智能電磁流量計的可靠性設計

智能電磁流量計的可靠性設計 
   3.3.1 可靠性理論
   可靠性理論[6]中可靠性是以概率形式定義的，在闡述可靠性理論時必須使用隨機變量、密度函數、分布函數等知識。累計分布函數F（t）定義為隨機變量不大于t 的隨機實驗中的概率， ∫.∞ = t F(t) f (t)dt 公式 3-1 式中，f(t)是隨機變量（失效前工作時間）的概率密度函數。 系統的可靠度函數R（t）為某一設備到某一時刻t 之前不發生失效的概率。 ∫∞ = . = t R(t) 1 F(t) f (t)dt 公式 3-2 。 可靠性模型中使用的統計分布[6]中，我們發現有一部分統計分布能滿足大部分可靠性工作的需要。可靠性分析的方法有很多，其中通用的分布有：正態分布，對數正態分布， 指數分布，二項分布，泊松分布等。 可靠性模型如可靠性理論中的描述，主要有串聯系統，并聯系統，k/n 表決系統，混合系統，儲備系統，復雜系統等系統[17] 。
   3.3.2 硬件可靠性設計
   可靠性設計準則的內容很多，主要包括[8]：
   1. 制定元器件大綱
    為了達到和保持設備的固有可靠性，減少元器件、零部件品種、降低保障費用和系統壽命周期費用，必須控制標準元器件和非標準元器件的選擇和使用。 元器件一般指的是電子、電氣系統的基礎產品；而零部件一般指的是機械系統的基礎產品裝備就是由各種基礎產品即由各種元器件、零部件構成的。由于其數量、品種眾多， 所以它們的性能、可靠性、費用等參數對整個系統性能、可靠性、壽命周期費用等影響極大。如果承制方在研制早期就開始對元器件、零部件的應用、選擇、控制予以重視，并貫徹于系統壽命周期，就能大大提高系統的優化程度。一個有效的元器件大綱所需要的投資，可以從降低系統壽命周期費用，提高系統效能得到補償。比如使用標準件可以提高產品的固有可靠性和互換性，消除使用非標準件所需的設計、制造和試驗費用，從而降低產品的成本。
    元器件大綱的主要內容包括：元器件控制大綱、元器件的標準化、元器件應用指南、元器件的篩選等。 制定元器件大綱應考慮裝備任務的關鍵性、元器件的重要性、生產的數量、裝備的維修方案、元器件的供應、所占新元器件的百分比、元器件的標準化狀況等。元器件大綱中的各項工作與其他分析有關。如與安全性、質量控制、維修性和耐久性等分析有關。上述任何一種分析都可能提出對不同元器件、零部件的要求。在某些情況下，為了滿足系統的要求，需要質量更高的新設計的元器件。而在另一種情況下，為了減少系統壽命周期費用和保證供應，則需要采用標準件。因而元器件大綱的制定和執行必須充分體現權衡分析的精神。
   2. 降額設計
    降額設計就是使元器件或設備工作時承受的工作應力適當低于元器件或設備規定的額值，從而達到降低故障率、提高使用可靠性的目的。電子產品和機械產品都應做適當的降額設計，因電子產品的可靠性對其電應力和溫度應力敏感，故而降額設計技術對電子產品則顯得尤為重要，成為可靠性設計中的組成部分。 對于各類電子元器件，都有其的降額范圍，在此范圍內工作應力的變化對其失效率有較明顯的影響，在設計上也較容易實現，并且不會在設備體積、重量和成本方面付出過大的代價。過度的降額并無益處，會使元器件的特性發生變化或導致元器件數量不必要的增加或無法找到適合的元器件，反而對設備的正常工作和可靠性不利。
   3. 簡化設計
   簡化設計就是在保證產品性能要求的前提下，盡可能使產品設計簡單化。簡化設計可以提高產品的固有可靠性和基本可靠性。 為了實現簡化設計，可采取以下措施：
  1) 盡可能減少產品組成部分的數量及其相互間的聯接。例如可利用*的數控 加工及精密鑄造工藝，把過去要求很多零部組件裝配成的復雜部件實行整體加工及整體鑄造，成為一個部件；
   2) 盡可能實現零、部、組件的標準化、系列化與通用化，控制非標準零、部、 組件的比率。盡可能減少標準件的規格、品種數。爭取用較少的零、部、組件實現多種功能；
  3) 盡可能采用經過考驗的可靠性有保證的零、部、組件以至整機；
   4) 盡可能采用模塊化設計。
    4. 余度設計
    余度技術是系統或設備獲得高可靠性、高安全性和高生存能力的設計方法之一。特別是當元器件或零部件質量與可靠性水平比較低、采用一般設計已經無法滿足設備的可靠性要求時，余度技術就具有重要的應用價值。 “余度”就是指系統或設備具有一套以上完成給定功能的單元，只有當規定的幾套單元都發生故障時，系統或設備才會喪失功能，這就使系統或設備的任務可靠性得到提高。各種余度系統可靠性模型已在第二章介紹。但是余度使系統或設備的復雜性、重量和體積增加，使系統或設備的基本可靠性降低。系統或設備是否采用余度技術，需從可靠性、安全性指標要求的高低；元器件和成品的可靠性水平；非余度和余度方案的技術可行性；研制周期和費用，使用、維護和保障條件，質量、體積和功耗的限制等方面進行權衡分析后確定。
   為提高系統或設備的可靠性而采用余度技術時，需與其他傳統工程設計相結合。因為不是各種余度技術在各類系統和設備上都可以實現，因此應根據需要與可能來確定。可以較全面的采用，也可以局部地采用，不過一般在系統的較低層次單元中采用余度技術，針對系統中的可靠性關鍵環節采用余度技術時對提高系統可靠性、減少系統的復雜性更有效。同時需注意，采用某些余度技術時會增加若干故障檢測和余度通道切換裝置，它們的不可靠度應保證低于受控部分的50%，否則采用余度布局所獲得的可靠性增長將會被它們的故障所抵消。 此外，余度技術也不能用來解決設備超負荷之類的問題。
   余度設計的任務包括：
  1) 確定余度等級(根據任務可靠性和安全性要求，確定余度系統抗故障工作的能力)；
  2) 選定余度類型(根據產品類型及約束條件和采用余度的目的來確定)；
 3) 確定余度配置方案；
 4) 確定余度管理方案。
 5. EMC 電磁兼容設計
    電磁兼容設計的目的就是使系統即不受外部電磁干擾的影響，也不對其他電子設備產生影響。 智能電磁流量計中常用的抗電磁干擾的措施有：濾波技術，去藕電路，電磁屏蔽技術和接地技術等等。
    6. 故障自動檢測和診斷技術
   對于復雜的系統，為了保證能及時檢測出故障裝置或單元模塊，使系統能在狀態下工作，就需要對系統進行在線測試和診斷。
   3.3.3 軟件的可靠性設計
   軟件的可靠度是指軟件在規定的條件下、規定的時間內不引起系統故障的概率。這種概率是系統輸入與系統使用的函數，也是軟件中存在缺陷的函數。 軟件的可靠性設計是指在遵循軟件工程規范的基礎上，在軟件設計過程中采用一些專門的技術應用到軟件設計過程中，以提高軟件的可靠性。軟件的可靠性設計就是要求盡量將軟件程序規范化、標準化和模塊化，盡可能的把復雜的問題簡化為幾個小任務加以實現。
   軟件的可靠性設計的技術有[7]：軟件在線檢查，軟件容錯，軟件重用，軟件故障樹分析，軟件失效模式與效應分析，軟件復雜性控制等方法： 1. 軟件在線檢查 軟件在線檢查的對象是軟件的故障，在硬件支持下(假定硬件中不存在故障)自檢測試系統。 軟件在線測試的方法根據故障的不同而不同，但是通用的一些技術為： 1）檢測軟件執行的時間。如果執行時間超過一定界限，便認為軟件發生故障。 2）在軟件執行中設置標志，程序執行結束前檢查標志以判斷軟件是否有問題。
   2. 容錯設計
   對于軟件失效后果特別嚴重的場合，如飛機的飛行控制系統、空中交通管制系統、核反應堆安全控制系統等，可采用容錯設計方法。此時，軟件的故障率要求低于0.001h-1。常用的容錯方法如下：
   1) N 版本編程法 N 版本編程法的核心是：通過多個模塊或版本不同的設計軟件， 對于相同初始條件和相同輸入的操作結果，實行多數表決，防止其中某一軟件模塊/版本的故障提供錯誤的服務，以實現軟件容錯。為使此種容錯技術具有良好的結果，必須注意： a）使軟件的需求說明具有*性和精確性。這是保證軟件設計錯誤不相關的前提。因為軟件的需求說明是不同設計組織和人員的共同出發點。 b）設計全過程的不相關性。它要求各個不同的軟件設計人員彼此不交流，程序設計使用不同的算法、不同的編程語言、不同的編譯程序、不同的設計工具、不同的實現方法和不同的測試方法。為了*保證軟件設計的不相關性，甚至提出設計人員應具有不同的受教育背景，來自不同地域、不同的國家。
   2）恢復塊技術 恢復塊技術的設計思想是：把一些*的故障測試和恢復特性引人單一版本軟件。其目的在于：用可接收性測試（Acceptance Test）實現軟件的故障測試。該測試對首先啟動的模塊運行結果實行。如果測試不通過，則恢復系統的原來狀態，在相同的硬件上執行另一模塊；若以后的可接受性測試得以通過，則被認為完成了恢復功能。 恢復塊技術的要點是：可接收性測試準則，恢復點的狀態保持和選擇策略，以及不同算法的設計。
   3. 軟件重用
   限度地重用現有的成熟軟件，不僅能縮短開發周期，提高開發效率，也能提高軟件的可維護性和可靠性。因為現有的成熟軟件，已經過嚴格的運行檢測，大量的錯誤已在開發、運行和維護過程中排除，應該是比較可靠的。在項目規劃開始階段就要把軟件重用列入工作中*的一部分，作為提高可靠性的一種必要手段。 軟件重用不僅僅是指軟件本身，也可以是軟件的開發思想方法、文檔，甚至環境、數據等，包括三個方面內容的重用： (1)開發過程重用，指開發規范、各種開發方法、工具和標準等。 (2)軟件構件重用，指文檔、程序和數據等。 (3)知識重用，如相關領域專業知識的重用。 一般用的比較多的是軟件構件重用。 軟件重用的過程如下：候選，選擇，資格，分類和存儲，查找和檢索。在選擇可重用構件時，一定要有嚴格的選擇標準，可重用的構件必須是經過嚴格測試的、甚至是經過可靠性和正確性證明的構件，應模塊化（實現單一、的完整的功能）、結構清晰（可讀、可理解、規模適當），且有高度可適應性。
   4. 軟件故障樹分析
   軟件的故障樹分析法是一種系統化、形式化的分析方法，是以演繹的方法找出導致系統故障的各種原因，進而找到系統的薄弱環節，以改進系統設計。 故障樹分析法[16]是一種從系統到部件，再到零件，按“下降形”分析的方法。它從系統開始，通過由邏輯符號繪制出的一個逐漸展開成樹狀的分枝圖，來分析故障事件（又稱頂端事件）發生的概率。同時也可以用來分析零件、部件或子系統故障對系統故障的影響，其中包括人為因素和環境條件等在內。它對系統故障不但可以做定性的而且還可以做定量的分析；不僅可以分析由單一構件所引起的系統故障，而且也可以分析多個構件不同模式故障而產生的系統故障情況。--擴展閱讀：開封中儀流量儀表有限公司專業生產電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計、文丘里流量計、v錐流量計、v型錐流量計、噴嘴流量計、插入式電磁流量計、智能電磁流量計、分體式電磁流量計、一體式電磁流量計、標準孔板流量計、標準孔板、一體化孔板流量計、標準噴嘴流量計、長徑噴嘴流量計、標準噴嘴、長徑噴嘴、插入式渦街流量計、智能渦街流量計、錐型流量計、v錐型流量計、節流裝置、節流孔板、限流孔板等流量產品，更多有關電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計的信息請訪問開封中儀網站：