可靠性與系統(tǒng)工程共60頁課件

1、可靠性簡介RMSIntroduction on Reliability任武越RMS開篇的話“設備制造與服務管理方法“高可靠 易維修 好保障Reliability Maintainability Supportability五項基本原則 質量優(yōu)先 持續(xù)改進 運行保障優(yōu)先RMS一些概念質量管理可靠性簡介可靠性參數(shù)和指標可靠性開展流程可靠性要求、分配、預計可靠性設計方法可靠性試驗目錄 CONTENTS質量特性RMS專用通用經濟性時間性適應性可靠性Reliability維修性Maintainability保障性Supportability測試性Testability安全性Safety效能權衡壽命周期費

2、用RMS系統(tǒng)由相互聯(lián)系、相互作用的多要素結合而成的具有特定功能的統(tǒng)一體p 公司 家庭p 社團 黨校p 社會 生態(tài)圈集合性相關性層次性整體性涌現(xiàn)性目的性環(huán)境適應性工程組織管理系統(tǒng)的技術規(guī)劃、研究、設計、制造、試驗和使用工程工程項目，對象系統(tǒng)的實現(xiàn)或實施項目的結果可靠性是設計出來的，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則可靠性分配可靠性驗收可靠性設計可靠性預計可靠性試驗可靠性人員設計人員115其他RMS壽命周期費用運輸費用運行費用訓練費用備件費用技術數(shù)據(jù)費用退役費用維護費用Life Cycle Cost生產費用研制費用方案定義工程研制生產部署退役使用保障RMS現(xiàn)代系

3、統(tǒng)思想的轉變市場牽引，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，更改代價較小滿足用戶需求，質量穩(wěn)定性好主動尋找故障、預防故障發(fā)生低成本、高質量、適銷對路現(xiàn)代系統(tǒng)思想傳統(tǒng)設計思想工程師及領導者的意見重視性能，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，會出現(xiàn)局部甚至全局重新設計，更改代價較大滿足驗收標準，質量波動性大被動等待、解決故障問題很難全部滿足用戶需求，可能會產生合格的“廢品”產品定位系統(tǒng)綜合工作量更改次數(shù)設計評價工作態(tài)度經濟效益RMS質量管理1RMSRMS質量管

4、理體系 文件中鈔長城 通用質量管理準則中鈔長城 可靠性分析與設計 通用準則中鈔長城 維修性分析與設計 通用準則中鈔長城 安全性分析與設計 通用準則中鈔長城 軟件可靠性分析與設計 通用準則中鈔長城 可靠性與壽命試驗 指南中鈔長城 保障性分析與設計 通用準則公司質量管理制度項目質量管理制度XX項目可靠性設計要求XX項目可靠性分析要求XX項目安全性分析要求XX項目安全性分析要求XX項目可靠性參數(shù)與指標要求RMS質量管理 流程需求調查需求向技術方案的轉換需求向參數(shù)指標的轉換技術方案與參數(shù)指標的權衡質量功能展開方案設計RMS定性要求準則RMS定量要求準則RMS指標分配其他指標分配可靠性分配維修性分配可靠

5、性建模設計RMS分析技術RMS指標分配通用設計要求專用設計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炆a設計與工藝的一致性使用故障統(tǒng)計維修記錄可靠性數(shù)據(jù)分析RMS可靠性簡介2RMSRMS可靠性可靠性在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內，完成規(guī)定功能的能力。規(guī)定條件使用時的環(huán)境條件和工作條件使用時的盈利條件維護方法1.儲存時的儲存條件規(guī)定時間任務和非任務時間規(guī)定功能必須具備的功能及其技術指標解析仿真試驗RMS可靠性分類規(guī)定條件規(guī)定時間無故障工作的能力反映產品對維修資源的要求所有壽命單位和關聯(lián)故障任務可靠性基本可靠性規(guī)定功能 用戶費用規(guī)定的任務剖面規(guī)定功能的能力影響任務完成的故障承制方設

6、計和制造賦予1.理想的使用保障條件固有可靠性 和 使用可靠性使用方實際環(huán)境1.設計、制造、使用、環(huán)境等因素的綜合影響RMS可靠性參數(shù) 指標3RMSRMS可靠度在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內，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)定的時間內，完成規(guī)定功能的概率 故障率工作到某時刻未故障的產品，在該時刻后單位時間內發(fā)生故障的概率早期故障偶然故障耗損故障維修后使用壽命 t質量管理 六西格瑪1234566900003080006680062102303.4RMS可靠度在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內，完成規(guī)定功能的概率 平均故障

7、前時間Mean Time To FailureN0個產品一次故障 平均故障間隔時間Mean Time Between Failures一個產品N0次故障完全修復RMS可靠性參數(shù)分類任務可靠性基本可靠性規(guī)定功能 用戶費用平均故障間隔時間 MTBF平均維修間隔時間 MTBM平均拆卸間隔時間 MTBR千行代碼缺陷率成功概率平均嚴重故障間隔時間誤廢率、漏廢率每分鐘檢測量戰(zhàn)備完好性任務成功性維修人力費用保障資源費用合同參數(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計詳細設計分析流程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12

8、34RMS論證階段方案階段初步設計分析流程1234RMS論證階段方案階段初步設計詳細設計RMS可靠性要求、分配、預計5RMS可靠性 定性要求設計要求RMS論證階段方案階段工程研制階段生產階段使用階段指定貫徹可靠性設計準則簡化設計余度設計降額設計制定實施元器件大綱確定關鍵件和重要件分析要求功能危險分析（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RMS論證階段方案階段工程研制階段生產階段使用階段任務成功性維修人力費用資源保障費用貯存完好性戰(zhàn)備完好性任務成功性維修人力費用資源保障費用1參數(shù)的選擇2指標的確定壽命剖面 任務剖面 故障判別準

9、則 維修方案 階段目標 其他約束條件和假設RMS可靠性 分配等分配法評分分配法比例組合法考慮重要度和復雜度的分配方法余度系統(tǒng)的比例組合法經典方法最新研究粒子群算法模糊理論層次分析法神經網絡螞蟻算法AGREE算法系統(tǒng)分系統(tǒng)部件單元零件再分配RMS可靠性 預計算命系統(tǒng)分系統(tǒng)部件單元零件元器件可靠性 電子設備可靠性預計手冊機械可靠性 機械設備可靠性預計程序手冊可靠性建模RMS可靠性設計方法6RMSRMS故障模式影響及危害性分析分析系統(tǒng)中每一產品所有可能產生的故障模式及其對系統(tǒng)造成的所有可能影響，并按每一個故障模式的嚴重程度及其發(fā)生概率予以分類的一種歸納分析方法。11（部分）產品（將）不能完成預定功能

10、的事件或狀態(tài)潛在故障 功能故障自行車外胎磨損裂縫 爆胎序號故障模式序號故障模式序號故障模式序號故障模式序號 故障模式1結構故障8誤關15漂移性工作22提前運行29無輸出2捆結或卡死9內部漏泄16錯誤只是23滯后運行30(電)短路3振動10外部漏泄17流動不暢24錯誤輸入(過大)31(電)開路4不能保持正常位置11超出允差上限18錯誤動作25錯誤輸入(過小)32(電)漏泄5打不開12超出允差下限19不能關機26錯誤輸出(過大)33其他6關不上13意外運行20不能開機27錯誤輸出(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 結構層次局部影響、高一層次影響、最終影響

11、從下到上343 4嚴酷度I類 （災難的） 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)中每一產品所有可能產生的故障模式及其對系統(tǒng)造成的所有可能影響，并按每一個故障模式的嚴重程度及其發(fā)生概率予以分類的一種歸納分析方法。代碼產品或功能標識功能故障模式故障原因任務階段與工作方式故障影響嚴酷度類別故障檢測方法補償措施備注局部影響高一層次影響最終影響初始約定層次產品約定層次產品任 務分析人員審核批準第 頁 共 頁填表日期故障模式影響分析表RMS故障樹分析表明產品哪些組成部分的故障或外界事件或他們的組合將導致產品發(fā)生一種給定故障

12、的邏輯圖。組成元素事件及其符號邏輯門及其符號輸出結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計方法設計分析方法指標論證 方案論證 初步設計 詳細設計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計可靠性設計準則制定與貫徹簡化設計余度設計容錯設計降額設計熱設計熱分析RMS可靠性設計電路優(yōu)選元器件清單 PPL降額設計潛在通路分析熱設計/熱分析容差分析不同對象專用設計方法機械余度設計潛在通路分析耐久性分析機械可靠性熱設計故障預測與健康管理 PHM軟件不同階段的避錯設計人工的文檔和代碼審查靜態(tài)分析動態(tài)測試容錯設計RMS電路 優(yōu)選元器件清單 提高型號的可靠性減少設計費用加快研制進度控

13、制元器件質量和可靠性的最重要的一項內容60%機載設備50%電子設備元器件的選擇元器件生產廠家的選擇元器件內在質量評價二次篩選電裝后的質量跟蹤建立元器件質量數(shù)據(jù)庫RMS電路 降額設計限制元器件在使用中 承受應力 設計的額定值GJB/Z35 元器件降額準則三級降額 I II III可靠性極大提高，設計困難明顯改善可靠性，易于設計相對效益最大，可靠性改善不足，最易實現(xiàn)金屬膜電阻器 (40)RMS電路 潛在通路分析20世紀60年代末期美國發(fā)射紅石火箭時，由于發(fā)射點火指令的控制插頭比尾插頭晚29ms脫落、此時一條通過關機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機的嚴重后果表現(xiàn)形式潛在 路徑 時序

14、 指示 標志意外路徑 意外邏輯流208 13 1500潛在通路 設計缺陷 設計圖錯誤阿波羅RMS電路 熱設計/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0.162 0.9075.6熱設計定性電阻器叉排方式排列發(fā)熱中心線與入風口中心線一致內表面涂黑，外表面淡黑定量降額設計散熱器熱阻計算熱分析仿真為主FloTHERM 器件級電路熱分析專用工具RMS電路 容差分析元器件容差的累計會使電路、設備或系統(tǒng)的輸出超出規(guī)定值而無法使用更改電路設計，允許較大公差存在關鍵電路減少元器件，注重參數(shù)高穩(wěn)定、低公差蒙特卡洛(Monte Carl

15、o)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法 最壞情況分析法 伴隨網絡法 階矩法RMS機械 余度設計構造多余資源協(xié)同工作，提高任務可靠性設計簡單可靠性改善明顯任務成功率提高優(yōu)勢劣勢對檢測、切換要求高系統(tǒng)復雜基本可靠性降低增加維修保障資源簡單并聯(lián)雙重并聯(lián)混合并聯(lián)（串并 并串）簡單多數(shù)表決余度自適配式多數(shù)表決器門連接式多數(shù)表決余度非運行狀態(tài)備用余度（冷儲備）運行狀態(tài)備用余度（熱儲備）形式單元可靠度可靠度提高倍數(shù)RMS機械 潛在通路分析將能量的流動用元器件符號表示出來同上RMS機械 機械可靠性耗損型失效 疲勞、老化、磨損、腐蝕等失效率隨時間變化多種失效模式共同作用人工分析干涉

16、理論靜強度疲勞與斷裂磨損與腐蝕有限元ANSYS可靠性指標可靠性分配RMS潛在特征機械 故障預測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，借助各種智能推理算法來評估正在運行的系統(tǒng)自身的健康狀態(tài)，在系統(tǒng)故障發(fā)生前對其故障進行預測，并結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現(xiàn)系統(tǒng)的視情維修監(jiān)測管理數(shù)據(jù)驅動壽命耗損監(jiān)測融合描述物理模型神經網絡數(shù)據(jù)融合模糊邏輯專家系統(tǒng)診斷預測實施保障維修避錯設計RMS軟件 避錯設計七大原理簡單 同型 對稱 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，不斷細化需求規(guī)格說明文檔功能分析需求準則非功能分析需求準則程序結

17、構設計程序簡化設計軟件健壯性設計軟件冗余設計RMS軟件 人工審查文檔審查完整性準確性一致性軟件開發(fā)計劃軟件需求規(guī)格說明軟件設計文檔軟件測試計劃與報告用戶使用和維護手冊代碼審查數(shù)據(jù)聲明錯誤比較錯誤控制流錯誤輸入輸出錯誤接口錯誤其他情況小組討論測試成員提供用例追蹤程序，記錄過程RMS軟件 靜態(tài) 動態(tài)靜態(tài)分析靜態(tài)結構分析質量度量代碼規(guī)則檢查動態(tài)測試邏輯覆蓋測試邏輯覆蓋測試功能分析等價類分析邊界值分析圈復雜度扇入扇出注釋行控制流數(shù)據(jù)流 UR DU DD接口表達式RMS可靠性試驗7RMSRMS工程試驗統(tǒng)計試驗環(huán)境應力篩選可靠性研制試驗可靠性增長試驗可靠性鑒定試驗可靠性驗收試驗分類可靠性試驗RMS環(huán)境應力

18、篩選潛在缺陷故障發(fā)現(xiàn)和排除產品中不良元器件、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則可行性準則準則經濟性準則任務關鍵性準則元器件環(huán)境應力和電應力RMS環(huán)境應力篩選 典型缺陷溫度和振動元器件參數(shù)漂移電路板開路、短路元器件安裝不當錯用元器件密封失效化學污染導線束端頭缺陷夾接不當溫度循環(huán)振動TemperaturevibrationMixed粒子污染壓緊導線磨損晶體缺陷混裝鄰近板摩擦兩個元器件短路導線松脫元器件粘接不良大質量元器件緊固不當機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)境應力篩選 案例1234準備工作初始性能檢測環(huán)境應力篩選應力施加最后性能檢測檢查受篩產品技術狀態(tài)、試驗設備和檢測儀器、夾具等按有關標準和技術文件對受篩產品進行外觀、機械及電氣性能檢測等記錄3-13-2通過無故障篩選產品在規(guī)定標準大氣條件下運行，按產品技術條件進行性能檢測并記錄結果尋找和排除故障無故障檢驗3-1A3-1B3-2A3-2B隨機振動溫度循環(huán)溫度循環(huán)隨機振動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)(80h)最長不超過15min盡最大可能檢測性能性能檢測RMS可靠性驗證試驗可靠性鑒定試驗可靠性驗收試驗理想抽樣特性曲線0 合格0 不合格01L()01兩類錯誤及風險生產方風險 將合格產