知识分享-嵌入式系统可靠性模型

嵌入式系统可靠性设计技术及案例解析

1.3嵌入式系统可靠性模型

嵌入式系统可靠性模型分为两种：串联结构模型和并联结构模型。

在进行嵌入式系统设计时，为了保证部分关键环节的可靠性，会采取并联备份的系统结构形式，以实现系统可靠性的成倍提升，这时一般会采取可靠性并联结构模型。

注意：系统可靠性的串、并联模型和系统功能框图的串、并联模型没有直接的等同关系。

如图1-8所示，B、C为电流输入端，D端接负载，D端额定负载电流为15 A。从功能上看，B和C两条路径的供电电路组成一个并联关系。但在可靠性模型的串、并联关系上，它并不是并联关系，因为B和C中的任何一条路径都不能独立完成对15 A的供电，所以其在功能框图上是并联结构（图1-8(a)）,在可靠性模型上却为串联结构（图1-8(b)）,反而因为多了一路的电缆，而增加了一个焊点和电缆失效的可能性。

而当B、C的电缆指标改为20A的时候(图1-9),任何一路均可以满足D端的15 A电流输出，此时，B和C就互为备份，其可靠性模型就变为了并联结构，这种结构的电路可靠性将大大提升。

可靠性串联结构系统的可靠度为：

R=RB×Rc (1-7)

可靠性并联结构系统的可靠度为：

R=1—(1-RB)×(1-Rc) (1-8)

可靠性串、并联模型的建立，主要有两个用途：一是系统可靠性预计和分配的基础；二是可以提供对系统关键可靠性节点的分析思路，比如对同时有AC交流电源和后备电池供电的设备，从可靠性串、并联结构模型出发，电源供电部分是并联结构，按键部分与电源之间反而构成串联结构。由此得知，按键面膜的可靠性比电源模块对系统功能可靠性的影响要关键得多。

【案例1-3】

某数字测角仪，为控制装置实时提供待测对象的角偏差数据，主要由光学瞄准镜、可变焦距摄像机、图像处理和控制电路(简称DSP电路板)三部分组成，如图1-10所示。

测角仪的工作任务时间为150 s;测角仪平均无故障工作次数要求≥2000次。

产品设计过程中，全部采用了成熟技术和成熟工艺，主要元器件均为标准件、通用件，并有可靠的供货来源。在满足可靠性指标要求的情况下，减少了元器件、零部件的品种、规格数目。在电子线路方面，开展了可靠性设计准则的应用，采用了降额设计、热设计、电磁兼容性设计等可靠性设计方法，并对所有的元器件进行了环境应力分析。根据GJB/Z299C—2006电子设备可靠性预，结合器件类型和环境应力条件，得出各单元的失效率数据，如表1-1所列。

请根据以上数据，计算此系统是否满足可靠性指标要求。

答：

根据上述内容：假设测角仪失效规律是一个常数，失效率服从指数分布，无故障工作次数用θ表示，每次的工作时间用t表示，则平均故障间隔时间：

所以：

因此，测角仪的任务可靠度要求为：

根据测角仪功能框图，得出测角仪的任务可靠性串联模型框图和图1-10的功能框图一致。

测角仪的可靠性数学模型为：
Rs=R₁×R₂×R₃ (1-9)

式中：

Rs为测角仪的可靠度；

R为光学瞄准镜可靠度；

R₂为可变焦距摄像机可靠度；

R₃为DSP电路板可靠度控制模块可靠度。

将表1-1中的数据代入式(1-9),则： Rs=0.99999979×0.99999969×0.9999993≈0.99999878结果得出，测角仪的实际可靠性指标为0.99999878，大于系统要求的值0.99951。

所以，由此三个模块组成的测角仪系统可以满足可靠性指标平均无故障工作次数≥2000次的要求。

以上内容来自行业内著名专家——武老师，著作“

嵌入式系统可靠性设计技术及案例解析”书中内容知识要点！