第四章
可靠性分配和预计

可靠性分配是将产品的可靠性定量要求分配到规定的产品层次，作为可靠性设计和提出外协、外购产品可靠性定量要求的依据。包括基本可靠性分配和任务可靠性分配，基本可靠性分配是以基本可靠性指标为分配目标，主要有工程上适用的等分配法、评分分配法、比例组合法等；任务可靠性分配是以任务可靠性指标为分配目标，主要有工程上适用的AGREE分配法、预计分配法等。这两者有时是相互矛盾的，提高产品的任务可靠性，可能会降低基本可靠性，反之亦然，因此，在进行可靠性分配时，要对两者进行权衡分析或采取其互不影响的措施。进行基本可靠性指标分配时，应采用基本可靠性模型；进行任务可靠性指标分配时，应采用任务可靠性模型。

在初步设计前期完成可靠性分配。开展可靠性分配主要工作要求为：

a）可靠性分配工作一般应在方案阶段开始进行，并延续至初步设计阶段，根据设计方案的更改和细化反复迭代，使指标分配逐渐趋于合理，且能够满足整个产品的可靠性指标要求；

b）可靠性分配应留有一定余量，主要是考虑接口以及电缆、管路等不直接参加分配部分的可靠性指标，可选择预留5%~ 10%；

c）对基本可靠性指标和任务可靠性指标进行分配时，应对每项指标的设计定型门限值和成熟期目标值进行分配；

d）分配工作应根据经验数据或可靠性预计结果进行调整；

e）所有可靠性分配值应与可靠性模型相一致，当可靠性模型有更改时，应对可靠性分配做及时调整；

f）可靠性指标分配后，写入相关的技术文件和产品技术协议中；

g）对于货架产品或不再进行改进设计的产品不再分配可靠性指标，而在计算中直接采用其原有的可靠性值。

开展可靠性分配的输入为：

a）在产品技术协议中规定的可靠性指标（最低可接受值和规定值）；

b）产品使用的环境、技术成熟度等所有能够对产品可靠性造成影响的因素以及产品现有的设计信息；

c）相似产品的相关信息、经验数据等。

可靠性分配输出：产品的可靠性分配报告。

在不同研制阶段，对于不同层次和不同类型的产品进行可靠性预计时，需选择适用的方法。常用的可靠性预计方法有相似产品法、专家评分法、元器件计数法、故障率预计法、应力分析法、修正系数法。可靠性预计作为一种设计工具主要用于选择最佳的设计方案，在选择了某一设计方案后，通过可靠性预计可以发现设计中的薄弱环节，以便及时采取改进措施。此外，通过可靠性预计和分配的相互配合，可以把规定的可靠性指标合理地分配给产品的各组成部分。

通过对产品可靠性进行预计，评定设计方案是否能满足可靠性要求，发现可靠性薄弱环节，改进设计。开展可靠性预计工作的主要工作要求如下。

a）可靠性预计工作一般在方案阶段就应开始进行，并延续至详细设计，根据设计方案的更改和细化反复迭代，可根据不同阶段获得可利用信息的多少和产品研制的需要采用相适应的方法；

b）根据相关的可靠性模型和数据进行可靠性的预计；

c）电子产品可靠性预计：国产元器件采用GJB/Z 299C的数据和方法；

d）电子产品在详细设计阶段须采用元件应力分析法进行可靠性预计，此时应注意元器件结温的计算，环境温度的取值要符合实际情况，各系数的选取要正确；

e）对于缺乏可靠性数据的非电产品通过其他有依据的方法进行指标论证分析；

f）可靠性预计结论应反馈到设计过程当中，综合其他工作的结论，协商讨论提出改进产品可靠性的意见与建议，使得可靠性预计结果能够影响产品设计，最终达到提高产品可靠性的目的；

g）可靠性预计工作应随着设计的进展和更改进行反复迭代，不断完善。

开展可靠性预计的输入为：

a）在产品技术协议中规定的可靠性指标（规定值）；

b）相似产品的经验数据；

c）元器件、部附件清单及使用环境、质量等级等；

d）可靠性模型。

输出为可靠性预计报告或可靠性指标论证报告。

可靠性分配和预计的目的、要点及注意事项如表4-1。

表中术语如下。

a）使用可靠性：产品在实际使用条件下所表现出的可靠性。它反映了产品设计、制造、安装、使用、维修、环境等因素的综合影响。一般用可靠性使用参数及其量值描述。

b）固有可靠性：通过设计和制造赋予产品的，并在理想的使用和保障条件下所呈现的可靠性。

c）可靠性使用参数：直接与战备完好性、任务成功性、维修人力费用和保障资源费用有关的一种可靠性度量，其度量值称为使用值。

d）可靠性合同参数：在合同中表达订购方可靠性要求的，并且是承制方在研制和生产过程中可以控制的参数，其度量值称为合同值。

可靠性分配包括基本可靠性分配和任务可靠性分配。

a）基本可靠性分配应用阶段见表4-2。

b）任务可靠性分配应用阶段见表4-3。

系统可靠性分配步骤如下：

系统可靠性分配过程的输入包括：规定的系统可靠性指标以及已知的系统各类信息。规定的系统可靠性指标是使用方提出的、在产品设计任务书（或合同）中规定的系统可靠性指标。已知的系统各类信息包括：系统的使用环境、技术成熟度等所有能够对系统可靠性造成影响的因素以及系统现有的设计信息、相似系统的信息等。系统可靠性分配过程的输出是系统的可靠性分配报告。系统可靠性分配步骤如图4-1所示。

a）建立分配层次结构

根据系统组成结构以及系统中哪些是新研或改进产品、哪些是货架产品、哪些是外协配套产品来确定可靠性分配的层次，并建立分配层次的树形结构。

b）确定需分配的指标

根据步骤a中给出的分配层次树形结构，将系统组成结构中包含的货架产品的可靠性指标（这部分可靠性指标是定值），从规定的系统可靠性指标中去掉，确定系统中其他组成部分的剩余分配指标。

c）选择可靠性分配方法

根据收集到的现有信息、待分配的指标、不同分配层次的特点，研制阶段等，确定合适的分配方法。

d）计算分配结果，并对结果进行圆整化

根据确定的分配层次以及在每个层次应用的分配方法，计算通过这些方法分配的可靠性结果，将分配结果转换成MTBF（假定产品故障服从指数分布）。并且对分配结果进行圆整化处理，圆整化处理可采用四舍五入的方式保留结果的整数部分。

e）验算分配结果

对圆整化以后的分配结果进行验算（用分配结果验算系统可靠性指标），确定系统是否符合分配指标要求。

f）验算是否符合要求

如验算证明符合可靠性分配指标要求，则开始步骤g，否则重新进行步骤c。

g）编写系统可靠性分配报告

可靠性分配报告内容一般包括：概述（对外协配套产品提出定量依据，确定各级设计人员对可靠性设计要求）、产品概述、规定的系统可靠性分配指标、分配的层次、采用的分配原则、选择的分配方法以及分配到每个单元产品的结果等。

可靠性分配就是求解下列基本不等式：

式中： —产品可靠性指标； —产品设计综合约束条件，包括费用、重量、体积、功耗等因素，所以它是一个矢量函数关系；R _i —第i个单元的可靠性指标。

如果对分配没有任何约束条件，则上式可以有无数个解。有约束条件时，也可能有多个解。因此，可靠性分配的关键在于要确定一个方法，通过它能得到合理的可靠性分配值的优化解。考虑到可靠性的特点，为提高分配结果的合理性和可行性，可以选择故障率（λ）、可靠度（ R ）等参数进行可靠性分配。在进行可靠性分配时，需要遵循以下几条准则：

a）根据组成产品的各单元能够达到的可靠性量值进行分配，因此，可靠性分配往往与可靠性预计工作结合进行。

b）应根据产品的特点和使用要求，确定采用哪一种可靠性参数进行分配。

c）分配时应综合考虑系统中各功能级产品的复杂度、重要度、技术成熟程度、任务时间的长短以及实现可靠性要求所花费的代价及时间周期等因素。

d）分配到同一层次产品的划分规模应尽可能适当，以便于权衡和比较。

e）对于复杂度高的分系统、设备等，应分配较低的可靠性指标。因为产品越复杂，其组成单元就越多，要达到高可靠性就越困难并且费用更高。

f）对于技术上不成熟的产品，分配较低的可靠性指标。对于这种产品提出高可靠性要求会延长研制时间，增加研制费用。

g）对于处于恶劣环境条件下工作的产品，应分配较低的可靠性指标。因为恶劣的环境会增加产品的故障率。

h）当把可靠度作为分配参数时，对于需要长期工作的产品，分配较低的可靠性指标。因为产品的可靠性随着工作时间的增加而降低。

i）对于重要度高的产品，应分配较高的可靠性指标。因为重要度高的产品出现故障会影响任务的完成或产品的安全。

j）对于已有可靠性指标的货架产品或使用成熟的系统，不再进行可靠性分配。

k）另外，分配时还可以结合实际情况，考虑其他一些因素。例如，维修可达性差的产品，应分配高的可靠性指标，以实现较好的综合效能等。 gzCKFyCT4f/tCJ4mjiRYGYN5qOCKPhgVF6yGYQGA62YVURZYNC2YnLU2rkXsGw6w