浅析电气设备可靠性设计（1）

摘要：本文阐述了可靠性的定义，论述了系统可靠性的技术指标，分析了影响系统可靠性的主要因素，探讨了提高系统可靠性的途径。

关键词：可靠性  指标  因素  措施

一、可靠性定义

近年来，电气设备的发展趋势是模块化、系统化和智能化，电气设备的新产品开发的速度在加快；而其使用环境也变得恶劣多样；而所服务的系统又越来越重要和昂贵。以自动开关为例，已广泛地应用于车载、舰载、地面的军用装备，航空航天部门，铁路和交通的信号和通信系统等方面。因电源需要日夜不停地连续运行，这就要求电气开关要经受高、低温，高湿，冲击等考验。运行中往往不允许检修，或只能从事简单的维护。这一切就使得电气开关的可靠性研究，变得刻不容缓，十分重要了。其实，早在上世纪70年代，英国电气工程师学会发表的论文就指出：在提供军事通信的英国天网系统的设计研制中，中心课题首先是可靠性。

国际上，通用的可靠性定义为：在规定环境条件下，和规定的时间内，完成规定功能的能力。此定义适用于一个系统，也适用于一台设备或一个单元。由于故障出现的随机性质，用数学方式来描述可靠性，常用“概率”来表示。

从而，引出可靠度[R（t）]的定义：系统在规定环境条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。例如：对N个产品进行试验，每经过Δt的时间间隔检查一次，每次出故障的产品数为ni，则在T时间内的可靠度R（t）为：

可近似为：

(1)

(2)

R（t）的数值范围为：0≤R（t）≤1。R（t）的值越接近于1，则表示可靠性越高。如系统有N个单元组成（串联方式），各单元的R（t）分别为R₁（t），R₂（t）……R_N（t），则整个系统的R_Σ（t）=R₁（t）·R₂（t）…R_N（t）。可见，系统越复杂，可靠性越差。

2.系统可靠性的指标

涉及系统可靠性的因素很多。目前，人们认识上的主要误区是把可靠性完全（或基本上）归结于元器件的可靠性和制造装配的工艺；忽略了系统设计对于可靠性的决定性的作用。在民用电子产品领域，日本的统计资料表明，可靠性问题80％源于设计方面。（日本把元器件的选型，质量级别的确定，元器件的负荷率等部分也归入设计上的原因）。总之，对系统的设计者而言，需明确建立“可靠性”这个重要概念，把系统的可靠性引为重要的技术指标，认真重视可靠性的设计工作，并采取足够的提高可靠性的措施，才能使系统和产品达到稳定、优质的目标。

2.1衡量系统可靠性的指标及其数学关系

2.1.1失效率λ。λ定义为：该种产品在单位时间内的故障数。即：

λ=dn/dt        (3)

相对于每一个依然正常工作的样品的失效率，

λ=(1/N_S)·dn/dt       (4)

式中：N_S为总试验品N，经过Δt时间以后，依然正常工作的样品数。

工程上，采用近似式。如果在一定时间间隔（t₁－t₂）内，试验开始时的正常工作的样品数为n_s个，而经过（t₁－t₂）后出现的故障样品数为n个，则这一批样品中对于每一个正常样品的失效率λ为：

λ=n/[n_s(t₁－t₂)]    (5)

失效率λ的数值越小，则表示可靠性越高。λ可以作为电子系统和整机的可靠性特征量，更经常作为元器件和接点等的可靠性特征量。其量纲为[1/h]。国际上常用[1/10⁹h]称为[fit]，作为λ的量纲。

例如，军用机载JRC-5M小型电磁继电器的工作寿命为：100只电容器在工作60000h以后，95只继电器正常，5只继电器此期间有可能出现故障。则：

λ=n/〔n_s(t₁－t₂)〕

代入n_s=100，n=5，（t1－t2）=60000h，则有：

λ=0.83·10^－6/h=830[fit]。