可靠性與系統(tǒng)工程

1、可靠性簡(jiǎn)介RMSIntroduction on Reliability任武越RMS開篇的話“設(shè)備制造與服務(wù)管理方法“高可靠 易維修 好保障Reliability Maintainability Supportability五項(xiàng)基本原則 質(zhì)量優(yōu)先 持續(xù)改進(jìn) 運(yùn)行保障優(yōu)先RMSA. 一些概念B.質(zhì)量管理C.可靠性簡(jiǎn)介D. 可靠性參數(shù)和指標(biāo)E.可靠性開展流程F.可靠性要求、分配、預(yù)計(jì)G. 可靠性設(shè)計(jì)方法H. 可靠性試驗(yàn)?zāi)夸?CONTENTS質(zhì)量特性RMS專用通用經(jīng)濟(jì)性時(shí)間性適應(yīng)性可靠性Reliability維修性Maintainability保障性Supportability測(cè)試性Testabili

2、ty安全性Safety效能權(quán)衡壽命周期費(fèi)用RMS系統(tǒng)由相互聯(lián)系、相互作用的多要素結(jié)合而成的具有特定功能的統(tǒng)一體p 公司 家庭p 社團(tuán) 黨校p 社會(huì) 生態(tài)圈1.集合性2.相關(guān)性3.層次性4.整體性5.涌現(xiàn)性6.目的性7.環(huán)境適應(yīng)性工程組織管理系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)劃、研究、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和使用工程工程項(xiàng)目，對(duì)象系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)或?qū)嵤╉?xiàng)目的結(jié)果可靠性是設(shè)計(jì)出來的，也是管理出來的RMS人員比例航空航天可靠性中心總體所承制單位可靠性準(zhǔn)則可靠性分配可靠性驗(yàn)收可靠性設(shè)計(jì)可靠性預(yù)計(jì)可靠性試驗(yàn)可靠性人員設(shè)計(jì)人員115其他RMS壽命周期費(fèi)用運(yùn)輸費(fèi)用運(yùn)行費(fèi)用訓(xùn)練費(fèi)用備件費(fèi)用技術(shù)數(shù)據(jù)費(fèi)用退役費(fèi)用維護(hù)費(fèi)用Life Cycle Co

3、st生產(chǎn)費(fèi)用研制費(fèi)用方案定義工程研制生產(chǎn)部署退役使用保障RMS現(xiàn)代系統(tǒng)思想的轉(zhuǎn)變市場(chǎng)牽引，用戶需求初期綜合系統(tǒng)性能特性與專門特性研制初期投入較多，研制后期投入較少，所需總投入較少研制初期更改較多，研制后期更改較少，更改代價(jià)較小滿足用戶需求，質(zhì)量穩(wěn)定性好主動(dòng)尋找故障、預(yù)防故障發(fā)生低成本、高質(zhì)量、適銷對(duì)路現(xiàn)代系統(tǒng)思想傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想工程師及領(lǐng)導(dǎo)者的意見重視性能，忽視系統(tǒng)綜合研制初期投入較少，研制后期投入較多，所需總投入較多初期更改較少，后期更改較多，會(huì)出現(xiàn)局部甚至全局重新設(shè)計(jì)，更改代價(jià)較大滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)量波動(dòng)性大被動(dòng)等待、解決故障問題很難全部滿足用戶需求，可能會(huì)產(chǎn)生合格的“廢品”產(chǎn)品定位系統(tǒng)綜合工作

4、量更改次數(shù)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)工作態(tài)度經(jīng)濟(jì)效益RMS質(zhì)量管理1RMSRMS質(zhì)量管理體系 文件中鈔長城 通用質(zhì)量管理準(zhǔn)則中鈔長城 可靠性分析與設(shè)計(jì) 通用準(zhǔn)則中鈔長城 維修性分析與設(shè)計(jì) 通用準(zhǔn)則中鈔長城 安全性分析與設(shè)計(jì) 通用準(zhǔn)則中鈔長城 軟件可靠性分析與設(shè)計(jì) 通用準(zhǔn)則中鈔長城 可靠性與壽命試驗(yàn) 指南中鈔長城 保障性分析與設(shè)計(jì) 通用準(zhǔn)則公司質(zhì)量管理制度項(xiàng)目質(zhì)量管理制度XX項(xiàng)目可靠性設(shè)計(jì)要求XX項(xiàng)目可靠性分析要求XX項(xiàng)目安全性分析要求XX項(xiàng)目安全性分析要求XX項(xiàng)目可靠性參數(shù)與指標(biāo)要求RMS質(zhì)量管理 流程需求調(diào)查1.需求向技術(shù)方案的轉(zhuǎn)換2.需求向參數(shù)指標(biāo)的轉(zhuǎn)換3.技術(shù)方案與參數(shù)指標(biāo)的權(quán)衡質(zhì)量功能展開方案設(shè)計(jì)1.R

5、MS定性要求準(zhǔn)則2.RMS定量要求準(zhǔn)則3.RMS指標(biāo)分配4.其他指標(biāo)分配可靠性分配維修性分配可靠性建模設(shè)計(jì)1.RMS分析技術(shù)2.RMS指標(biāo)分配3.通用設(shè)計(jì)要求4.專用設(shè)計(jì)要求可靠性分配維修性分配可靠性建?？煽啃苑治隹煽啃苑抡婵煽啃栽囼?yàn)生產(chǎn)設(shè)計(jì)與工藝的一致性使用1.故障統(tǒng)計(jì)2.維修記錄可靠性數(shù)據(jù)分析RMS可靠性簡(jiǎn)介2RMSRMS可靠性可靠性在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。規(guī)定條件1.使用時(shí)的環(huán)境條件和工作條件2.使用時(shí)的盈利條件3.維護(hù)方法4.儲(chǔ)存時(shí)的儲(chǔ)存條件規(guī)定時(shí)間任務(wù)和非任務(wù)時(shí)間規(guī)定功能必須具備的功能及其技術(shù)指標(biāo)解析仿真試驗(yàn)RMS可靠性分類1.規(guī)定條件2.規(guī)定時(shí)間3.無故障工作

6、的能力4.反映產(chǎn)品對(duì)維修資源的要求5.所有壽命單位和關(guān)聯(lián)故障任務(wù)可靠性基本可靠性規(guī)定功能 用戶費(fèi)用1.規(guī)定的任務(wù)剖面2.規(guī)定功能的能力3.影響任務(wù)完成的故障承制方1.設(shè)計(jì)和制造賦予2.理想的使用保障條件固有可靠性 和 使用可靠性使用方1.實(shí)際環(huán)境2.設(shè)計(jì)、制造、使用、環(huán)境等因素的綜合影響RMS可靠性參數(shù) 指標(biāo)3RMSRMS可靠度在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率累積故障概率故障密度函數(shù)f(t)f(t)tF(t0)R(t0)t0RMS可靠度在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率故障率工作到某時(shí)刻未故障的產(chǎn)品，在該時(shí)刻后單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的概率早期故障偶然故障耗損故障維修后

7、使用壽命t質(zhì)量管理 六西格瑪1234566900003080006680062102303.4RMS可靠度在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率平均故障前時(shí)間MEAN TIME TO FAILUREN0個(gè)產(chǎn)品一次故障平均故障間隔時(shí)間MEAN TIME BETWEEN FAILURES一個(gè)產(chǎn)品N0次故障完全修復(fù)RMS可靠性參數(shù)分類任務(wù)可靠性基本可靠性規(guī)定功能 用戶費(fèi)用1.平均故障間隔時(shí)間 MTBF2.平均維修間隔時(shí)間 MTBM3.平均拆卸間隔時(shí)間 MTBR4.千行代碼缺陷率1.成功概率2.平均嚴(yán)重故障間隔時(shí)間3.誤廢率、漏廢率4.每分鐘檢測(cè)量戰(zhàn)備完好性任務(wù)成功性維修人力費(fèi)用保障資源費(fèi)用

8、合同參數(shù)使用參數(shù)RMS可靠性管理流程4RMS4 3 2 1分析流程RMS論證階段方案階段初步設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)分析流程1234RMS論證階段方案階段分析流程1234RMS論證階段方案階段分析流程1234RMS論證階段方案階段初步設(shè)計(jì)分析流程1234RMS論證階段方案階段初步設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)RMS可靠性要求、分配、預(yù)計(jì)5RMS可靠性 定性要求設(shè)計(jì)要求RMS論證階段方案階段工程研制階段生產(chǎn)階段使用階段指定貫徹可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)余度設(shè)計(jì)降額設(shè)計(jì)制定實(shí)施元器件大綱確定關(guān)鍵件和重要件分析要求功能危險(xiǎn)分析（FHA）故障模式影響及危害性分析（FMECA）故障樹分析（FTA）區(qū)域安全性分析（ZSA）可靠性 定量要求

9、RMS論證階段方案階段工程研制階段生產(chǎn)階段使用階段任務(wù)成功性維修人力費(fèi)用資源保障費(fèi)用貯存完好性戰(zhàn)備完好性任務(wù)成功性維修人力費(fèi)用資源保障費(fèi)用1參數(shù)的選擇2指標(biāo)的確定壽命剖面 任務(wù)剖面 故障判別準(zhǔn)則 維修方案 階段目標(biāo) 其他約束條件和假設(shè)RMS可靠性 分配等分配法評(píng)分分配法比例組合法考慮重要度和復(fù)雜度的分配方法余度系統(tǒng)的比例組合法經(jīng)典方法最新研究粒子群算法模糊理論層次分析法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)螞蟻算法AGREE算法系統(tǒng)分系統(tǒng)部件單元零件再分配RMS可靠性 預(yù)計(jì)算命系統(tǒng)分系統(tǒng)部件單元零件元器件可靠性電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)機(jī)械可靠性機(jī)械設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)程序手冊(cè)可靠性建模RMS可靠性設(shè)計(jì)方法6RMSRMS故障模式影響

10、及危害性分析分析系統(tǒng)中每一產(chǎn)品所有可能產(chǎn)生的故障模式及其對(duì)系統(tǒng)造成的所有可能影響，并按每一個(gè)故障模式的嚴(yán)重程度及其發(fā)生概率予以分類的一種歸納分析方法。11（部分）產(chǎn)品（將）不能完成預(yù)定功能的事件或狀態(tài)潛在故障 功能故障自行車外胎磨損裂縫 爆胎序號(hào)故障模式序號(hào)故障模式序號(hào)故障模式序號(hào)故障模式序號(hào) 故障模式1結(jié)構(gòu)故障8誤關(guān)15漂移性工作22提前運(yùn)行29無輸出2捆結(jié)或卡死9內(nèi)部漏泄16錯(cuò)誤只是23滯后運(yùn)行30(電)短路3振動(dòng)10外部漏泄17流動(dòng)不暢24錯(cuò)誤輸入(過大)31(電)開路4不能保持正常位置11超出允差上限18錯(cuò)誤動(dòng)作25錯(cuò)誤輸入(過小)32(電)漏泄5打不開12超出允差下限19不能關(guān)機(jī)26

11、錯(cuò)誤輸出(過大)33其他6關(guān)不上13意外運(yùn)行20不能開機(jī)27錯(cuò)誤輸出(過小)7誤開14間歇性工作21不能切換28無輸入22約定層次的劃分功能層次 結(jié)構(gòu)層次局部影響、高一層次影響、最終影響 從下到上343 4嚴(yán)酷度I類 （災(zāi)難的） II類 （致命的）III類（臨界的） IV類（輕度的）IV III II IM1M2RMS故障模式影響及危害性分析分析系統(tǒng)中每一產(chǎn)品所有可能產(chǎn)生的故障模式及其對(duì)系統(tǒng)造成的所有可能影響，并按每一個(gè)故障模式的嚴(yán)重程度及其發(fā)生概率予以分類的一種歸納分析方法。代碼產(chǎn)品或功能標(biāo)識(shí)功能故障模式故障原因任務(wù)階段與工作方式故障影響嚴(yán)酷度類別故障檢測(cè)方法補(bǔ)償措施備注局部影響高一層次影響

12、最終影響初始約定層次產(chǎn)品約定層次產(chǎn)品任 務(wù)分析人員審核批準(zhǔn)第 頁 共 頁填表日期故障模式影響分析表RMS故障樹分析表明產(chǎn)品哪些組成部分的故障或外界事件或他們的組合將導(dǎo)致產(chǎn)品發(fā)生一種給定故障的邏輯圖。組成元素事件及其符號(hào)邏輯門及其符號(hào)輸出結(jié)果最小割集頂事件發(fā)生概率重要度RMS不同階段的可靠性設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)分析方法指標(biāo)論證 方案論證 初步設(shè)計(jì) 詳細(xì)設(shè)計(jì)可靠性定性定量要求制定可靠性分配可靠性模型建立可靠性預(yù)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則制定與貫徹簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)余度設(shè)計(jì)容錯(cuò)設(shè)計(jì)降額設(shè)計(jì)熱設(shè)計(jì)熱分析RMS可靠性設(shè)計(jì)電路優(yōu)選元器件清單 PPL降額設(shè)計(jì)潛在通路分析熱設(shè)計(jì)/熱分析容差分析不同對(duì)象專用設(shè)計(jì)方法機(jī)械余度設(shè)計(jì)潛在通路分析

13、耐久性分析機(jī)械可靠性熱設(shè)計(jì)故障預(yù)測(cè)與健康管理 PHM軟件不同階段的避錯(cuò)設(shè)計(jì)人工的文檔和代碼審查靜態(tài)分析動(dòng)態(tài)測(cè)試容錯(cuò)設(shè)計(jì)RMS電路 優(yōu)選元器件清單 提高型號(hào)的可靠性減少設(shè)計(jì)費(fèi)用加快研制進(jìn)度控制元器件質(zhì)量和可靠性的最重要的一項(xiàng)內(nèi)容60%機(jī)載設(shè)備50%電子設(shè)備元器件的選擇元器件生產(chǎn)廠家的選擇元器件內(nèi)在質(zhì)量評(píng)價(jià)二次篩選電裝后的質(zhì)量跟蹤建立元器件質(zhì)量數(shù)據(jù)庫RMS電路 降額設(shè)計(jì)限制元器件在使用中 承受應(yīng)力 設(shè)計(jì)的額定值GJB/Z35 元器件降額準(zhǔn)則三級(jí)降額 I II IIII.可靠性極大提高，設(shè)計(jì)困難II.明顯改善可靠性，易于設(shè)計(jì)III.相對(duì)效益最大，可靠性改善不足，最易實(shí)現(xiàn)金屬膜電阻器 (40)1313

14、.413.814.214.6150.050.060.070.080.090.10.1110.80.60.40.2基本失效率/(10-6h-1)失效率降低比例%RMS電路 潛在通路分析20世紀(jì)60年代末期美國發(fā)射紅石火箭時(shí)，由于發(fā)射點(diǎn)火指令的控制插頭比尾插頭晚29ms脫落、此時(shí)一條通過關(guān)機(jī)線圈的潛在電路被系統(tǒng)激發(fā)，造成火箭剛起飛又被誤關(guān)機(jī)的嚴(yán)重后果表現(xiàn)形式潛在 路徑 時(shí)序 指示 標(biāo)志意外路徑 意外邏輯流208 13 1500潛在通路 設(shè)計(jì)缺陷 設(shè)計(jì)圖錯(cuò)誤阿波羅RMS電路 熱設(shè)計(jì)/分析每升高10度，壽命減少一倍2575溫度差故障率升高倍數(shù)鍺普通二極管0.029 0.2985010.3鍺PNP晶體管

15、0.162 0.9075.6熱設(shè)計(jì)定性電阻器叉排方式排列發(fā)熱中心線與入風(fēng)口中心線一致內(nèi)表面涂黑，外表面淡黑定量降額設(shè)計(jì)散熱器熱阻計(jì)算熱分析仿真為主FloTHERM 器件級(jí)電路熱分析專用工具RMS電路 容差分析元器件容差的累計(jì)會(huì)使電路、設(shè)備或系統(tǒng)的輸出超出規(guī)定值而無法使用更改電路設(shè)計(jì)，允許較大公差存在關(guān)鍵電路減少元器件，注重參數(shù)高穩(wěn)定、低公差蒙特卡洛(Monte Carlo)仿真輸出公差范圍直方圖均值、方差和置信區(qū)間分析方法最壞情況試驗(yàn)法 最壞情況分析法 伴隨網(wǎng)絡(luò)法 階矩法RMS機(jī)械 余度設(shè)計(jì)構(gòu)造多余資源協(xié)同工作，提高任務(wù)可靠性設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠性改善明顯任務(wù)成功率提高優(yōu)勢(shì)劣勢(shì)對(duì)檢測(cè)、切換要求高系統(tǒng)復(fù)

16、雜基本可靠性降低增加維修保障資源簡(jiǎn)單并聯(lián)雙重并聯(lián)混合并聯(lián)（串并 并串）簡(jiǎn)單多數(shù)表決余度自適配式多數(shù)表決器門連接式多數(shù)表決余度非運(yùn)行狀態(tài)備用余度（冷儲(chǔ)備）運(yùn)行狀態(tài)備用余度（熱儲(chǔ)備）形式0%10%20%30%40%50%0.50.60.70.80.9單元可靠度可靠度提高倍數(shù)RMS機(jī)械 潛在通路分析將能量的流動(dòng)用元器件符號(hào)表示出來同上RMS機(jī)械 機(jī)械可靠性耗損型失效 疲勞、老化、磨損、腐蝕等失效率隨時(shí)間變化多種失效模式共同作用人工分析干涉理論靜強(qiáng)度疲勞與斷裂磨損與腐蝕有限元ANSYS可靠性指標(biāo)可靠性分配RMS潛在特征機(jī)械 故障預(yù)測(cè)與健康管理利用盡可能少的傳感器采集系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)信息，借助各種智能推理

17、算法來評(píng)估正在運(yùn)行的系統(tǒng)自身的健康狀態(tài)，在系統(tǒng)故障發(fā)生前對(duì)其故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，并結(jié)合各種可利用的資源信息提供一系列的維修保障措施以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的視情維修監(jiān)測(cè)管理1.數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)2.壽命耗損監(jiān)測(cè)3.融合描述物理模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合模糊邏輯專家系統(tǒng)診斷預(yù)測(cè)實(shí)施保障維修避錯(cuò)設(shè)計(jì)RMS軟件 避錯(cuò)設(shè)計(jì)七大原理簡(jiǎn)單 同型 對(duì)稱 層次 線型 易證 安全123需求分析與用戶密切合作統(tǒng)一的需求建模方法層次分解，不斷細(xì)化需求規(guī)格說明文檔功能分析需求準(zhǔn)則非功能分析需求準(zhǔn)則程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)軟件健壯性設(shè)計(jì)軟件冗余設(shè)計(jì)RMS軟件 人工審查文檔審查完整性準(zhǔn)確性一致性軟件開發(fā)計(jì)劃軟件需求規(guī)格說明軟件設(shè)計(jì)文檔軟件測(cè)試計(jì)劃與報(bào)告用戶

18、使用和維護(hù)手冊(cè)代碼審查數(shù)據(jù)聲明錯(cuò)誤比較錯(cuò)誤控制流錯(cuò)誤輸入輸出錯(cuò)誤接口錯(cuò)誤其他情況小組討論測(cè)試成員提供用例追蹤程序，記錄過程RMS軟件 靜態(tài) 動(dòng)態(tài)靜態(tài)分析靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析質(zhì)量度量代碼規(guī)則檢查動(dòng)態(tài)測(cè)試邏輯覆蓋測(cè)試邏輯覆蓋測(cè)試功能分析等價(jià)類分析邊界值分析圈復(fù)雜度扇入扇出注釋行控制流數(shù)據(jù)流 UR DU DD接口表達(dá)式RMS可靠性試驗(yàn)7RMSRMS工程試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)環(huán)境應(yīng)力篩選可靠性研制試驗(yàn)可靠性增長試驗(yàn)可靠性鑒定試驗(yàn)可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)分類可靠性試驗(yàn)RMS環(huán)境應(yīng)力篩選潛在缺陷故障發(fā)現(xiàn)和排除產(chǎn)品中不良元器件、制造工藝和其他原因引入的缺陷所造成的早期故障安全性準(zhǔn)則可行性準(zhǔn)則準(zhǔn)則經(jīng)濟(jì)性準(zhǔn)則任務(wù)關(guān)鍵性準(zhǔn)則元器件環(huán)境應(yīng)力和

19、電應(yīng)力RMS環(huán)境應(yīng)力篩選 典型缺陷溫度和振動(dòng)元器件參數(shù)漂移電路板開路、短路元器件安裝不當(dāng)錯(cuò)用元器件密封失效化學(xué)污染導(dǎo)線束端頭缺陷夾接不當(dāng)溫度循環(huán)振動(dòng)TemperaturevibrationMixed粒子污染壓緊導(dǎo)線磨損晶體缺陷混裝鄰近板摩擦兩個(gè)元器件短路導(dǎo)線松脫元器件粘接不良大質(zhì)量元器件緊固不當(dāng)機(jī)械性缺陷焊接缺陷硬件松脫元器件有缺陷緊固件問題元器件破損電路板蝕刻缺陷RMS環(huán)境應(yīng)力篩選 案例1234準(zhǔn)備工作初始性能檢測(cè)環(huán)境應(yīng)力篩選應(yīng)力施加最后性能檢測(cè)檢查受篩產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)、試驗(yàn)設(shè)備和檢測(cè)儀器、夾具等按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)文件對(duì)受篩產(chǎn)品進(jìn)行外觀、機(jī)械及電氣性能檢測(cè)等記錄3-13-2通過無故障篩選產(chǎn)品在規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下運(yùn)行，按產(chǎn)品技術(shù)條件進(jìn)行性能檢測(cè)并記錄結(jié)果尋找和排除故障無故障檢驗(yàn)3-1A3-1B3-2A3-2B隨機(jī)振動(dòng)溫度循環(huán)溫度循環(huán)隨機(jī)振動(dòng)5min10循環(huán)(40h)10循環(huán)連續(xù)無故障(40h)5min連續(xù)無故障最長不超過20循環(huán)(80