智能電磁流量計的可靠性設(shè)計

智能電磁流量計的可靠性設(shè)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(shù)、分布函數(shù)等知識。累計分布函數(shù)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(shù)。 系統(tǒng)的可靠度函數(shù)R（t）為某一設(shè)備到某一時刻t 之前不發(fā)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(tǒng)計分布[6]中，我們發(fā)現(xiàn)有一部分統(tǒng)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(tài)分布，對數(shù)正態(tài)分布， 指數(shù)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(lián)系統(tǒng)，并聯(lián)系統(tǒng)，k/n 表決系統(tǒng)，混合系統(tǒng)，儲備系統(tǒng)，復(fù)雜系統(tǒng)等系統(tǒng)[17] 。
   3.3.2 硬件可靠性設(shè)計
   可靠性設(shè)計準則的內(nèi)容很多，主要包括[8]：
   1. 制定元器件大綱
    為了達到和保持設(shè)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(tǒng)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(tǒng)的基礎(chǔ)產(chǎn)品；而零部件一般指的是機械系統(tǒng)的基礎(chǔ)產(chǎn)品裝備就是由各種基礎(chǔ)產(chǎn)品即由各種元器件、零部件構(gòu)成的。由于其數(shù)量、品種眾多， 所以它們的性能、可靠性、費用等參數(shù)對整個系統(tǒng)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(yīng)用、選擇、控制予以重視，并貫徹于系統(tǒng)壽命周期，就能大大提高系統(tǒng)的優(yōu)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(tǒng)壽命周期費用，提高系統(tǒng)效能得到補償。比如使用標準件可以提高產(chǎn)品的固有可靠性和互換性，消除使用非標準件所需的設(shè)計、制造和試驗費用，從而降低產(chǎn)品的成本。
    元器件大綱的主要內(nèi)容包括：元器件控制大綱、元器件的標準化、元器件應(yīng)用指南、元器件的篩選等。 制定元器件大綱應(yīng)考慮裝備任務(wù)的關(guān)鍵性、元器件的重要性、生產(chǎn)的數(shù)量、裝備的維修方案、元器件的供應(yīng)、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(guān)。如與安全性、質(zhì)量控制、維修性和耐久性等分析有關(guān)。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(tǒng)的要求，需要質(zhì)量更高的新設(shè)計的元器件。而在另一種情況下，為了減少系統(tǒng)壽命周期費用和保證供應(yīng)，則需要采用標準件。因而元器件大綱的制定和執(zhí)行必須充分體現(xiàn)權(quán)衡分析的精神。
   2. 降額設(shè)計
    降額設(shè)計就是使元器件或設(shè)備工作時承受的工作應(yīng)力適當?shù)陀谠骷蛟O(shè)備規(guī)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(chǎn)品和機械產(chǎn)品都應(yīng)做適當?shù)慕殿~設(shè)計，因電子產(chǎn)品的可靠性對其電應(yīng)力和溫度應(yīng)力敏感，故而降額設(shè)計技術(shù)對電子產(chǎn)品則顯得尤為重要，成為可靠性設(shè)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(nèi)工作應(yīng)力的變化對其失效率有較明顯的影響，在設(shè)計上也較容易實現(xiàn)，并且不會在設(shè)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(fā)生變化或?qū)е略骷?shù)量不必要的增加或無法找到適合的元器件，反而對設(shè)備的正常工作和可靠性不利。
   3. 簡化設(shè)計
   簡化設(shè)計就是在保證產(chǎn)品性能要求的前提下，盡可能使產(chǎn)品設(shè)計簡單化。簡化設(shè)計可以提高產(chǎn)品的固有可靠性和基本可靠性。 為了實現(xiàn)簡化設(shè)計，可采取以下措施：
  1) 盡可能減少產(chǎn)品組成部分的數(shù)量及其相互間的聯(lián)接。例如可利用*的數(shù)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(fù)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(xiàn)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(guī)格、品種數(shù)。爭取用較少的零、部、組件實現(xiàn)多種功能；
  3) 盡可能采用經(jīng)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(shè)計。
    4. 余度設(shè)計
    余度技術(shù)是系統(tǒng)或設(shè)備獲得高可靠性、高安全性和高生存能力的設(shè)計方法之一。特別是當元器件或零部件質(zhì)量與可靠性水平比較低、采用一般設(shè)計已經(jīng)無法滿足設(shè)備的可靠性要求時，余度技術(shù)就具有重要的應(yīng)用價值。 “余度”就是指系統(tǒng)或設(shè)備具有一套以上完成給定功能的單元，只有當規(guī)定的幾套單元都發(fā)生故障時，系統(tǒng)或設(shè)備才會喪失功能，這就使系統(tǒng)或設(shè)備的任務(wù)可靠性得到提高。各種余度系統(tǒng)可靠性模型已在第二章介紹。但是余度使系統(tǒng)或設(shè)備的復(fù)雜性、重量和體積增加，使系統(tǒng)或設(shè)備的基本可靠性降低。系統(tǒng)或設(shè)備是否采用余度技術(shù)，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(shù)可行性；研制周期和費用，使用、維護和保障條件，質(zhì)量、體積和功耗的限制等方面進行權(quán)衡分析后確定。
   為提高系統(tǒng)或設(shè)備的可靠性而采用余度技術(shù)時，需與其他傳統(tǒng)工程設(shè)計相結(jié)合。因為不是各種余度技術(shù)在各類系統(tǒng)和設(shè)備上都可以實現(xiàn)，因此應(yīng)根據(jù)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(tǒng)的較低層次單元中采用余度技術(shù)，針對系統(tǒng)中的可靠性關(guān)鍵環(huán)節(jié)采用余度技術(shù)時對提高系統(tǒng)可靠性、減少系統(tǒng)的復(fù)雜性更有效。同時需注意，采用某些余度技術(shù)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(yīng)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(shù)也不能用來解決設(shè)備超負荷之類的問題。
   余度設(shè)計的任務(wù)包括：
  1) 確定余度等級(根據(jù)任務(wù)可靠性和安全性要求，確定余度系統(tǒng)抗故障工作的能力)；
  2) 選定余度類型(根據(jù)產(chǎn)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(shè)計
    電磁兼容設(shè)計的目的就是使系統(tǒng)即不受外部電磁干擾的影響，也不對其他電子設(shè)備產(chǎn)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(shù)，去藕電路，電磁屏蔽技術(shù)和接地技術(shù)等等。
    6. 故障自動檢測和診斷技術(shù)
   對于復(fù)雜的系統(tǒng)，為了保證能及時檢測出故障裝置或單元模塊，使系統(tǒng)能在狀態(tài)下工作，就需要對系統(tǒng)進行在線測試和診斷。
   3.3.3 軟件的可靠性設(shè)計
   軟件的可靠度是指軟件在規(guī)定的條件下、規(guī)定的時間內(nèi)不引起系統(tǒng)故障的概率。這種概率是系統(tǒng)輸入與系統(tǒng)使用的函數(shù)，也是軟件中存在缺陷的函數(shù)。 軟件的可靠性設(shè)計是指在遵循軟件工程規(guī)范的基礎(chǔ)上，在軟件設(shè)計過程中采用一些專門的技術(shù)應(yīng)用到軟件設(shè)計過程中，以提高軟件的可靠性。軟件的可靠性設(shè)計就是要求盡量將軟件程序規(guī)范化、標準化和模塊化，盡可能的把復(fù)雜的問題簡化為幾個小任務(wù)加以實現(xiàn)。
   軟件的可靠性設(shè)計的技術(shù)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(yīng)分析，軟件復(fù)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(tǒng)。 軟件在線測試的方法根據(jù)故障的不同而不同，但是通用的一些技術(shù)為： 1）檢測軟件執(zhí)行的時間。如果執(zhí)行時間超過一定界限，便認為軟件發(fā)生故障。 2）在軟件執(zhí)行中設(shè)置標志，程序執(zhí)行結(jié)束前檢查標志以判斷軟件是否有問題。
   2. 容錯設(shè)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(tǒng)、空中交通管制系統(tǒng)、核反應(yīng)堆安全控制系統(tǒng)等，可采用容錯設(shè)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(shè)計軟件， 對于相同初始條件和相同輸入的操作結(jié)果，實行多數(shù)表決，防止其中某一軟件模塊/版本的故障提供錯誤的服務(wù)，以實現(xiàn)軟件容錯。為使此種容錯技術(shù)具有良好的結(jié)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(shè)計錯誤不相關(guān)的前提。因為軟件的需求說明是不同設(shè)計組織和人員的共同出發(fā)點。 b）設(shè)計全過程的不相關(guān)性。它要求各個不同的軟件設(shè)計人員彼此不交流，程序設(shè)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(shè)計工具、不同的實現(xiàn)方法和不同的測試方法。為了*保證軟件設(shè)計的不相關(guān)性，甚至提出設(shè)計人員應(yīng)具有不同的受教育背景，來自不同地域、不同的國家。
   2）恢復(fù)塊技術(shù) 恢復(fù)塊技術(shù)的設(shè)計思想是：把一些*的故障測試和恢復(fù)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(xiàn)軟件的故障測試。該測試對首先啟動的模塊運行結(jié)果實行。如果測試不通過，則恢復(fù)系統(tǒng)的原來狀態(tài)，在相同的硬件上執(zhí)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(fù)功能。 恢復(fù)塊技術(shù)的要點是：可接收性測試準則，恢復(fù)點的狀態(tài)保持和選擇策略，以及不同算法的設(shè)計。
   3. 軟件重用
   限度地重用現(xiàn)有的成熟軟件，不僅能縮短開發(fā)周期，提高開發(fā)效率，也能提高軟件的可維護性和可靠性。因為現(xiàn)有的成熟軟件，已經(jīng)過嚴格的運行檢測，大量的錯誤已在開發(fā)、運行和維護過程中排除，應(yīng)該是比較可靠的。在項目規(guī)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(fā)思想方法、文檔，甚至環(huán)境、數(shù)據(jù)等，包括三個方面內(nèi)容的重用： (1)開發(fā)過程重用，指開發(fā)規(guī)范、各種開發(fā)方法、工具和標準等。 (2)軟件構(gòu)件重用，指文檔、程序和數(shù)據(jù)等。 (3)知識重用，如相關(guān)領(lǐng)域?qū)I(yè)知識的重用。 一般用的比較多的是軟件構(gòu)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(gòu)件時，一定要有嚴格的選擇標準，可重用的構(gòu)件必須是經(jīng)過嚴格測試的、甚至是經(jīng)過可靠性和正確性證明的構(gòu)件，應(yīng)模塊化（實現(xiàn)單一、的完整的功能）、結(jié)構(gòu)清晰（可讀、可理解、規(guī)模適當），且有高度可適應(yīng)性。
   4. 軟件故障樹分析
   軟件的故障樹分析法是一種系統(tǒng)化、形式化的分析方法，是以演繹的方法找出導(dǎo)致系統(tǒng)故障的各種原因，進而找到系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，以改進系統(tǒng)設(shè)計。 故障樹分析法[16]是一種從系統(tǒng)到部件，再到零件，按“下降形”分析的方法。它從系統(tǒng)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(fā)生的概率。同時也可以用來分析零件、部件或子系統(tǒng)故障對系統(tǒng)故障的影響，其中包括人為因素和環(huán)境條件等在內(nèi)。它對系統(tǒng)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(gòu)件所引起的系統(tǒng)故障，而且也可以分析多個構(gòu)件不同模式故障而產(chǎn)生的系統(tǒng)故障情況。--擴展閱讀：開封中儀流量儀表有限公司專業(yè)生產(chǎn)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(jié)流裝置、節(jié)流孔板、限流孔板等流量產(chǎn)品，更多有關(guān)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(wǎng)站：