嵌入式系統(tǒng)可靠性設計技術及案例解析

1.3嵌入式系統(tǒng)可靠性模型

嵌入式系統(tǒng)可靠性模型分為兩種：串聯(lián)結構模型和并聯(lián)結構模型。

在進行嵌入式系統(tǒng)設計時，為了保證部分關鍵環(huán)節(jié)的可靠性，會采取并聯(lián)備份的系統(tǒng)結構形式，以實現(xiàn)系統(tǒng)可靠性的成倍提升，這時一般會采取可靠性并聯(lián)結構模型。

注意：系統(tǒng)可靠性的串、并聯(lián)模型和系統(tǒng)功能框圖的串、并聯(lián)模型沒有直接的等同關系。

如圖1-8所示，B、C為電流輸入端，D端接負載，D端額定負載電流為15 A。從功能上看，B和C兩條路徑的供電電路組成一個并聯(lián)關系。但在可靠性模型的串、并聯(lián)關系上，它并不是并聯(lián)關系，因為B和C中的任何一條路徑都不能獨立完成對15 A的供電，所以其在功能框圖上是并聯(lián)結構（圖1-8(a)）,在可靠性模型上卻為串聯(lián)結構（圖1-8(b)）,反而因為多了一路的電纜，而增加了一個焊點和電纜失效的可能性。

而當B、C的電纜指標改為20A的時候(圖1-9),任何一路均可以滿足D端的15 A電流輸出，此時，B和C就互為備份，其可靠性模型就變?yōu)榱瞬⒙?lián)結構，這種結構的電路可靠性將大大提升。

可靠性串聯(lián)結構系統(tǒng)的可靠度為：

R=RB×Rc (1-7)

可靠性并聯(lián)結構系統(tǒng)的可靠度為：

R=1—(1-RB)×(1-Rc) (1-8)

可靠性串、并聯(lián)模型的建立，主要有兩個用途：一是系統(tǒng)可靠性預計和分配的基礎；二是可以提供對系統(tǒng)關鍵可靠性節(jié)點的分析思路，比如對同時有AC交流電源和后備電池供電的設備，從可靠性串、并聯(lián)結構模型出發(fā)，電源供電部分是并聯(lián)結構，按鍵部分與電源之間反而構成串聯(lián)結構。由此得知，按鍵面膜的可靠性比電源模塊對系統(tǒng)功能可靠性的影響要關鍵得多。

【案例1-3】

某數字測角儀，為控制裝置實時提供待測對象的角偏差數據，主要由光學瞄準鏡、可變焦距攝像機、圖像處理和控制電路(簡稱DSP電路板)三部分組成，如圖1-10所示。

測角儀的工作任務時間為150 s;測角儀平均無故障工作次數要求≥2000次。

產品設計過程中，全部采用了成熟技術和成熟工藝，主要元器件均為標準件、通用件，并有可靠的供貨來源。在滿足可靠性指標要求的情況下，減少了元器件、零部件的品種、規(guī)格數目。在電子線路方面，開展了可靠性設計準則的應用，采用了降額設計、熱設計、電磁兼容性設計等可靠性設計方法，并對所有的元器件進行了環(huán)境應力分析。根據GJB/Z299C—2006電子設備可靠性預，結合器件類型和環(huán)境應力條件，得出各單元的失效率數據，如表1-1所列。

請根據以上數據，計算此系統(tǒng)是否滿足可靠性指標要求。

答：

根據上述內容：假設測角儀失效規(guī)律是一個常數，失效率服從指數分布，無故障工作次數用θ表示，每次的工作時間用t表示，則平均故障間隔時間：

所以：

因此，測角儀的任務可靠度要求為：

根據測角儀功能框圖，得出測角儀的任務可靠性串聯(lián)模型框圖和圖1-10的功能框圖一致。

測角儀的可靠性數學模型為：
Rs=R?×R?×R? (1-9)

式中：

Rs為測角儀的可靠度；

R為光學瞄準鏡可靠度；

R?為可變焦距攝像機可靠度；

R?為DSP電路板可靠度控制模塊可靠度。

將表1-1中的數據代入式(1-9),則： Rs=0.99999979×0.99999969×0.9999993≈0.99999878結果得出，測角儀的實際可靠性指標為0.99999878，大于系統(tǒng)要求的值0.99951。

所以，由此三個模塊組成的測角儀系統(tǒng)可以滿足可靠性指標平均無故障工作次數≥2000次的要求。

以上內容來自行業(yè)內著名專家——武老師，著作“

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