【航天工业行业标准(QJ)】 卫星可靠性设计指南

中华人民共和国航空航天工业部航天工业标准QJ 2172-91
卫星可靠性设计指南
Guide to Satellite Reliability design1991-02-05发布
中华人民共和国航空航天工业部1991-12-01实施
主题内容与适用范围
引用标准
一般要求
制订和执行可靠性大纲
权衡分析
4.3新技术、新器材采用原则
5可靠性指标论证、建模、分配与预计5. 1
可靠性指标论证
建立可靠性模型
可靠性预计
5.4可靠性指标分配
可靠性设计
元器件、原材料的选择和控制
电子设备可靠性设计
优选和简化电路
正确使用和降额应用元器件
电路容差分析
稳定性和瞬态过程分析与保护
电子设备热设计
抗辐射设计
完余设计
防振和防潮设计
6.2.9电磁兼容性设计
防卫星静电放电(ESD)设计
6.3机械产品可靠性设计
卫星结构可靠性设计
6.3.1.1基本内容
6.3.1.2静强度的可靠性计算
6.3.1.3疲劳强度的可靠性计算
· (1)
6.3.1.4断裂强度的可靠性计算
6.3.1.5卫星结构可靠性估算
6.3.2其他机械产品可靠性设计
6.4安全性设计
6.4.1安全性设计一般要求
6.4.2安全性设计方法
6.4.3危险消除标准
6.4.4安全性试验
6.5维修性设计
维修性设计准则
6.5.2维修性指标
6.5.3维修性设计步骤
6.5.4维修性指标的分配和预计
6.5.5维修性验证
6.6人机工程设计
6.7可靠性分析与关键项目控制
6.7.1失效模式和效应分析
6.7.2故障树分析
6.7.3潜在电路分析
关键项目控制
6.8软件可靠性
6. 8. 1车
软件错误分类
软件可靠性模型
提高软件可靠性的方法
7可靠性试验
7.1元器件二次筛选
单板和整机老练
7.3寿命试验
7.4可靠性增长试验
可靠性验证试验
7.6可靠性试验注意事项
8可靠性设计评审
9可靠性评估
9.1可靠性评估准则
·(70)
* (73)
· (98)
9.2可靠性评估方法
10可靠性数据收集与数据库
10.1可靠性数据的分类
10.2可靠性数据信息的传递
10.3数据库及对数据的要求
附录A元器件选择和应用准则（参考件）附录B电子元器件降额准则和十年参数退化汇总表（参考件）(113)
中华人民共和国航空航天工业部航天工业标准卫星可靠性设计指南
1主题内容与适用范围
本标准提出了卫星系统、分系统及设备可靠性设计和分析的方法QJ 2172-91
本标准适用于卫星系统，分系统及设备的可靠性设计，地面设备可参照执行，2引用标准
GB2693
电子设备固定电容器试验方法
逐批检查计数抽样程序及抽样表（适用于连续批的检查）GB2828
GB2894
GB7423
GB7828
GJB450
GJB451
QJ1018
QJ1176
QJ1302
QJ1408
QJ1417
QJ1509
QJ1510
QJ1556
QJ1589
3术语
安全标志
半导体器件散热器
可靠性设计评审
装备研制与生产的可靠性通用大纲可靠性维修性术语
小功率电源变压器和滤波阻流圈技术条件低频变压器和阻流圈技术条件
航天产品特性分类和管理方法
标准太阳电池
卫生环境试验要求
设计评审规范
航天器和导弹武器系统可靠性大纲元器件可靠性降额准则
G103系列脱落连接器总规范
绕接式接触件的接线柱技术条件电子元器件质量与可靠性数据采集卡的填写规定可靠性增长试验
航空航天工业部1991-02-05批准1991-12-01实施
3.1权衡Tradeoff
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对几种备选方案进行评定，为从中仅选取一个方案提供坚实基础的分析过程。3.2降额Derating
以提高应用可靠性为目标，对产品施加应力低于额定值。3.3可达性Accessibility
以操作或维修为目的，接近产品各部位的方便程度的度量3.4可用性Availability
产品在某一未知（随机）时刻被要求完成其任务时，在任务开始时处于能工作和可投人使用状态的程度的一种度量。3.5安全性Safety
免除人员伤亡和设备与财产的毁坏和损失的可能性，3.6可信性Dependability
在任务一开始产品状态已知的条件下，产品在执行任务过程中在一点或点以上的工作状态包括可靠性和维修性的影响在内的度量，它可以叙述为产品将：（a）在规定的任务期间进入或占据任何一个要求的工作方式，（b）执行与那些工作方式有关的功能的概率
3.7单点失效singlepointfailure某产品的失效将导致整个系统失效，且不能由贮备或代替工作的程序来补偿。4一般要求
4.1制订和执行可靠性大纲
4.1.1目的
a，提高产品的任务成功率；
b.降低产品对维修和后勤保障的需要；c.为工程管理及使用提供必要的可靠性信息；d。保证可靠性工作的投资有显著的效益，4.1.2对可靠性保证大纲的要求
a.产品承制单位应依据QJ1408制订可靠性保证大纲；b.产品可靠性保证大纲应包括涉及整个研制过程中相互有联系、协调的可靠性管理、可靠性工程和可靠性测算等工作项目；c.产品可靠性保证大纲应按照产品本身的特点及合同（或任务书）要求，确定可靠性工作项目及工作内容、范围；d.可靠性工作应与其他研制工作（设计、质量控制、维修性、安全性等）密切结2
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合、协调一致，以防止重复工作，提高投资效益；e.产品可靠性保证大纲工作项目应纳人产品研制计划，以保证规定的可靠性工作项目圆满完成，
4.1.3可掌性保证大纲的审批程序可靠性保证大纲应在型号总师（副总师或主任设计师）主持下，由可靠性设计师制定，经评审及批准后实施，大纲修改应履行同样的程序，4.1.4可靠性设计要求
表1列出卫星系统在各研制阶段的可靠性工作项目，可靠性设计是其中重要组成部分，卫星可靠性设计的基本要求如下：a.通过功能和可靠性分析来鉴别系统、分系统、设备的全部薄弱环节；b．通过可靠性指标论证、可靠性建模，分配和预计来估计系统故障率；c系统设计中应尽量避免单点失效；d通过合理亢余提高系统（设备）的可靠性；c.通过加大设计裕量（如降额应用）和采用光、机、电、软件可靠性设计技术、使故障率减至最小。
4.2权衡分析
权衡分析是在一系列约束下的系统最优化问题，是设计过程的一个基本组成部分，从系统级的参数开始向设备设计的具体参数依次进行权衡分析.方案设计阶段、权衡分析在大范围的系统参数中进行，例如权衡性能、费用、进度及风险率等参数，以获得最优的方案，随着设计的深人，要求进一步确定指标。权衡分析在更低一级的系统参数中进行，如可靠性、维修性、可用性、安全性、后勤保障及寿命周期费用．当这些参数变成固定参数时，在每个参数内进行权衡，例如在可靠性权衡分析中，人们可选用下述备选方案以获得一个满足设备可靠性要求的设计：更可靠的元器件；设计简化；元器件降额；可靠性增长，穴余，即使在每一个参数中也还需进行进一步权衡分析，如冷穴余还是热完余；分系统、设备究余还是元器件、组件亢余。权衡分析的基本步骤是：
a.确定权衡的问题，建立权衡准则及约束条件；b。综合备选的设计方案；
c。分析备选设计方案：
d.根据权衡准则评定分析结果，以消除超出限制边界的那些分析结果；e，选择满足权衡准则及限制边界的备选方案，或重定备选方案，重复步骤b到e，以取得新的解答。
4.3新技术，、新器材采用原则
新技术、新器材必须经过充分论证、试验和鉴定，方能引人新产品设计．重要零、部3
工作项目
制订可靠性工作计划
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卫星可靠性工作项目应用表
工作类别
对转承制单位和供应单位的监控可靠性大纲评审 (设计评审)
故障报告分析和纠正措施系统
故障审查及组织
建立可靠性模型
可靠性分配
可靠性预计
故障模式影响和危害分析
潜电路分析
电子元器件和电路的容差分析
制订元器件大纲
确定可靠性关键项目、关键件
确定功能试验、包装、贮存、bzxz.net
装卸、运输及维修影响
环境应力筛选
可靠性研制(增长）试验
可靠性鉴定试验
可靠性验收试验
注：①A：可靠性管理
②B：可靠性工程
③C:可靠性测算
④△：选用
③×：不适用
@：适用
Q：仅设计更改时
③*：重要
**：很重要
方案设想
(预研)
方案论证
初样阶段
正样阶段
靶场飞行
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（组）件和新成件必须经检测、试验、鉴定合格后，方能装机进行整机试验，5可靠性指标论证、建模、分配与预计5.1可靠性指标论证
5.1.1卫星可靠性参数
5.1.1.1设计寿命
该参数指要求系统正常工作的使用时间，5.1.1.2任务可靠性
任务可靠性指产品在规定的任务剖面中完成规定功能的能力，如卫星在轨工作可靠性等。
5.1.1.3成功概率
成功概率，它与时间无关。该参数适用于规定一次使用装置的可靠性，如远地点发动机点火可靠性等，
5.1.1.4故障率
产品可靠性的一种基本参数，其度量方法为：在规定的条件下和规定的时间内，产品的故障总数与寿命单位总数之比，5．1.2寿命面和任务剖面的描述5.1.2.1寿命剖面的描述
应当详细说明型号产品从总装到寿命终止（或报废）的整个寿命周期中经历的所有事件序列，包括总装、运输、验收、检测、储存、维修、准备、发射人轨、在轨工作、回收等一系列任务阶段所经历的环境和持续时间，5.1.2.2任务剖面的描述
任务剖面是对产品某特定任务，从开始到完成任务这段时间内发生的事件和所处环境的描述，
应详细说明型号产品在使用周期中各项任务阶段上的工作方式（连续、间歇、一次使用）、持续时间、是否允许维修、有无替代工作的模式、完成任务的定义及工作事件所经历的环境等，
5.1.2.3故障判据
任务可靠性是在任务剖面内完成规定功能的概率，对于什么样的状态或事件构成不能完成规定功能的故障，要明确地加以规定，对各类故障具体判据应当结合型号产品特点利它的具体任务加以详细的定义，并给出边界条件，5.1.3可靠性指标的论证和确定
可靠性指标的确定是一个系统工程决策问题，必须兼顾任务需要和现实可行两个方面，对各种影响因素要综合权衡、充分论证，以满足合同中规定的可靠性。5
5.1.3.1使用要求分析
5.1.3.1.1任务分析
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对型号产品应完成的任务、达到的目标、操作程序、工作方式、限制条件等进行分析，从而确定任务面和任务成功的判据。5.1.3.1.2维修分析
对型号产品在储存、准备过程中是否允许维修、维修时间限制和备件要求等进行分析。
5.1.3.1.3系统效能分析
系统效能是在规定条件下工作时，在规定时间内成功地满足工作要求的概率，S=ARF
式中：S—系统功能；
A一一系统在任务开始时的可用性Rm—一任务可靠性;
Pc一一执行任务结果满足要求概率，5.1.3.2收集数据
为进一步分析设计要求的合理性和可行性，要广泛收集有关的可靠性和维修性数据作为参照。数据收集的范围包括：a。国内类似系统或分系统、装置的试验数据和使用数据；b.国外有关型号的设计和试验数据；c.元器件、原材料的基本数据，5.1.3.3规定具体的可靠性指标
针对型号产品特点，选定可靠性参数，根据使用要求、系统效能和费用分析，规定可靠性指标，考虑可靠性增长过程，可分阶段给出可靠性指标，每个阶段的可靠性指标应同时给出设计目标值和最低可接收值。5.1.4可靠性指标论证报告
可靠性指标论证包括可靠性需求论证和可行性论证两个方面。前一论证应以使用方为主，研制方配合；后论证以研制方为主，使用方配合．可靠性指标需求论证和可行性论证在整个型号指标论证过程中进行，论证阶段形成的可靠性指标论证报告，作为整个型号指标论证报告的一部分
可靠性论证报告的内容应包括：.型号的任务、主要要求(效能、费用等)；b。可靠性参数选择和描述；
c.可靠性指标确定的依据；
d.可靠性指标实现的可能性；
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e.可靠性关键项目、未知因素及解决的途径和措施设想；f.可靠性试验项目和可靠性费用估计；%。可靠性验证试验和增长试验的要求、方案和程序，5.2建立可靠性模型
建立系统可靠性模型具有下列几种用途8.进行可靠性指标分配、可靠性预计以便进行设计调整，选择最佳设计方案；b.评定卫星产品的可靠性。
在确定有关剖面的基础上，建立和保持一套以卫星系统、分系统和设备的功能为基础的全系统可靠性模型，并随着研制工作的进展不断地加以修改、充实和完善。5.2.1基本可靠性模型
基本可靠性模型系指在规定的条件下无故障工作的持续时间或概率，它应包括产品的所有寿命单位和产品的所有故障。基本可靠性要求应能反映产品对维修和后勤保障的要求
基本可靠性是一个全串联的模型，5.2.2任务可靠性模型
卫星系统的任务可靠性系指卫星系统、分系统或功能组件在某-特定的任务剂面内完成其规定功能的能力。是与任务成功直接相关的一项重要参数。任务可靠性模型应能描述在完成任务中产品各单元的预定用途。预定用于穴余或替换工作模式的产品单元应该在模型中表示为并联结构，或适用于任务阶段及任务范围的类似结构，5.2.3可靠性模型建立的程序
可靠性模型包括系统或分系统的可靠性框图及数学模型，并将与产品有关的可靠性分配值和预计值填人每一相应的方框内；可靠性框图应与功能框图和技术状态相适应，同时应为可靠性的精确数学表达式提供依据。可靠性框图内使用的产品名称、代号应与功能框图、产品规范中所使用的名称相一致。模型输出应该以合同可靠性要求及其它规定的可靠，性术语表示，
可靠性数学模型的输人和输出应该适合于系统或分系统的分析模型的输入、输出要求。对所有环境来说，系统可靠性模型都一样，但是，系统中不同设备的失效率会随环境的不同而不同：当系统要经历几个工作阶段时应该针对每一个工作阶段建立单独的可靠性模型，然后再建一个系统模型
可靠性建模流程见图1。
5.2.4卫星系统常用可靠性模型
5.2.4.1串联结构