开封市中仪流量仪表有限公司
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阅读：104发布时间：2021-12-24
智能电磁流量计的可靠性设计
3.3.1 可靠性理论
可靠性理论[6]中可靠性是以概率形式定义的，在阐述可靠性理论时必须使用随机变量、密度函数、分布函数等知识。累计分布函数F（t）定义为随机变量不大于t 的随机实验中的概率， ∫.∞ = t F(t) f (t)dt 公式 3-1 式中，f(t)是随机变量（失效前工作时间）的概率密度函数。 系统的可靠度函数R（t）为某一设备到某一时刻t 之前不发生失效的概率。 ∫∞ = . = t R(t) 1 F(t) f (t)dt 公式 3-2 。 可靠性模型中使用的统计分布[6]中，我们发现有一部分统计分布能满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：正态分布，对数正态分布， 指数分布，二项分布，泊松分布等。 可靠性模型如可靠性理论中的描述，主要有串联系统，并联系统，k/n 表决系统，混合系统，储备系统，复杂系统等系统[17] 。
3.3.2 硬件可靠性设计
可靠性设计准则的内容很多，主要包括[8]：
1. 制定元器件大纲
为了达到和保持设备的固有可靠性，减少元器件、零部件品种、降低保障费用和系统寿命周期费用，必须控制标准元器件和非标准元器件的选择和使用。 元器件一般指的是电子、电气系统的基础产品；而零部件一般指的是机械系统的基础产品装备就是由各种基础产品即由各种元器件、零部件构成的。由于其数量、品种众多， 所以它们的性能、可靠性、费用等参数对整个系统性能、可靠性、寿命周期费用等影响极大。如果承制方在研制早期就开始对元器件、零部件的应用、选择、控制予以重视，并贯彻于系统寿命周期，就能大大提高系统的优化程度。一个有效的元器件大纲所需要的投资，可以从降低系统寿命周期费用，提高系统效能得到补偿。比如使用标准件可以提高产品的固有可靠性和互换性，消除使用非标准件所需的设计、制造和试验费用，从而降低产品的成本。
元器件大纲的主要内容包括：元器件控制大纲、元器件的标准化、元器件应用指南、元器件的筛选等。 制定元器件大纲应考虑装备任务的关键性、元器件的重要性、生产的数量、装备的维修方案、元器件的供应、所占新元器件的百分比、元器件的标准化状况等。元器件大纲中的各项工作与其他分析有关。如与安全性、质量控制、维修性和耐久性等分析有关。上述任何一种分析都可能提出对不同元器件、零部件的要求。在某些情况下，为了满足系统的要求，需要质量更高的新设计的元器件。而在另一种情况下，为了减少系统寿命周期费用和保证供应，则需要采用标准件。因而元器件大纲的制定和执行必须充分体现权衡分析的精神。
2. 降额设计
降额设计就是使元器件或设备工作时承受的工作应力适当低于元器件或设备规定的额值，从而达到降低故障率、提高使用可靠性的目的。电子产品和机械产品都应做适当的降额设计，因电子产品的可靠性对其电应力和温度应力敏感，故而降额设计技术对电子产品则显得尤为重要，成为可靠性设计中的组成部分。 对于各类电子元器件，都有其的降额范围，在此范围内工作应力的变化对其失效率有较明显的影响，在设计上也较容易实现，并且不会在设备体积、重量和成本方面付出过大的代价。过度的降额并无益处，会使元器件的特性发生变化或导致元器件数量不必要的增加或无法找到适合的元器件，反而对设备的正常工作和可靠性不利。
3. 简化设计
简化设计就是在保证产品性能要求的前提下，尽可能使产品设计简单化。简化设计可以提高产品的固有可靠性和基本可靠性。 为了实现简化设计，可采取以下措施：
1) 尽可能减少产品组成部分的数量及其相互间的联接。例如可利用*的数控 加工及精密铸造工艺，把过去要求很多零部组件装配成的复杂部件实行整体加工及整体铸造，成为一个部件；
2) 尽可能实现零、部、组件的标准化、系列化与通用化，控制非标准零、部、 组件的比率。尽可能减少标准件的规格、品种数。争取用较少的零、部、组件实现多种功能；
3) 尽可能采用经过考验的可靠性有保证的零、部、组件以至整机；
4) 尽可能采用模块化设计。
4. 余度设计
余度技术是系统或设备获得高可靠性、高安全性和高生存能力的设计方法之一。特别是当元器件或零部件质量与可靠性水平比较低、采用一般设计已经无法满足设备的可靠性要求时，余度技术就具有重要的应用价值。 “余度”就是指系统或设备具有一套以上完成给定功能的单元，只有当规定的几套单元都发生故障时，系统或设备才会丧失功能，这就使系统或设备的任务可靠性得到提高。各种余度系统可靠性模型已在第二章介绍。但是余度使系统或设备的复杂性、重量和体积增加，使系统或设备的基本可靠性降低。系统或设备是否采用余度技术，需从可靠性、安全性指标要求的高低；元器件和成品的可靠性水平；非余度和余度方案的技术可行性；研制周期和费用，使用、维护和保障条件，质量、体积和功耗的限制等方面进行权衡分析后确定。
为提高系统或设备的可靠性而采用余度技术时，需与其他传统工程设计相结合。因为不是各种余度技术在各类系统和设备上都可以实现，因此应根据需要与可能来确定。可以较全面的采用，也可以局部地采用，不过一般在系统的较低层次单元中采用余度技术，针对系统中的可靠性关键环节采用余度技术时对提高系统可靠性、减少系统的复杂性更有效。同时需注意，采用某些余度技术时会增加若干故障检测和余度通道切换装置，它们的不可靠度应保证低于受控部分的50%，否则采用余度布局所获得的可靠性增长将会被它们的故障所抵消。 此外，余度技术也不能用来解决设备超负荷之类的问题。
余度设计的任务包括：
1) 确定余度等级(根据任务可靠性和安全性要求，确定余度系统抗故障工作的能力)；
2) 选定余度类型(根据产品类型及约束条件和采用余度的目的来确定)；
3) 确定余度配置方案；
4) 确定余度管理方案。
5. EMC 电磁兼容设计
电磁兼容设计的目的就是使系统即不受外部电磁干扰的影响，也不对其他电子设备产生影响。 智能电磁流量计中常用的抗电磁干扰的措施有：滤波技术，去藕电路，电磁屏蔽技术和接地技术等等。
6. 故障自动检测和诊断技术
对于复杂的系统，为了保证能及时检测出故障装置或单元模块，使系统能在状态下工作，就需要对系统进行在线测试和诊断。
3.3.3 软件的可靠性设计
软件的可靠度是指软件在规定的条件下、规定的时间内不引起系统故障的概率。这种概率是系统输入与系统使用的函数，也是软件中存在缺陷的函数。 软件的可靠性设计是指在遵循软件工程规范的基础上，在软件设计过程中采用一些专门的技术应用到软件设计过程中，以提高软件的可靠性。软件的可靠性设计就是要求尽量将软件程序规范化、标准化和模块化，尽可能的把复杂的问题简化为几个小任务加以实现。
软件的可靠性设计的技术有[7]：软件在线检查，软件容错，软件重用，软件故障树分析，软件失效模式与效应分析，软件复杂性控制等方法： 1. 软件在线检查 软件在线检查的对象是软件的故障，在硬件支持下(假定硬件中不存在故障)自检测试系统。 软件在线测试的方法根据故障的不同而不同，但是通用的一些技术为： 1）检测软件执行的时间。如果执行时间超过一定界限，便认为软件发生故障。 2）在软件执行中设置标志，程序执行结束前检查标志以判断软件是否有问题。
2. 容错设计
对于软件失效后果特别严重的场合，如飞机的飞行控制系统、空中交通管制系统、核反应堆安全控制系统等，可采用容错设计方法。此时，软件的故障率要求低于0.001h-1。常用的容错方法如下：
1) N 版本编程法 N 版本编程法的核心是：通过多个模块或版本不同的设计软件， 对于相同初始条件和相同输入的操作结果，实行多数表决，防止其中某一软件模块/版本的故障提供错误的服务，以实现软件容错。为使此种容错技术具有良好的结果，必须注意： a）使软件的需求说明具有*性和精确性。这是保证软件设计错误不相关的前提。因为软件的需求说明是不同设计组织和人员的共同出发点。 b）设计全过程的不相关性。它要求各个不同的软件设计人员彼此不交流，程序设计使用不同的算法、不同的编程语言、不同的编译程序、不同的设计工具、不同的实现方法和不同的测试方法。为了*保证软件设计的不相关性，甚至提出设计人员应具有不同的受教育背景，来自不同地域、不同的国家。
2）恢复块技术 恢复块技术的设计思想是：把一些*的故障测试和恢复特性引人单一版本软件。其目的在于：用可接收性测试（Acceptance Test）实现软件的故障测试。该测试对首先启动的模块运行结果实行。如果测试不通过，则恢复系统的原来状态，在相同的硬件上执行另一模块；若以后的可接受性测试得以通过，则被认为完成了恢复功能。 恢复块技术的要点是：可接收性测试准则，恢复点的状态保持和选择策略，以及不同算法的设计。
3. 软件重用
限度地重用现有的成熟软件，不仅能缩短开发周期，提高开发效率，也能提高软件的可维护性和可靠性。因为现有的成熟软件，已经过严格的运行检测，大量的错误已在开发、运行和维护过程中排除，应该是比较可靠的。在项目规划开始阶段就要把软件重用列入工作中*的一部分，作为提高可靠性的一种必要手段。 软件重用不仅仅是指软件本身，也可以是软件的开发思想方法、文档，甚至环境、数据等，包括三个方面内容的重用： (1)开发过程重用，指开发规范、各种开发方法、工具和标准等。 (2)软件构件重用，指文档、程序和数据等。 (3)知识重用，如相关领域专业知识的重用。 一般用的比较多的是软件构件重用。 软件重用的过程如下：候选，选择，资格，分类和存储，查找和检索。在选择可重用构件时，一定要有严格的选择标准，可重用的构件必须是经过严格测试的、甚至是经过可靠性和正确性证明的构件，应模块化（实现单一、的完整的功能）、结构清晰（可读、可理解、规模适当），且有高度可适应性。
4. 软件故障树分析
软件的故障树分析法是一种系统化、形式化的分析方法，是以演绎的方法找出导致系统故障的各种原因，进而找到系统的薄弱环节，以改进系统设计。 故障树分析法[16]是一种从系统到部件，再到零件，按“下降形”分析的方法。它从系统开始，通过由逻辑符号绘制出的一个逐渐展开成树状的分枝图，来分析故障事件（又称顶端事件）发生的概率。同时也可以用来分析零件、部件或子系统故障对系统故障的影响，其中包括人为因素和环境条件等在内。它对系统故障不但可以做定性的而且还可以做定量的分析；不仅可以分析由单一构件所引起的系统故障，而且也可以分析多个构件不同模式故障而产生的系统故障情况。--扩展阅读：开封中仪流量仪表有限公司专业生产电磁流量计、孔板流量计、涡街流量计、文丘里流量计、v锥流量计、v型锥流量计、喷嘴流量计、插入式电磁流量计、智能电磁流量计、分体式电磁流量计、一体式电磁流量计、标准孔板流量计、标准孔板、一体化孔板流量计、标准喷嘴流量计、长径喷嘴流量计、标准喷嘴、长径喷嘴、插入式涡街流量计、智能涡街流量计、锥型流量计、v锥型流量计、节流装置、节流孔板、限流孔板等流量产品，更多有关电磁流量计、孔板流量计、涡街流量计的信息请访问开封中仪网站：
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