跨接电缆可靠性设计研究报告

张民民

摘 要：通过可靠性分析，找出产品的薄弱环节，在开发阶段尽早预测或发现使用过程可能发生的各种潜在故障，从而采取有效的预防措施，以提高产品固有可靠性和使用阶段产品合格水平的保持能力。通过可用性分析，将客户要求固化到产品的设计阶段中，实现满足客户需求的产品功能特性。通过可维护性分析，实现快速排除故障，缩短维护时间。通过安全性分析，及时将安全隐患用适当的方法消除，保证产品的安全使用。

跨接电缆作为电连接器产品的延伸，生产装配涉及的工艺过程增加，在产品设计开发初期开始，通过对RAMS进行总体策划、指标预计分解及制定预防控制措施，可有效减少跨接电缆在客户处产生质量问题，也可有效减少公司内部质量问题，降低质量成本。

本文通过建立可靠性模型，进行可靠性指标预计，测定产品可否达到客户的预期要求;通过相关标准建立项目安全评价标准，并进行危险评价;通过FMEA分析，找出项目薄弱点，制定、跟踪控制措施。

关键词： 跨接电缆;RAMS ;可靠性;安全性;FMEA ;可维护性;LCC

前  言

跨接电缆项目作为公司年度重点项目，其设计、开发过程运用可靠性方法及工具进行设计研究、管理。通过可靠性分析，找出产品的薄弱环节，在开发阶段尽早预测或发现使用过程可能发生的各种潜在故障，从而采取有效的预防措施，以提高产品固有可靠性和使用阶段产品合格水平的保持能力。通过可用性分析，将客户要求固化到产品的设计阶段中，实现满足客户需求的产品功能特性。通过可维护性分析，实现快速排除故障，缩短维护时间。通过安全性分析，及时将安全隐患用适当的方法消除，保证产品的安全使用。

一、 RAMS适用范围

本报告适用于跨接电缆生命周期全过程，在产品设计、开发各阶段同步实施RAMS，并落实到产品的设计、工艺、供方管理、制造和使用维护中去。

二、 电连接器可靠性总体要求

从产品设计开发阶段、工艺阶段、制造阶段、对供方的要求、以及对系统可靠性管理的要求五个方面均要进行。

三、 总体实施系统可靠性

（一） 产品设计开发阶段可靠性实施

1. 可靠性建模

可靠性模型是对系统及其组成单元之间的可靠性/故障逻辑关系的描述。可靠性模型包括可靠性框图及其相应的数学模型。

根据此电缆的原理及各组成单元之间的故障逻辑关系，建立了可靠性框图，如下图所示：

电缆可靠性框图

由以上可靠性框图可以看出，跨接电缆为串联模型，该类模型是最常用且最简单的模型。系统的组成单元中的任一单元的故障都会导致整个系统的故障。

由于每个单元的工作时间与系统工作时间相同各单元的寿命分布均为指数分布，系统的寿命也服从指数分布，系统的故障率：

系統的平均故障间隔时间为_______________。

2. 可靠性预计

可靠性预计可以采用多种方法进行分析，根据此产品特点及阶段（详细设计阶段），采用应力分析法进行可靠性预计。

3.应力分析法

应力分析法用于电子产品详细设计阶段的单元故障预计。在预计单元内电子元器件工作故障率时，应用元器件的质量等级、应力水平、环境条件等因素对基本故障率进行修正。本分析按照GJB/Z299C-2000《电子设备可靠性预计手册》中相应参数进行预计。

4. 插头可靠性预计②

5. 压接点工作失效率预计

6.导线工作失效率预计

7.电缆工作失效率预计

接触体和导线使用最少的电缆系统的故障率：

接触体和导线使用最多的电缆系统的故障率：

系统的平均故障间隔时间为：

8.结论

跨接电缆平均故障间隔时间的设计指标为：3×105h，预计值为80.25×105h和8.09×105h，远大于设计值。

（二）安全性分析

1. 安全性评价标准 （符合EN 50126）③

危险严重度等级的规定提供了一个人员失误、环境条件、设计不足、程序缺乏或导致的最恶劣设想事故的定量方法。

2.电连接器危险评价

电连接器危险评价

3.可靠性、可用性及维修性分析

在方案设计阶段，建立可靠性框图及数学模型。在技术设计阶段，建立产品结构树，进行DFMEA分析，提出措施，并须纳入产品设计图纸中，随着设计的深入，进行可靠性、维修性的详细预计，并与可靠性、维修性分配目标进行比较，迭代更新，最终应满足整个电连接器RAMS要求，形成可靠性、可用性及维修性分析报告。

（1） 可维护性

由于该系列产品结构相对简单，故障模式单一，此维护性设计以定性方式进行，该产品通过以下特点达到相应可维护性要求，如下：

a良好的可达性——产品结构保证，取送工具可以方便取送接触体;

b高标准化和互换性程度——产品加工过程控制尺寸公差;

c具有完善的防差错措施及识别标识——产品键位保证;

d保证维护安全——产品在插头插座分离状态断电情况下，无维护危险;

e良好的测试性——产品通电后，可以通过专用工具方便测量电气参数;

f符合维护的人机工程要求——产品结构保证，插座安装螺栓有足够的安装空间（扳手）;电连接器外形及重量在工人单手承载范围内;插座保护盖的开关装置施加力合理;

（2） 产品全寿命周期费用（LCC）分析

在方案设计阶段和技术设计阶段，产品设计人员对新产品进行LCC分析和计算，对产品的性能、可靠性、维修性、经济性等诸多因素进行综合权衡，使产品的费用——效能达到最佳，并为优化产品的维修方案提供依据。

（3） 与供方技术接口

新产品对外购件有特殊要求和RAMS、LCC要求的，与供方签订技术规格书或技术协议列入采购合同文本。

4. 工艺阶段实施可靠性

在工艺审查阶段提出PFMEA文件清单。在工艺方案设计过程中实施PFMEA分析并形成文件，确定潜在的与过程故障模式有关的产品;确定引起故障的潜在的制造或装配过程原因，并确定哪一类过程故障是应该重点避免的以及相关的关键过程;找到和发现一系列的过程故障模式，为今后的分析工作打下良好的基础，建立一个优选的系统。。并将PFMEA措施纳入工艺文件中。

四、 制造阶段实施可靠性

产品检验、试验策划，编制整个检验方案，对进货验、过程、最终检验进行策划，将危害登记册的内容作为检验重点纳入总体检验要求中。编制检验试验计划及安全证明文件编制计划，将有RAMS要求的，纳入检验卡片和质量特性记录表及试验（调试）记录表中。

操作者、检验人员根据检验文件，实施产品检验，并填写产品特性记录表和危害登记册，验证检验文件满足设计、工艺的RAMS要求。

参考文献：

①欧盟标准EN50126：1999  第3章关于RAMS的定义

②国家军用标准GJB/Z299C-2000   第5.11条关于连接器可靠性预计模型及方法。

③国家军用标准 GJB/Z 1391-2006《故障模式、影响与危害度分析》第7.3条款FMEA实施表格及填写要求

④ 陈学勇 董文亮   电连接器可靠性设计探讨  2006.3 表2内容。