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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shù)、故障模式、影響及危害性分析、故障（失效）樹分析、維修性設(shè)計幾個方面展開對產(chǎn)品的可靠性設(shè)計與分析。希望能給從事設(shè)計產(chǎn)品和從質(zhì)量的人員有所幫助。

、可靠性設(shè)計的主要技術(shù)

1、規(guī)定定性定量的可靠性要求，設(shè)立符合產(chǎn)品市場需求與環(huán)境試驗的可靠性指標(biāo)。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(biāo)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?？煽啃阅Ｐ桶煽啃苑娇驁D和可靠性數(shù)學(xué)模型。對于復(fù)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(yù)計或估計所設(shè)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(xué)公式求定量求出該產(chǎn)品的可靠度與故障率，后推導(dǎo)出可靠性指標(biāo)。

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?，如評分分配法、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(fù)雜度、技術(shù)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(fù)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(fù)雜的評10分，簡單的評1分。

技術(shù)成熟度：根據(jù)分系統(tǒng)的技術(shù)水平和成熟程度評定。技術(shù)成熟度低平10分，技術(shù)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(xué)公式定量的算出可靠性指標(biāo)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(biāo)分配到各部件中去了。

4、可靠性預(yù)計?？煽啃灶A(yù)計是在設(shè)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(yù)計結(jié)果可以與要求的可靠性相比較，估計設(shè)計是否滿足要求，通過可靠性預(yù)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(yù)計有很多方法，如元器件計數(shù)法、應(yīng)力分析法、上下限法等。

元器件計數(shù)法適用于產(chǎn)品設(shè)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(yīng)用及它們之間的邏輯關(guān)系就可以迅速估算出產(chǎn)品的故障率，但預(yù)計結(jié)果比較粗糙。

應(yīng)力分析法適用于電子產(chǎn)品詳細設(shè)計階段，已具備了詳細的文件清單、電應(yīng)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(yīng)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(biāo)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(biāo)GJB299B

5、可靠性設(shè)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(xué)化，成為設(shè)計人員進行可靠性設(shè)計所遵循的原則和應(yīng)滿足的要求。

可靠性設(shè)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(shè)計準則的共性內(nèi)容，綜合成某種類型的可靠性設(shè)計準則，如直升機可靠性設(shè)計準則等。當(dāng)然，這些共性可靠性設(shè)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(shè)計準則。

可靠性設(shè)計準則一般應(yīng)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(shè)計經(jīng)驗以及有關(guān)的標(biāo)準、規(guī)范來制定。

6、耐環(huán)境設(shè)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(yīng)開展抗振、抗沖擊、抗噪音、防潮、防霉、防腐設(shè)計和熱設(shè)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(chǔ)。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(shè)計。對電子產(chǎn)品來說，電磁兼容設(shè)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(shè)計與熱設(shè)計。元器、零部件的故障率是與其承受的應(yīng)力緊密相關(guān)的，降低其承受的應(yīng)力可以提高其使用中的可靠性，因此設(shè)計時應(yīng)將其工作應(yīng)力設(shè)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(yīng)利用熱傳導(dǎo)、對流、熱輻射等原理結(jié)合必要的自然通風(fēng)、強制通風(fēng)、以致水冷及熱管等技術(shù)進行合理的熱設(shè)計，以降低其周圍的環(huán)境溫度。

以上就是我們設(shè)計產(chǎn)品可靠性設(shè)計的一些主要技術(shù)，如果在設(shè)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(guān)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(shè)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(shè)，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(shè)計工作的進展，可利用的信息不斷增多。FMECA工作應(yīng)重復(fù)進行，根據(jù)需要和可能應(yīng)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(yù)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(yīng)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(guān)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(shè)計時可能的預(yù)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(chǔ)上進一步參照相關(guān)標(biāo)準來完成分析工作，可參照的標(biāo)準有國家標(biāo)準GB 7826—87《系統(tǒng)可靠性分析技術(shù) 失效模式和效應(yīng)分析（FMEA）程序》，電工委員會標(biāo)準IEC 60812 Ed.2（2003）56/797及國家軍用標(biāo)準GJB1391《故障模式、影響及危害性分析程度》，在這些標(biāo)準中都提供了相應(yīng)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(guān)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(dǎo)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(guān)系。

（1）故障樹分析的準備工作

分析者必須熟悉設(shè)計說明書、設(shè)計圖、運行規(guī)定、維修規(guī)程和其他有關(guān)資料。掌握系統(tǒng)的設(shè)計意圖、結(jié)構(gòu)、功能和環(huán)境情況。根據(jù)系統(tǒng)復(fù)雜程度和要求，必要時應(yīng)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(wù)要求和對系統(tǒng)的了解確定分析目的，根據(jù)系統(tǒng)任務(wù)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(yīng)的標(biāo)準，這些標(biāo)準有：國家標(biāo)準GB/T 7829—1987《故障樹分程序》，國家軍用標(biāo)準GJB768《故障樹分析》，電工委員會標(biāo)準IEC 61025 Ed.1—1990—10《故障樹分析》。

第四、可維修性設(shè)計

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

（1）簡化設(shè)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(shè)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(shè)計是當(dāng)產(chǎn)品發(fā)生故障進行維修時容易接近需維修部位的設(shè)計?？蛇_性設(shè)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(shè)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(biāo)準化、互換性與模塊化設(shè)計。標(biāo)準化設(shè)計是近代產(chǎn)品設(shè)計的特點，設(shè)計時盡量采用標(biāo)準件有利于零部件的供應(yīng)儲備和調(diào)劑，使產(chǎn)品的維修更為簡便。

互換性設(shè)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。互換性設(shè)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(shè)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(shè)計的模塊化系數(shù)達70%～80%以上，先進和軟件設(shè)計的模塊化系數(shù)達50%以上。

（4）防差錯及識別標(biāo)志設(shè)計。防差錯設(shè)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(biāo)志設(shè)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(shè)計。維修安全性設(shè)計是指能避免維修人員傷亡或產(chǎn)品損壞的一種設(shè)計。例如，在可能發(fā)生危險的部件，應(yīng)提供醒目的標(biāo)記、警告燈、聲響警告等輔助預(yù)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(yīng)設(shè)有備用釋放能量的結(jié)構(gòu)和安全可靠的拆裝設(shè)備、工具，以保證拆裝安全。同時在維修性設(shè)計時應(yīng)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(shè)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(shè)計時，應(yīng)充分考慮測試方式、檢測設(shè)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(shè)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(guān)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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