可靠性技术基础1.ppt

二○○五年八月二十七日,可靠性技术基础,可靠性工程室,,主要内容,,,1、可靠性发展历史2、可靠性基本概念3、可靠性工作内容4、软件可靠性概念5、软件测试技术6、软件可靠性测试7、软、硬件可靠性比较8、结束语,1. 可靠性发展历史,1.可靠性发展史,◆第二次世界大战期间：可靠性概念最早来源于航空领域，空中飞行事故不断增加，要求计算在一段飞行时间内不发生故障的概率，这便是可靠性的初始概念40年代是可靠性萌芽时期，雷达等各种复杂电子设备相继出现，电子设备的可靠性问题严重地影响了武器装备的效能在第二次世界大战期间，美国60%的机载电子设备运到远东后不能使用，50%的电子设备在贮存期间失效，其主要原因是电子管可靠性太差◆ AGREE组织：1943年美国成立了电子管研究委员会专门研究电子管可靠性问题通过采用新材料新工艺、发展质量控制及检验统计技术来提高电子管可靠性50年代是可靠性兴起和形成的年代，52年美国国防部成立了一个由军方、工业部门和学术界组成的电子设备可靠性咨询组（AGREE）；55年 AGREE 开始实施一个从设计、试验、生产到交付，储存和使用的全面的可靠性发展计划，并于57年发表了《军用电子设备可靠性》的研究报告，,1.可靠性发展史,成为可靠性发展的奠基性文件，标志着可靠性已成为一门独立的科学，是可靠性工程发展的重要里程碑。

◆ 可靠性工程全面发展的阶段：60年代美国先后发展出F-15A战斗机、M1坦克、“民兵”导弹、“阿波罗”宇宙飞船等，这些新一代装备对可靠性提出了严格的要求，可靠性有了大幅度提高，如，60年代“先驱者号”卫星发射11次只有3次成功，而60年代发展的阿波罗登月舱，除第13次外，次次成功1.可靠性发展史,◆ 可靠性发展步入成熟的阶段：70年代为解决复杂武器系统投入外场使用后出现的战备完好性低和使用保障费用高的问题，从型号项目论证开始就强调可靠性设计、可靠性增长试验和综合环境应力的可靠性试验，美国研制出具有70年代特点的F-16A，F/A-18A战斗机和M1主战坦克1.可靠性发展史,◆ 可靠性向着更深更广的方向发展：80年代在发展策略上，把可靠性和维修性作为提高武器装备战斗力的重要工具1985年，美国推行了可靠性及维修性2000年行动计划，该计划从管理入手，依靠政策和命令来促进空军领导机关对可靠性工作的重视，加速观念转变，使可靠性工作在空军形成制度化，以最终实现武器装备可靠性的提高1991年海湾战争中，美空军F-16C/D及F-15E战斗机的战备完好性都超过了95%1.可靠性发展史,◆ 半个世纪以来可靠性发展动向◇从重视性能、轻可靠性，转变为树立可靠性、性能、费用及进度同等重要的观念，实现了观念的转变。

◇从分散管理到由高层领导负责的集中领导，完善了管理体系◇从电子管失效机理的研究到开发超大规模集成电路，使电子器件的可靠性平均每年以20%的速度在提高◇从电子设备的可靠性研究到重视其他非电子设备的可靠性研究，全面提高武器装备的可靠性◇从硬件的可靠性研究到重视软件可靠性研究，确保大型系统可靠性的提高1.可靠性发展史,◇从宏观统计计算到微观分析计算，更准确确定产品的故障模式、可靠性及寿命◇从手工定性的可靠性设计分析到计算机辅助可靠性设计分析,大大提高设计分析精度,缩短设计分析时间◇从重视可靠性统计试验到强调可靠性工程试验，通过ESS试验及可靠性增长试验来暴露产品故障，进而提高产品的可靠性◇从单个可靠性参数指标发展为多个可靠性参数指标，建立完善的可靠性参数指标体系◇从固有值的可靠性指标到强调以使用值作为指标，确保现场使用具有规定的可靠性水平1.可靠性发展史,◆ 我国可靠性发展状况 我国可靠性工程起步于60年代，由于文化大革命影响，可靠性工作经过曲折和反复，直到80年代才得到了发展，80年代中期国家成立了中国电子产品可靠性数据网，企事业单位分别建立了产品质量与可靠性信息网络86年成立了全国军事技术装备可靠性标准化技术委员会。

80年以来，我国颁布了一系列可靠性方面的国家标准、国家军用标准，加强可靠性的法规性文件推动了可靠性工作的开展1.可靠性发展史,GJB368《装备维修性通用规范》GJB450《装备研制与生产可靠性通用大纲》等一系列国家军用标准相继发布，对推动R&M&S活动的法规化、规范化发挥了重要的作用近年来关于R&M&S学术交流和情报研究活动非常活跃，召开了各种内容的可靠性研讨会、学术交流会、软件成果展示会；出版了许多可靠性刊物、杂志等，所有这些都推动了我国R&M&S工作的发展作出了贡献1.可靠性发展史,◆ 近年来我国可靠性发展 我国可靠性工作虽然已经取得了许多成绩和经验，但由于起步较晚且基础薄弱，与当今世界先进水平相比差距甚远我们应当采取有力措施迅速提高装备的R&M&S水平，在新世纪里努力赶上世界先进国家的可靠性水平，为实现我国国防现代化作出贡献 ◆ 我国航天产品可靠性成就 经过多年的努力，中国航天产品的可靠性相对于其它产品提高很快如长三乙火箭发射曾经出现过一次失败（发生爆炸），经改进及提高可靠性措施后，连续三次都发射成功1.可靠性发展史,05年4月7日发射的亚太六号卫星就是用长三乙火箭成功发射的。

我国的长征火箭已成功发射达84次其可靠性指标从长二捆火箭的0.91提高到了目前的0.97，其安全性系数更是达到0.997，使它成为目前国内可靠性指标最高的运载火箭 神舟五号飞船圆满成功，终于实现了中华民族千年的飞天梦想神舟系列飞船的成功是无数奋斗在航天战线科技人员爱国、敬业、创新、奉献精神的体现神舟飞船的成功中，无数在航天科技领域从事可靠性工作的技术人员功不可没，他们和所有其他航天科技工作者都是站在航天英雄杨立伟身后的英雄1.可靠性发展史,载人航天器安全性以及载人航天工程的圆满成功，乃至整个航天领域在几十年间所取得的卓越成就，它们的重要保障技术之一就是可靠性工程技术可靠性工程在航天领域向来都是极为重要的技术我国载人航天科技进一步将研制空间站和空间实验室1.可靠性发展史,◆元器件可靠性：随着科学技术的发展，电子设备越来越复杂，使用环境越来越恶劣，对电子设备的要求越来越高，电子设备的可靠性与所用的元器件的数量、质量有着极为密切的关系在串联结构的电子设备中，任何一个元器件或焊点出故障，都有可能使这个系统失败 ◆航天史上的重大事故案例： ☆ 1957年美国发射的“先锋号”卫星中，由于一个价值两美元的元件发生故障，造成了220万美元的损失。

1.可靠性发展史,☆ 1996年6月，欧洲航天局的“阿里亚娜5型火箭”在法属圭亚那库鲁航天中心首次发射发射30秒后，在4000米空中爆炸外电称“这是航天史上继1986年美国‘挑战者’号航天飞机爆炸以来的又一大悲剧 1997年7月，调查委员会披露：爆炸的主要原因是主发动机点火顺序开始37秒后，导航和姿态信息完全遗失，信息遗失是由于惯性导航系统软件出现的设计错误造成的1.可靠性发展史,,1.可靠性发展史,另一个原因是由于惯性制导系统中软件“重用”缺少可行性分析与认证由于5型火箭速度和功率大大高于4型火箭，因此定位软件产生了较大的偏离值软件将这个错误的64位浮点操作数转换为一个带符号的整数时，由于数据太大而超限☆ 2003年初，美国哥伦比亚号航天飞机返航过程中的解体,是由于发射时有一块隔热瓦脱落造成内部温度急剧升高爆炸☆ 今年8月发射的“发现号”航天飞机,也是由于发射时有一块隔热瓦脱落，由于采取了很多补救措施，才避免了返航过程中的出事1.可靠性发展史,主要内容,,,1、可靠性发展历史2、可靠性基本概念3、可靠性工作内容4、软件可靠性概念5、软件测试技术6、软件可靠性测试7、软、硬件可靠性比较8、结束语,2. 可靠性基本概念,◆可靠性：产品在规定的条件下和规定的时间内， 完成规定功能的能力。

产品的可靠性包含下列四要素： ⑴. 规定的时间； ⑵. 规定的环境和使用条件； ⑶. 规定的任务和功能； ⑷. 具体的可靠性指标值2.可靠性基本概念,◆产品：指作为单独研究和分别试验对象的任何元件、器件、设备和系统，可表示为产品的总体或样品 由定义可以看出产品的可靠性与“规定条件”是分不开的，这里说的规定条件，包括使用时的环境条件（但必须注意到运输、贮存以及工艺过程中引入的环境影响）即所有内部与外部的条件（如温度、湿度、辐射、电场、冲击、振动等或其组合）使用时的应力条件、维护方法等2.可靠性基本概念,◆规定环境条件：在不同的规定条件下产品的可靠性是不同的，良好环境的失效率与恶劣环境的失效率差30～50倍，在设计时应明确产品应用温度和使用环境，便于设计上进行这方面的考虑 ◆规定时间：产品的可靠性与规定的时间密切相关，因为随着时间的增长，产品的可靠性是下降的因此在不同的规定时间内，产品的可靠性是不同的2.可靠性基本概念,不同的产品对应的时间指标不同例如，火箭发射装置可靠性对应的时间以秒计，海底通信电缆则以年计，而这里的时间应看作具有广义含义，即规定的时间可以用秒、分、年、次数及周期来计算。

◆规定的功能：产品的可靠性还与规定的功能密切关系，这里所指的功能就是产品应具备的技术指标一般事先要明确规定的功能，只有对规定的功能有了清晰的概念，才能对产品是否发生故障有确切的判断2.可靠性基本概念,例如对一部电台来说，按其需完成任务表明，应能正常发射与接收，不发生故障；而对于发射与接收两种功能和保证又涉及到其主要技术指标的满足和完成上述功能有关的单元和组件的正常工作根据对各单元和组件的故障模式、影响及危害性的分析，可进一步规定各单元和组件的性能指标的可接受范围，各单元和组件正常工作的条件，最后给出无故障工作的具体定义同样，根据不可接受的指标范围而给出故障的定义2.可靠性基本概念,◆树立零故障工作意识：咱们从事的日常工作都与可靠性工作有关，如搞产品设计、装配、调试、检测、试验、管理等，都是在为提高产品的可靠性而努力工作可靠性工程是一个与故障作斗争的过程，通过排除故障和预防故障来提高产品可靠性我们要在各自的工作岗位上无差错的工作(零故障工作)，才能保证产品有高的可靠性2.可靠性基本概念,◆生产方险率α:是按试验方案拒收MTBF值等于试验的MTBF上限的设备的概率◆使用方险率β:是按试验方案接收MTBF值等于试验的MTBF下限的设备的概率。

◆鉴别比ｄ:是试验的MTBF上限(θ0)与试验的MTBF下限(θ1)之比，它是对试验能否迅速达到作出某种决策的一种量度一般说来，鉴别比越高，则所需试验时间越短2.可靠性基本概念,◆ θ0:是MTBF检验值的上限值，是可接受的MTBF值当设备平均无故障工作时间的真值接近θ0时,标准试验方案以高概率接收设备◆ θ1:是MTBF检验值的下限值，是最低要求的不可接受的MTBF值当设备平均无故障工作时间的真值接近θ1时,标准试验方案以高概率拒收设备◆ θp:是 MTBF 的预计值， 是按设备的设计及使用环境用可靠性预计的方法确定的，(一般θp≥1.2θ0 ，以保证试验方案以高概率接收设备)2.可靠性基本概念,,◆可靠度：设备的可靠度等于所用元件可靠度的乘积由于可靠度R(t)是一个小于1的数，所以越乘越小设备的失效率λ等于所用元件失效率λ之和所以越加越大设备的平均故障间隔时间MTBF=1/λ，失效率λ越大，则MTBF越小2.可靠性基本概念,◆ 产品的失效规律▲ 早期失效期：特点是失效快，由于材料缺陷、生产工艺措施不当、操作检查人员失误不严采取工艺ESS试验、老化等措施剔除早期失效，进入偶然失效期▲偶然失效期：特点是失效低而稳定，是产品的良好工作阶段，失效率接近常数，失效是随机性质的。

这阶段时间较长，称使用寿命期▲耗损失效期：特点是失效随工作时间增加而增加，原因是长期工作疲劳及损耗，材料化学和物理变化使产品性能下降，造成失效率迅速增加用高质量长寿命器件，及时更换接近寿命的器件，延长使用期。