电子系统可靠性设计系统级可靠性设计方法课件

6.1系统的可靠性模型串联系统的可靠性模型并联系统的可靠性模型混合系统的可靠性模型表决系统的可靠性模型旁联系统的可靠性模型6.1系统的可靠性模型

一、串联系统的可靠性模型串联系统：指系统的任何一个部件出现故障，都会使整个系统出现故障，这样的系统称为串联系统1、串联系统的结构串联系统由多个元素组成任何一个元素出现故障，系统就出现故障例如：一个电路板是串联系统，由多个元器件、焊点、接插件构成一个嵌入式系统是串联系统：由多个电路板、传感器、控制系统组成一、串联系统的可靠性模型串联系统由多个元2、串联系统的数学模型n：组成串联系统的部件个数Ri：第i个部件的可靠度Rs：串联系统的可靠度串联系统的可靠度：是各个部件的可靠度的乘积例如：某个系统，由三个可靠度都是0.9的部件组成，则系统的可靠度为0.729部件的可靠度为：串联系统的可靠度为：串联系统的失效率：为各个部件的失效率之和2、串联系统的数学模型n：组成串联系统的

例如：某一串联系统，由100个失效率为10-7的元器件、1500条失效率为10-9的导线、2000个失效率为10-5的插头组成，系统的平均故障间隔时间为：该系统的总失效率为：例如：系统的平均故障间隔时间为：该系统的

二、并联系统的可靠性模型并联系统：指系统由多个结构和功能完全相同的部件组成，这些部件只要有一个正常工作，整个系统就能够正常工作1、并联系统的结构系统出现故障：所有部件都出现故障，整个系统才会出现故障并联系统的可靠性：比较高并联：在元器件、部件级、系统级上进行例1：某锅炉的温度控制系统，采用9个温度传感器并联工作例2：双计算机热备份控制系统，由2个计算机并联工作二、并联系统的可靠性模型系统出现故障：所2、并联系统的数学模型并联系统的可靠度：Ri：第i个部件的可靠度并联系统的部件越多，n越大，并联系统的可靠度越高部件的可靠度为：如果每个部件的失效率都是λi，并联系统的平均故障间隔时间MTBFp：2、并联系统的数学模型部件的可靠度为：如

当2个失效率分别为λ1、λ2的部件构成系统：系统的平均故障间隔时间：

当n个失效率都是λ的部件构成系统：系统的平均故障间隔时间：当2个失效率分别为λ1、λ2的部件构成系

三、混合系统的可靠性模型实际的系统：通常不是单纯的并联系统或串联系统，而是串联、并联都存在的混合系统1、串并联系统的结构：系统由m个部件并联，每个部件由n个子部件串联第i个部件的第j个子部件的可靠度为Rij，此串并联系统的可靠度为：混合系统分为：串并联系统、并串联系统三、混合系统的可靠性模型1、串并联系统的2、并串联系统的结构此系统由n个部件串联，每个部件由m个子部件并联此并串联系统的可靠度为：2、并串联系统的结构此系统由n个部件串联3、实际的系统：都是混合系统例如：2个R3并联的可靠度为：3个R5并联的可靠度为：整个混合系统：由R1、R2、R3p、R4、R5p、R6串联，可靠度为：3、实际的系统：都是混合系统2个R3并联

四、表决系统的可靠性模型r/n表决系统，又称为多部件热备份系统：由n个部件、1个表决器组成。只要无故障的部件数大于或等于r个，系统就无故障部件：可以是元器件、电路板、设备等表决器的结构：表决系统是并联工作的，是并联系统的特例实际使用的表决系统：选择n为奇数，只要工作正常的部件数大于或等于(n+1)/2，系统就正常四、表决系统的可靠性模型表决系统是并联工r/n表决系统的数学模型：Rb：表决器的可靠度Ri：第i个部件的可靠度r/n表决系统的数学模型：Rb：表决器的

五、旁联系统的可靠性模型旁联系统的定义：又称为冷备份系统

由n个部件、1个故障检测与转换部件组成。平时，n个部件只有一个工作，其它部件处在待命状态。当工作的部件出现故障时，故障检测与转换部件把系统切换到另外的一个部件上工作。

直到所有的n的部件都出现故障，系统才出现故障旁联系统的结构：要求：故障检测与转换部件的可靠度要非常高，否则影响系统的可靠性如果故障检测与转换部件的可靠度为1则系统的平均故障间隔时间MTBFb，等于所有部件的平均故障间隔时间MTBFi之和五、旁联系统的可靠性模型由n个部件、1n越大：系统的可靠性越高当各部件的失效率均为λ时：旁联系统的平均故障间隔时间为旁联系统可靠性的瓶颈：是故障检测与转换部件的可靠性n越大：系统的可靠性越高当各部件的失效率6.3可靠性设计的具体措施一、冗余设计定义：为了保证系统在发生局部故障时，仍然能够正常工作，设置一些备份部件，一旦发生故障，就启动备份部件工作，保证系统能够正常工作

四、容差与漂移设计据统计：影响嵌入式系统可靠性的因素，40%来自设计采用简化设计：为了完成某一功能，使用的器件越多、越复杂，可靠性越低。应尽可能简化设计。采用经常使用的器件：容易更换，便于维修；别人已经用过，可靠性高。四、容差与漂移设计1、容差定义：又称为误差，指元器件在制造时，允许的公差厂家根据行业标准制定偏差范围合格产品：允许范围之内的产品不合格产品：超出允许范围的产品例如：电阻和电容的容差分为三级：

I级：±5%；II级：±10%；III级：±20%

精密电阻、精密电容的容差：

±0.001%~±2%

大容量电解电容的容差：±20%设计电路时：在实现规定的功能前提下，选择合适的容差。1、容差2、漂移定义：任何元器件的参数，随温度、湿度、工作时间、电源电压波动等环境因素的变化，而不断发生变化，这种变化称为参数的漂移电路设计时：必须考虑元器件的漂移；必须保证环境发生变化时，不会因为参数的变化，而使电路不能正常工作解决容差和漂移的措施：1）优化设计电路：能够容忍元器件的容差和漂移2）使用高精度、高稳定性的元器件3）区别对待：

影响电路性能大的器件：选择高精度；

影响电路性能小的器件：选择一般的2、漂移3、容差和漂移设计方法（1）最坏情况法元器件的参数：在标称值上下有一个变化范围电源电压：也有一个波动范围环境因素的影响：温度、湿度、电磁干扰等最坏情况法的定义：在设计时，考虑电源电压、元器件的容差、环境因素，在最不利的情况下，选择的元器件，也能够保证电路正常工作，称为最坏情况法瞬态变化的影响：静电、电源的冲击、各种电磁干扰，采取保护措施3、容差和漂移设计方法（2）蒙特卡罗法改变元器件的参数，对产品的性能进行抽样，计算出可靠度。如果在n次随机抽样中，有m次得到的结果在允许范围内，当n足够大时，可靠度为：P=m/n特点：适合计算机进行数据处理（2）蒙特卡罗法第6章结束第6章结束6.1系统的可靠性模型串联系统的可靠性模型并联系统的可靠性模型混合系统的可靠性模型表决系统的可靠性模型旁联系统的可靠性模型6.1系统的可靠性模型

一、串联系统的可靠性模型串联系统：指系统的任何一个部件出现故障，都会使整个系统出现故障，这样的系统称为串联系统1、串联系统的结构串联系统由多个元素组成任何一个元素出现故障，系统就出现故障例如：一个电路板是串联系统，由多个元器件、焊点、接插件构成一个嵌入式系统是串联系统：由多个电路板、传感器、控制系统组成一、串联系统的可靠性模型串联系统由多个元2、串联系统的数学模型n：组成串联系统的部件个数Ri：第i个部件的可靠度Rs：串联系统的可靠度串联系统的可靠度：是各个部件的可靠度的乘积例如：某个系统，由三个可靠度都是0.9的部件组成，则系统的可靠度为0.729部件的可靠度为：串联系统的可靠度为：串联系统的失效率：为各个部件的失效率之和2、串联系统的数学模型n：组成串联系统的

例如：某一串联系统，由100个失效率为10-7的元器件、1500条失效率为10-9的导线、2000个失效率为10-5的插头组成，系统的平均故障间隔时间为：该系统的总失效率为：例如：系统的平均故障间隔时间为：该系统的

二、并联系统的可靠性模型并联系统：指系统由多个结构和功能完全相同的部件组成，这些部件只要有一个正常工作，整个系统就能够正常工作1、并联系统的结构系统出现故障：所有部件都出现故障，整个系统才会出现故障并联系统的可靠性：比较高并联：在元器件、部件级、系统级上进行例1：某锅炉的温度控制系统，采用9个温度传感器并联工作例2：双计算机热备份控制系统，由2个计算机并联工作二、并联系统的可靠性模型系统出现故障：所2、并联系统的数学模型并联系统的可靠度：Ri：第i个部件的可靠度并联系统的部件越多，n越大，并联系统的可靠度越高部件的可靠度为：如果每个部件的失效率都是λi，并联系统的平均故障间隔时间MTBFp：2、并联系统的数学模型部件的可靠度为：如

当2个失效率分别为λ1、λ2的部件构成系统：系统的平均故障间隔时间：

当n个失效率都是λ的部件构成系统：系统的平均故障间隔时间：当2个失效率分别为λ1、λ2的部件构成系

三、混合系统的可靠性模型实际的系统：通常不是单纯的并联系统或串联系统，而是串联、并联都存在的混合系统1、串并联系统的结构：系统由m个部件并联，每个部件由n个子部件串联第i个部件的第j个子部件的可靠度为Rij，此串并联系统的可靠度为：混合系统分为：串并联系统、并串联系统三、混合系统的可靠性模型1、串并联系统的2、并串联系统的结构此系统由n个部件串联，每个部件由m个子部件并联此并串联系统的可靠度为：2、并串联系统的结构此系统由n个部件串联3、实际的系统：都是混合系统例如：2个R3并联的可靠度为：3个R5并联的可靠度为：整个混合系统：由R1、R2、R3p、R4、R5p、R6串联，可靠度为：3、实际的系统：都是混合系统2个R3并联

四、表决系统的可靠性模型r/n表决系统，又称为多部件热备份系统：由n个部件、1个表决器组成。只要无故障的部件数大于或等于r个，系统就无故障部件：可以是元器件、电路板、设备等表决器的结构：表决系统是并联工作的，是并联系统的特例实际使用的表决系统：选择n为奇数，只要工作正常的部件数大于或等于(n+1)/2，系统就正常四、表决系统的可靠性模型表决系统是并联工r/n表决系统的数学模型：Rb：表决器的可靠度Ri：第i个部件的可靠度r/n表决系统的数学模型：Rb：表决器的

五、旁联系统的可靠性模型旁联系统的定义：又称为冷备份系统

由n个部件、1个故障检测与转换部件组成。平时，n个部件只有一个工作，其它部件处在待命状态。当工作的部件出现故障时，故障检测与转换部件把系统切换到另外的一个部件上工作。

直到所有的n的部件都出现故障，系统才出现故障旁联系统的结构：要求：故障检测与转换部件的可靠度要非常高，否则影响系统的可靠性如果故障检测与转换部件的可靠度为1则系统的平均故障间隔时间MTBFb，等于所有部件的平均故障间隔时间MTBFi之和五、旁联系统的可靠性模型由n个部件、1n越大：系统的可靠性越高当各部件的失效率均为λ时：旁联系统的平均故障间隔时间为旁联系统可靠性的瓶颈：是故障检测与转换部件的可靠性n越大：系统的可靠性越高当各部件的失效率6.3可靠性设计的具体措施一、冗余设计定义：为了保证系统在发生局部故障时，仍然能够正常工作，设置一些备份部件，一旦发生故障，就启动备份部件工作，保证系统能够正常工作

四、容差与漂移设计据统计：影响嵌入式系统可靠性的因素，40%来自设计采用简化设计：为了完成某一功能，使用的器件越多、越复杂，可靠性越低。应尽可能简化设计。采用经常使用的器件：容易更换，便于维修；别人已经用过，可靠性高。四、容差与漂移设计1、容差定义：又称为误差，指元器件在制造时，允许的公差厂家根据行业标准制定偏差范围合格产品：允许范围之内的产品不合格产品：超出允许范围的产品例如：电阻和电容的容差分为三级：

I级：±5%