干货可靠性设计准则揭秘

Posted 2021-04-19 可靠性知识

军标中的可靠性文章系列：可靠性设计准则揭秘

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可靠性工程的核心是围绕故障，系统开展预防、发现、纠正、验证等工作。与故障做斗争的设计分析方法又可以分为可靠性定性设计和可靠性定量设计分析。

可靠性工程技术实践表明，可靠性的定量设计分析方法的应用需要有大量的基础数据，而基础数据的获得一方面需要开展大量的基础工作，另一方面由于影响产品的可靠性的因素很多，加之科学技术的发展迅速，产品的更新换代很快，要想得到准确的可靠性基础数据是非常困难的，因此可靠性的定性设计分析方法就非常重要。可靠性定性设计分析方法是在产品设计和开发中制定和实施产品可靠性设计准则，这是提高设计开发产品可靠性最有效的方法。

制定可靠性设计准则是GJB450A中的一项重要工作项目，准则的制定一定结合具体产品开展，这样才能发挥更好的作用。另外，可靠性设计准则关键在落实，在设计评审时，应把准则的贯彻情况作为评审工作重点之一。

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目的：

制定并贯彻可靠性设计准则，以指导设计人员进行产品可靠性设计。

 

工作要点：

1、应根据合同规定的可靠性要求，参照相关的标准和手册，并在认真总结工程经验的基础上制定专用的可靠性设计准则（包括硬件和软件），供设计人员在设计中贯彻落实。

2、设计准则主要包括：

• 采用成熟的技术和工艺；

• 简化设计；

• 合理选择、正确使用元器件、零部件和原材料；

• 降额设计准则，元器件降额准则，应参照GJB/Z 35制定；

• 容错、冗余和防差错设计；

• 防瞬态过应力设计；

• 热设计准则，电子产品应参照GJB/Z 72 制定；

• 环境防护设计（包括工作与非工作状态）；

• 软件可靠性设计准则，参照GJB/Z 102 制定。

3、设计准则符合性报告应作为评审的内容，以保证设计与准则相符。

 

具体应用指南

1、产品的固有可靠性首先是设计出来的，提高产品可靠性要从设计做起。制定并贯彻实施可靠性设计准则是提高固有可靠性，进而提高产品设计质量的最有效的方法之一。

2、承制方应根据产品的可靠性要求、特点和类似产品的经验，制定专用的可靠性设计准则。在产品设计过程中，设计人员应贯彻可靠性设计准则，并在执行过程中修改完善这些设计准则。为使可靠性设计准则能切实贯彻，应要求承制方提供设计准则符合性报告。在进行设计评审时，应将这些准则作为检查清单进行审查。

3、简化设计是可靠性设计应遵循的基本原则，尽可能以最少的元器件、零部件来满足产品的工程要求。简化设计的范畴还包括：优先选用标准件，提高互换性和通用化程度；采用模块化设计；最大限度地压缩和控制原材料、元器件、零、组、部件的种类、牌号和数量等。

4、优先选用经过考验、验证，技术成熟的设计方案（包括硬件和软件）和零、部、组件，充分考虑产品设计的继承性。

5、应遵循降额设计准则。对于电子、电气和机电元器件根据GJB/Z35对不同类别的元器件按不同的应用情况进行降额。机械和结构部件降额设计的概念是指设计的机械和结构部件所能承受的负载（称强度）要大于其实际工作时所承受的负载（称应力）。对于机械和结构部件，应重视应力-强度分析，并根据具体情况，采用提高强度均值、降低应力均值、降低应力和强度方差等基本方法，找出应力与强度的最佳匹配，提高设计的可靠性。

6、应进行电路的容差设计。设计电路，尤其是关键的电路，应设法使由于器件退化而性能变化时，仍能在允许的公差范围之内，满足所需的最低性能要求。可以采用反馈技术，以补偿由于各种原因引起的元器件参数的变化，实现电路性能的稳定。

7、防瞬态过应力设计也是确保电路稳定、可靠的一种重要方法。必须重视相应的保护设计，例如：在受保护的电线和吸收高频的地线之间加装电容器；为防止电压超过额定值（钳位值），采用二极管或稳压管保护；采用串联电阻以限制电流值等。

8、在产品设计中应避免因任何单点故障导致任务中断和人员损伤，如果不能通过设计来消除这种影响任务或安全的单点故障模式，就必须设法使设计对故障的原因不敏感（即健壮设计）或采用容错设计技术。冗余设计是最常用的容错设计，但采用冗余设计必须综合权衡，并使由冗余所获得的可靠性不要被由于构成冗余布局所需的转换器件、误差检测器和其他外部器件所增加的故障率所抵消。

9、产品出现故障常与所处的环境有关，正确的环境防护设计包括：温度防护技术；防潮湿、防盐雾和防霉的三防设计；冲击和振动的防护设计以及防风沙、防污染、防电磁干扰以及景点防护等。此外，要特别注意综合环境防护设计问题，例如采用整体密封结构，不仅能起到三防作用，也能起到对电磁环境的防护作用。

10、为了使设计的产品性能和可靠性不被不合适的热特性所破坏，必须对热敏感的产品实施热分析。通过分析来核实并确保不会有元器件会暴露在超过线路应力分析和最坏情况分析所确定的温度环境中。电子产品的可靠性热设计可参照GJB/Z 27进行。

11、除了设备本身发生故障意外，人的错误动作也会造成系统故障。人的因素设计就是应用人类工程学于可靠性设计，从而减少人为因素造成设备或系统故障。

12、除硬件产品外，对于软件产品也应根据软件设计的特点制定相应的可靠性设计准则。具体的设计准则可参照GJB/Z 102。