HDBK-338B美军可靠性设计手册介绍

HDBK-338B美军可靠性设计手册介绍

歃荤叁 1-引言

MIL—HDBK一338.是美国军用可靠性设计手 册.指导美军装备研制,采购,使用,维护.该手 册总结了美国45年来可靠性工程发展经验.反映 了美国20世纪可靠性设计水平.内容丰富,实用 性强.从1984年到1998年.有3个版本:MIL— HDBK一338,MIL—HDBK一338A,MIL—HDBK一 338B.是当今世界上最全面的可靠性理论与实践 权威,因为苏,日,英,法等工业发达国家可靠性 工程的发展大约比美国晚起步5～10年.所以美国 军用可靠性设计手册.值得中国电子行业,尤其通 讯行业研究和运用

本文主要就MIL—HDBK一338和MIL—HDBK一 338B的变化.研究指出可靠性技术的未来发展方 向.以及我们应该采取何种对策,在可靠性领域达 到世界先进水平. 2.手册介绍

手册全面地论述了系统,设备和元器件的可 靠性分析,设计和管理的理论及方法,并引用大量 计算和实用实例

MIL—HDBK一338,1984年10月出版:MIL— HDBK一338A,1988年10月出版:MIL—HDBK一 338B.1998年1O月出版.

MIL—HDBK一338和MIL—HDBK一338B的大章 节.没有变化,仍分12章进行,分别为:

1.0范围 2.0参考文件 3.0定义 4.0概述

5.0可靠性,维修性和可用性理论 6.0可靠性的规定,分配和预计 7.0可靠性工程设计

8.0可靠性数据分析,验证和增长 9.0软件可靠性 l0.0系统可靠性工程 11.0生产和使用可靠性

12.0可靠性管理需要考虑的问题 3.主要变化

MIL—HDBK一338全手册分两卷.MIL—HDBK一 338B压缩为一卷.参考文件变化很大,删去了许 多旧的标准,规范和手册,并增加了新的文件;内 容上,更加细致,深入,易于操作,主要几个方面 的变化比较见后面.从引用文件的变化,可看出手 册变化的端倪.见表l.

表1MIL—HDBK一338与MIL—HDBK一338B引用文件的变化 版本军用规范(个)军用标准(个)军用手册(个) MIL—HDBK-338236312

MII,-HDBK～338B11,保留7,增加4个18,保留12,增加6个9.保留0,增加9个 军用规范增加的依次为:

MIL—E一17555电子装备,附件和备件的包装 MIL—H一38534混合微电路通用规范 MIL—I一38535集成电路生产通用规范 MIL—PRF一3853C微电路通用规范 军用标准增加的依次为:

MIL—STD一414抽样检验过程和表 MIL—STD一975通用元件降额准则 MIL—STD一1562标准微电路列表 MIL—STD一1772混合微电路认证要求 MIL—STD一2155故障报告,分析纠正措施系统 MIL—STD一2167防御软件开发 军用手册增加的依次为:

MIL—HDBK一454电子装备需求

《宙I-_——————————————～2006年第3明iii总第123明

MIL—HDBK一470系统和装备维修需求 MIL_HDBK一471维修性验证和评价 MIL—HDBK一781工程研制生产可靠性试验 MIL—HDBK一965零部件控制程序 MIL—HDBK一1547原材料,零部件和生产工 艺的存贮和运输要求

MIL—HDBK一2084维修性通用要求 MIL—HDBK一2164电子设备环境应力筛选 MIL—HDBK一2165电子系统和设备测试程序 标准里保留了可靠性预计标准MIL—STD一756 可靠性预计.但在手册中去掉了MIL—HDBK一217 电子设备可靠性预计和MIL—HDBK一472维修性预 计.可看出弱化了可靠性预计

手册中.可靠性,维修性理论维持不变,改动 较大的是可靠性实践内容.强化了可靠性工程试 验这些变化.是根据可靠性工程应用的经验总结 而来,值得我们探索并指导我们的产品研发. 下面就可靠性几个主要方面进行对比分析

4.可靠性分配预计.

可靠性规定的四种方法.有所修改.即删去了 第四种

可靠性在MIL—HDBK一338中的定义为.平均 寿命或MTBF:在规定时间内正常工作的概率:成 功的概率(与时间无关);规定时间内的故障率. 第一种和第四种适合长寿命的产品.仔细推究起来 是一样的.故障率的倒数不就是MTBF吗? 环境使用条件包括:温度,湿度,振动,冲 击,压力,渗透或吸收,环境光线,安装位置,气 候(风,雪,雨),操作人员的技术水平等. 在研制规范中只规定可靠性要求是不够的.还 必须对为验证是否符合规定的要求将进行的试验加 以说明

对于原MIL—HDBK一338提出的可靠性分配方 法——等分配法,AGREE分配法,ARINC,目标 可行性法,最少T作量算法,动态规划法,去掉了 AGREE分配法和动态规划法

在可靠性预计这部分增加内容较多,强调了可 靠性模型的作用.与预计密不可分,比预计更加重 要.对各种预计方法的选取给予了充分的说明. 在可靠性模型中还指出软件与人的行为可靠性 必须考虑在模型内.并增加了各种复杂的简单的可 靠性模型建立的方法.包括马尔科夫过程及蒙特卡 捩量罗叁 洛仿真等

可靠性预计方法只涉及四种:相似设备法,元 件计数法,应力分析法和失效物理分析法.前三种 是保留原MIL—HDBK一338的,后一种是增加的新

方法,删去了相似复杂性法,功能预计法还有一 个显着的特点,可靠性预计采取的方法和数据标准 或手册不仅局限于MIL—HDBK一217.还增加了 BELLCORE等(体现在应力分析法上) 可靠性预计中的故障率已不仅仅是电子的元器 件工作失效率,还应包含非工作失效率以及非电等 结构元件的失效率(这里,都举了详细的例子) 相似设备法丰富了可操作的内容,即相似比较 的具体内容:功能和性能,设计,制造,使用剖 面,程序和计划及可靠性验证,并举了一个新计算 机系统的例子.微处理器,显示器,MODEM,键 盘MTBF一般可分别达到:7150,21450,42900, 85800小时.

元件计数法.要包含非电的元器件.参照预计 手册是MIL—HDBK一217F.

应力分析法.介绍了目前世界最着名的几种预 计技术.分别是RPEE(美国军用标准MIL—HD. BK一217F),RPPfBellcoreTR一232),NTT(日本电 话电报公司半导体器件可靠性预计标准),BTHRD (英国电信通讯系统可靠性预计数据手册),CNET (法国通信研究中心预计程序),SIEMENS(西门子 元器件故障率可靠性与质量规范).并举了一个典 型的微电路的工作失效率计算(MIL—HDBK一338 是一个硅二极管的例子).很详细,质量等级不再 象以前分的很细.S,B,B一1和商业品四种.不 难看出.在MIL—HDBK一338B中强调应力法的应 用.而且预计方法可放宽应用Belleore等民用产品 可靠性预计方法

失效物理分析法.主要是用有限元法预计非电

元件的可靠性.比如齿轮等. 5.可靠性工程设计

可靠性工程是对期间,设备和系统的故障率进 行估计,控制和管理的技术学科.在某种意义上, 它是以其最实际的形式出现的一种工程技术,主要 由2部分组成:注意细节和处理不定因素. 本章主要提供可靠性设计方法,内容增加并更 新较多.在原lO条设计原则和方法的基础上增加 了3条.而且已有的内容更丰富,更贴合工程实际. 2006年第3期一总第123期——O 质量叁

1,元器件选择和控制

这里.增加了PMP,即元器件控制计划 (MIL-HDBK一965).PMP包含以下内容: 优选清单,供方和设备的选择,可评价的设 备,技术和供方,设备规范,筛选,元件老练, 故障报告分析纠正系统.

这部分比原MIL—HDBK一338丰富l0倍不止, 用了大量的篇幅.从零部件的供应,生产,封装, 优选清单,筛选,老练,存贮,应用等方面,提 了详细的要求. 21元器件降额设计

电子元器件降额.主要补充了各类元器件降 额参数.并列举了晶体管的降额参数与系数. 机械和结构部件的降额基本没动. 3)可靠电路设计

为得到一个可靠的电路设计方案.设计师必 须考虑的可靠性设计准则有所调整.

部件降额,简化设计,采用标准元器件和电 路,瞬态和过应力保护,参数和降级分析,尽可 能减少设计误差,主要的设计和限制条件,调整 为:部件降额,元器件的正确使用,瞬态和过应力 保护,参数和降级分析,主要的设计和限制条件. 除选用,降额和参数降级外,主要讨论其余3 个设计准则.

瞬态和过应力保护.比MIL—HDBK一338详尽, 介绍单点保护网络,压敏电阻(MOV),钳位二极 管及阵列,可控硅整流器,被动元件保护(电阻, 电容,电感,磁珠),零部件装配和成品,PCB布 线设计,屏蔽,接地,PCB设计,敏感IC优先. 尽可能放在板子的中tL,,人手不容易够到.而且 在敏感电路外边布设一个保护环.接到板子的把 手或自锁装置.再连接到结构地上.不能直接与 电路的工作地相连,要通过一个高阻连.以泻放 可能积累的静电.为减小感性偶合.应使电源线 和地线尽可能靠近.至于电源滤波和衰减.建议 在电源进线处,安排一个大于50U的电解电容, 一

个抑制高频的0.01U的电容,一个磁珠.这些都 尽可能靠近连接器,另外.每个IC一个0.01U的 电容.MOV,以及在瞬态和过应力保护中二极管 如何使用 4)冗余设计

这部分,从理论到实践都极大的丰富了原来 的内容.还引进了马尔可夫模型与方法,以及计算 流程.并举了许多实际的例子,内容更加高深. 51环境设计

丰富细化了其中第一节环境设计,从环境的分 类.以及对电子装备可靠性的影响,给予了详细地 分类和说明.还有大量的表格.总结出装备的失效 分为三种:糟糕的设计及不正确的部件和材料的选 择,不充分的质量控制,环境引起的变坏. 这部分保留了温度保护,冲击和震动保护,湿 气保护,沙尘保护,防爆,电磁辐射保护核辐射, 增加了航空电子产品设计程序. 6)人为因素设计

这段内容.几乎是全新的,连小的标题都变 了.不再是引言,设计及生产,人类工程学,人的 动作的可靠性,人为因素与可靠性之间的关系,人 为因素的讨论,人机分配及可靠性,交互作用及权 衡,人为差错率预测技术,而具体变为:引言,人 机系统可靠性,维修性和可用性参数,系统分配给人 的可靠性.人类行为可靠性数据来源,人机系统设计 工具.人机系统可靠性预计.人为可靠性的验证. 7故障模式和影响分析

零部件失效模式和发生的百分比.增加了元件 种类,模式和百分比(还调整了相当的参数),增 加了一节,风险优先编码(RPN-riskprioritynum? ber). 8)故障树分析 无变化 9)潜藏电路分析

单列了潜藏电路传统技术.删去了其他潜藏电 路分析技术,增加了新的潜藏电路技术一节. l0设计评审 基本维持不动

11测试性设计

新增加的.分为易测性及有关定义,测试与诊 断的区别,测试性设计,发展的诊断能力,设计 BIT,测试性分析(内容较多)等进行叙述. l2系统安全大纲

新增加的.系统安全定义,大纲管理与控制要 素,设计和综合要素,设计评价要素,符合与认 证,剪裁准则. 13)有限元分析

新增加的.引言及一般概述,有限元分析应

《宙l__——————————————一2006年第3期一总第123期

用,有限元分析步骤,应用,局限等. 6.软件可靠性

该部分变化较大,几乎是全新的内容,说明软 件设计这几年发展神速

在引言中.软硬件可靠性区别由原来的11条 变为8条.从1970到1995年的软件环境给予了比 较.这里提到了现在广为流行的软件工程CMM 等.

依次对软件版本,软件设计,软件设计与工程 模型,软件可靠性预计与评估模型,软件可靠性分 配,软件测试,软件分析进行了详尽阐述,是研究 软件可靠性最好最先进的资料 7.系统可靠性工程

可靠性是一门系统工程.所以系统可靠性尤显 重要.但这部分,变化不是很大,只稍微进行了改 动.甚至表现为更加简略

在引言中.增加了COTS/NDI的概念,其目标

是减少研发时间和风险.系统可靠性和维修性参数 中.在原可用度,战备完好率,任务可靠度及任务 良好度一相似性及差别之前.增加了更为实用的参 数转换模型.主要从可靠性调整因子(质量等级, 环境,温度等),和非工作产品可靠性预计论述; 工作参数转换,更详细,引入了MTBF,MTBM, MTBR等现场可靠性指标,介绍了装备工作时间 质量叁

到飞行时间的转换,并举例进行说明 对于复杂模型,简化了,只是一个概述.可靠 性,维修性及可用度权衡工具,TIGER,有效度通 用分析法,可用度一可靠性分析,可靠性及维修性 预计分析法与模拟法的比较和系统有效度评定计算 机程序都删去了:费用考虑,还省略了寿命周期费 用模型,系统可用度费用估算和系统寿命周期费用 的修正内容

系统有效度的概念,系统可靠性,维修性模型 技术,权衡技术,可用度,故障率及修理率的分 配,系统可用度的规定,预计及验证,系统设计考 虑.没有变化. 8.结束语

当然.美国军用设计手册,版本之间也许变化 不是很大.但我们根据手头资料.从MIL—HDBK一 338和MIL—HDBK一338B比较.变化是很大的. 主要有三个方面变化显着.即可靠性预计分 配,可靠性工程设计,软件可靠性.其次就是系统 可靠性工程可靠性预计分配主要表现在要考虑非 工作产品,机械产品可靠性预计,可靠性工程设计 主要是具体实践方面,比如热,电磁干扰与防护

等,软件可靠性就是软件测试,分析,以及运用软 件可靠性模型评价软件可靠性.确定软件的 MTBF

《航天紧固件实用手册》内容简介

《航天紧固件实用手册》2006年5月由国防S-业出版社出版,在国防科S-委系统发行.

该书由国防科工委航天标准紧固件研究与检测中心编着,主编孙小炎,杨林.原航天工业总公

司刘纪原总经理,绕月探测工程总指挥,原国防科工委副主任栾恩杰为该书题词,国防科工委副主

任孙来燕,航天科技集团公司许达哲副总经理为该书作序.全书共160多万字,大16开本,920多 页.定价180元.

该书是航天系统第一部有关紧固件技术的专着.编者认真总结3O年来有关紧固件的设计制造,

标准选用,连接设计与计算,检测试验,防松技术,装机使用等方面的经验,i--?-尽地介绍了有关航

天紧固件的基础知识和设计思想.该书是一本有实用价值的工具书,可用于指导航天型号设计人员

合理选用标准紧固件.对于其他相关的技术人员和管理人员,同样具有重要的参考价值.

该书共分三篇.第一篇介绍紧固件基础知识,航天产品常用各类紧固件的特点.第二篇介绍了

紧固件选用的一般原则,紧固件连接的强度计算,防松技术,安装及润滑.第三篇列出了经过压缩

优选的常用的紧固件标准.共324个产品标准和37个与其相关的紧固件通用规范. 购书联系人:张军(010—68768072)通信地址:北京市835信箱 查朝晖(010—88108182)邮政编码:100830 2006年第3期Ill总第123期——0