產(chǎn)品的可靠性又可分為固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性是產(chǎn)品在設計、制造中賦予的，也是產(chǎn)品的可以控制的。而使用可靠性則是產(chǎn)品在實際使用過程中表現(xiàn)出的一種性能的保持能力的特性，它除了考慮固有可靠性因素外，還要考慮產(chǎn)品安裝、操作使用和維修保障等因素的影響。所以產(chǎn)品的可靠性設計與分析是產(chǎn)品體現(xiàn)可靠性的前提條件和能否生產(chǎn)出可靠產(chǎn)品的有力保障。

    從上面的定義我們可以看出產(chǎn)品的可靠性是設計出來的，生產(chǎn)出來的，也是管理出來的。產(chǎn)品的可靠性設計水平對產(chǎn)品固有的可靠性影響是重大的，因此可靠性設計與分析在產(chǎn)品的開發(fā)過程中具有很重要的地位。下面我們分別從產(chǎn)品的可靠性技術、故障模式、影響及危害性分析、故障（失效）樹分析、維修性設計幾個方面展開對產(chǎn)品的可靠性設計與分析。希望能給從事設計產(chǎn)品和從質(zhì)量的人員有所幫助。

、可靠性設計的主要技術

1、規(guī)定定性定量的可靠性要求，設立符合產(chǎn)品市場需求與環(huán)境試驗的可靠性指標。才能對開發(fā)的產(chǎn)品進行可靠性測試，避免產(chǎn)品在顧客使用中因故障頻繁而使企業(yè)和客戶利益受到不可估量的損失，那么就是一款失敗的產(chǎn)品，常用的可靠性指標有平均故障間隔時間（MIBF）、使用壽命、高低溫、震動。具體就要看產(chǎn)品的使用環(huán)境，民品的要求想對低一些，jun品的高一些，但是也要分是航空、航天、潛海等環(huán)境。

2、建立可靠性模型。建立產(chǎn)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(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)學模型。對于復雜產(chǎn)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(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)學公式求定量求出該產(chǎn)品的可靠度與故障率，后推導出可靠性指標。

3、可靠性分配。就是將產(chǎn)品總的可靠性定量要求分配到規(guī)定的產(chǎn)品層次，通過分配

通過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(chǎn)品可靠性數(shù)據(jù)缺乏的情況下，可以請熟悉產(chǎn)品、有工程實際經(jīng)驗的專家，按照影響產(chǎn)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(jù)組成分系統(tǒng)的元部件數(shù)量以及它們組裝調(diào)試的難易程度評定。復雜的評10分，簡單的評1分。

技術成熟度：根據(jù)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(jù)分系統(tǒng)的得要性評定。重要性低的評10分，重要性zui高的評1分。

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

利用數(shù)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。

4、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(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、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(jié)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(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?？煽啃灶A計有很多方法，如元器件計數(shù)法、應力分析法、上下限法等。

元器件計數(shù)法適用于產(chǎn)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(chǎn)品的故障率，但預計結(jié)果比較粗糙。

應力分析法適用于電子產(chǎn)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(shù)法的結(jié)果要準確些。應力分析法分三步求出。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)品的可靠性指標平均故障間隔時間（MTBF）。

注：以上故障率、環(huán)境系數(shù)等可查國軍標GJB299B

5、可靠性設計準則。是把已有的、相似產(chǎn)品的工程經(jīng)驗總結(jié)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。

可靠性設計準則一般都是針對某種產(chǎn)品的，但也可以把各種產(chǎn)品的可靠性設計準則的共性內(nèi)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(jīng)剪裁、增補之后又可成為具體產(chǎn)品的可靠性設計準則。

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

6、耐環(huán)境設計。產(chǎn)品使用環(huán)境對產(chǎn)品可靠性的影響十分明顯。因此，在產(chǎn)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。

7、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。要保證產(chǎn)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。

8、電磁兼容性設計。對電子產(chǎn)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。

9、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(chǎn)品特別是電子產(chǎn)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(jié)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。

以上就是我們設計產(chǎn)品可靠性設計的一些主要技術，如果在設計時考周全，那么研發(fā)出來的產(chǎn)品可靠性水平將會大大的提高。

第二、產(chǎn)品故障模式、影響及危害性分析（FMECA）

故障模式，影響及危害性分析（FMECA）是針對產(chǎn)品所有可能的故障，并根據(jù)對故障模式的分析，確定每種故障模式對產(chǎn)品工作的影響，找出單點故障，并按故障模式的嚴酷度及其發(fā)生概率確定其危害性。FMECA包括故障模式及影響分析（FMEA）和危害性分析（CA）。FMECA分析方法可用于整個系統(tǒng)到零部件任何一級，一般根據(jù)要求和可能在規(guī)定的產(chǎn)品層次上進行。

FMECA的實施步驟通常為：

（1）掌握產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和功能的有關資料。

（2）掌握產(chǎn)品啟動、運行、操作、維修資料。

（3）掌握產(chǎn)品所處環(huán)境條件的資料。

這些資料在設計的初始階段，往往不能同是都掌握。開始時，只能作某些假設，用來確定一些很明顯的故障模式。即使是初步FMECA也能指出許多單點失效部位，且其中有些可通過結(jié)構(gòu)的重新安排而消除。隨著設計工作的進展，可利用的信息不斷增多。FMECA工作應重復進行，根據(jù)需要和可能應把分析擴展到更為具體的層次。
（4）定義產(chǎn)品及其功能和低工作要求。一個系統(tǒng)的完整定義包括它的主要和次要功能、用途、、預期的性能、環(huán)境要求、系統(tǒng)的約束條件和構(gòu)成故障的條件等。由于任何給定的產(chǎn)品都有一個或多個工作模式，并且可能處于不同的工作階段，因此，系統(tǒng)的定義還包括產(chǎn)品工作的每個模式及其持續(xù)工作期內(nèi)的功能說明。每個產(chǎn)品均應有它的功能方框圖，表示產(chǎn)品工作及產(chǎn)品各功能單元之間的相互關系數(shù)。

（5）按照產(chǎn)品功能方框圖畫出其可靠性方框圖。

（6）根據(jù)所需要的結(jié)構(gòu)和現(xiàn)有資料的多少來確定分析級別，即規(guī)定分析到的層次。

（7）找出故障模式，分析其原因及影響。

（8）找出故障的檢測方法。

（9）找出設計時可能的預防措施，以防止特別不希望發(fā)的事件。

（10）確定各種故障模式對產(chǎn)品產(chǎn)生危害的嚴酷程度。

（11）確定各種故障模式的發(fā)生概率等級。

（12）填寫FMEA表，并繪制危害性矩陳，如果需要進行定量FMECA，則需填寫CA表。如果僅進行FMEA則第（11）步驟和繪制危害矩陣不必進行。

以上所述概括了進行FMECA所需要的基本輸入信息，在此基礎上進一步參照相關標準來完成分析工作，可參照的標準有國家標準GB 7826—87《系統(tǒng)可靠性分析技術 失效模式和效應分析（FMEA）程序》，電工委員會標準IEC 60812 Ed.2（2003）56/797及國家軍用標準GJB1391《故障模式、影響及危害性分析程度》，在這些標準中都提供了相應的表格供分析者使用。

第三、故障（失效）樹分析（FTA）

與FMECA類似，故障樹分（FTA）是分析產(chǎn)品故障原因和結(jié)果之間關系的另一重要的可靠性分析工具。 故障樹表示產(chǎn)品的那些組成部分的故障模式或外界事件或它們的組合導致產(chǎn)品的一種給定故障模式的邏輯圖。它用一系列事件符號、邏輯符號和轉(zhuǎn)移符號描述系統(tǒng)中各種事件之間的因果關系。

（1）故障樹分析的準備工作

分析者必須熟悉設計說明書、設計圖、運行規(guī)定、維修規(guī)程和其他有關資料。掌握系統(tǒng)的設計意圖、結(jié)構(gòu)、功能和環(huán)境情況。根據(jù)系統(tǒng)復雜程度和要求，必要時應進行系統(tǒng)的FMEA或FMECA以幫助確定頂事件及各級故障事件，根據(jù)系統(tǒng)的任務要求和對系統(tǒng)的了解確定分析目的，根據(jù)系統(tǒng)任務功能確定系統(tǒng)故障判據(jù)。

（2）故障樹的建造

完成（1）中的準備工作后，即可從確定的頂事件出發(fā)，遵循建造故障樹的基本規(guī)則和方法建造出所需要的故障樹。

（3）故障樹的定性分析

故障樹的定性分析主要包括以下內(nèi)容：故障樹的規(guī)范華；故障的規(guī)范化；故障樹的簡化及模塊分析；計算故障樹的小割集。

（4）故障樹的定量分析

根據(jù)故障樹中各底事件的發(fā)生概率，計算出頂事件發(fā)生概率。

（5）編寫故障樹分析報告

由于故障樹分析已成為系統(tǒng)可靠性分析的重要工具，并被可靠性工程師門廣泛地使用，國內(nèi)外也發(fā)布了相應的標準，這些標準有：國家標準GB/T 7829—1987《故障樹分程序》，國家軍用標準GJB768《故障樹分析》，電工委員會標準IEC 61025 Ed.1—1990—10《故障樹分析》。

第四、可維修性設計

產(chǎn)品的維修性是設計出來的，只有在產(chǎn)品設計開發(fā)過程開展維修性設計與分析工作，才能將維修性設計到產(chǎn)品中，維修性設計的主要方法有定性和定量兩種方法，維修性的定性設計是主要的，只要設計人員有維修性的意識和工程經(jīng)驗就能將維修性設計進產(chǎn)品。維修性定性設計主要有簡化設計、可達性設計、標準化互換與模塊化設計、防差錯及識別標志設計、維修安全設計、故障檢測設計、維修中人素工程設計等。

（1）簡化設計是在滿足性能要求和使用要求的前提下，盡可能采用簡單的結(jié)構(gòu)和外形，以降低對使用和維修人員的技能要求。簡化設計的基本原則是盡可能簡化產(chǎn)品功能，合并產(chǎn)品功能 和盡量減少零部件的品種和數(shù)量。

（2）可達性設計是當產(chǎn)品發(fā)生故障進行維修時容易接近需維修部位的設計。可達性設計的要求“看得見”——視覺可達；“夠得著”——實體可達，比如身體的某一部位或借助工作能夠接觸到維修部位，同時留有足夠的維修操作空間。合理設置維修窗品和維修通道是解決“看得見、夠得著”的重要途徑。

（3）標準化、互換性與模塊化設計。標準化設計是近代產(chǎn)品設計的特點，設計時盡量采用標準件有利于零部件的供應儲備和調(diào)劑，使產(chǎn)品的維修更為簡便。

互換性設計指同種產(chǎn)品之間在實體上，功能上能夠彼此互相替換的性能?；Q性設計可簡化維修作業(yè)和節(jié)約備品費用，提高產(chǎn)品的維修性。
模塊化設計是實現(xiàn)部件互換通用、快速更換修理的有產(chǎn)途徑。模塊是指從產(chǎn)品中單獨分離出來，具有相對獨立功能的結(jié)構(gòu)整體，先進的硬件設計的模塊化系數(shù)達70%～80%以上，先進和軟件設計的模塊化系數(shù)達50%以上。

（4）防差錯及識別標志設計。防差錯設計就是要保證在結(jié)構(gòu)上只允許裝對了才能裝得上，裝錯了或者裝反了就裝不上，或者發(fā)生差錯時就能立即發(fā)現(xiàn)并糾正。識別標志設計就是在維修的零部件、備品、工具、測試器材等上面做出識別，以便于區(qū)別辨認，防止混亂，避免因差錯而發(fā)生事故，同時也可以提高工效。

（5）維修安全性設計。維修安全性設計是指能避免維修人員傷亡或產(chǎn)品損壞的一種設計。例如，在可能發(fā)生危險的部件，應提供醒目的標記、警告燈、聲響警告等輔助預防手段。對盛裝高壓氣體、彈簧、帶有高壓電等儲有很大能量且維修時間需要拆卸的裝置，應設有備用釋放能量的結(jié)構(gòu)和安全可靠的拆裝設備、工具，以保證拆裝安全。同時在維修性設計時應考慮防機械損傷防電擊、防火、防爆和防毒等，以保證維修人員的安全。

（6）故障檢測設計。產(chǎn)品故障檢測診斷是否準確快速、簡便對維修有重大影響。因此在設計時，應充分考慮測試方式、檢測設備、測試點配置等一系列問題，以此來提高故障的定位的速度。

（7）維修中的人因工程設計。維修中的人的因系工程，是研究在維修中人的各種因素，包括生理因素，心理因素和人體的幾何尺寸與產(chǎn)品的關系，以提高維修工作效率，減輕維修人員疲勞等方面的問題。

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