可靠性基础知识

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可靠性基础知识

2 y2 R1 v! Y) E- z" L) u1. 可靠性的基本概念

1.1 可靠性（Reliability）：

    产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力称为产品的可靠性。

1.2 广义可靠性（Dependability）:

    广义可靠性是可靠性性能、可维护性性能和维护支持性能的综合描述。

1.3 可维护性（Maintainability）:

    当在给定条件下和使用规定程序及资源进行维护时，产品保持或恢复到执行规定功能的能力。

1.4 维护支持性（Maintenance support peRFormance）:

    维护机构在规定条件下，按照给定的维护方针为产品提供维护所需资源的能力。

1.5 评定产品可靠性时的注意事项：

(a) 产品的可靠性与规定条件分不开，在评价产品的可靠性时，尤其应注意其工作条件与所规定的条件是否一致。

(b) 产品的可靠性与规定时间密切相关。

(c) 产品的可靠性与规定功能有关，它要对产品的所有技术性能指标作出综合性评价。

2. 可靠性常用指标

2.1 平均故障间隔时间MTBF(Mean Time Between Failure)

    指相邻两故障间正常工作时间，也叫平均无故障工作时间，它是衡量产品可靠性的主要指标。华为公司的质量方针提出“实现产品无故障工作2000天”，这是个高标准要求，要靠我们大家共同努力来实现。

2.2 平均故障前时间MTTF(Mean Time To Failure)

    指系统从开始工作到失效这一段时间的平均值。所谓失效是指产品执行规定功能能力的终止。

2.3 平均修复时间MTTR(Mean Time To repair)

    对产品实施修复所需时间的平均值，它反映了产品的可维护性。

2.4 可用度A(Availability)

    产品工作时间与总时间之比。若不考虑产品的储存时间和闲置时间，可用度A可用如下公式表示：

A＝MTBF/（MTBF＋MTTR）

    可用度取决于一个产品的可靠性性能、可维护性性能和维护支持性能的综合状况，所以要提高产品的可用度，应尽可能同时改善产品的可靠性和维修性。

3. 数字程控交换机的可靠性指标

    根据邮电部《电话交换设备总技术规范书》的要求，数字程控交换机的可靠性指标是用“系统中断（Interruption）”来衡量。

    交换系统总的系统中断是指：在一段时间间隔里，全局不能处理任何呼叫，它是所有大于30秒的中断的长期平均值，以分钟/年为单位计算。指标要求：20年内系统中断不得超过1小时。

4. 常见的可靠性模型（Reliability Model）

4.1串联模型

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    串联模型的特点：组成系统的所有单元中任一单元的失效就会导致整个系统失效。

4.2 并联模型

    并联模型的特点：组成系统的所有单元都失效时系统才失效。

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4.3 旁联模型

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    旁联模型的特点：组成系统的n个单元中只有一个单元工作，当工作单元失效时，通过失效监测及转换装置接到另一个单元进行工作。

    通过对以上三种模型特点的比较可以看出：旁联模型最可靠，并联模型次之，串联模型最不可靠。从可靠性和经济性综合考虑，具体设计时往往采用混合模型，对核心部份采取旁联模型，如交换机的MPU板和网络交换板采取主备用方式，其余尽量采用模块化结构。

5. 产品设计中应注意的可靠性问题

(a)元器件、零部件的选择要注意标准化、系列化，以增加产品的互换性，其可靠性数据也比较容易收集。

(b)在保证完成产品规定功能的情况下，尽量采用标准结构和典型线路，使整个产品结构简单化、标准化、积木化、插装化，在某种意义上说，简单就是可靠。

(c)尽量采用成熟的工艺方法和习惯的操作方法。

(d)采用合理的可靠性设计方法，如冗余设计、降额设计、应力－强度分析等。

冗余（Redundancy）：在产品中，为完成所需功能所具有的一种以上的手段，通俗地讲就是“留一手”。冗余设计的方法有备用冗余和有效冗余两种。

备用冗余（Stand-by Redundancy）：完成所需功能的部份手段是准确用来工作的，而其余部份的手段直到需要之前是不工作的那种冗余。比如：交换机常用的二次电源板一框放两块，工作时只需要一块，如果一块电源板出现故障，另一块立即进入工作状态。

有效冗余（Active Redundancy）：为了完成所需功能的所有手段同时工作的冗余。

6. 可靠性试验方法

    可靠性试验的目的主要是验证或测定设备的可靠性特征。一般分为可靠性鉴定试验、可靠性验收试验、全数可靠性验收试验三类。鉴定试验适用于设计定型、生产定型、主要设计工艺变更后的鉴定，目的是验证设备的设计能否在规定的条件下满足规定的可靠性要求；验收试验一般以抽样方式进行，其目的是验证连续生产过程中的设备产品能否在规定条件下满足规定的可靠性要求；全数可靠性验收试验是 100％的验收试验，必要时才采取的方案。

    可靠性试验的常用方法有：温度试验、湿度试验、盐雾试验、振动试验、冲击试验、电磁福射试验等。

6.1 低温试验

    陆地上最低的温度出现在南、北极，南极的最低温度已达到－88.3℃，国内的最低温度是黑龙江的莫河，已达到－52.3℃。低温对电子产品的影响主要表现在以下几方面。

（a）润滑脂泠凝冻结，影响小型电机的启动；

（b）影响电子产品的触发性能，使电子设备不能正常启动；

（c）使电解液冻结，导致电解电容器、干电池、蓄电池不能使用；

（d）使电阻、电容、电感、功率因素、介质常数发生变化，增大误差；

（e）使材料变脆，如塑料和橡胶等材料。

    我司的低温试验方案：在样机出来之后根据不同的产品或组件设计相应的试验方案，将试验结果反馈到产品的开发环节，直到满足试验要求后才转至批量生产。批量生产时就没有再设低温筛选这一工序。

6.2 高温试验

    世界上最高空气温度是57.8℃，出现在利比亚的阿西西比亚，国内最高温度为47.6℃，出现在新疆吐鲁番，高温环境可能使产品过热，影响使用的安全可靠性，如：

（a）使绝缘或密封用的胶熔化流失，从而引起损坏；

（b）使材料性能发生变化，设备的频率发生变化或漂移；

（c）元件的弹性或强度降低，使继电器发生误动作；

（d）加速高分子材料和绝缘材料劣化和老化过程，缩短产品的使用寿命。

    我司的高温试验方案的设计与低温类似，不过在大批量生产过程中增加了单板 “高温老化”这一工序，部份产品在条件许可时还增加了整机老化工序。目前大部份产品的单板老化条件是：24小时、45℃上电老化，其主要目的是筛选出早期失效的元器件。

6.3 湿度对产品的影响：

（a）渗透使物质疏松，造成导体之间的漏泄通路；

（b）产生氧化而导致腐蚀、潮湿引起材料的膨胀；

（c）湿度的过量丧失会引起脆化和粒化。

6.4 盐雾对产品的影响：

含水分的盐是导体，它能减少绝缘电阻、使金属产生电蚀，加速金属的化学腐蚀过程。

6.5 振动对产品的影响：

    由于疲劳或过应力可以使机械强度削弱，材料和结构可能裂缝、移位，如在安装座上振动，机械功能可能会减弱，表面涂层会被其它表面擦掉，磨损增加等。

6.6 冲击对产品的影响：

    机械结构可能产生过载而削弱或毁坏结构，产品可能脱离安装座、机械功能可能会减弱。

6.7 电磁福射对产品的影响：

（a）引起电气、电子设备和元器件产生假信号和错误信号；

（b）可以使正常的电气和电子设备（诸如通信和测量系统）完全破坏。

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