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可靠度設計系列連載第13回-非電子產品可靠性設計準則

時間:2019/5/22 瀏覽:2219

這裡所說的非電子產品是指除純電子產品以外的所有產品(或者一個設備中的非電子部分),包括機械、電氣、液壓、氣動、光學等類型的產品。其特點是,種類繁雜、標準化程度低,而且這類產品的故障是由於疲勞、磨損、老化、腐蝕等原因引起的,屬於耗損型故障模式,其失效率不符合恒定失效率的假設,因此,很難實施定量的可靠性分析與設計。

 

可靠性工程是以電子產品為先導,通過對電子產品的可靠性研究而逐步發展起來的,並形成了一套比較完善的理論和方法,對提高電子產品的可靠性做出了巨大的貢獻。電子產品的失效率基本上符合所謂的“浴盆曲線”,它把電子產品的壽命期劃分成三個階段:早期失效期、偶然失效期、耗損失效期。在早期失效期,產品的失效率是單調下降的;進入偶然失效期後,產品的失效率趨於穩定,近似為常數;再經過一段很長的時間後,進入耗損期,產品的失效率急劇上升,很快報廢。但非電子產品的壽命期只有一個階段,而且失效率是單調增長的,即耗損型失效,不符合“浴盆底部”恒定失效率的假設。因此,普遍適用於電子產品的可靠性理論、方法和標準等,大部分不能適用於非電子產品,特別是定量的可靠性設計與分析很難實施。不過實踐表明,可靠性設計準則、故障模式及影響分析(FMEA)、故障樹分析(FTA)等定性的可靠性技術與方法,不但完全適用於非電子產品,而且是行之有效的。

 

儘管國內外工程界在非電子產品的可靠性定量分析與設計上傾注了大量的人力和財力,但由於可供利用的資料(失效率等)有限,而且要獲得這些資料也十分困難,因此,至今尚未形成普遍適用的方法與標準。雖然現在已經形成了一些非電子產品的失效率統計模型及失效率資料手冊,但都不具有普遍性,不足以作為非電子產品可靠性預計的直接依據。在這種情況下,工程界普遍認為,對於非電子產品而言,當前最有效的途徑是:通過長期的使用、發現問題、總結經驗、改進設計,從而提高產品的可靠性。其實,這就是建立可靠性設計準則的基本思想。為此,建議如下:

 

1)管理層面:針對非電子產品的設計、工藝、製造、試驗、包裝、運輸、儲存、使)用、維修與維護等各個環節,分別制定相應的規範,並加強管理與監督,以確保產品的固有可靠性與使用可靠性。

2)設計層面:針對指定的非電子產品,可借鑒相似產品的設計經驗和使用經驗,在此基礎上制定本產品的“設計規範”和“可靠性設計準則”,其中包括:結構形式、強度、剛度、安全係數,原材料、諧振頻率等的“定量模型”和“定性準則”。

3) 將“失效模式及影響分析(FMEA)”技術應用於非電子產品的設計中。FMEA是一種自下而上(由元件到系統)的可靠性分析技術,從最底層的元件故障開始,逐層向上分析該故障產生的後果,直到系統級產品。首先,查找系統的所有組成單元可能發生的全部故障,並對這些故障進行逐個分析,其中包括:故障模式、故障機理、以及該故障對系統產生的影響。然後,根據影響的嚴重程度對故障進行分類,從中找出“最致命”的故障,並從設計上採取對策加以預防。同時,FMEA的結果也是確定關鍵件、重要件的依據。FMEA是一種定性的分析手段,不需要數學運算,簡單易行,效果顯著,深受技術人員的歡迎。但FMEA也有它的局限性,只能做單因素分析。如果某一個頂層故障需要幾個因素(底層故障)同時作用才能發生,則FMEA就無能為力。因此,需要採用“故障樹分析(FTA)”作為補充。

4)FTA是一種自上而下(由系統到元件)的可靠性分析技術。首先確定頂事件,頂事件是最不希望發生的系統級故障,逐層向下尋找導致該故障發生的所有的直接原因,直到最底層為止。FTA不僅能夠找出可能存在的硬體故障,而且還能找出軟體故障、環境因素、以及人為因素等。FTA不僅能夠分析單因素故障,也能分析多因素故障(幾個單元故障的組合)。FTA適用於系統壽命週期的任何階段,特別是早期設計階段,儘早地找出系統中的薄弱環節,並在設計中採取有效的預防措施,使產品的固有可靠性得到提高。

FMEA是FTA不可缺少的基礎性工作,FTA是FMEA的發展和補充,二者的聯合運用(將FMEA找出的“致命故障”作為FTA的頂事件再進行分析)將會收到很好的效果。

5)在進行產品的電氣設計時,必須認真地考慮電連接器的防誤插問題。必須從設計上保證,在任何情況下都不會發生誤插。不能把連接器防誤插的問題留給操作者、不能寄希望於操作者的“責任心”。因為,操作者的“責任心”是靠不住的。

6)在進行產品的機械結構設計時,必須認真地考慮配合件的防誤裝問題。必須從設計上保證,在任何情況下都不會裝錯、或者裝反配合件。同樣,不能夠把配合件的防誤裝問題留給操作者,不能寄希望於操作者的“責任心