text: 测控仪器设计的可靠性设计
  可靠性设计方法包括安全系数与降额使用的选择、冗余设计、漂移设计.还要考虑在恶劣的环境条件下仪表能正常工作的措施，这就是所谓的三防设计与耐环境设计。
  随着自控系统的大型化，由变送器、传输线、记录仪、巡回检测装置等构成的多路检测回路需要进行集中控制。
  这类检测系统往往装置等构成的多路检测回路需要进行集中控制 这类检测系统往往受周围环境的电磁场干扰，不能稳定工作，因此还要考虑抗电磁干扰的设计。
  第一节 可靠性设计的原则由于产品类型不同，复杂程度不同，各类产品失效模式不同，以及工作条件不同等，产品的可靠性设计内容也不尽相同。
  具体可靠性设计均应考虑下列一些设计原则。
  1、收集可靠性数据，确定可靠性指标 进行产品设计时，应先确定产品的可靠性指标。
  指标的确定，一是按标准规定，二是由用户提出，三是由设计者提出，四是由各方协商确定各方协商确定。
  要求首先收集和掌握国内、外同类产品或相近产品的可靠性数据。
  第一节 可靠性设计的原则(续) 2、考虑明确产品的使用条件及工作环境 因为产品的可靠性，是针对一定的工作条件而言的，这种工作条件包括两个方面:一是使用条件，主要是指现场操作条件及维护条件，二是工作环境条件，包括工作地点的温度、湿度;水分、灰尘、腐蚀介质……3、系统设计 系统设计首先确定系统的组成及系统类型。
  当系统类型确定之后，系统可靠性设计方式有种 是根据零件元件或子系统可靠性系统可靠性设计方式有两种:一是根据零件元件或子系统可靠性预测结果计算系统可靠性指标，即系统可靠性预测，预测结果满足指标要求即可，二是当预测结果没有满足规定的指标时，应进行可靠性分配，把系统的可靠性指标，分配到子系统甚至分配到零件上。
  提高系统可靠性，也是从两方面着手，一是采用贮备系统，比如并联系统，表决系统，旁联系统等;二是提高元件或零件的可靠性;实际上采用哪种方法提高系统可靠性要作具体分析，视具体情况而定。
  第一节 可靠性设计的原则(续) 4、采用标准件，选用外购件 为保证所设计的产品的可靠性高，易于维修，应尽量采用标准化零件。
  对于外购件、外协件，应选用经过考验的厂家生产的高质量产品，而且对外购件、对外协作要提出可靠性要求，产品进厂时要进行抽验，以确保系统的可靠性。
  5、方案简化，结构简单 从可靠性角度出发，产品在满足要求情况下，组成系统的单元越少，结构设计越简单越好。
  对于新材料、新技术、新结构的应用，要有充分的把握，有的需经过试验并经一段时间试用证明确有保证时，再大批使用。
  第一节 可靠性设计的原则(续) 6、耐环境设计 所谓耐环境设计，就是研究环境应力的影响，采取提高耐环境应力的能力措施。
  比如高温、低温、热冲击、热辐射、温度循环如四季温差变化等都会对产品产生热应力的影响。
  解决温度应力影响所采取的措施称为耐热设计，比如防寒设施，通风冷却，隔热等。
  5其他影响。
  如各种场电场、磁场、重力场等的影响及各种辐射作用的影响，第一节 可靠性设计的原则(续) 7、维修性设计 所谓维修性设计，就是在设计时应考虑产品的故障容易发现，易于检查，便于尽快修复，甚至在未出现故障时，就采取必要的措施加以预防或消除故障于未然。
  5尽量设法减少或避免因某一零件更换需装拆其相邻的零件。
  6要考虑维修人员作业方便与安全。
  第一节 可靠性设计的原则(续)8、人--机工程设计由人操纵或控制的系统，不少故障发生是由于人的失误所致。
  要减少人的差错，可以从两个方面着手解决，一是人的可靠性问题，其中包括人员责任感、人员技术水平及人所处的工作环境;另 方面是考虑人机关系。
  人员操作错误的原因与人本身、机器及环一方面是考虑人机关系。
  人员操作错误的原因与人本身、机器及环境有关，为了减少人犯差错的概率，就应在人一机工程设计上下功夫。
  第一节 可靠性设计的原则(续)由此可见，要提高人操作的可靠性，就应从减少人操作中发生错误 的概率及即使发生操作错误不致引起设备的故障方面进行设计。
  (2)指示系统可靠性设计，解决系统向人传递信息可靠性问题 a合理地确定信息显示方式。
  比如计算显示或数字显示，标量显示;定性显示等。
  b显示器配置设计 人观察各种显示器时 般要离开相当距离 b显示器配置设计。
  第一节 可靠性设计的原则(续) 当环境好时，可取大值，环境较差时取小值。
  此外，显示器位置角度要合理，如从正面观看，视线与仪表板成 600时，读取误差小。
  当有多种信息显示时，必须设置集中控制的板面或控制台，控制台位置也要合理。
  c显示器的可靠性，这主要是指显示器本身可靠性。
  3操作、控制系统可靠性设计---人向系统传达指令的可靠性 a控制、操作机构及仪器精度高。
  ' b控制、操作机构及仪器容易识别。
  第一节 可靠性设计的原则(续) 9、安全性设计 系统发生故障后，故障产生的影响及其后果随故障类型不同而异。
  但我们从安全性角度 考虑，可把机械产品失效分为两种情况，一是失效导致功能失效，生产暂停，服务中断。
  二是 失效除产生上述结果外，还可能造成人员伤亡，环境破坏及财产的巨大损失。
  对于这后一种 情况，就存在安全性问题。
  进行安全性设计，目的在 或 旦发生故障使其造成于保证系统危险性故障发生的概率最小 或一旦发生故障使其造成的损失最小。
  概括地说，安全性设计内容和程序如图1所示。
  图l 安全性设计内容和程序 第一节 可靠性设计的原则(续)1安全分析 从安全角度对系统进行分析称为安全性分析。
  安全性分析主要包括如下几点: a寻找所有零件或部件故障模式，研究各种故障对系统及其他零、部件的影响，并确定哪些故障对系统安全性影响最大。
  b确定系统全部不安全失效模式，找出最危险失效模式。
  c确定系统安全方面的最薄弱环节，采取改进及预防措施。
  常用的安全分析方法有; a失效模式、影响及致命度分析，常写为FMECAFailure ModelEffect and Criticality Analysis。
  b事件树分析--ETA Event Tree Analysis。
  c 故障树分析--FTA Fault Tree Analysis。
  第一节 可靠性设计的原则(续) (2)安全技术设计 在确定系统失效模式后，要在技术上采取措施，来保证系统具有一定的安全水平，安全技术设计可从以下几方面考虑。
  a消除产生致命故障的危险因素。
  如提高危险零部件的可靠度;进行安全保险设计，设立保险装置和防止出现误操作设计。
  b异常状态的监测 报警 对于致命性故障源 要设立故障监测 b异常状态的监测、报警。
  对于致命性故障源，要设立故障监测装置，以防患于未然。
  例如:火车中的轴承!
  c人员防护设计，设立安全防护装置。
  (3)安全评价 估计出现失效的概率大小。
  (4)风险评价 估计故障后果的影响程度与损失大小。
  第一节 可靠性设计的原则(续) 10、可靠性增长 在新产品从开发研制一直到定型生产之前，一般要经过:设计-试制-试验-修改-小批生产-检验-改进-定型生产。
  在这一过程中，产品可靠性水平在不断提高，称为可靠性增长。
  建立可靠性增长模型是在新产品研制过程中一项有效的可靠性设计新技术，它有助于定量地对新产品可靠性水平作出估计，监控产品研制进展情况，并确定出产品投产时的可靠性水平。
  品研制进展情况 并确定出产品投产时的可靠性水平第二节 元器件的筛选与降额设计 电子产品的"硬件"故障，大部分直接以元器件的各种故障方式表现出来。
  其故障原因，并非都是元器件本身的缺陷，有不少是选用 不当造成的。
  例如在电路设计时元器件的工作 应力超过产品的额定 值，或是对元器件失效机理不清楚，用于不适当的环境条件等等。
  因此元器件的选用及筛选成为电子产品可靠性设计的重要环节之一。
  为了保证元器件的使用可靠度，合理地进行降额使用元器件，可大幅度地降低元器件的失效率，因此降额设计已成为电子产品可靠性 保障设计的最有效的方法之 保障设计的最有效的方法之一。
  一、可靠性筛选 筛选是一种用于剔除不符合要求产品的挑选技术。
  可靠性筛选是在一批产品中剔除那些由于原材料、工艺制造等潜在的不良因素所造成的缺陷而早期失效的产品。
  在筛选以前，产品的参数性能一般都是合格的，只有对产品施加 各种应力条件或采用特殊的检查手段后，才能发现有隐患的早期失效产品。
  一批产品，由于通过筛选剔除了早期失效的产品，就可以提高该批产品的可靠性水平。
  失效率可以降低半个到一个数量级， 个别的甚至可以降低两个数量级。
  对于电子元器件，其失效机理是产品本身具有的固有特性，当产品生产后，它的失效机理就完全确定了，而可靠性筛选不能改变其失效机理。
  所以，可靠性筛选不能提高单个元件的可靠性，只有当一批产品的早期失效产品被剔除后，才能提高该批产品的可靠性水平。
  同时要求，在整批产品的特性上，可靠性筛选不该影响其失效机理、失效模式和正常工作，因此筛选试验应力对优良产品的损伤要尽可能的小。
  第二节 元器件的筛选与降额设计续 筛选方法种类较多，按其方法复杂程度可分类如下。
  对产品参数性能的筛选。
  2应力强度筛选。
  对产品施加一定强度的应力后进行测量评定分选。
  在规定的时间内对产品施加各种应力条件后进行测试挑选。
  例如采用高温老炼筛选、功率老炼筛选及离心老炼筛选等。
  4线性鉴别筛选。
  采用适当检查手段及筛选项目进行试验，获得数据，运用数理统计方法进行判别挑选。
  在接近产品的使用条件下进行长期老炼，并多次精确地测量参数的变化量进行挑选和预测。
  前两种方法简单易行，但对剔除早期失效产品的效果较差;后两种方法需要专门的设备 和较长的时间，费用较高，但对剔除早期失效产品的效果较好。
  通常要根据产品的使用要求、质量水平及费用等情况合理地选择筛选方法。
  第二节 元器件的筛选与降额设计续 目前老炼筛选是可靠性筛选的主要方法，精密筛选由于费用高、周期长、通常用于高可靠性的元器件筛选，如卫星元件、军工产品及海底电缆通信元件等。
  例如，半导体集成电路的典型筛选程序是:①高温老炼储存:1500C~1750C，96h。
  第二节 元器件的筛选与降额设计续二、降额设计1.减额设计的理论依据 电子元器件在使用或贮存过程中，总是存在着某种比较缓慢的物理化学变化。
  当这一物理化学变化过程发展一定阶段时，元器件的特性退化、功能丧失，即失效。
  例如:半导体器件---上述物化作用形成导电沟道时，使器件反向漏电电流变大，击穿电压下降;器件表面复合速度变大，晶体管的电流放大系数降低等等。
  物化过程与温度有密切关系 当温度升高以后 这些物理变化过程大大加快 器 度有密切关系，当温度升高以后，这些物理变化过程大大加快，器件的失效过程被加速。
  在我国电子工业部颁发的《电子设备可靠性预测手册》中绘制了电子元器件降额曲线。
  对于不同的元件，降额的方法是不一样的，电阻器的降额方法是降低功率比，电容器是降低其工作电压，半导体器件的降额方法是将 工作功耗保持在额定功耗之内，数字集成电路通过降低周围环境温度和电荷来降额，线性集成电路、大规模集成电路和半导体存贮器 也是通过降低周围环境温度来实现降额的，轴承则以负荷比为降额 系数。