ICS25.040.40 N10 备案号：45921—2014
JB
中华人民共和国机械行业标准
JB/T6810-2014 代替JB/T6810—1993
分散型控制系统功能模板模块
可靠性设计规范
Reliability design specification of function module
for distributed control system
2014-05-06发布
2014-10-01实施
中华人民共和国工业和信息化部发布 JB/T6810—2014
目 次
前言
T
范围
1
2规范性引用文件 3术语和定义. 4可靠性特征量及指标体系 4.1可靠性特征量 4.2 可靠性指标体系. 4.3 可靠性指标的选择 5可靠性设计 5.1 总则 5.2 硬件可靠性设计。 5.3 软件可靠性设计 6可靠性预计及分配 6.1可靠性预计 6.2可靠性分配 7故障分析. 8维修性设计 8.1 总则. 8.2 设计 9可靠性设计报告编写. 10可靠性设计评审参考文献.
-
8
中
9
.10 .10 11
表1功能模板模块的MTBF指标体系表2元器件应力分析计算.. JB/T6810—2014
前言
本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本标准代替JB/T6810—1993《分散型控制系统功能模板可靠性设计规范》，与JB/T6810—1993相比
主要技术变化如下：
标准名称改为“分散型控制系统功能模板模块可靠性设计规范”； -增加了部分规范性引用文件（见第2章）；增加了部分术语和定义（见第3章）； “模板电路结构设计”改为“可靠性设计”，包括总则、硬件可靠性设计、软件可靠性设计几个方面（见第5章）；对“模板可靠性预计”部分进行了修改（见6.1） -增加了可靠性分配”（见6.2》；对“维修性设计”部分进行了修改（见第8章）；增加了“可靠性设计评审”（见第10章）；删除了“附录A”和“附录B”（1993年版“附录A”和“附录B”）；增加了“参考文献”（见参考文献）。
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：浙江正泰中自控制工程有限公司、研祥智能科技股份有限公司、安徽蓝德仪
表有限公司、南京科远自动化集团股份有限公司、北京国电智深控制技术有限公司、重庆市科学技术研究院、河南新天科技股份有限公司、西南大学。
本标准主要起草人：李春霞、刘琴、孙怀义。 本标准参加起草人：金伟锋、庞观士、殷成楼、沈德明、田雨聪、刘兴莉、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/T6810—1993
II JB/T6810—2014
分散型控制系统功能模板模块
可靠性设计规范
1范围
本标准规定了分散型控制系统功能模板模块（简称功能模板模块）的可靠性及维修性设计要求、设计方法和设计评审。
本标准适用于功能模板模块的可靠性及维修性设计。基于IPC的工业控制计算机系统及其他控制装置的功能模板模块的可靠性及维修性设计可参照采用。
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。
GB4208外壳防护等级（IP代码） GB/T2900.13—2008电工术语可信性与服务质量 GB/T7289可靠性、维修性与有效性预计报告编写指南 GB/T17624.1—1998 3电磁兼容综述电磁兼容基本术语和定义的应用与解释 GB/T17626.2—2006 5电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验 GB/T17626.8—2006 电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验 GB/T17626.3—2006 电磁兼容 试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验 GB/T17626.4—2008 电磁兼容 试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 GB/T17626.5-2008 电磁兼容试验和测量技术浪涌（冲击）抗扰度试验 GB/T17626.6—2008 电磁兼容试验和测量技术射频场感应的传导骚扰抗扰度 GB/T17799.2—2003电磁兼容通用标准工业环境中的抗扰度试验 JB/T9268分散型控制系统术语 JB/T10389智能仪表可靠性设计评审
3术语和定义
GB/T2900.13和JB/T9266界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
分散型控制系统功能模板模块distributed control systemfunctiontemplatemodule 组成分散型控制系统各级设备、完成特定任务、采用模板或模块型式的功能单元。例如处理器模板
模块、各种过程输入/输出通道模板模块、通讯模板模块、运动控制模板模块等。 3.2
可靠性指标体系reliability indexes system 产品在其逐步完善的过程中不断提高的可靠性要求指标的集合。 （对骚扰的）抗扰度immunity（toadisturbance）在存在电磁骚扰情况下，装置、设备或系统具有不降低其运行性能的能力。
3.3
1 JB/T6810—2014
［GB/17624.1—1998定义2.1]
3.4
软件可靠性softwarereliability 软件可靠性是指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。 3.5
功能块functionblock 由相应功能块类型规定的数据结构的一个独立的和相关操作所组成的软件功能单元。
3.6
可靠性预计reliabilityprediction 为了估计产品在给定工作条件下的可靠性而进行的工作。 ［GJB451A—2005定义2.6.1.5］
3.7
可靠性分配 reliabilityallocation 为了把产品的可靠性定量要求按照给定的准则分配给各组成部分而进行的工作。 ［GJB451A-2005定义2.6.1.4］
3.8
故障分析 fault analysis 为确定和分析可能的故障的概率、原因及后果对失效产品进行的逻辑的、系统的检查。 ［GB/T2900.13—2008定义191-16-11］
3.9
可靠性设计评审reliabilitydesignreview 为保证产品设计符合可靠性要求，由非直接参加设计的有关方面（设计、生产、使用）的专家组成
评审机构，对产品的设计方案从可靠性的角度按事前确定的设计和评审表进行的审查。
4可靠性特征量及指标体系
4.1可靠性特征量
功能模板模块采用MITBF（平均故障间隔工作时间）作为主要可靠性特征量。也可根据系统要求，选择其他可靠性特征量［如可靠度R(t)、平均修复时间（MTTR)作为主要可靠性特征量的补充。
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: T
(1)
r
式中：
累积试验时间；一累积故障数。
T
b）可靠度R(t):
寿命服从指数分布时，可靠度R()见式（2)：
(2)
R(t) = e-t / MTBF
式中：
一规定的时间。
c）平均修复时间MTTR见式（3）：
MTTR = T
(3)
r
2 JB/T6810—2014
式中： T一一累积修复时间； r—累积故障数。
4.2可靠性指标体系
功能模板模块的MTBF指标体系见表1。
表1功能模板模块的MITBF指标体系
单位为小时
可靠性特征量
指 标
A 2X104
B 6×104
c 1×105
D >1×105
MTBF
4.3可靠性指标的选择 4.3.1功能模板模块的MTBF值按系统可靠性要求及分配值，在表1中选择，应不低于指标体系中的最低指标。 4.3.2如还需要选择其他可靠性特征量，一般MTTR应小于30min，其他指标由制造商和用户共同确定。
5可靠性设计
5.1总则 5.1.1功能模板模块的可靠性应满足分散型控制系统的要求。 5.1.2功能模板模块的设计应遵循采用成熟设计和简化设计的原则，并根据产品的技术与可靠性要求和类似产品的设计经验，制定设计准则，并贯彻实施。可靠性设计准则中应明确系统对模板模块的功能要求、可靠性定性与定量要求，采用的可靠性设计方法及对设计效果的验证评审要求与安排。 5.1.3功能模板模块在进行设计时，应合理选择和应用可靠性设计方法，处理好所采用的各种方法的关联与交叉，以获得好的设计效果。可靠性设计方法有元器件及材料选择与控制、降额设计、环境影响设计、热设计、电源适应能力设计、共模与串模抗扰度设计、电磁兼容抗扰度设计、检错、容错及几余设计。 5.1.4功能模板模块的软件，在保证产品技术功能实现和可靠运行的前提下，应遵循模块化和工程化的设计原则，并采取检错、纠错等提高可靠性的措施。 5.1.5功能模板模块可靠性设计的效果可结合产品的型式检验进行预估。检验中发现的问题按检验缺陷处理规定处理。 5.2硬件可靠性设计 5.2.1元器件及材料选择与控制
功能模板模块所采用的元器件及材料应根据模板模块技术要求和可靠性设计准则进行选择，制造商应对其质量进行控制。
元器件及材料选择与控制应遵循以下原则： a）尽可能地减少元器件的品种，提高不同类型功能模板模块间同类功能元器件的兼容性： b）所用的印制电路板材料应满足功能模板模块绝缘电阻等技术要求。印制板的设计应符合相关标
准规定；
3 JB/T6810—2014
c）元器件及材料采购应定型号规格、定采购厂家、定采购渠道： d）元器件及材料应进行入厂检验、入库检验和使用前验证； e）元器件在安装前应进行筛选。筛选的方法由制造厂规定。
5.2.2降额设计
降额是指元器件在使用中承受的应力低于其额定值，以达到延缓其参数退化，提高使用可靠性的目的。通常元器件有一个最佳降额范围，在此范围内，元器件工作应力的降低对其效率的下降有显著的改善。
降额设计应遵循以下原则： a）降额设计应合理确定元器件的降额等级。降额等级的选择可根据技术要求和可靠性设计准则，
参照GJB/Z35—1993中4.1： b）集成电路降额主要是降低高温集中部分的温度，降低由于元器件缺陷可能诱发的工作应力。降
额设计可参照GJB/Z35—1993中5.1 c）电阻器件降额的主要参数是环境温度、功率和电压。降额设计可参照GJB/Z35一1993中5.6。
环境温度影响应结合5.2.3b）进行考虑； d）电容器件降额的主要参数是工作电压和环境温度。降额设计可参照GJB/Z35一1993中5.8。环
境温度影响应结合5.2.3b）进行考虑； e）所采用的其他元器件的降额设计方法，可参考GJB/Z35一1993的相关部分。
5.2.3环境影响设计
功能模板模块环境影响设计主要考虑环境温度影响、相对湿度影响、气压影响、腐蚀性环境影响、 振动影响、倾跌影响、抗运输环境影响。对应用于特殊环境的功能模板模块，还应根据所应用的环境，考虑其相应的影响。
环境影响设计应遵循以下原则： a）功能模板模块应满足系统、设备规定的环境影响的要求。根据在工作期间、安装完毕后的待运
行期间及贮存和运输中，在规定场所可能面临的环境气候条件（温度、湿度、大气压力）和工作条件的严酷度等级，正确选择元器件等级和材料等级，合理进行电路设计和工艺设计，结合热设计等，提高环境适应性。
b）功能模板模块应满足系统、设备规定的振动、冲击等要求。根据在工作期间、安装完毕后的待
运行期间及贮存和运输过程中可能受到的振动、冲击等机械应力工作条件，进行防振动、冲击设计。接插件应能满足振动、冲击抗扰度的要求；具有活动部位的元器件或部件应有锁紧装置；采用子母板结构或栈接式结构的模板间的连接，信号接插件之间的连接，模板与安装架的定位固定和带壳体的功能模块的结构定位、整体安装固定，都应采取相应的防振动、冲击措施。
c）应用于腐蚀性气体环境的功能模板模块，应具有在腐蚀性气体环境条件下工作、贮存、运输的
能力。其硬件应具有防腐蚀性能，并根据防腐蚀要求进行处理。 d）应用于爆炸性环境的分散型控制系统的功能模板模块应满足系统的防爆要求。 e）功能模块外壳材料选择应满足5.2.4、5.2.6的要求，同时应根据外壳防护性能要求，由GB4208
中选择防护等级，并按其要求进行设计。 f）其他环境影响设计，根据对功能模板模块的特定要求，在可靠性设计准则中规定。
5.2.4热设计
热设计的目的是控制功能模板模块所有电子元器件的温度。热设计的主要参数是热流量、热阻和温度。采取的主要方法是在热源至热沉（外部环境）之间提供一条低热阻通路，保证热量顺利传递出去。
热设计应遵循以下原则：
4 JB/T6810—2014
a）功能模板模块热设计应根据其热特性与热环境情况设计散热途径。如具有外壳的功能模块，其
发热件可与壳体组成一个整体的散热片：插件式功能模板通过两侧的安装导轨：通过设备冷却系统（包括自然冷却）造成的空气对流等，带走热量。
b）功能模板模块所采用的元器件应符合低热阻的热安装要求，保证良好的热传导性能。元器件的
热安装技术设计可参照GJB/Z27一1992中第14章。 c）功能模板模块内部的热设计必须保证其处于最大功耗时，所有元器件的温度低于元器件的临界
温度。热设计可参照GJB/Z27—1992中13.1。 d）灌封型功能模块及功能模板模块的局部灌封件，应充分考虑热传导。同时应避免灌封过程可能
对被灌封电路造成的伤害，灌封后应进行性能测试。 e）安装于设备的功能模板模块的热设计，应与设备的热设计相互配合，通过设备的冷却系统散热。
安装功能模板模块的设备的热设计可参照GJB/Z27一1992中13.2。 f）当环境温度低于功能模板模块的规定极限值时：应进行保温设计，功能模板模块的保温设计可
与设备的保温设计一起考虑。
5.2.5电源适应能力及共模与串模抗扰度设计
电源供电质量降低和瞬变过应力会影响系统、设备和功能模板模块正常工作。电源适应能力设计主要包括电源电压暂降影响、电源电压短时中断影响、电源电压变化影响。过程通道模板模块还应进行共模与串模抗扰度设计。
电源适应能力及共模与串模抗扰度设计应遵循以下原则： a）功能模板模块应能在电源电压降至额定工作电压85%时正常工作。 b）功能模板模块应能承受电源电压降至额定工作电压40%的影响（低降的持续时间为5～50个周期），
电源恢复后应正常工作。 c）功能模板模块应能承受电源电压短时中断（中断电压<5%额定电压，持续时间为250个周期）
至额定工作电压0%的影响：电源恢复后应正常工作。 d）功能模板模块应能承受电源电压短时变化（直流电压变化参考GB/T17799.2一2003中表3，交
流电压变化参考GB/T17799.2一2003中表4）影响，当电源电压变化时应正常工作。 e）对于输入和输出端子与地隔离的功能模板模块（例如隔离型AI/AO通道模板模块，隔离型电平
输入/输出的DI/DO通道模板）应进行共模抗扰度设计。当模板模块在受到共模干扰电压影响时应正常工作。共模干扰电压值由产品标准确定。
f）功能模板模块应进行直流，交流串模抗扰度设计。当一个干扰电压串联叠加在输入信号上时。
模板模块应正常工作。串模干扰电压值由产品标准确定。 g）功能模板模块电路应具有防瞬态过应力的能力，设计时采取相应的保护措施。 h）功能模板模块的测量通道应具有一定的持续过压承受能力 i）对输入通道应采用一定的软硬件滤波措施。
5.2.6电磁兼容抗扰度设计
存在于电磁环境的电磁骚扰，会引起工作在该环境的设备或系统性能的降低（运行性能与正常性能的非期望偏离），电磁兼容抗扰度设计应增强不降低其运行性能的能力。电磁抗扰度设计主要考虑电快速瞬变脉冲群抗扰度、浪涌（冲击）抗扰度、射频场感应的传导骚扰抗扰度、射频电磁场辐射抗扰度、 工频磁场抗扰度、静电放电抗扰度。并达到以下要求：
a）电磁兼容抗扰度项目的选择原则：对带外壳的功能模块应按a）～f)，功能模板按a）～c）。制
造商还可以根据需要选择其他电磁兼容抗扰度项目。 b）电磁兼容抗扰度应达到以下要求之一：
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