【质量与可靠性学堂】一张表讲清楚非电产品可靠性预计方法

可靠性预计是为了估计产品在给定工作条件下的可靠性而进行的工作。它根据组成产品的单元可靠性来推算产品是否满足规定的可靠性要求，这是一个由局部到整体的过程。可靠性预计在方案阶段至详细设计阶段都应开展，并根据设计方案的更改反复迭代进行。

非电子产品可靠性预计方法主要包括：相似产品类比论证法、修正系数法、图解近似计算法、故障率预计法、应力强度干涉法、一次二阶矩法和零部件累加计数法等。各类非电子产品可靠性预计方法的原理、适用范围、预计参数和前提条件等见表1。一般应根据非电子产品所处的研制阶段及其拥有的信息量来选择可靠性预计方法。在方案阶段，由于产品所拥有的信息量少，也可采用上下限法、相似产品法和专家评分法。

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表1 非电子产品可靠性预计方法及其选择

预计 方法	原  理	适用范围	预计 参数	前提条件
相似产品 类比论证法	将新产品和类似国内外产品进行比较，通过分析二者在组成结构、设计水平、制造工艺水平、原材料、零部件水平、使用环境等方面的差异，从而简单地估计新产品可能达到的可靠性水平	方案阶段	MTBF、λ等	a) 具有相似产品，且该产品与相似产品间的差别易于评定； b) 具有该相似产品的可靠性数据，且该数据经过了现场评定
修正 系数法	根据经验建立零部件故障率与影响其故障模式的主要设计、使用参数的函数关系（即故障率模型），用这种经验公式计算新零部件的故障率水平，再运用产品可靠性模型，预计产品可靠性	工程研制 阶段早期	λ	a) 有该零部件的故障率模型； b) 能确定零部件模型中所需的设计、使用参数
图解近似 计算法	根据应力强度干涉关系，在零部件的应力和强度概率分布不明确的情况下，根据已有的应力观测值和强度实验数据，用作图的办法来近似计算零部件可靠度，再运用产品可靠性模型，预计产品可靠性	工程研制 阶段早期	R(t)、Rm(t)	a) 能收集到零部件强度试验观测值； b) 能收集到零部件应力观测值
故障率 预计法	根据产品使用环境与使用应力对零件实验室常温环境下测得的基本故障率进行修正，得到零件的工作故障率，再运用产品可靠性模型，预计产品可靠性	工程研制阶段中后期	λ	a) 具备产品的详细设计图，选定了零件，且已知它们的类型、数量、环境及使用应力； b) 各零件实验室常温条件下的基本故障率可测得
应力强度 干涉法	认为当零部件的应力大于强度时，会发生故障现象。根据零部件应力强度分布，通过计算强度大于应力的概率可得到零部件的可靠度，再运用产品可靠性模型，预计产品可靠性	工程研制阶段中后期	R(t)、Rm(t)	能确定零部件强度和应力的分布形式、分布参数
一次 二阶矩法	认为零部件的应力和强度都是基本随机变量的函数，由此建立极限状态方程。通过把极限状态方程一次性展开，并利用基本随机变量的一阶矩（均值）和二阶矩（标准差），计算安全余量大于0的概率——可靠度，再运用产品可靠性模型，预计产品可靠性	工程研制阶段中后期	R(t)、Rm(t)	能确定零部件应力和强度的表达式
零部件累加计数法	通过统计得到不同环境条件下不同零部件的故障率数据，形成数据手册。在新产品可靠性预计中，通过查找数据手册得知各零部件故障率，再运用产品可靠性模型，预计产品可靠性	工程研制阶段中后期	λ、MTBF等	a) 能找到产品各组成部分的故障率数据手册； b) 产品组成部分的类别和使用环境明确

 

注意事项

进行非电子产品可靠性预计时，需要注意：

1、尽早预计

应尽早进行可靠性预计，以便当可靠性预计值未达到成熟期可靠性目标值时，能及早地在技术上和管理上予以注意，采取必要的措施。一般要求在方案阶段就开展可靠性预计；

2、反复迭代

可靠性预计应与功能、性能设计同步进行，在研制的各个阶段，可靠性预计应反复迭代，使预计结果与产品的技术状态保持一致。随着设计工作的进展，产品定义进一步确定，可靠性模型将逐步细化，可靠性预计结果也将逐步接近实际。非电子产品可靠性预计是一个反复迭代、动态管理的过程；

3、可靠性预计结果的相对意义比具体值更为重要，要能影响产品设计

一般地，可靠性预计值与实际值的误差在1~2倍之内可认为是正常的，可靠性预计结果的相对意义比绝对值更为重要。可靠性预计结果要能影响设计，通过可靠性预计可以找到产品的薄弱环节，加以改进，提高产品可靠性水平。在对不同的设计方案进行优选、调整时，可靠性预计结果还是方案比较、选择的重要依据；

4、预计结果应大于规定值

可靠性预计结果应大于研制总要求或合同中规定值的1.1~1.2倍，否则必须采取设计改进措施，直到满足为止；

5、注意预计模型和数据来源的准确性

尽可能选择能反映非电子产品可靠性真实水平的预计模型和数据。目前，修正系数法能使用的标准和手册为：NSWC-98/LE1《机械设备可靠性预计程序手册》；零部件累加计数法能使用的手册为：美国可靠性分析中心（RAC）的《非电子零部件可靠性数据（NPRD）》。引用到我国非电子产品可靠性预计时，要注意修正；

6、含货架产品的处理方法

若产品中包含货架产品，其可靠性参数值应由供应商提供，在产品可靠性预计中直接引用，不必重新计算；

7、推荐使用计算机辅助设计软件