種具體電路形式：三相交流電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)，一般設(shè)有正反電氣互鎖電路。但這種互鎖一般只是電氣互鎖，如果人工同時(shí)按下觸頭，還是存在相間短路的問(wèn)題的。 事實(shí)上，早幾天我就碰到過(guò)電氣互鎖失效的情況：雷擊造成我們的一大批設(shè)備損壞，電路板壞了一批，當(dāng)然包含輸出控制板在內(nèi)。檢修時(shí)我“意外”地碰到電源跳閘的現(xiàn)象，在我之后還有別人也碰上了的情況。這是從來(lái)沒(méi)有過(guò)的。 事后分析發(fā)現(xiàn)，問(wèn)題的關(guān)鍵還是輸出控制有問(wèn)題：兩個(gè)控制正反轉(zhuǎn)的輸出口都短路了，當(dāng)然會(huì)讓兩個(gè)線圈同時(shí)得電同時(shí)吸合----相間短路已經(jīng)不可避免地發(fā)生! 雷擊事件部分情況參見(jiàn)：http://www.21icbbs.com/club/bbs/list.asp?boardid=12&page=2&t=1673872&tp=%u4ECA%u5929%u5C1D%u8BD5%u4E86%u4E00%u4E0B%u7528%u4E92%u5D4C%u65B9%u6CD5%u89E3%u51B3%u591A%u5149%u8026%u5E03%u5C40%u7684%u95EE%u9898 對(duì)上述現(xiàn)象有不了解的，可以要求我發(fā)圖。 ________________________________ 8.潛電路分析 所謂潛電路指的是：某種條件下，電路中產(chǎn)生的不希望有的通路。它的存在會(huì)引起功能異�；蛞种普９δ�。潛電路分析的目的是：在假定所有組件均正常工作的情況下，分析哪些是能引起功能異�；蛞种普９δ艿臐撛陔娐�，從而為改進(jìn)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 為了查出潛電路，先要列出電路所存在的一切通路。為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，須略去不必要的部分，但必須保持連通電源和接地總線通路，略去無(wú)關(guān)路徑。此過(guò)程工作量較大，一般要用計(jì)算機(jī)完成�？稍诖嘶A(chǔ)上產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)樹(shù)。這種網(wǎng)絡(luò)樹(shù)規(guī)定：把所有電源置于每一網(wǎng)絡(luò)樹(shù)的頂端，而底部是地，并使電路按電流自上而下的規(guī)則排列。由網(wǎng)絡(luò)樹(shù)可判斷出存在的潛電路。 進(jìn)行潛電路分析時(shí)，一般不考慮環(huán)境變化的影響，也不去識(shí)別由于某些硬件故障等原因引起的潛電路。潛電路分析只注重系統(tǒng)各元件、部件之間的相互連接、相互關(guān)系及相互影響，而不注重元件、部件本身的可靠性。在進(jìn)行潛電路分析時(shí)，使用詳細(xì)的生產(chǎn)圖及安裝圖要比使用系統(tǒng)級(jí)或功能級(jí)圖樣更為有效。 ___________ 通訊系統(tǒng)的可靠性是要求非常高的，此文頗值得一讀!但為什么不考慮環(huán)境變化呢？請(qǐng)樓主細(xì)解ing 另外，從不考慮硬件故障的角度看，我的上面的跟帖是提的不合適，不過(guò)，目前的電路輸出是由軟件控制的，要同時(shí)輸出并造成短路是完全可能的。象這種，算不算呢？ * - 本貼最后修改時(shí)間：2005-6-1 23:25:29 修改者：iC921 |
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| 12樓： | >>參與討論 |
| 作者： chunyang 于 2005/6/2 10:46:00 發(fā)布：
iC921講的非常好 環(huán)境變化絕對(duì)應(yīng)該考慮。 iC921講到的情況應(yīng)該是系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)考慮不周的情況，當(dāng)然我也同意可以視為一種“潛電路”問(wèn)題，任何產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)應(yīng)包含“使用者”和“使用環(huán)境”方面的因素，iC921所及的“隱患”若不能在設(shè)計(jì)中根除，則應(yīng)在產(chǎn)品中包含獨(dú)立的失效保護(hù)電路，并在設(shè)備操作板處做明顯的禁止行為警示，使用說(shuō)明和培訓(xùn)中亦應(yīng)做相應(yīng)強(qiáng)調(diào)。就此個(gè)案而言，改進(jìn)應(yīng)是較簡(jiǎn)單的事，以iC921的功力當(dāng)然“小菜一碟”了。 |
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| 13樓： | >>參與討論 |
| 作者： jackxu 于 2005/6/2 16:02:00 發(fā)布：
電磁兼容設(shè)計(jì)!! 頂！電磁兼容性設(shè)計(jì)是目前非常熱門(mén)的話題，好的電子產(chǎn)品必須有好的電磁兼容特性。 |
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