软件可靠性设计与分析-

软件可靠性分析与设计

软件可靠性分析与设计

软件可靠性分析与设计的原因? 软件在使用中发生失效(不可靠会导致任务的失败,甚至导致灾难性的后果。因此,应在软件设计过程中,对可能发生的失效进行分析,采取必要的措施避免将引起失效的缺陷引入软件,为失效纠正措施的制定提供依据,同时为避免类似问题的发生提供借鉴。

? 这些工作将会大大提高使用中软件的可靠性,减少由于软件失效带来的各种损失。

Myers 设计原则

Myers 专家提出了在可靠性设计中必须遵循的两个原则 :

? 控制程序的复杂程度

–使系统中的各个模块具有最大的独立性

–使程序具有合理的层次结构

–当模块或单元之间的相互作用无法避免时,务必使其联系尽量简单 , 以防止在模块和单元之间产生未知的边际效应

? 是与用户保持紧密联系

软件可靠性设计

? 软件可靠性设计的实质是在常规的软件设计中,应用各种必须的方法和技术 ,使程序设计在兼顾用户的各种需求时, 全面满足软件的可靠性要求。

? 软件的可靠性设计应和软件的常规设计紧密地结合 , 贯穿于常规设计过程的始终。? 这里所指的设计是广义的设计 , 它包括了从需求分析开始 , 直至实现的全过程。

软件可靠性设计的四种类型

软件避错设计

? 避错设计是使软件产品在设计过程中,不发生错误或少发生错误的一种设计方法。的设计原则是控制和减少程序的复杂性。

? 体现了以预防为主的思想 , 软件可靠性设计的首要方法

? 各个阶段都要进行避错

? 从开发方法、工具等多处着手

–避免需求错误

? 深入研究用户的需求 (用户申明的和未申明的

? 用户早期介入, 如采用原型技术

–选择好的开发方法

? 结构化方法:包括分析、设计、实现

? 面向对象的方法:包括分析、设计、实现

? 基于部件的开发方法 (COMPONENT BASED

? 快速原型法

软件避错设计准则

? (1模块化与模块独立

–假设函数 C(X定义了问题 X 的复杂性, 函数 E(X定义了求解问题 X 需要花费的工作量 (按时间计,对于问题 P1和问题 P2, 如果 C(P1> C(P2,则有

E(P1> E(P2。

–人类求解问题的实践同时又揭示了另一个有趣的性质:(P1+ P2> C(P1 +C(P2

–由上面三个式子可得:E(P1+ P2> E (P1 + E (P2? 这个结论导致所谓的“ 分治法” ----将一个复杂问题分割成若干个可管理的小问题后更易于求解 , 模块化正是以此为据。

? 模块的独立程序可以由两个定性标准度量 ,这两个标准分别称为内聚和耦合。耦合衡量不同模块彼此间互相依赖的紧密程度。内聚衡量一个模块内部各个元素彼此结合的紧密程度。

软件避错设计准则

? (2抽象和逐步求精

–抽象是抽出事物的本质特性而暂时不考虑它们的细节

? 举例

–抽象Ⅰ该 CAD 软件系统配有能与绘图员进行可视化通信的图形界

面 , 能用鼠标代替绘图工具画各种直线和曲线; 能完成所有几何计算以及所有截面视图和辅助视图的设计。

–抽象Ⅱ CAD 软件任务 ;

–用户界面子任务 ;

–创建二维图形子任务 ;

–管理图形文件子任务 ;

– END CAD

–抽象III ………………

? 软件工程过程的每一步都是对软件解法的抽象层次的一次精化

软件避错设计准则

? (3信息隐蔽和局部化

–信息隐藏原理指出 :应该这样设计和确定模块 ,使得一个模块内包含的信息对于不需要这些信息的模块来说 , 是不能访问的。“ 只有需要才能知道” –

–如果绝大多数数据和过程对于软件的其他部分而言是隐蔽的, 那么在修改期间由于疏忽而引入的错误就很少可能传播到软件的其它部分

–局部化是指把一些关系密切的软件元素物理地放得彼此靠近

? 局部变量

启发规则? 改进软件结构提高模块独立性? 模块规模应该适中

? 深度、宽度、扇出和扇入都应适当–深度表示软件结构中控制的层数 , 它

往往能粗略地标志一个系统的大小和复杂程度。

–宽度是软件结构内同一层次上的模块总数的最大值。

–扇入是指有多少个上级模块直接调用它 , 扇入越大则共享该模块的上级模块数目越多 ,这是有好处的。–扇出是一个模块直接调用的模块数目 , 扇出过大意味着模块过分复杂 , 需要控制和协调过多的下级模块。

其中 E 函数扇入数为 2, 扇出数为 3。

圈复杂度 115的控制流图

圈复杂度 10的控制流图

启发规则

? 模块的作用域应该在控制域之内

? 力争降低模块接口的复杂程度

– QUAD-ROOT(TBL,X =>QUAD-ROOT(A,B,C,ROOT1,ROOT2 ? 设计单入口单出口的模块

? 模块功能应该可以预测

软件避错设计

? 慎重使用容易引入缺陷的结构和技术–浮点数

–指针

–动态内存分配

–并行

–递归

–中断

–继承

–别名

–默认输入的处理

GJB/Z 102-97软件可靠性和安全性设计准则

序设计

软件查错设计

软件查错设计

? 软件查错设计是指在设计中赋予程序某些特殊的功能,使程序在运行中自动查找存在错误的一种设计方法。

? 被动式错误检测

–在程序的若干部位设置检测点 , 等待错误征兆的出现

? 主动式错误检测

–对程序状态主动进行检查

被动式错误检测

? 检测原则

–相互怀疑原则 :在设计任何一个单元、模块时, 假设其它单元、模块存在着错误 ; –立即检测原则 :当错误征兆出现后,要尽快查明 , 以限制错误的损害并降低排错的难度。

? 负效应

–所设置的“ 接收判据” 不可能与预期的正确结果完全吻合 ,导致错判或漏判 ; –软件增加了冗余可能降低可靠性

被动式错误检测的实施方法? 看门狗定时器

–当出现潜在不安全的系统状态或有可能转移到这种状态时,将系统转移到规定的安全状态。

? 循环等待次数控制

? 配合硬件进行处理的设计

–如 :电源失效、电磁干扰、系统不稳定、接口故障、干扰信号 , 以及错误操作等。

? 按照已知的数据极限检查数据 ;

? 按照变量间恒定关系检验 ;

? 检查所有多值数据的有效性 ;

? 对冗余的输入数据进行一致性检验 ;

?

……

看门狗的设计

看门狗技术是控制运行时间的一种有效方法。看门狗实际上是一种计时装置 , 当计时启动后看门狗在累计时间 , 当累计时间到了规定值时触发到时中断 (即狗叫 , 看门狗在不需要时可以关闭。看门狗的设计要首先明确其目的性。如 :

(1要防某段程序可能的死循环 ,则在此段程序前启动狗 ,在此段程序后关闭狗 ,在狗叫中断中进行超时异常处理。

(2要防外来的信息长时间不来,则在开始等外来信息时启动狗 ,在接收到外来信息时关闭狗 ,在狗叫中断中进行超时异常处理。

(3要防计算超时,则在开始计算时启动狗 ,在计算完毕后关闭狗 ,在狗叫中断中进行超时异常处理。

显然 ,不可能要求一个狗可以看管好所有的超时情况。

避免潜在的死循环

在等待外部信号的程序段中,不允许无限制地等待。正确的做法应是 , 或采用循环等待次数控制, 或使用定时器 ,使得规定时间内 (无论成功或失败必须保证退出等待外部信号的程序段

。

不允许的设计方法建议采用的设计方法

注意通过双口 RAM 进行握手

通过双口 RAM 进行信息交换是设计师经常采用的一种设计方案。的确双口 RAM 提供了信息交换双方的方便读写 , 但仅靠双口 RAM 要做到读写的时序要求就要格外小心。

如此的设计是要避免的 :通过双口 RAM 交换信息 ,在双口 RAM 中设置了握手信号单元。读方检查到握手信号为 01H , 表明对方已准备好数据, 再读数据, 读完后将握手信号置为 00H ; 写方检查到握手信号为 00H , 表明对方已取走数据, 再写数据, 写完数据后再将握手信号置为 01H , 表明自己已准备好数据。这种设计不一定可靠,可能会出现写方要写握手信号时, 读方正在读握手信号 ,则写方要写的值写不进去。可靠的设计应用硬件连线保证握手 , 而不要靠双口 RAM 中的握手信号。如果一定要靠双口 RAM 进行握手 ,则写握手信号单元数据时一定要写完后接着再读出, 经验证确实写成功后再进行下面的操作, 否则需继续写。

当然这必须与避免潜在的死循环的设计准则联合使用。

可靠的设计方法

握手标志置不上的可能

数据采集的多路冗余设计

关键数据的采集可采用多路冗余设计, 即可以从多个通讯口对同一数据进行采集 , 通过表决进行有效数据的裁决。通常多采用奇数路的冗余设计, 如 3路、 5路等。

(1开关量的裁决可采用多数票的裁决 , 如 3取 2、 5取 3等。

(2模拟量的裁决可采用中间数平均值的裁决 , 如 3路数的中间值、 5路数去掉最大最小值后的平均值等。

主动式错误检测

? 软件 BIT

–对 ROM 中的代码进行和检验 (sum check ;

–检测 RAM , 以保证正确的操作用数码 ;

–检测内存的正确性, 以确保正确操作 ;

–对关键及重要的函数功能及逻辑功能进行典型较核。–……

据统计,将硬件看门狗定时器及软件 BIT 相结合 , 一般可检测出 98%的故障。

? 主动式错误检测可作为周期性任务来安排 , 也可作为一个低优先级的任务来执行。

故障恢复措施

? 完全恢复 (依靠冗余备份

? 降级恢复 (只提供重要的功能? 立即停止程序运行(安全停机? 记载错误

–将发生错误时的状态记录在一个外部文件上 , 然后让系统恢复运行, 再由维护人员对记录进行深入的分析研究。

软件改错设计

软件改错设计

? 改错设计是指在设计中, 赋予程序自我改正错误、减少错误危害程度的能力的一种设计方法。? 改正错误的前提是已经准确地找出软件

错误的起因和部位 (故障检测与故障定位合称故障诊断 ,程序又有能力

修改、剔除有错误的语句。? 现阶段仅限于减少软件错误造成的有害影

响 , 或将有害影响限制在一个较小的范围。常采用故障隔离技术。

? 现阶段没有人的参与几乎不可能

故障隔离

? 权限最小化原则是实现故障隔离的主要思想。? 为了限制故障的蔓延 ,要求对过程和数据加以严格的定义和限制。例如 , 针对操作系统的

故障隔离方法:

–不允许一个用户的应用程序引用或修改其它用户的应用程序或数

据 ;

–绝对不允许一个应用程序引用或修改操作系统的编码或操作系统

内部的数据 ;

–保护应用程序及其数据,使其不致由于操作系统的错误而引起程序和数据的偶然变更 ;

–应用程序绝对不能终止系统工作、不能诱发操作系统去改变其它的应用程序或数据 ;

–……

软件容错设计

软件容错设计

? 软件容错设计是指在设计中赋予程序某种特殊的功能,使程序在错误已被触发的情况下 , 系统仍然具有正常运行能力的一种设计方法。–时间容错

–结构容错

–信息容错

时间容错

? 所谓“ 时间容错” 就是不惜以牺牲时间为代价来换取软件系统高可靠性的一种手段 , 它包括指令的重复执行和程序 (一个模块或一个子程序重复执行 , 两种常被采用而行之有效的方法

–指令重复执行是当应用软件系统检查出正在执行的指令出错误后, 让当前指令重复执行 n 次 (n>=3, 若故障是瞬时性的干扰 ,在指令重复执行时间内 , 故障有可能不再复现 ,这时程序就可以继续往前执行下去。这时指令执行时间比正常时大 n 倍

–程序 (一个模块或一个子程序重复执行是当应用软件系统检查出正在执行的程序出错误后,中断当前正在运行的软件, 反复调用 n 次 (n>= 3运行出错的程序 (一个模块或一个子程序。在反复调用过程中若故障不再复现 ,这时程序继续从中断的地址往 F 执行。这时所需的运行时间比重复执行 n 条指令的时间要大得多

? 对于复执不成功的情况 , 通常的处理办法是发出中断 , 转入错误处理程序 , 或对程序进行复算 , 或重新组合系统 , 或放弃程序处理。

For (i=0,i<3,i++

{

…

x[i]=ReadData(… ; //读入数据…

}

2From3(x; //三取二方法函数

结构容错

? 结构容错的基本思想来源于硬件可靠性中的冗余技术。

静态冗余 N 版本程序设计法(NVP

动态冗余恢复块法 (RB Q: 使用多个完全相同的软件能够实现

容错吗

软件 N 版本程序设计

? 美加州大学 Avizienis 和 L.Chen 提出? 基本思想

–对相同的要求进行多个不同版本的设计–对相同的初始条件和相同的输入的操作结果实行表决 (多数决定、一致决定

? 针对的错误来源 :设计人员对需求说明理解不正确、不完全导致的缺陷

? 要求需求说明完全、精确

NVP 的基本结构

表决器

冗余软件的设计原则

? 相异性是指对实现同一功能的多版本产品 ,在制作时为防止出现共因故障而有意识地使之产生某种差异的性质 ;

? 冗余版本之间相互屏蔽故障不能完全依靠背靠背编程(随机相异 ;

? 应有意识地实行相异化编程(强制相异 :–相互独立的不同人员

–不同的算法

–不同的编程语言

–不同的编译程序

–不同的设计工具、测试方法

–……

恢复块法

M 1

A 2

M 2

A 3

M 3

接收测试失效基本块替换块N 告警输入

接收测试 1

“ 正确” 输出“ 正确” 输出

恢复块法

? 恢复块法适合只有一台计算机的情况 ;

? 允许只对较为复杂、容易出故障的程序段进行冗余 ;

? 基本块与替换块的设计应尽可能相异 ;

? 接收测试的作用非常重要,应能检测程序执行结果与预期结果的偏离 , 或检测和防止能触发安全事故的输出 :

–需求检查法

–帐目检查法

–合理性检查法

–计算机运行时检查法

信息容错 (检错及纠错

? 一般非关键信息可以使用奇偶校验码。

? 关键、重要信息与其它信息之间应保持一定的 Hamming 距离 ,不会因一位或两位差错而引起系统故障。

–例如不能用 01表示一级点火 , 10表示二级点火 , 11表示三级点火。

? 如安全关键信息有差错 ,应能检测出来, 并返回到规定的状态 (例如安全状态。

–如循环码

可靠性设计的主要内容

可靠性设计的主要内容 1、研究产品的故障物理和故障模型 搜集、分析与掌握该类产品在使用过程中零件材料的老化、损伤和故障失效等（均为受许多复杂随机因素影响的随机过程）的有关数据及材料的初始性能（强度、冲击韧性等）对其平均值的偏离数据，揭示影响老化、损伤这一复杂物理化学过程最本质的因素，追寻故障的真正原因。研究以时间函数形式表达的材料老化、损伤的规律，从而较确切的估计产品在使用条件下的状态和寿命。用统计分析的方法使故障（失效）机理模型化，建立计算用的可靠度模型或故障模型，为可靠性设计奠定物理数学基础，故障模型的建立，往往以可靠性试验结果为依据。 2、确定产品的可靠性指标及其等级 选取何种可靠性指标取决于产品的类型、设计要求以及习惯和方便性等。而产品可靠性指标的等级或量值，则应依据设计要求或已有的试验，使用和修理的统计数据、设计经验、产品的重要程度、技术发展趋势及市场需求等来确定。例如，对于汽车，可选用可靠度、首次故障里程、平局故障间隔里程等作为可靠性指标，对于工程机械则常采用有效度。 3、合理分配产品的可靠性指标值

将确定的产品可靠性指标的量值合理分配给零部件，以确定每个零部件的可靠性指标值，后者与该零部件的功能、重要性、复杂程度、体积、重量、设计要求与经验、已有的可靠性数据及费用等有关，这些构成对可靠性指标值的约束条件。采用优化设计方法将产品（系统、设备）的可靠性指标值分配给各个零部件，以求得最大经济效益下的各零部件可靠性指标值最合理的匹配。 4、以规定的可靠性指标值为依据对零件进行可靠性设计 即把规定的可靠性指标值直接设计到零件中去，使它们能够保证可靠性指标值的实现。

通用的可靠性设计分析方法

通用的可靠性设计分析方法 1.识别任务剖面、寿命剖面和环境剖面 在明确产品的可靠性定性定量要求以前，首先要识别产品的任务剖面、寿命剖面和环境剖面。 （1）任务剖面“剖面”一词是英语profile的直译，其含义是对所发生的事件、过程、状态、功能及所处环境的描述。显然，事件、状态、功能及所处环境都与时间有关，因此，这种描述事实上是一种时序的描述。 任务剖面的定义为：产品在完成规定任务这段时间内所经历的事件和环境的时序描述。它包括任务成功或致命故障的判断准则。 对于完成一种或多种任务的产品，均应制定一种或多种任务剖面。任务剖面一般应包括：1）产品的工作状态； 2）维修方案； 3）产品工作的时间与程序； 4）产品所处环境（外加有诱发的）时间与程序。 任务剖面在产品指标论证时就应提出，它是设计人员能设计出满足使用要求的产品的最基本的信息。任务剖面必须建立在有效的数据的基础上。 图1表示了一个典型的任务剖面。 （2）寿命剖面寿命剖面的定义为：产品从制造到寿命终结或退出使用这段时间内所经历的全部事件和环境的时序描述。寿命剖面包括任务剖面。 寿命剖面说明产品在整个寿命期经历的事件，如：装卸、运输、储存、检修、维修、任务剖面等以及每个事件的持续时间、顺序、环境和工作方式。 寿命剖面同样是建立产品技术要求不可缺少的信息。 图2表示了寿命剖面所经历的事件。

（3）环境剖面环境剖面是任务剖面的一个组成部分。它是对产品的使用或生存有影响的环境特性，如温度、湿度、压力、盐雾、辐射、砂尘以及振动冲击、噪声、电磁干扰等及其强度的时序说明。 产品的工作时间与程序所对应的环境时间与程序不尽相同。环境剖面也是寿命剖面和任务剖面的一个组成部分。 2.明确可靠性定性定量要求 明确产品的可靠性要求是新产品开发过程中首先要做的一件事。产品的可靠性要求是进行可靠性设计分析的最重要的依据。 可靠性要求可以分为两大类：第一类是定性要求，即用一种非量化的形式来设计、分析以评估和保证产品的可靠性；第二类是定量要求，即规定产品的可靠性指标和相应的验证方法。 可靠性定性要求通常以要求开展的一系列定性设计分析工作项目表达。常用的可靠性定性设计工作项目见表1。

系统可靠性设计与分析

可靠性设计与分析作业 学号：071130123 姓名：向正平一、指数分布的概率密度函数、分布函数、可靠度函数曲线 （1）程序语言 t=(0:0.01:20); Array m=[0.3,0.6,0.9]; linecolor=['r','b','y']; for i=1:length(m); f=m(i)*exp(-m(i)*t); F=1-exp(-m(i)*t); R=exp(-m(i)*t); color=linecolor(i); subplot(3,1,1); title('指数函数概率密度函数曲线'); plot(t,f,color); hold on subplot(3,1,2); title('指数函数分布函数函数曲线'); plot(t,F,color); hold on subplot(3,1,3); title('指数指数分布可靠度函数曲线 plot(t,R,color); hold on end （3）指数分布的分析 在可靠性理论中，指数分布是最基本、最常用的分布，适合于失效率为常数 的情况。指数分布不但在电子元器件偶然失效期普遍使用，而且在复杂系统和整 机方面以及机械技术的可靠性领域也得到使用。 有图像可以看出失效率函数密度f(t)随着时间的增加不断下降，而失效率随 着时间的增加在不断的上升，可靠度也在随着时间的增加不断地下降，从图线的 颜色可以看出，随着m的增加失效率密度函数下降越快，而可靠度的随m的增加 而不断的增加，则失效率随m的增加减小越快。 在工程运用中，如果某零件符合指数分布，那么可以适当增加m的值，使零 件的可靠度会提升，增加可靠性。 二、正态分布的概率密度函数、分布函数、可靠性函数、失效率函数曲线 （1）程序语言 t=-10:0.01:10; m=[3,6,9]; n=[1,2,3]; linecolor=['r','b','y'];

可靠性、有效性、可维护性和安全性(RAMS)

1 目的 为确保产品在使用寿命周期内的可靠性、有效性、可维护性和安全性（以下简称RAMS），建立执行可靠性分析的典型方法，更好地满足顾客要求，保证顾客满意，特制定本程序。 2 适用范围 适用于本集团产品的设计、开发、试验、使用全过程RAMS的策划和控制。 3 定义 RAMS:可靠性、有效性、可维护性和安全性。 R——Reliability可靠性:产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。可靠性的概率度量亦称可靠度。 A——Availability有效性：是指产品在特定条件下能够令人满意地发挥功能的概率。 M——Maintainability可维护性：是指产品在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到规定状态的能力。维修性的概率度量亦称维修度。 S——Safety安全性：是指保证产品能够可靠地完成其规定功能，同时保证操作和维护人员 的人身安全。 FME(C)A：Failure Mode and Effect(Criticality)Analysis 故障模式和影响（危险）分析。 MTBF平均故障间隔时间：指可修复产品(部件)的连续发生故障的平均时间。 MTTR平均修复时间：指检修员修理和测试机组,使之恢复到正常服务中的平均故障维修时间。 数据库：为解决特定的任务，以一定的组织方式存储在一起的相关的数据的集合。 4 职责 4.1 销售公司负责获取顾客RAMS要求并传递至相关部门；组织对顾客进行产品正确使用和维护的培训；负责产品交付后RAMS数据的收集和反馈。 4.2 技术研究院各技术职能部门负责确定RAMS目标，确定对所用元器件、材料、工艺的可靠性要求，进行可靠性分配和预测，负责建立RAMS数据库。 4.3 工程技术部负责确定能保证实现设计可靠性的工艺方法。 4.4 采购部负责将相关资料和外包（外协）配件的RAMS要求传递给供方，并督促供方实现这些要求。 4.5制造部负责严格按产品图样、工艺文件组织生产。 4.6动能保障部负责制定工装设备、计量测试设备的维修计划并实施，保证其处于完好状态。

可靠性设计的基本概念与方法

4．6 可靠性设计的基本概念与方法 一、结构可靠性设计概念 1．可靠性含义 可靠性是指一个产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力；而一个工业产品(包括像飞机这样的航空飞行器产品)由于内部元件中固有的不确定因素以及产品构成的复杂程度使得对所执行规定功能的完成情况及其产品的失效时间(寿命)往往具有很大的随机性，因此，可靠性的度量就具有明显的随机特征。一个产品在规定条件下和规定时间内规定功能的概率就称为该产品的可靠度。作为飞机结构的可靠性问题，从定义上讲可以理解为：“结构在规定的使用载荷／环境作用下及规定的时间内，为防止各种失效或有碍正常工作功能的损伤，应保持其必要的强刚度、抗疲劳断裂以及耐久性能力。”可靠度则应是这种能力的概率度量，当然具体的内容是相当广泛的。例如，结构元件或结构系统的静强度可靠性是指结构元件或结构系统的强度大于工作应力的概率，结构安全寿命的可靠性是指结构的裂纹形成寿命小于使用寿命的概率；结构的损伤容限可靠性则一方面指结构剩余强度大于工作应力的概率，另一方面指结构在规定的未修使用期间内，裂纹扩展小于裂纹容限的概率．可靠性的概率度量除可靠度外，还可有其他的度量方法或指标，如结构的失效概率F(c)，指结构在‘时刻之前破坏的概率；失效率^(()．指在‘时刻以前未发生破坏的条件下，在‘时刻的条件破坏概率密度；平均无故障时间MTTF(MeanTimeToFailure)，指从开始使用到发生故障的工作时间的期望值。除此而外，还有可靠性指标、可靠寿命、中位寿命，对可修复结构还有维修度与有效度等许多可靠性度量方法。 2．.结构可靠性设计的基本过程与特点 设计一个具有规定可靠性水平的结构产品，其内容是相当丰富的，应当贯穿于产品的预研、分析、设计、制造、装配试验、使用和管理等整个过程和各个方面。从研究及学科划分上可大致分为三个方面。 (1)可靠性数学。主要研究可靠性的定量描述方法。概率论、数理统计，随机过程等是它的重要基础。 (2)可靠性物理。研究元件、系统失效的机理，物理成固和物理模型。不同研究对象的失效机理不同，因此不同学科领域内可靠性物理研究的方法和理论基础也不同． (3)可靠性工程。它包含了产品的可靠性分析、预测与评估、可靠性设计、可靠性管理、可靠性生产、可靠性维修、可靠性试验、可靠性数据的收集处理和交换等．从产品的设计到产品退役的整个过程中，每一步骤都可包含于可靠性工程之中。 由此我们可以看出，结构可靠性设计仅是可靠性工程的其中一个环节，当然也是重要的环节，从内容上讲，它包括了结构可靠性分析、结构可靠性设计和结构可靠性试验三大部分。结构可靠性分析的过程大致分为三个阶段。 一是搜集与结构有关的随机变量的观测或试验资料，并对这些资料用概率统计的方法进行分析，确定其分布概率及有关统计量，以作为可靠度和失效概率计算的依据。

机械产品可靠性设计综述

机械产品可靠性设计综述 一、可靠性设计的基本概念 可靠性设计的定义： 定义1：对系统和结构进行可靠性分析和预测，采用简化系统和结构、余度设计和可维修设计等措施以提高系统和结构可靠度的设计。 定义2：为了满足产品的可靠性要求而进行的设计。 可靠性设计即根据可靠性理论与方法确定产品零部件以及整机的结构方案和有关参数的过程。设计水平是保证产品可靠性的基础。 可靠性设计是产品的一个重要的性能特征，产品质量的主要指标之一，是随产品所使用时间的延续而在不断变化的。可靠性设计的任务就是确定产品质量指标的变化规律，并在其基础上确定如何以最少的费用以保证产品应有的工作寿命和可靠度，建立最优的设计方案，实现所要求的产品可靠性水平。 可靠性问题的研究是因处理电子产品不可靠问题于第二次世界大战期间发展起来的。可靠性设计用在机械方面的研究始于20世纪60年代，首先应用于军事和航天等工业部门，随后逐渐扩展到民用工业。 可靠性设计的一个重要内容是可靠性预测，即利用所得的资料预报一个零件、部件或系统实际可能达到的可性，预报这些零部件或系统在规定的条件下和在规定时间内完成规定功能的概率。在产品设计的初期阶段，及时完成可靠性预测工作，可以了解产品各零部件之间可靠性的相互关系，找出提高产品可靠性的有效途径。 二、可靠性设计的基本原理 （1）选择设计方案时尽量不采用还不成熟的新系统和零件，尽量采用已有经验并已标准化的零部件和成熟的技术。 （2）结构简化，零件数削减。如日本横河记录仪表10年中无件数削减30%，大大提高了可靠性。 （3）考虑功能零件的可接近性，采用模块结构等以利于可维修性。 （4）设置故障监测和诊断装置，保证零件部设计裕度（安全系数/降额）。 （5）必要时采用功能并联、冗余技术。如日本的液压挖掘机等，采用双泵、双发动机的冗余设计。 （6）失效安全设计（Failure Safe），系统某一部分即使发生故障，但使其限制在一定范围内，不致影响整个系统的功能。 （7）安全寿命设计（Safe Life），保证使用中不发生破坏而充分安全的设计。例如对一些重要的安全性零件如汽车刹车，转向机构等要保证在极限条件下不能发生变形、破坏。 （8）加强连接部分的设计分析，例如选定合理的连接、止推方式。考虑防振，防冲击，对连接条件的确认。 （9）可靠性确认试验，在没有现成数据和可用的经验时，这是唯一的手段。尤其机械零部件的可靠性预测精度还很低。主要通过试验确认。 三、可靠性设计的基本方法 为了使设计时能充分地预测和预防故障，把更多的失效经验设计到产品中，因而必须邦助设计人员掌握充分的故障情报资料和设计依据。采取以下措施：

软件可靠性技术发展与趋势分析

软件可靠性技术发展及趋势分析 1引言 1)概念 软件可靠性指软件在规定的条件下、规定的时间内完成规定的功能的能力。 安全性是指避免危险条件发生，保证己方人员、设施、财产、环境等免于遭受灾难事故或重大损失。安全性指的是系统安全性。一个单独的软件本身并不存在安全性问题。只有当软件与硬件相互作用可能导致人员的生命危险、或系统崩溃、或造成不可接受的资源损失时，才涉及到软件安全性问题。由于操作人员的错误、硬件故障、接口问题、软件错误或系统设计缺陷等很多原因都可能影响系统整体功能的执行，导致系统进入危险的状态，故系统安全性工作自顶至下涉及到系统的各个层次和各个环节，而软件安全性工作是系统安全性工作中的关键环节之一。 因此，软件可靠性技术解决的是如何减少软件失效的问题，而软件安全性解决的是如何避免或减少与软件相关的危险条件的发生。二者涉及的范畴有交又，但不完全相同。软件产生失效的前提是软件存在设计缺陷，但只有外部输入导致软件执行到有缺陷的路径时才会产生失效。因此，软件可靠性关注全部与软件失效相关的设计缺陷，以及导致缺陷发生的外部条件。由于只有部分软件失效可能导致系统进

入危险状态，故软件安全性只关注可能导致危险条件发生的失效。以及与该类失效相关的设计缺陷和外部输入条件。 硬件的失效，操作人员的错误等也可能影响软件的正常运行，从而导致系统进入危险的状态，因此软件安全性设计时必须对这种危险情况进行分析，井在设计时加以考虑。而软件可靠性仅针对系统要求和约束进行设计，考虑常规的容错需求，井不需要进行专门的危险分析。在复杂的系统运行条件下，有时软件、硬件均未失效，但软硬件的交互 作用在某种特殊条件下仍会导致系统进入危险的状态，这种情况是软件安全性设计考虑的重点之一，但软件可靠性并不考虑这类情况。2）技术发展背景 计算机应用范围快速扩展导致研制系统的复杂性越来越高。软硬件密切耦合，且软件的规模，复杂度及其在整个系统中的功能比重急剧上升，由最初的20%左右激增到80%以上。伴随着硬件可靠性的提高，软件的可靠性与安全性问题日益突出。 在军事、航空航天、医疗等领域，核心控制软件的失效可能造成巨大的损失甚至威胁人的生命。1985年6月至1987年1月，Therac-25治疗机发生6起超大剂量辐射事故，其中3起导致病人死亡。1991年海湾战争。爱国者导弹在拦截飞毛腿导弹中几次拦截失败，其直接原因为软件系统未能及时消除计时累计误差。1996年阿里亚娜5型运载火箭由于控制软件数据转换溢出起飞40秒后爆炸，造成经济损

维修性设计与分析

可靠性设计准则 可靠性设计准则是设计人员在长期的设计实践中积累起来的、能提高产品可靠性的行之有效的经验和方法，并归纳、总结形成 具有普遍适用价值的设计原则。它是设计人员进行产品设计时必须遵 循的准则，以避免重复发生过去已发生过的故障或设计缺陷。 可靠性设计准则一般是针对某个具体产品制定的。但也可以将产品的可靠性设计准则的共性部分上升为某类产品的可靠性设计 准则。如：HB7251-95《直升机可靠性设计准则》、HB7232-95《军用 飞机可靠性设计准则》、GJB2635-96《军用飞机腐蚀防护设计和控制 要求》等。 维修性设计与分析 1.维修性模型的建立 维修性模型用来表达系统与各单元维修性的关系，维修性参数与各种设计及保障要素参数之间的关系，供维修性分配、预计及评定用。 建立维修性模型的一般程序可如图1所示。首先明确分析的目的和要求，对分析对象进行描述，找出对欲分析参数有影响的因素，并确定其参数。然后建立数学模型，通过收集数据和参数估计，不断对模型进行修改完善。 图1 建立维修性模型的一般程序 2.维修性分配 维修性分配是为了把产品的维修性定量要求按给定准则分配给各组成单元而进行的工作。 （1）维修性分配的一般程序 1）进行系统维修职能分析，确定每一个维修级别需要行使的维修保障的职能和流程。 2）进行系统功能层次分析，确定系统各组成部分的维修措施和要素。

3）确定系统各组成部分的维修频率。 4）将系统维修性指标分配到各单元，研究分配方案的可行性，进行综合权衡。 （2）维修性分配方法常用方法见表1。 表1 维修性分配的常用方法 3.维修性预计 维修性预计是为了估计产品在给定工作条件下的维修性而进行的工作。它的目的是预先估计产品的维修性参数，了解其是否满足规定的维修性指标，以便对维修性工作实施监控。 （1）维修性预计的一般程序 1）收集资料。首先要收集并熟悉所预计产品设计资料和可靠性数据。还要收集有关维修与保障方案及其尽可能细化的资料。 2）系统的职能与功能层次分析。 3）确定产品设计特征与维修性参数的关系。 4）预计维修性参数值。利用各种预计模型，估算各单元和系统的维修性参数值。 （2）维修性预计方法维修性预计的方法有多种，常用的维修性预计方法要点见表2。 表2 常用的维修性预计方法 （3）工程应用中注意事项 1）预计的组织实施。低层次产品的维修性估计与产品设计过程结合紧密，通常由设计人员进行。系统、设备的正式维修性预计，涉及面宽且专业性强，应由维修性专业人员进行。 2）预计的方法和模型的选用。要根据产品的类型、所要预计的参数、研制阶段等因素，选择适用的方法。同时，对各种方法提供的模型进行考察，分析其适用性，可作局部修正。

软件可靠性和安全性设计指南

软件可靠性和安全性设计指南 (仅供内部使用) 文档作者：_______________ 日期：___/___/___ 开发/测试经理：_______________ 日期：___/___/___ 产品经理： _______________ 日期：___/___/___ 管理办：_______________ 日期：___/___/___ 请在这里输入公司名称 版权所有不得复制

软件可靠性和安全性设计指南 1 范围 1 .1主题内容 [此处加入主题内容] 1 .2适用范围 [此处加入适用范围] 2 引用标准 GBxxxx 信息处理——数据流程图、程序流程图、系统流程图、程序网络图和系统资源图的文件编制符号及约定。 GB/Txxx 软件工程术语 GB/Txxxxxx 计算机软件质量保证计划规范 GB/T xxxxx 计算机软件配置管理计划规范 GB/T xxxxx 信息处理——程序构造及其表示的约定 GJBxxxx 系统安全性通用大纲 GJBxxxxx 系统电磁兼容性要求 GBxxxx 电能质量标准大纲 GBxxxxx 电能质量标准术语 3 定义 [此处加入定义] 3 .1失效容限 [此处加入失效容限] 3 .2扇入 [此处加入扇入] 3 .3扇出 [此处加入扇出] 3 .4安全关键信息 [此处加入安全关键信息] 3 .5安全关键功能 [此处加入安全关键功能]

3 .6软件安全性 [此处加入软件安全性] 4 设计准则和要求 4 .1对计算机应用系统设计的有关要求 4 .1.1 硬件软件功能的分配原则 [此处加入硬件软件功能的分配原则] 4 .1.2 硬件软件可靠性指标的分配原则[此处加入硬件软件可靠性指标的分配原则] 4 .1.3 容错设计 [此处加入容错设计] 4 .1.4 安全关键功能的人工确认 [此处加入安全关键功能的人工确认] 4 .1. 5 设计安全性内核 [此处加入设计安全性内核] 4 .1.6 记录系统故障 [此处加入记录系统故障] 4 .1.7 禁止回避检测出的不安全状态[此处加入禁止回避检测出的不安全状态] 4 .1.8 安全性关键软件的标识原则 [此处加入安全性关键软件的标识原则] 4 .1.9 分离安全关键功能 [此处加入分离安全关键功能] 4 .2对硬件设计的有关要求 [此处加入对硬件设计的有关要求] 4 .3软件需求分析 4 .3.1 一般要求 [此处加入一般要求] 4 .3.2 功能需求 [此处加入功能需求] 4.3.2.1输入 [此处加入输入] 4.3.2.2处理 [此处加入处理] 4.3.2.3输出 [此处加入输出]

可靠性试验分析及设计

ji 第四章(44) 可靠性试验与设计 四、最小二乘法 用图估法在概率纸上描出[],()i i t F t 点后,凭目视作分布检验判别所作的回归直线往往因人而异，因此最好再通过数值计算求出精确的分布检验结论和求出数学拟合的回归直线。通常用相关系数作分布检验，用最小二乘法求回归直线。 相关系数由下式求得： ()() n i i X X Y Y γ--= ∑ 其中X,Y 是回归直线的横坐标和纵坐标，它随分布的不同而不同。下表是不同分布的 坐标转换 只有相关系数γ 大于临界值0γ时，才能判定所假设的分布成立。0γ临界系数可查相应的临界相关系数表，如给定显著水平0.05α=，n=10,可查表得00.576γ=。若计算的0γγ，则假设的分布成 立。 如果回归的线性方程为 Y mX B =- 则由最小二乘法得到系数为

1 1 111 221 1??1?1 ()n n i i i i n n n i i i i i i i n n i i i i Y m X B N X Y X Y N m X X N =======-+=-=-∑∑∑∑∑∑∑ 代入上表中的不同的分布，就可以得到相应分布的参数估计值。 五、最好线性无偏估计与简单线性无偏估计 1、无偏估计 不同子样有不同的参数估计值?q ，希望?q 在真值q 附近徘徊。若?()E q q =，则?q 为q 的无偏估计。如平均寿命的估计为?i t n q =? ，是否为无偏估计？ Q 1 [] ?()[]n i i i i t E t E E n n n q q q === = =? 邋 \ ?q 为q 的无偏估计 2、最好无偏估计定义 若?k q 的方差比其它无偏估计量的方差都小，即?()min ()k k D D q q =，则?k q 为最好无偏估计。 3、线性估计定义 若估计量?q 是子样的一个线性函数，即1 ?n i i i a q ==C ? ，则称?q 为线性估计。 4、最好线性无偏估计 当子样数25n ￡时，通过变换具有()F m s C -形式的寿命分布函数，其,m s 的最好线性无偏估计为： 1 ?(,,)r j i D n r j X m ==? ?(,,)j C n r j X s =? 其中(,,),(,,)D n r j C n r j 分别为,m s 的无偏估计，有了,,n r j 后，可有专门表格查无偏系数(,,),(,,)D n r j C n r j 。

需求分析与软件可靠性保证

需求分析与软件可靠性保证 摘要：通过对软件测试过程中产生的数据进行分析，对照软件设计过程中需求分析中的错误或缺陷，对有关可靠性指标进行反复度量，明确软件错误的分布以减少其对软件需求分析可靠性的影响，进而对相关的错误或缺陷进行控制。 关键词：需求分析；测试；可靠性评估；模型 requirements analysis and software reliability assurance pang hongbiao (information central of china north industries group corp,beijing100089,china) abstract:the data generated by the software testing process analysis,control errors or defects in the software design process needs analysis,repeated measure of the reliability index of explicit software error distribution in order to reduce the reliability of the software requirements analysis impact,and thus control the errors or defects. keywords:needs analysis;test;reliability;model 需求分析是使用技术手段分析识别软件面向客户的实际需要，并且通过特性的系统描述待开发软件需要实现的功能和解决的问题，以此定义软件所有的操作指令和特征，并最终形成软件的使用说明。因此需求分析在软件设计计划的基础之上，从最先客户的原始

企业网络安全风险分析及可靠性设计与实现研究

企业网络安全风险分析及可靠性设计 与实现研究 摘 要：现今，伴随信息、通信技术的完善，网络攻击技术的革新，网络安全问题日益显现。网络安全的管控，可以从侧面反映网络的安全状态，确保企业的网络安全。网络的安全性，关系企业的长远发展问题，同时也会间接影响社会的发展，作为企业的管理者我们应确保企业网络的安全，进而提高企业的经济效益。因此，本文就从网络安全风险分析、网络可靠性设计、企业网络安全的实现几方面进行一定的探讨，期望可以为企业的正常运行提供一定的帮助。 关键词：企业；网络风险分析；可靠性设计与实现现今，伴随信息、通信技术的完善，计算机网络中信息与数据的汇聚，都给人们的生活带来了极大的便捷性。经由网络系统，不仅提高了企业信息保存、传输的速度；提高了市场的反映速度；还带动了企业业务的新发展。企业内部中的网络信息，在现实运用中都实现了资源共享[1]。但是，在资源共享的前提下，就存在企业内部机密的安全性问题，尤其是现今的网络安全问题频发，我们更应提高对于企业的网络安全问题的关注度。因此，本文就对企业网络安全进行一定的探讨，期望可以对企业的正常运行提供有效帮助。 1网络安全风险分析 1.1安全威胁的分类 网络安全威胁，具体就是指潜在的、会对企业资产形成损失的安全问题。导致安全威胁的因素诸多，具体分类为：恶意攻击；系统软件问题；自然灾害；人为因素等[2]。

1.2网络系统安全影响因素[3] 1.2.1缺乏完善的管理体系 完善的网络管理体系，不单需要投入大量的网络设备，同时也要求有技术的支持。网络安全建设，其主要因素还应建立规范的网络安全管理机制。在任何企业，为了有效的保证网络的安全性，都应注重管理与技术的结合。在企业中，应注重员工的安全教育，同时管理者应依据现实状况，不断的完善企业的管理制度。 1.2.2缺乏网络安全知识 企业中的员工，其安全防范意识欠缺，对于网络安全知识认识较少，常会因个人信息的丢失，导致公司机密文件的泄漏。企业的网络安全，关系到企业的长远发展策略，因此公司应增强员工的安全知识教育，从根本上确保公司的网络安全。首先，企业员工在获取资源时，应该警惕病毒的侵入，防患于未然。其次，企业员工应该对于网络程序的安全性，有自己的初步判断能力，同时安装防病毒软件，并定时进行更新。第三，企业员工中对于文件的管理，应该注重文件的安全问题，应由员工自己管理文件，并设置权限。 1.2.3网络拥塞 网络拥塞，具体讲就是指当用户对网络资源的需求量，超过了网络固有容量的时候，出现的一种网络过载的状况[4]。企业员工的访问时间；交换机与路由器的端口传输速率等，都是造成网络拥塞的原因。当企业中出现网络拥塞的情况，就会出现数据不能进行转发，进而影响正常的网络运转工作，因此，企业在网络管理中，应依据这一情况制定合理的规划。 1.2.4系统漏洞的问题 现今，多数企业都是应用TCP/IP

软件可靠性设计与分析

软件可靠性分析与设计 软件可靠性分析与设计 软件可靠性分析与设计的原因?软件在使用中发生失效(不可靠会导致任务的失败,甚至导致灾难性的后果。因此,应在软件设计过程中,对可能发生的失效进行分析,采取必要的措施避免将引起失效的缺陷引入软件,为失效纠正措施的制定提供依据,同时为避免类似问题的发生提供借鉴。 ?这些工作将会大大提高使用中软件的可靠 性,减少由于软件失效带来的各种损失。 Myers 设计原则 Myers 专家提出了在可靠性设计中必须遵循的两个原则: ?控制程序的复杂程度

–使系统中的各个模块具有最大的独立性 –使程序具有合理的层次结构 –当模块或单元之间的相互作用无法避免时,务必使其联系尽量简单, 以防止在模块和单元之间产生未知的边际效应 ?是与用户保持紧密联系 软件可靠性设计 ?软件可靠性设计的实质是在常规的软件设计中,应用各种必须的 方法和技术,使程序设计在兼顾用户的各种需求时, 全面满足软件的可靠性要求。 ?软件的可靠性设计应和软件的常规设计紧密地结合,贯穿于常规 设计过程的始终。?这里所指的设计是广义的设计, 它包括了从需求分析开始, 直至实现的全过程。 软件可靠性设计的四种类型

软件避错设计 ?避错设计是使软件产品在设计过程中,不发生错误或少发生错误的一种设计方法。的设计原则是控制和减少程序的复杂性。 ?体现了以预防为主的思想,软件可靠性设计的首要方法 ?各个阶段都要进行避错 ?从开发方法、工具等多处着手 –避免需求错误 ?深入研究用户的需求(用户申明的和未申明的 ?用户早期介入, 如采用原型技术 –选择好的开发方法

?结构化方法:包括分析、设计、实现 ?面向对象的方法:包括分析、设计、实现 ?基于部件的开发方法(COMPONENT BASED ?快速原型法 软件避错设计准则 ? (1模块化与模块独立 –假设函数C(X定义了问题X 的复杂性, 函数E(X定义了求解问题X 需要花费的工作量(按时间计,对于问题P1和问题P2, 如果C(P1>C(P2,则有 E(P1> E(P2。 –人类求解问题的实践同时又揭示了另一个有趣的性质:(P1+P2>C(P1 +C(P2 –由上面三个式子可得:E(P1+ P2> E(P1+E(P2?这个结论导致所谓的“分治法” ----将一个复杂问题分割成若干个可管理的小问题后更易于求解,模块化正是以此为据。 ?模块的独立程序可以由两个定性标准度量,这两个标准分别称为内聚和耦合。耦合衡量不同模块彼此间互相依赖的紧密程度。内聚衡量一个模块内部各个元素彼此结合的紧密程度。 软件避错设计准则 ? (2抽象和逐步求精 –抽象是抽出事物的本质特性而暂时不考虑它们的细节 ?举例

可靠性设计

可靠性设计 可靠性设计的概述： 可靠性设计(reliability design):为了满足产品的可靠性要求而进行的设计;对系统和结构进行可靠性分析和预测，采用简化系统和结构、余度设计和可维修设计等措施以提高系统和结构可靠度的设计。 可靠性问题是一种综合性的系统工程。机电产品（零件、部件、设备或系统）的可靠性也和其他产品的可靠性一样，是与其设计、制造、运输、储存、使用、维修等各个环节紧密相关的。设计只是其中的一个环节，但却是保证产品可靠性最重要的环节，它为产品的可靠性水平奠定了先天性的基础。因为机械产品的可靠性取决于其零部件的结构形式与尺寸、选用的材料及热处理制造工艺、检验标准、润滑条件、维修方便性以及各种安全保护措施等，而这些都是在设计阶段决定的。 可靠性问题的研究是因处理电子产品不可靠问题于第二次世界大战期间发展起来的。可靠性设计用在机械方面的研究始于20世纪60年代，首先应用于军事和航天等工业部门，随后逐渐扩展到民用工业。随着现代科学技术的发展和对产品质量要求的日益提高，可靠性逐步成为科学和工程中一个非常重要的概念。机械结构的可靠性及其设计直接决定了机械结构的可靠度，因此，对机械可靠性设计的研究具有十分重要的意义。 所谓可靠性，则是指产品在规定的时间内和给定的条件下，完成规定功能的能力。它不但直接反映产品各组成部件的质量，而且还影响到整个产品质量性能的优劣。可靠性分为固有可靠性、使用可靠性和环境适应性。可靠性的度量指标一般有可靠度、无故障率、失效率3种。 对于一个复杂的产品来说，为了提高整体系统的性能，都是采用提高组成产品的每个零部件的制造精度来达到；这样就使得产品的造价昂贵，有时甚至难以实现（例如对于由几万甚至几十万个零部件组成的很复杂的产品）。事实上可靠性设计所要解决的问题就是如何从设计中入手来解决产品的可靠性，以改善对各个零部件可靠度（表示可靠性的概率）的要求。可靠度的分配是可靠性设计的核心。其分配原则为①按重要程度分配可靠度。②按复杂程度分配可靠度。③按技术水平、任务情况等的综合指标分配可靠度。④按相对故障率分配可靠度。 可靠性设计的现状与发展 国内外的实践经验表明，机械结构的可靠性是由设计决定的，而由制造、安装和管理来保证的。因此将概率设计理论和可靠性分析与设计方法应用于机械结构设计中，才能得到既有足够安全可靠性，又有适当经济性的优化结构。这样，以估计结构系统可靠度为目标的、以概率统计和随机过程理论为基础的、以各种结构分析技术为工具的多种结构可靠性分析与设计方法迅速发展。Raizer综述了一次二阶矩法和以一次二阶矩法为基础的现代可靠性分析理论。赵国藩等建立了广义随机空间内考虑随机变量相

可靠性设计分析试题A

1．判断题（共20分，每题2分，答错倒扣1分） (1)（）系统可靠性与维修性决定了系统的可用性和可信性。 (2)（）为简化故障树，可将逻辑门之间的中间事件省略。 (3)（）在系统寿命周期的各阶段中，可靠性指标是不变的。 (4)（）如果规定的系统故障率指标是每单位时间0.16，考虑分配余量，可以按每单位时间0.2 进行可靠性分配。 (5)（）MTBF和MFHBF都是基本可靠性参数。 (6)（）电子元器件的质量等级愈高，并不一定表示其可靠性愈高。 (7)（）事件树的后果事件指由于初因事件及其后续事件的发生或不发生所导致的不良结果。 (8)（）对于大多数武器装备，其寿命周期费用中的使用保障费用要比研制和生产费用高。 (9)（）所有产品的故障率随时间的变化规律，都要经过浴盆曲线的早期故障阶段、偶然故障 阶段和耗损故障阶段。 (10)（）各种产品的可靠度函数曲线随时间的增加都呈下降趋势。 2．填空题（共20分，每空2分） (1)MFHBF的中文含义为。 (2)平均故障前时间MTTF与可靠度R(t)之间的关系式是。 (3)与电子、电器设备构成的系统相比，机械产品可靠性特点一是寿命不服从分 布，二是零部件程度低。 (4)在系统所处的特定条件下，出现的未预期到的通路称为。 (5)最坏情况容差分析法中，当网络函数在工作点附近可微且变化较小、容差分析精度要求不 高、设计参数变化范围较小时，可采用；当网络函数在工作点可微且变化较大，或容差分析精度要求较高，或设计参数变化范围较大时，可采用。 (6)一般地，二维危害性矩阵图的横坐标为严酷度类别，纵坐标根据情况可选下列三项之一： 、 或。

3．简要描述故障树“三早”简化技术的内容。（10分）

可靠性设计与分析—试卷

《可靠性设计与分析》试卷 单位：成绩： 姓名： 可靠性是指产品在下和内，完成规定功能的能力。 1) 2)产品的故障按照其原因可以分为早期故障和，早期故障是 指产品在寿命的早期因的缺陷等原因发生的故障。 3)可靠性定性要求一般分为六个方面，即简单性、冗余、降额、采用 成熟技术、和。 4)可靠性的定量要求是确定产品的以及验证时机 和，以便在设计、生产、实验验证、使用过程中用量化方法评价或验证产品的可靠性水平。 5)在进行FMEA之前，应首先规定FMEA从哪个产品层次开始到哪个 产品层次结束，这种规定的FMEA层次称为，一般将最顶层的约定层次称为。 6)是指在系统所处的特定条件下出现的、没有预期到（常 常也是不希望有的）的通路，它的出现会引起功能异常或抑制正常功能的实现。 7)空间粒子辐射环境主要由四部分构成，分别是地球辐射 带、、、高空核辐射环境。 8)故障树构图的元素是和。

9)应力分析法用于阶段的故障率预计。 10)各种可靠性设计分析工作主要集中在、 和三个阶段。2．判断题（共20分，每题2分） 如果你认为正确，在括号里划“√”；如果你认为错误，在括号里划“×”。 1)（）非工作储备系统的可靠性一定比工作储备系统的可靠性高。 2)（）产品经过老炼筛选后可靠性一定提高。 3)（）所谓虚单元就是把一些单元组合在一起，构成一个虚拟单元， 从而简化可靠性框图。 4)（）系统优化权衡的核心是效能、寿命周期费用两个概念之间的 权衡。 5)（）系统可靠性预计是以组成系统的各单元的预计值为基础，根 据系统可靠性模型，对系统基本可靠性和任务可靠性进行预计。 6)（）相似产品可靠性预计法要求新产品的预计结果必须好于相似 的老产品。 7)（）所有故障都要经历潜在故障到功能故障这一变化过程。 8)（）任务可靠性是指产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能 力。确定任务可靠性值时仅考虑在任务期间内哪些影响任务完成 的故障。 9)（）可靠性定性设计要求项目中，“简化设计”和“余度设计” 是相互矛盾的，因此对同一产品只能取其一项。

电子产品可靠性设计

科技论坛Ke Ji Lun Tan 商品与质量SHANGPINYUZHILIANG 109 1 电子产品可靠性设计概述 1.1电子产品的可靠性设计定义 电子产品的可靠性指标是衡量产品可靠性水平的定量和定性数值，通常情况下，衡量电子产品的可靠性，主要依靠可靠度、失效率、平均寿命及寿命概率密度等评价指标来衡量电子产品的可靠性_电子产品的可靠性设计时要明确设计产品的功能和性能要求，必须要了解产品在整个寿命周期内面临的环境条件，通过依据产品可靠性的定量和定性指标，验证产品稳定性，从而提升电子产品质量。 1.2电子产品可靠性设计技术 电子产品的可靠性设计技术主要通过采用预计、分配、技术设计和评定等类型的设计策略，实现电子产品可靠性验证、试验，确保电子产品可靠性电子产品设计阶段，必须要尽量选择成熟化、插件化和简单化的设计结构，选用典型电路，要衡量电子产品的可靠性、经济性和产品实际性能，通过多个方面的设计提升产品整体品质一般情况下，电子产品的可靠性设计技术包括冗余化设计、元器件的降额设计和热设计等技术。 2 可靠性设计管理目标 在论述可靠性设计管理之前，需要明确可靠性设计管理的目标是什么。根据笔者的设计经验，电子产品设计有三条研发平行线，也可以说三个研发层次：功能与性能设计、可制造性设计、可靠性设计功能和性能设计是指通过软件和硬件手段设计出“达到”用户要求的产品，功能和性能设计的基础是用户需求。可制造性设计是指为了满足用户批量使用要求而进行的物料、供应商、工艺（设计、生产）、工装测试等方面的设计工作，是使设计的产品从制造角度“持续达到”用户要求。可靠性设计是指通过各种手段和管理，使产品全生命周期的功能和性能“超越”用户要求。这三个层次是一个渐进层次，其顶点就是可靠性设计层次，同时这三个层次在具体实施的时候是平行的，要真正设计出超越用户要求的产品，在进行功能、性能设计的同时需要进行可制造性设计和可靠性设计。 3 电子产品可靠性设计 3.1降额设计 电子产品降额设计是指降低电子产品元器件工作环境，使电子众品元器件处于低于额定标准的应力环境下保持工作状态在开展降额设计时，为了延长电子产品使用寿命，必须要首先提升电子产品元器件l内使用可靠性通过降低施加在电子产品元器件上的机械应力、热应力、电应力等工作应力，确保电子产品电路能够为设备正常工作提供支持，同时要能够确保具有可靠的接地由于电子产品元器件存在最佳的降额范围，只要处于这个范围内，电子产品元器件的工作应力变化对电子产品失效率存在较为显著的影响开展电子产品可靠性设计时，要考虑到降额的量值及降额条件，确保降额时设备可靠性增加，降低设计难度。 3.2热设计 现代电子产品的电子元器件密度不断提升，元器件之间通过传导、辐射和对流产生大量的热耦合，所以热应力是影响电子元件失效的一个重要因素。为了达到预期的可靠性，必须就爱那个元件的温度降低到最低水平。电子产品热设计包括散热、加装散热器、制冷三种技术方法，应用中通常采用的散热技术有对流散热方式、传导散热方式和利用热辐射特性方式三种。在电子产品热设计中通常采用加装散热器的方式，其目的就是降低半导体的温度，将温度保持在半导体最大结温之下。 3.3电磁兼容性设计 电磁兼容性问题分为两类：一是设备没有受到直接干扰，但是产品不能通过国家电磁兼容标准；二是电子电路、系统等在工作的时候，产生相互干扰或受到外部干扰，从而达不到预期标准。在电子产品设计中通常采用印制电路板设计、电源线滤波、屏蔽机箱、信号线滤波、电缆设计、接地等技术来使设备达到电磁兼容状态。CMOS具有较高的噪声容限，可以优先使用，在对有源器件电磁特性和敏感特性进行筛选和电子电路改进后，要对易受骚扰的电路和骚扰源电路进行分类集中，从而减小相互影响并便于采取防护措施。 3.4抗辐射加固设计 在一些环境中，辐射脉冲是非常强的，常常会使微电子元器件金属连线熔断或烧毁，导致工作失常或永久性损坏。抗辐射加固设计通常针对的是微电子元件的应用场合、辐射环境的辐射因素和强度等，主要从元件的制作材料、器件结构、电路设计、工艺等多方面进行加固考虑。在材料方面，要根据不同的需求选取锗材料、硅材料、铁电材料及金刚石材料等不同的材料。在电路设计方面，采用提高设计余量法，可以提高双极电路1~2个抗辐射等级。在工艺加固方面，采用微电子电子器件工艺中的隔离技术，根据电路的功能、性能、封装等不同的要求，可以选择多晶硅一单晶硅介质隔离、凹槽介质隔离、深槽介质隔离等技术。 4 结束语 随着我国经济的快速发展，人们生活舒适度逐渐提高，电子产品逐渐成为人们日常生活中的重要产品、电子产品种类逐渐增多，功能更加实用化，普通大众已经对电子产品具有一定的依赖性，电子产品使用率逐渐提升。 参考文献： [1]李振.电子产品的可靠性设计与仿真试验[J].舰船电子工程，2014，06：46-51. [2]刘柳，周林，邵将.基于数字化样机的电子产品可靠性设计分析方法[J].电光与控制，2014，09：99-103. [3]骆明珠，康锐，刘法旺.电子产品可靠性预计方法综述[J].电子科学技术，2014，02：246-256. 电子产品可靠性设计 董秋翌 云南省医疗器械检验研究院 云南昆明 650034 【摘 要】随着电子产品越来越广泛的应用到社会各个领域，其使用条件变得越来越严酷，所以对电子产品的产品质量和可靠性要求越来越高。设计精品化产品、生产精品化产品、提供精品化系统自始至终是智能院追求的目标，在精品化战略目标下，我们始终将缔造世界最高品质产品作为我们的目标。可靠性设计作为实现这个目标的必经阶段，首先从设计管理入手，使可靠性设计理念深入到产品的全生命周期，目前我们虽然形成了一定的可靠性设计的思路，但是尚缺乏系统性和完整性，下一步我们将在可靠性设计上逐步形成一整套可行的方法论，并通过可靠性设计管理加以固化和约束。本文以基本可靠性技术为指导，从电子产品的设计和环境出发，对电子产品可靠性设计等几个方面进行了分析和设计，从而达到消除潜在故障、提高电子产品质量和可靠性、增强其社会效益和经济效益的目的。 【关键词】电子产品；可靠性设计；设计方法 【中图分类号】TN02 【文献标识码】A 制造，提高产品的安全性能和质量。 2 机械制造自动化技术发展趋势 2.1机械自动化的现代化发展 自动化技术的逐步深入，给正在进步的机械制造业带来了无限的发展空间，多功能多样化的新技术有效地提高了机械生产的水平，加快了机械生产发展的进程。我国的制造业现如今已经逐渐进入信息自动化、物资输送自动化、生产自动化、设备装配自动化以及检测自动化时代，使得机械自动化进入了一个全新的发展的自动化时代。但是，机械自动化的现代化的发展是一个漫长的过程，绝对不可以一蹴而就，这是一个由低级到高级、由简单不完善到复杂完善的进步过程。为了实现机械自动化的发展，必须认清国情才能够实现全面的自动化，全面使生产效率大幅度提高，中国的机械自动化的发展与世界的发展相比来说还是具有一定的差异，我国目前作为一个发展中的国家，结合我国的国情，使我国的机械自动化的现代化得到有效发展。 2.2智能化方向 随着科技的发展，机械行业也逐渐在进行着现代化改造。数控设备的运用，使机械制造自动化技术与智能化技术实现了很好的融合。智能化所要求的是实现操作人员与设备之间的有效结合，即人机一体，自动化系统模拟人脑来进行操作和控制，从而将之前需要人工进行的如整理和查找数据资料等工作交由机器完成，不但提高了准确率和效率，还能减少用工成本，大大减轻技术人员的工作强度，促进资源的优化配置，为企业带来巨大效益。机械制造自动化技术以智能化为发展趋势，有利于促进企业资源的合理配置，提高企业效益，降低生产成本，促进企业的良好快速发展。 2.3多媒体的综合运用 多媒体与机械制造自动化的结合也将会成为其未来发展的重要趋势。当前情况下，多媒体的应用已经越来越广泛，甚至成为很多企业发展的重要技术手段，将多媒体应用到机械制造自动化中，能够让人们更加形象、直观地看到机械操作的全过程，对于产品质量的控制能够起到很大的帮助作用。多媒体与机械制造的结合是将通信技术、计算机技术以及声像技术有机结合在一起，通过显示屏幕将 技术操作的过程进行展示，并配以相应的声音、图像的内容信息，让整个产品制造过程更加具有可控性。多媒体与机械制造自动化的结合能够极大的节省人力成本的支出，给企业的发展创造更加低的成本条件，实现企业的效率最大化，这不仅是各个企业所希望看到的，同样也是各个企业所必然需要的，将会受到企业极大的欢迎。 2.4与网络化融合 基于网络化普及的背景下，要求当代机械制造行业在可持续发展过程中为了增强自身竞争实力，应注重在机电设备一体化操控过程中，实现机械制造自动化技术与网络技术间的相互融合，由此来营造良好的机械设备监视环境，并以远程操控形式对机械制造整个流程进行管理，且及时发现机械产品生产过程中凸显出的相应问题，对其进行实时解决。同时，网络信息化监控系统的引进，有助于传统机械产品生产过程中突显出的人工作业量大且存在人工误差的问题，并实现对机械制造生产线情况的严格把控，达到最佳的生产状态。此外，基于机械制造自动化技术与网络化相互融合的背景下，在机械制造流程操控过程中亦应注重将网络、声像、通讯技术融于一体，继而便于相关工作人员在对机械产品生产流程进行操控过程中可通过网络平台编辑图像信息，并以信息处理形式实时掌控机械产品生产过程中设备运行参数变化状况，最终由此达到高效率产品生产效果。 综上所述，机械制造业是经济发展的基础，因此，我们不仅要向国外先进技术学习，还要自主创新，抓住科技发展机遇，研究和分析未来发展趋势，采取相关措施，提高我国机械制造自动化技术水平，推动机械制造业的发展，提升我国的国际竞争力和影响力。 参考文献： [1]郭雄.机械制造自动化技术特点及发展前景展望[J].山东工业技术，2015，15（05）：52. [2]赵刚.探析机械制造自动化技术特点与发展趋势[J].装备制造技术，2014（02）. [3]滕皓.机械制造自动化技术发展现状及未来发展方向探析[J].湖南农机，2014，12（08）：54-55.