SJ 20454-1994 电子设备可靠性设计方法指南.pdf

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1、FL 0111 欠.E王口l靠1SJ 20454 94 b 曰Design procedure guide of reliability for electronic equipment 1994-09-30发布1994-12-01实施中华人民共和国电子工业部批准自次1 范围. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1. 1 1. 2 主题内容. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 适用范围. . . . . . . . . . . . . . . . .

2、. , . . . . . . . I “. 2 引用文件 . , . . . . . . . . . . . 2.1 2.2 2.3 国家军用标准. . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . 国家标准 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - . . 引用文件. . . . . . . . . . . 3 术语. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 可靠性的规定、分配和预计. . . .

3、 . . . . . 4.1 4. 1. 1 4. 1. 2 4. 1. 3 4.1.4 4. 1. 5 4.1.6 性的规定. . . . . . . . . 可靠性要求的规定方法. . . . . . . . . . . .“ . . 环境和使用条件的说明. . . . . , “ . . 时间度. . . . . . . . . , . . , 任务剖面图故障的明确定义. . . . . . . . . . . . . “ . . , . . . . , . . . . . . . 可靠性验证方法的说明. . . . . . . . . . . . . . 、 . , 几种可靠性规迫中对

4、可靠性设计要求定义的示例. . . . . . . . . 4.2 可靠性分配. . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . 4.2.1 等分配法4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.2.5 4.2.6 . . . . . . . . . AGREE分配法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , 按故障比例分配法. . 工程加权分配法. . . . . 少工作量分配法.动态规划分配法. . . . “ 4.3 可靠性预计4.3.1 可靠性预计的数学模型4.3.2 4.3.3 4.

5、3.4 4.3.5 4.3.6 4.3.7 相似设备法.相似复杂性法. 功能预计法 元器件计数预计法. 应力分析预计法 . . 非指数故障密度函数的修正. . . .,. . . . . . .,. . . . . , . . .,. . . . . . . . . . 4.3.8 含有非工作故障的修正4.4 进行可靠性预计法和分配的程序 . . . ., 5 可靠性工程设计准则.一1 、，唱忌，.、sf且，t、飞，-EA fE、，4EA ，、(1) 、2，1 ，、(2) (2) (2) (2) 2) (4) (5) (6) (7) (7) (8) (9) (9) 、，AU 且，、.r且4A

6、，、(13) (15) (22) (24) (27) (27) (29) (30) (30) (33) (34) (34) (41) 一5.1 元器件选择和控制 5. 1. 1 选择和控制元器件的基本规则 5.2 降 . 5.2.1 机械和结构部件的降. . . . . 5.3 电路的可靠性设计5.3.1 必须考虑的可靠性设计准则 5.3.2 设计简化 . 5.3.3 采用标准部件和电路.5.3.4 瞬态和过应力保护 . 5.3.5 级和分析5.3.6 计失误的方法.5.3.7 主要设计限制. . 5.4 冗余 5.4.1 设计技术的冗余.5.4.2 与时间有关的冗余.5.4.3 冗余设计 5

7、.4.4 有关冗余的进一步说明.5.5 环境设计5.5.1 环境设计5.5.2 保护5.5.3 冲击和振动保护 . 5.5.4 理气保护 5.5.5 砂尘保护 5.5.6 防爆5.5.7 电磁辐射保护 5.5.8 核辐射5.6 人机工程设计5.6.1 5.6.2 5.6.3 5.6.4 5.6.5 5.6.6 5.6.7 5.6.8 5.7 5.7.1 5.7.2 人为因素 工程研制阶段人类工品呈寸: 人的动作可靠性.人为因素与可靠性之间的关系 人-机分配及口t且目交互作用及权衡.人为差错预测技术 . 故障模式及影响分析(FMEA) 一阶段第二阶段 (42) (43) (43) (43) (4

8、8) (48) (48) (51) (51) (52) (57) (59) (62) (62) (63) (64) (77) (78) (78) (78) (80) (81) (81) (82) (83) (83) (84) (85) (86) (87) (87) (88) (88) (90) (90) (91) (92) (98) 5.7.3 计分析(99)5.7.4 示例. (100) 2 5.8 故分析 . (100) 5.8.1 故树分析方法讨论 (106) 5.9 潜在通路分析(SCA) . (106) 5.9.1 潜在通路种类示例 (107) 5.9.2 潜在通路分析方法 (109

9、) 5.10 设计评审 (111) 5.10.1 非正式的可靠性设计验证(112) 5.10.2 正式设计评审.(113) 5.10.3 设计评审检查单 (117) 6 可靠性数的收和分析，可增长(117) 6.1 告、分析和纠正系统，(118) 6.2 可靠性数据分析 (118) 6.2.1 图估计法 (118) 6.2.2 统计分析 . (127) 6.3 可靠性验证 (153) 6.3.1 计数和 . (157) 6.3.2 固定样本和序贯试验 . “ . (157) 6.3.3 样本容的确定 . . (157) 6.3.4 根据样进行试验设计 . . . 157() 6.3.5 可靠性

10、参数化. . . . . . . . . . . . . . . ., . ., . (158) 6.4 可靠性增长. . . “ , . . . , . . . , , . . , . . . . (158) 6.4.1 可t乏概念. . . . . . . (1 58) 6.4.2 可靠性增长模型. . . . , . . . . (160) 6.4.3 可靠性增长模型比较., . . . , . . . . . . . , . . . . ., . (165) 6.4.4 可靠性增长试验. . . . . . . . . . . ., , . . ., . . (165) 6.4.5 可

11、靠性增长管理. . . . . . . . ., . . . , . . . . . . . . . , . . . ., . ., . (167) 6.5 可长试验可试之间区别的总结. “ . . . . , . ., . . . (177) 7 系统可靠性工程. . . . , . . . . . . . . , . . (178) 7.1 系统效能. . . . . . . . . . . . . . , . . . . . (179) 7. 1. 1 系统效能的规定. “ . . . . . . . . . , . ., . (179) 7. 1. 2 系统效能模型示例. . , .

12、, . . . , . . . , . . (181) 7.2 系统可靠性及维. . . . ., . . . . . , . . . , . . (182) 7.3 系统维的建立技术. , . . . . . . . . . . . . (183) 7.3.1 可用性模型. . . . “ . . . . . . . . . . . , . . (185) 7.4 权衡技术7.4.1可靠性-可用性-维衡 (208) 7.5 可用度、故障率及修理率的分配.(216) 7.5.1 串联系统的可用度、故及率的分配.(216) 7.5.2 关联冗余系统的故及率的分配. . , . (220) 7.5

13、.3 现有技术水平约束下的分配 . . . “ . . . . , . . . . . . (222) 7.6 系统可用度的规定、预计及验证 (223) 一3 一7.6.1 可用度验证方案(223)7.7 系统设计考虑(226)7.8 费用考虑.,. . (228) 7.8.1 寿命周期费用的概念(228)7.8.2 寿命周期费用模型(231)7.8.3 系统可用性费用估算(233)7.8.4 寿命周期费用(236)8 生产和使用过程中的可靠性及维修性 . . . . . . . . . . . . . . . (237) 8.1 生产过程可靠性控制(238)8. 1. 1 叹hl控制与可靠性

14、 . . . . . . “ “ “. . “ . “ .“ . .“ ,“. “. .“ “ “ “ “ .“ “ “ “ “ “ “ (239) 8.1.2 生产过程可靠性降低的估计和控制(243)8.1.3 关键件、重要件的质量控制(汩的8. 1. 4 生产过程中应用筛选和老炼试验减少可靠性下降并促进增长(251)8. 1.5 可靠性验收试验(267)8. 1.6 生产过程中数据的收集和分析(271)8.7 生产过程维修性控制(272)8.2.1 维修性的设计特性.“ . . . “ “ .“ “ . “ “ “ “ (272) 8.2.; 维修性控制参数(272)8.2.3 生产阶段的

15、维修性保证工作项目(274)8.2.4 维修保证与质量大纲的关系(275)8.3 装运和贮存期间可靠性和质量(277)8.3.1 造成装运和贮存期间可靠性降低的因素(277)8.3.2 保护方浊“(279)8.3.3 装运和贮存劣化控制(贮存适用性标准)(280)8.4 使用可靠性和维修性的估计和改进(288)8.4.1 现场使用过程中造成的可靠性和维修性下降的因素(288)8.4.2 维修劣化控制(289)8.4.3 维修计划对控制维修劣化的重要性(约的8.4.4 现场使用过程中数据收集和分析(293)8.4.5 系统可靠性维修性估计(294)8.4.6 系统可靠性和维修性的改进“. “ .

16、“. .“ “ . . . , “ “ .“ “ (295) 9 可靠性及维修性管理考虑(297)9. 1 可靠性及维修性问题的提出(297)9.2 可靠性和维修性计划编制、计划费用及权衡研究(298)9.2.1 方案阶段计划的编制L.(298) 9.2.2 验证阶段计划的编制(列的9.2.3 全面工程研制阶段计划的编制7.(301) 9.2.4 生产阶段计划的编制(301)9.2.5 使用阶段计划的编制-Huy-.(301) 9.2.6 计划费用(302)4一9.2.7 权衡研究. . . (303) 9.3 性保证大纲 , , ., .,. (306) 9.3.1 可靠性大纲工作项目. .

17、 . . . . . . (307) 9.4 , , , (312) 9.4.1 的基本要求. . , . . . . . . . (313) 9.4.2 产品寿命周期各阶段工作项目 “ . (313) 9.4.3 维分配与计. . . . ., “ . . . . , (318) 9.4.4 维修性试验. . . . “ . . . . . . . . . . . , “ . (318) 9.4.5 维保分系统. . (318) 9.4.6 装备维保的评定 . . , . . (318) 9.5 可靠性与评审和监督 (318) 9.5.1 选择承方的评审准则. . . , . . . ,.

18、“ , (318) 9.5.2 可靠性分配评审准 “ (319) 9.5.3 可靠性预计评审准则. (319) 9.5.4 故模式分析评审准则. . . . (319) 9.5.5 维评审准 (320) 9.5.6 维配评审准则 (320) 9.5.7 维计评审准则 (320) 9.5.8 元器件控制及标准化评审准则. (320) 9.5.9 关评审准则 (321) 9.5.10 转承制方可靠性及维修性评审准则 (321) 9.5.11 设计评审的评审准则 (321) 9.5.12 性增长审准则.(323) 9.5.13 可靠性验证试验评审准则 (324) 9.5.14 维修性验证试验评审准则

19、(324) 9.5.15 故告、分析及改正系统评审准则(324) 9.5. 16 生产可性保证评审准则 (324) 9.5.17 可靠性与维审准则(325) 9.5. 18 可靠性与维修性机掏及控制评审准则 (325) 9.6 可维项目要求 (325) 附录AA1 冗余的级别 . . . . . . (326) A2 冗余计的概念表示法 . . . (326) A3 冗余组合 (327) A4 与时间的函数关系 (328) A5 冗余的类型和分级 (329) A5 .1 工作的或主动的结构._ (330) A5. 1. 1 并联冗余 “ “ (330) A5.1. 2 表决冗余 (332) A

20、5.2 工作冗余情况的故障模式 (334) 5 一A5 .2.1 并联元件. (335) A5.2.2 佳的并联元件数 . (336) A5.2.3 串联元件 . (337) A5 .2.4 并，串 . (337) A5.2.5 -并联元件 (338) A5.3 要求转换的工作冗余(339) A5 .3.1 二个并联元件 (339) A5 .3.2 三个并联元件 . (341) A5 .4 表决冗余. a . . (342) A5 .5 备用冗余 . (343) A6 相关故率 . . (345) A6.1 冗余的配 . . . . . . (346) A7 带理的冗余. . . . (347

21、) A8 监视方法 . (347) A8.1 连续监视(347) A8.2 间断监视 (350) 附录BB1 环境耐受强度 . oo oo .oo . (351) B2 环境因素. oo oo oo oo oo . (351) B3 系统使用条件和环境 oo oo (359) 附录CC1 oo . . (361) C1. 1 小批的计数方案(361) C1.1. 1 何时使用. (361) C1.1. 2 使用条件. (361) C1.1. 3 方法 oo . . (361) Cl.1.4 示例 (362) Cl.l. 5 说明 (363) C1. 2 大批的计数方案(363) C1. 2.1

22、 何时使用 (363) Cl. 2. 2 使用条件 oo (363) Cl. 2. 3 方法. (363) C1. 2.4 示例 (364) C1. 2. 5 说明 (365) C1. 3 计数验证试验方案(泊松分布近似)(365) Cl. 3.1 时使用 oo (365) Cl. 3.2 使用条件 (365) Cl. 3.3 方法(365) Cl. 3. 4 示例(365) C1. 4 计数抽样(366) 6 一Cl. 4.1 何时使用 . . . (366) C1. 4.2 使用条件 . . . . . . . . . . (366) C1. 4.3 方法 . . (366) C1. 4.

23、 4 示例 . . . . . . . . “ (367) C1. 5 序贯二项试验方案 “ “ “ (367) Cl. 5.1 何时使用 . . . . (367) Cl. 5.2 使用条件. . .“ . “ . (367) Cl. 5. 3 方法 . . (367) Cl. 5.4 示例 “ .- . (368) c2 计验证试验. . . (370) C2 .1 定时尾验证试验 . (370) C2. 1. 1 指数分布(370) C2. 1. 2 正态分布(371) C2.1. 3 尔分布(374) .2 定数尾试验 . (375) C2.2.1 指数分布 (375) C2.2.2

24、已知的正态分布. . . (376) C2.2.3 未知的正态分布 (378) C2.2.4 威布尔分布 (379) C3 序贯试验(380) C3.1 指数分布(380) C3. 1. 1 何时使用 (380) C3. 1. 2 使用条件 (381) C3. 1. 3 方法(381) C3. 1. 4 示例(381) C3.2 正态分布(382) C3.2.1 何时使用 (382) C3.2.2 使用条件 (382) C3.2.3 方法 . (382) C3. 2. 4 示例(383) c4 干涉验证试验(384) C4 .1 何时使用(384) C4 .2 使用条件(385) C4 .3

25、方法 (385) C4 .4 示例 . . (385) C5 贝叶斯序贯试验. (386) C5.1 何时使用. . . . (386) C5.2 使用条件 (386) C5.3 方法 (387) C5.4 示例 “ . (387) 7 中华人民共和国电子行业军用标准电子设备可靠性设计方法指南SJ 2454 94 Desigm procedure guide of reliabiJity for electonic equipment 1范1. 1 主题内容本指南提供了军用系统和设备在研制与生产阶段的可靠性设计与评价、试验、费用分析等方面的通用要求和工作项目，作为指导可靠性工作的依据。1. 2

26、 适用范围本标准主要适用于军用电子系统和设备的研阳。2 引用文件2. 1 国家标准GB 4728 85 GB 6583.1 86 电气图用图形符号质量管理和质量保证术语可靠性设计评审质量管理和质量保证标准的选择和使用指南GB 7828 87 GB/T 10300.1 88 GB/T 10300.2 88 GB/T 10300.3 88 GB/T 10300.4 88 GB/T 10300. 5 88 质量体系开发设计、生产、安装和服务的质量保证模式质量体系生产和安装的质量保证模式2.2 国家军用标准质量体系最终检验和试验的质量保证模式质量管理和质量体系要素指南GJB/Z 25 91 电子设备和

27、设施的接地、搭接和屏蔽设计指南GJB 33 85 半导体器件总规范GJB 128 86 半导体分立元器件试验方法GJB 150 86 军用设备环境试GJB 179 86 计数抽样检查程序及表GJB 190 86 特性分类GJB 299A 91 电子设备可靠性预计手册GJB 360 87 电子及电气元件试验方法GJB 368.1 87 装备维修性通用规范维修性管理大纲GJB 368.2 87 装备维修性通用规范维修性的基本要求GJB 368.3 87 装备维修性通用规范常用件应用的维修性要求中华人民共和国电子工业部1994-09-30发布1994-四-01实施SJ 20454一94GJB 368

28、.4 87 装备维修性通用规范维修性的分配和预计GJB 368.5 87 装备维修性通用规范维修性的试验与评定GJB 368.6 87 装备维修性通用规市维修保障分系统的建立GJB 431 88 GB 450 90 GB 451 90 GJB 548 88 GJB 597 88 GJB 768.1 89 GB 768.2 89 GJB 768.3 89 GJB 813 90 GJB 841 90 GJB 899 90 GJB 1032 90 GJB 1391 92 GJB 2.3 引用文件产品层次、产品互换性、样机及有关术语装备研制与生产的可靠性通用大纲性维修性术语电子器件试验方法和程序微电路

29、总规范故障树分析故障树表述正规故障树定性分析性模型的建立和可靠性预计故障报告、分析和纠正措施系统可靠性鉴定与验收试验电子产品环境应力筛选方法故障模式、影响及危害性分析程序检验工作要求车工产品质量保证大纲要求3 术语本标准所采用的术语按GJB451的规定。4 可靠性的规定、分配和预计4. 1 可靠性的规定可靠性工程实施过程的第一步是规定设备和系统在设计中必须达到的可靠性，可靠性规定的主要组成部分有:a. 定量规定可靠性要求;b. 全面描述设备和系统的贮存、运输、工作和维修环境;c. 确定时间度量或任务剖面;d. 对故障的明确定义;e. 给出用于验证规定的可靠性的试验程序及接收和拒收判据4. 1.

30、 1 可靠性要求的规定方法为了使可靠性要求更明确，必须对其进行定量规定。因4.1.1描述了可以用来定义可靠性要求的四种基本方法:a. 把可靠性要求定义为平均故撵间隔时间，MTBF(见图4.1.1-1)。该定义适用于长寿命系统，在这种系统中，可靠性的分布形式不太严恪或计划的任务时间总是比规定的平均寿命要矩。虽然这种定义适用于规定寿命，但是它不能有效地保证在早期寿命期中规定的可靠性水平，除非指数分布的假设被证实是有效的。b. 把可靠性定义为在规定时间t内的正常工作概率(见图4.1.1-1)。当在任务期间2一时20454一94要求设备和系统具有高可靠性，但是超出任务期间的平均故障间隔时间已几乎没有实

31、际意义(除非它影响了可用度)时，用本定义来规定可靠性是有效的。c. 把可靠性定义为成功概率(与时间无关)(见图4.1.1-1)。这种定义适用于规定一次使用装置的可靠性，如:导弹的飞行可靠性、弹头的爆炸可靠性等。这种定义还适用规定周期性使用的产品的可靠性，如:发射可靠性。d. 把可靠性定义为规定时间内的失效率(见图4.1.1-1)。这种定义适用于规定元器件、装置及组件的可靠性，因为它们的MTBF太长，以致用MTBF规定可靠性没有任何意义在所考虑的时间间隔内它们的可靠性接近于10R( t) 任务可靠度R(回A 、-成功概率P(s)rI tm 失效率。r、- 飞r. -,. 回平均寿命或平均故间隔时

32、间(MTBF)图4.1.1-1可靠性的4种定义可靠性要求可以用下列两种方式中的任何一种加以规定:3. 主!r.足为标称值或设计值，该值按平均计算，能够满足用户要求:t b. 规定为最低的可接收值，该值根据使用要求确定，低于这个值用户就认为系统完全是不可接受的，并且在使用环境中不允许低于这个值。这两种方法当中，第一种较好，因为它可以建立明确的设计目标。无论选用哪个值作为规定要求，都必须遵循两条规则:3. 当把标称值作为规定的要求时，要规定系统必须超过的最低可接收倍;b. 当只以最低值规定要求时，要保证该要求值明确定义为最低值。表4.1.1-1总结了对方各种功能、用法和维修条件正确地规定可靠性要求

33、的方法。一3一SJ 20454-94 表4.1.1-1根据复杂程度和使用条件规定可靠性的方法使用条件连续负寿命间断短期任务复杂程度(可修复)(可修复)复杂系统R( t)或MTBFR( t)或MTBF系统分系统R(t)或MTBFR( t)或MTBF设备机组装置组f牛分组件A 元器件注:R (t)-一一在规定的任务或时间间隔t的可靠度MTBF一一平均故障问隔时间或平均寿命P(s)一一成功概率P(F)一一故障概率 示例:连续或间(可复)R (t)或MTBFR(t)或 次使用(与时无关)P(s)或P(F)P(s)或P(F)P(F) 一部具有搜索和跟踪两种功能的复杂雷达，它既可以用低功率的方式，也可以用

34、高功率的方式完成搜索功能。该系统的可靠性要求可以表示为:系统的可靠性至少应为:情况1:高功率搜索一-28h(MTBF)情况ll:低功率搜索一一40h(MTBF)情况田:跟踪一一在0.5h内，性能正常的概率为0.980正常性能的定义必须包括每种情况的极值。这是因为如果雷达性能下降到低于按每一种情况规定的极值，就可以认为它已不符合可靠性要求。表4.1.1-2给出了雷达正常性能表的一部分。表4.1.1-2正常性能极值性极系统特性单位情况1情况23 距离m 270000 110000 110000 分辨能力:距离口1土45土45士9速度m/s 士90土90:t 22 带宽MHz 在拟定可靠性要求时，应

35、考虑的重要因素是要使可靠性要求既符合客观需要，又与当前的设计技术水平相一致。否则，可能达不到要求或需要付出大量的时间和物力。4. 1. 2 环境和使用条件的说明4一臼20454-94可靠性规范必须包括产品将遇到的影响故障概率的所有使用环境条件。规范应当以标准术语规定产品必须提供满足价指要求的使用条件。使用条件指的是得到规定的可靠性时的所有已知使用条件，其中包括:温皮、程度、振动、冲击、压力、渗透或吸收、环境光线、安装位置、气候、(风、雨、雪)、操作人员的技术水平等。十80CJ -65C 。| 卜十一十一-|!| t. t. t, t, 图4.1.2-1温度剖面图使用条件可用两种方式提出:一一一

36、一一ts 第一种:叙述性的对系统使用将会遇到的使用条件的简要说明。示例:3. l丁异机装在飞机上泪度可控的空间里;t b. 导弹必须能耐受悬挂在发射架上时暴露于大气环境长达3h。这种环境可能包括在零下气候时的结冰条件。第二种:具体的已知或预期的环境条件范围的分类清单。如果预期在整个使用期内会出现环境变化(如在飞机飞行时)，应当列出环境剖面图。示例:3. 某计算机按规定应在下列一种或几种组合的环境条件工作:振动:飞行器运动。一25Hz(在2.5g)滚:47。俯仰:10。航:20. 温度:一65“C- + 80“C 温度:至95%输入功率标称值440Hz，110V:!:20% b. 某遥控器当处于如图4.1.2-1所示的任务温度剖面图时应符合它的性能要求。4. 1. 3 时间度量或任务剖面图时间是定量描述可靠性不可缺少的因素。在可靠性函数中，它是独立的变量。从时间的角度来说，系统的使用在很大程度上决定了可靠性表达式的形式，时间是该表达式的一个组成5一SJ 20454-94 部分。通常遇到的任务时间类型如图4.1.3-1所示。在不打算连续使用系统的情况下，应根据负载循环或剖面图确定预期的总时间剖面图或使用时间顺序。示例;某导弹火控