智能仪器可靠性与可测试性设计

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1、第五章智能仪器可靠性与可测试性设计主要内容：可靠性概述可靠性设计可测试性概述1§1可靠性概述可靠率是指在规定条件下和规定时间内智能仪器完成所规定任务的成功率。R(t)=S(t)/N其中：N—仪器总台数S(t)—正常工作台数一、可靠性的基本概念2一、可靠性的基本概念失效率也称瞬时失效率或称故障率，是指智能仪器运行到t时刻后单位时间内发生故障的智能仪器台数与t时刻完好智能仪器台数之比。将上式写成微分形式得：理论上，是不随时间变化的对上式积分得：可见，其符合指数规律。当某一时间的可靠性R(t)已知时失效率也可用下式计算：λ=γ/T其中：γ—仪器失效数T—仪器运行

2、台数与运行时间的乘积3浴盆曲线早期故障期耗损故障期偶然故障期λ(t)(失效率)使用寿命规定的失效率abt(时间)0早期故障原因：设计不当与工艺上的缺陷措施：元器件筛选、老化和整机加速试验偶然故障期原因：随机因素影响仪器最佳使用期，也是可靠性技术充分发挥作用的时期耗损故障期原因：元器件寿命措施：按元器件寿命统计分布规律，预先更换预防性维护，可以延长系统的实际使用寿命仪器的平均失效率具有与元器件失效变化相同的规律λ(t)(失效率)使用寿命期0t(时间)新浴盆曲线初始期衰老期4平均故障间隔时间MTBF或称为平均无故障时间(亦称故障前平均时间)MTTF。前者用来描

3、述可修复的仪器后者用于描述不可修复的仪器一般情况下，都用MTBF来表示，它与可靠率R(t)之间的关系为平均修复时间和可用性其中：N—维修次数ti—第i次修复所用时间5可靠性与经济性维修费用可靠率费用总费用使用费用可靠率与经济性的关系6二、可靠性的总体考虑（一）设计过程1．系统设计的进程分析设计任务分析提出可靠性方案比较、确定软件设计硬件设计测试、考验试运行设想措施可靠性分析软件措施硬件措施故障评估分析改进措施系统设计进程可靠性考虑方案设想2．生产及使用过程同时7（二）、可靠性的分配方法★均等分配法★航空无线电公司分配法①达到的目标是满足下式：式中：—系统总

4、的失效率—分配给各分系统的失效率②根据先验知识预计每个分系统的失效率λi③计算加权因子Wr。加权因子由下式计算：④对每一个分系统分配失效率8举例：一个系统由3个分系统组成。已知3个分系统的失效率分别为：=0.003，=0.001，=0.004。该系统20h的可靠度规定为0.9，试利用航空无线电公司分配法进行可靠性分配。9§2可靠性设计一、硬件可靠性设计（一）影响仪器可靠性的因素◇元器件的可靠性◇工艺◇电路结构◇环境因素◇人为因素使用值额定值λ(t)1210（二）提高仪器可靠性的措施◆元器件的选择（电阻器、电容器、集成电路芯片）◆筛选◆降额使用◆可靠的电路

5、设计◆冗余设计包括并联系统和串联系统两种形式11并联、串联系统并联系统的可靠度Rp为串联系统的可靠度RS为11121n……21222n…m1m2mn………串并联系统串并联系统的可靠度为1211121n…21222n…m1m2mn……并串联系统并串联系统的可靠度RSP为13◆环境设计:主要有：温度保护；冲击振动保护；电磁干扰保护；其他环境方面的保护。◆人为因素设计:设计时人为因素考虑不周，造成日后仪器故障频频发生◆对仪器进行可靠性试验:包括：天然暴露试验、高温试验、低温试验、潮湿试验、腐蚀试验、防尘试验、机械试验(包括振动、碰撞、自由跌落与加速度试验)、雷击

6、试验、防爆试验和电磁干扰试验等。14提高软件可靠性的方法认真地进行规范设计可靠的程序设计方法程序验证技术提高软件设计人员的素质消除干扰增加试运行时间二、软件可靠性设计15§3可测试性概述可测试性与可测试性设计测试性要求测试方案可测试性设计优点16可测试性可测试性（Testability）是指产品能够及时准确地确定其自身状态（如可工作，不可工作，性能下降等）和隔离其内部故障的设计特性。可测试性包括三个基本要素:可控制性(Controllability)可观测性(Observability)可预见性(Predictability)一.可测试性与可测试性设计17

7、可测试性设计(DesignForTestability—DFT)是一种以提高产品测试性为目的的设计方法学。18二.测试性要求在尽可能少地增加硬件和软件的基础上，以最少的费用使产品获得所需的测试能力，简便、迅速、准确地实现检测和诊断。1．定性要求（1）合理划分产品单元。根据维修级别的要求，把系统划分为易于检测和更换的两个单元。（2）合理设置测试点。（3）合理选择测试方法。综合权衡，正确确定测试方案，根据具体情况选择自动、半自动、人工测试、机内、外部测试设备等。（4）兼容性。尽可能选用标准化的、通用的测试设备和附件。192．定量要求常用的测试性的定量指标有故障

8、检测率、故障隔离率、虚警率等测试性参数。（1）故障检测率（）：被测