ICS25.040.40 N 17 备案号：459192014
JB
中华人民共和国机械行业标准
JB/T103902014 代替JB/T10390—2002
智能仪表可靠性设计方法
Reliability design methods for intelligent instrument
2014-10-01实施
2014-05-06发布
中华人民共和国工业和信息化部发布 中华 人民共和国
机械行业标准智能仪表可靠性设计方法
JB/T10390—2014
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机械工业出版社出版发行北京市百万庄大街22号
邮政编码：100037
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210mm×297mm·1.25印张·40千字
2015年3月第1版第1次印刷
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书号：15111·12236 网址：http：//www.cmpbook.com 编辑部电话：（010）88379778 直销中心电话：（010）88379693
封面无防伪标均为盗版
版权专有 侵权必究 JB/T10390—2014
目 次
前言 1范围 2规范性引用文件 3术语和定义..
II
智能仪表可靠性特征量及指标体系
4
4.1智能仪表的可靠性特征量 4.2智能仪表可靠性指标体系， 5可靠性设计 5.1概述.. 5.2：.常用的可靠性设计技术方法 5.3形成可靠性技术报告 6可靠性设计评审，附录A（资料性附录）智能仪表可靠性预计示例 A.1智能仪表功能框图及可靠性逻辑框图 A.2流量计整机及功能单元可靠性数学模型附录B（资料性附录）智能仪表可靠性分配示例 B.1合同要求.. B.2 从整机到功能单元的可靠性指标分配 B.3从功能单元级到部件级的可靠性指标分配附录C（资料性附录）智能仪表故障分析示例 C.1 绘制某流量计可靠性功能分级框图 C.2 故障模式， C.3 FME(C)A分析表参考文献
10 10 11 12 12 12 12 14 14 14 15 16
图A.1 流量计工作原理框图图A.2流量计可靠性逻辑框图图A.3传感单元可靠性逻辑框图图A.4放大单元可靠性逻辑框图图A.5 转换单元可靠性逻辑框图图B.1 某流量计可靠性逻辑框图图c.1 流量计可靠性分级框图
10 10 10 10 11 12 14
表1 智能仪表可靠性指标体系表2元器件应力分析计算表表B.1整机到功能单元的可靠性指标分配统计表B.2 从转换单元级到部件级的可靠性指标分配统计表C.1 故障模式汇总表C.2 传感单元部分FME(C)A分析表
2
13 14 15 I JB/T103902014
前言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准代替JB/T10390—2002《现场总线智能仪表可靠性设计方法》，与JB/T10390—2002相比主要
技术变化如下：
修改了标准的名称，删除了现场总线的限定词，扩大了本标准的适用范围：
修改了标准的范围，删除了原可靠性评审的要求（见第1章)；
修改了规范性引用文件，将军标部分放入参考文献（见第2章）；一修改了“术语和定义”章，增加了部分术语定义（见第3章）；
一修改了可靠性指标体系，补全了指标体系（见第4章）；修改了可靠性设计技术，调整了章节条款，补充了部分常用的方法，强调了针对智能仪表的可靠性设计方法（见第5章）；修改了可靠性评审，改为按同批的评审标准（见第6章）。
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本标准由中国机械工业联合会提出。 本标准由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会（SAC/TC124）归口。 本标准负责起草单位：重庆工业自动化仪表研究所。 本标准参加起草单位：重庆市科学技术研究院、昆山双桥传感器测控技术有限公司、中环天仪股份
有限公司、上海肯特仪表股份有限公司、安徽蓝德仪表有限公司、河南新天科技股份有限公司、西南大学。
本标准主要起草人：孙怀义、李春霞、刘兴莉。 本标准参加起草人：王冰、杨彬、李兴化、殷成楼、刘琴、刘小莉、刘一兵、费战波、周雪莲。 本标准所代替标准的历次版本发布情况为：
JB/T10390—2002。
IⅡI JB/T10390—2014
智能仪表可靠性设计方法
范围
1
本标准规定了智能仪表的可靠性指标体系及可靠性设计方法。 本标准适用于智能仪表在研制过程中的可靠性设计。其他仪表及部件的设计也可参照使用。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。 凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T2900.13电工术语可信性与服务质量 GB/T7829故障树分析过程 GB/T14394一2008计算机软件可靠性和可维护性管理 GB/T29821工业过程测量和控制系统用仪表可靠性技术报告编写导则 JB/T10389—2014智能仪表可靠性设计评审
3术语和定义
GB/T2900.13界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
智能仪表intelligentinstrument 以微处理器或微型计算机等智能处理单元为基础而设计，具有数字通信功能，同时还具有数据采集、
存储、处理、组态、诊断、控制等一种或多种功能的数字化仪表。 3.2
可靠性指标体系reliabilityindexessystem 产品在其逐步完善的过程中不断提高的可靠性指标的集合。
3.3
软件可靠性softwarereliability 软件在规定的条件下和规定的时间内，能按规定的设计规范要求提供可用服务的程度。
3.4
平均修复时间（MTTR） meantimetorepair 智能仪表从发现故障到恢复规定功能所需的时间的平均值（即故障检测、故障定位、故障诊断、故
障维修时间之和的平均值）。 3.5
可靠性技术报告（以下简称报告）reliabilitytechnicalreport 智能仪表在方案论证阶段、研制阶段中所开展的可靠性分析与评价报告（包括对智能仪表进行的可
靠性预计、可靠性分配、故障分析、可靠性设计技术应用分析等内容）的总称，它能为智能仪表鉴定或验收提供可靠性评估依据。 3.6
噪声noise
1 JB/T10390—2014
对目的信号以及为目的信号服务的信号以外的所有信号的总称。
3.7
辐射radiate 自然界中的一切物体，只要温度在绝对温度零度以上，都以电磁波的形式时刻不停地向外传送能量，
这种传送能量的方式称为辐射。
4 智能仪表可靠性特征量及指标体系 4.1智能仪表的可靠性特征量
可靠性特征量应能定量地衡量在规定条件下使用的智能仪表的可靠性。对智能仪表推荐采用MTBF （平均故障间隔工作时间）作为必须考核的可靠性特征量指标。也可根据智能仪表的特点选择可靠度、 有效度等其他可靠性特征量。
a）平均故障间隔工作时间MTBF（即平均无故障工作时间）见式（1)。
MTBF:
(1)
式中：
抽检样品或可靠性试验方法规定的考核试验样品个数：第i个抽检样品（或考核试验的样品）的累积工作时间；被抽检或被考核的样品在使用或试验时间内出现的累积故障次数。
n- L
b）可靠度R()：智能仪表在规定的使用条件下，使用到某一时刻t时，仪表还能完成规定功能的
概率见式（2)。
R(t) =e
(2)
式中： —仪表失效率。
c）有效度A(t)：智能仪表在规定的使用条件下，在某个观察时间t内，能保持其规定功能的能力见
式(3)。
MTBF MTBF+MTTR
A(t):
(3)
式中： MTTR—智能仪表的平均修复时间。
4.2智能仪表可靠性指标体系 4.2.1 智能仪表可靠性指标推荐从表1中选取
可靠性指标的规定不是一成不变的，是将理论分析结果和实际应用情况进行分析综合所得，因而在智能仪表开发研制逐步成熟的过程中，应进行不断的补充和完善。
表1，智能仪表可靠性指标体系
可靠性特征量
指标要求
实验室 1.6×10°h 2.0×10°h 2.5×10° h 4X10°h 6.3X10°h >6.3×10°h 现场
MTBF
10×10°h 16X10° h 25×10° h 50 × 10° h 100×10*h >100×10°h 0.923
t=8 000 h t=4 000 h
0.951 0.975
>0.992 >0.996
0.969 0.984
0.984 0.992
0.992 0.996
R(t) 注：R()根据现场指标要求按式（2）计算得到。
0.961
2 JB/T10390—2014
本指标体系适用于智能仪表在研制过程中和批量生产中对可靠性指标的选取，或供、需双方在签订合同时对智能仪表提出可靠性要求时选用。 4.2.2 指标的选择
可靠性指标的选取应考虑下列因素： a）智能仪表技术成熟程度： b）智能仪表质量保证条件： c）应用要求。
5可靠性设计
5.1概述
为了确保智能仪表的固有可靠性，必须运用可靠性设计技术进行可靠性设计和分析，并对设计效果进行评审。智能仪表与非智能仪表的区别在于智能仪表能够通过软件实现部分功能，因此对智能仪表开展的可靠性设计，应在软件可靠性方面采取相应的设计技术，以提高其固有可靠性。同时，在智能仪表的设计过程中应根据应用场所的需求针对性选择相应的可靠性设计技术，以提高智能仪表的使用可靠性。 5.2常用的可靠性设计技术方法 5.2.1 1元器件选择与控制
元器件是组成智能仪表的基本单元。智能仪表的可靠性水平首先依赖于元器件的可靠性水平。 对元器件的选择与控制： a）选择有可靠性指标的元器件： b）元器件采购采用“三定”原则，即定型号、定采购厂家、定采购渠道； c）元器件应进行“三检”，即入厂检验、入库检验（核对型号规格）和使用前验证（核对型号规格）。 元器件经过100%的老练筛选，以淘汰掉部分可靠性较差的元器件，老练筛选以电应力和热应力为
主要应力源。
5.2.2 2可靠性预计与分配 5.2.2.1可靠性预计
可靠性预计是指智能仪表在设计阶段，根据智能仪表使用的元器件、功能、使用环境以及它们的相互关系推测智能仪表未来工作状态的方法。
通过可靠性预计，可判断设计是否达到要求的可靠性目标值：找出设计中的薄弱环节，分析最终可能导致智能仪表失效的原因等，以便改进。
a）智能仪表可靠性预计程序：
根据智能仪表的功能、各功能单元之间的物理联系，画出智能仪表的功能框图：根据智能仪表各单元的可靠性关系，画出智能仪表的可靠性逻辑框图，并建立可靠性数学模
·
型： ·确定元器件的可靠性；：预计部件的可靠性，以后逐级进行预计：
预计整机的可靠性。
.:
b）智能仪表可靠性预计模型与方法：
3 JB/T10390—2014
智能仪表可靠性预计采用元器件应力分析法：：元器件失效模型：采用GJB/Z299C；
利用串行模型预计出功能单元的可靠性，再根据各功能单元之间的可靠性关系和建立的可靠性数学模型，预计出智能仪表可靠性。以某智能流量计为例进行预计，参见附录A。
将以上各功能单元所组成的元器件按照表2的格式，计算出各单元的失效率，再利用上述方法及数学模型即可预计出某智能流量计的可靠性水平。
表2元器件应力分析计算表
工 程 数 据
可靠性分析
元件 型号
名称 规格 数量 应力比 等级 环境
应用 基本失 修正 应用失
质量
序号
温度 环境 效率 系数 效率
设备名称：环境条件： 5.2.2.2可靠性分配
部件名称：制表人员：
功能单元名称：制表日期：
可靠性分配是将规定的智能仪表可靠性指标合理地分配给智能仪表中每一个部件的一种方法，是可靠性预计的逆过程。通过可靠性分配，可以使设计人员明确所设计的各部件乃至所选用的元器件的可靠性水平应达到何种程度，再与预计结果比较，找出设计时可靠性考虑不足的部分，进行改进设计，提高智能仪表的固有可靠性。
可靠性分配方法主要有： a）平均分配法； b）阿林斯分配法； c）代数法； d）重要度分配法； e）工程加权分配法； f）稳态有效度分配法等。 智能仪表可靠性分配推荐采用工程加权分配法。该方法考虑的因素有复杂程度、技术水平、维修因
子、致命度等多种加权因子，根据智能仪表的具体情况各因子在1～10范围内选取。计算公式见式（4)：
ZkMTBE
MTBE, =
(4)
Ikg j=l
式中： MTBF 分配到i单元的可靠性指标；
m 表示共有m个单元；
表示共有1个加权因子；
1
kij 表示第i个单元第j个因素的加权因子 MTBF, 智能仪表可靠性设计目标值。
4