企業(yè)設(shè)備培訓(xùn)之七可靠性與系統(tǒng)可靠性課件

1、可靠性與系統(tǒng)可靠性 第一節(jié) 可靠性與系統(tǒng)可靠性的概念第二節(jié) 可靠性的發(fā)展概況第三節(jié) 可靠性的特點 第四節(jié) 可靠性與質(zhì)量管理第五節(jié) 研究系統(tǒng)可靠性的意義第一節(jié) 可靠性與系統(tǒng)可靠性的概念 可靠性定義：三個“規(guī)定” （1）可靠性: 所謂可靠性就是產(chǎn)品在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時間內(nèi)，能夠完成規(guī)定的功能的能力。 （2）產(chǎn)品: 指可以單獨研究、分別試驗的任何部件、組件、設(shè)備或系統(tǒng)。 （3）規(guī)定的條件: 指產(chǎn)品使用時的應(yīng)力條件（載荷條件）、環(huán)境條件以及貯存條件等。 （4）規(guī)定的時間: 指產(chǎn)品的工作時間 （5）規(guī)定的功能: 指產(chǎn)品應(yīng)具有的技術(shù)指標。2二、可靠性分類1狹義可靠性和廣義可靠性 狹義可靠性:就是產(chǎn)品

2、在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。它表示產(chǎn)品在某一規(guī)定時間內(nèi)發(fā)生故障的難易程度。 廣義可靠性:是從工程概念出發(fā)所論及的具有更廣泛意義的可靠性。國家標準將廣義可靠性定義為：產(chǎn)品整個壽命周期內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。它包括了狹義可靠性和維修性. 廣義可靠性狹義可靠性維修性32固有可靠性和使用可靠性固有可靠性（inherent reliability），是指由設(shè)計決定、制造實現(xiàn)和保證的可靠性，記作RI。 使用可靠性，是指產(chǎn)品在使用過程中，因受環(huán)境條件、維修方式及人為因素的影響所能達到的可靠性，記作RU。有人還將RI和RU綜合起來稱為工作可靠性，記作RO 53硬件可靠性和軟件可靠性 所謂“

3、硬件” : 是指在傳統(tǒng)上被看作是從完全相同的器件總體中取出的若干部分的一種組合。所謂“軟件”: 是指由書面的或可記錄的信息、概念、文件或程序組成的產(chǎn)品。 軟件可靠性：在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，軟件成功地完成規(guī)定功能的能力（概率）或不引起系統(tǒng)故障的能力（概率）。6在硬件一軟件系統(tǒng)中，有人提出系統(tǒng)的可靠性可表示為： 式中 系統(tǒng)可靠性； 軟件可靠性； 硬件可靠性； 操作者誤差。三、系統(tǒng)可靠性系統(tǒng): 是為了完成某一特定功能，由若干個彼此有聯(lián)系的而且又能相互協(xié)調(diào)工作的部件所組成的綜合體。不可修復(fù)系統(tǒng):是指系統(tǒng)或其組成部件一旦發(fā)生失效，不再修復(fù)，系統(tǒng)處于報廢狀態(tài)，這樣的系統(tǒng)稱為不可修復(fù)系統(tǒng)。 可修復(fù)系

4、統(tǒng):通過維修而恢復(fù)其功能的系統(tǒng) 系統(tǒng)可靠性: 表示系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率稱為系統(tǒng)可靠度。82可靠性專業(yè)技術(shù) （1）可靠性設(shè)計。 這項工作包括：建立可靠性模型，對產(chǎn)品進行可靠性預(yù)計和分配，進行故障或失效機理分析，在此基礎(chǔ)上進行可靠性設(shè)計。 （2）可靠性試驗。 可靠性試驗的目的是了解產(chǎn)品，驗證產(chǎn)品的可靠性水平，試驗改進再試驗，反復(fù)提高產(chǎn)品可靠性水平。 （3）維修性設(shè)計。 大多數(shù)的產(chǎn)品均為可修理產(chǎn)品。維修性設(shè)計的目的是為了縮短平均停機時間。 1020世紀40年代是可靠性工程的萌芽階段。 第二次世界大戰(zhàn)期間，美國的軍用電

5、子設(shè)備在儲存期就有50%失效，機載電子管壽命連20h還不到。由此，迫使國防部開始探討可靠性問題，并于1943年成立了“真空管研究委員會”，專門研究電子管的可靠性問題。這標志著可靠性研究的起步。 1220世紀60年代是可靠性全面發(fā)展階段。 美國在該階段迅速發(fā)展了可靠性設(shè)計和試驗方法，并取得了重要成果，1965年頒布的MIL-STD-785軍用標準（1969年修訂為785A）是其中最顯著的成果。在此期間，世界各國也普遍成立了可靠性機構(gòu)，推廣可靠性教育，建立可靠性管理制度，制訂可靠性標準。1420世紀70年代以后是可靠性深入發(fā)展階段。 由于軍事裝備的使用觀念發(fā)生了戰(zhàn)略性轉(zhuǎn)變，從單純重視性能到重視效能

6、，從單純要求高可靠性到要求可靠性、維修性等綜合指標，并將可靠性，維修性作為減少全壽命周期費用的工具。15 我國的可靠性工作從1956年成立“環(huán)境試驗所”開始，1965年在錢學(xué)森的建議下，原七機部五院成立了“可靠性質(zhì)量管理研究所”（705所），進行了開拓性工作。但“十年動亂”，705所被迫解散，可靠性研究處于停頓狀態(tài)，直到1973年才又恢復(fù)可靠性研究工作。1978年提出并開展了“七?！保▽Ｈ?、專機、專料、專批、專檢、專技、專卡）活動，1979年中國電子學(xué)會成立“可靠性與質(zhì)量管理專業(yè)學(xué)會”，1981年又成立“中國電子元器件質(zhì)量認證委員會”，1982年國家標準局成立“全國電工電子產(chǎn)品可靠性與維修性標

7、準化技術(shù)委員會”，使我國的可靠性研究得以蓬勃開展，并制定了一系列的國家標準。16第三節(jié) 可靠性的特點 一、規(guī)定條件下的可比性 一個產(chǎn)品的可靠性受三個“規(guī)定”的限制。 （1）第一個“規(guī)定”是指因使用條件和環(huán)境條件的不同，可靠性水平有很大差異。 （2）第二個“規(guī)定”是指規(guī)定時間的長短不同，其可靠性也不同。 （3）第三個“規(guī)定”是指因規(guī)定的產(chǎn)品功能判據(jù)不同，將得到不同的可靠性評定結(jié)果。 17二、強調(diào)可用性 提高可用性可以從兩個方面入手： （l）是保證產(chǎn)品在規(guī)定的使用時間內(nèi)不出故障，少出故障； （2）是出了故障能迅速修復(fù)，目的都是使設(shè)備不可利用的時間降到最低程度，為此需提高產(chǎn)品的無故障性或維修性。 可

8、用性可用時間/（可用時間因故障維修等不可用時間）100%。18第四節(jié) 可靠性與質(zhì)量管理 可靠性是時間的質(zhì)量產(chǎn)品質(zhì)量是指能滿足用戶要求的一種屬性，它由功能指標決定；產(chǎn)品的質(zhì)量主要包括性能、壽命、可靠性、安全性和經(jīng)濟性，有時還有可維修性、人性化要求及表面狀況等。 產(chǎn)品的性能指標是指技術(shù)指標，例如電子計算機的字長、容量、指令數(shù)和速度等。我們常見的各類產(chǎn)品技術(shù)指標都是性能指標。20質(zhì)量管理: 以生產(chǎn)過程為中心，控制產(chǎn)品的性能特性參數(shù)不要超出管理工程的界限，并且以出廠合格率等指標進行評定?？煽啃怨芾? 通過試驗和現(xiàn)場使用信息的反饋，以設(shè)計預(yù)測的事前分析技術(shù)為中心，預(yù)防故障的發(fā)生，保證可靠性目標的實現(xiàn)。

9、21第五節(jié) 研究系統(tǒng)可靠性的意義 一、研究系統(tǒng)可靠性的意義 1可靠性是產(chǎn)品質(zhì)量的一項重要指標 2產(chǎn)品日趨復(fù)雜化，可靠性成為日益突出的問題 23表1-1 復(fù)雜性對系統(tǒng)可靠性的影響組成系統(tǒng)的部件個數(shù)單個部件可靠性99.999%99.99%99.9%99.0%系統(tǒng)可靠性10100250500100010000100000100000099.99%99.90%99.75%99.50%99.01%90.48%36.79%0.1%99.90%99.01%97.53%95.12%90.48%36.79%0.1%0.1%99.00%90.48%77.87%60.64%36.77%0.1%0.1%0.1%90.

10、44%36.60%8.11%0.66%0.1%0.1%0.1%0.1%3產(chǎn)品使用環(huán)境的嚴酷化，對可靠性提出更高的要求 4產(chǎn)品全壽命周期費用的增長，要求提高可靠性 265可靠性問題涉及國家和企業(yè)的經(jīng)濟利益，影響國家的安全和聲譽 本世紀3040年代，出現(xiàn)了大量的橋梁倒塌、船舶沉沒等事故。如美國在第二次世界大戰(zhàn)后期約共計2500艘自由型萬噸貨輪在服役期間有145艘斷成兩截700艘左右受到嚴重損環(huán)。 27 美國登月火箭發(fā)射計劃稱為-阿波羅計劃，當(dāng)時在宇宙開發(fā)領(lǐng)域內(nèi)，最初美國失敗多次，是落后于蘇聯(lián)的?？墒怯捎谝M了可靠性技術(shù)，阿波羅計劃終于在六十年代取得了完全的成功，人類首次實現(xiàn)了去月球旅行的夢想。 因

11、此，阿波羅計劃被稱為是可靠性的充分體現(xiàn)。盡管阿波羅 計劃的種種技術(shù)，現(xiàn)在為世界的各種產(chǎn)品所應(yīng)用，但是可靠性技術(shù)是主要的。 28 日本開始于阿波羅計劃影響的背景下，即六十年代后期，主要用在國家鐵路新干線及電器公司的自動交換機等設(shè)備上。 如新干線，至1980年已經(jīng)連續(xù)出色地運行了五億五千萬公里，可為世界稱贊的驚人的奇跡相當(dāng)于繞地球13700周。30 20世紀60年代末，美軍用電子設(shè)備每年的保障費用等于當(dāng)年的采購費，而到1977年，保障費是采購費的1.5倍；飛機電子設(shè)備每10年的年平均費用增長9倍。我國某型殲擊機的維修費與采購費之比為8：2。31 上海某公司生產(chǎn)的黑白電視機,1978年平均失效間隔工

12、作時為500h,開箱不良率為23.6,一個月的早期返修率為20.8,一年平均返修率為86.92,安全性差,事故屢有發(fā)生,經(jīng)濟效益也非常低,每臺成本351.35元,每臺平均虧損34.92元,年產(chǎn)量26.8萬臺,總虧損就達936萬元.在抓可靠性以后的5年內(nèi),從設(shè)計制造試驗認定管理各方面采取了很多措施,終于使電視機的可靠性提高了一個數(shù)量級,平均失效間隔工作時間達到5000h以上。32 開箱不良率降低到2以下,早期返修率降低到2以下,一年平均返修率下降為13.28,接近IEC65標準,經(jīng)濟效益大幅度提高,成本下降為247.56元,每臺盈利52.86元,全年產(chǎn)量上升到126.37萬臺,全年盈利6680萬

13、元.原平均每臺維修費高于8元,現(xiàn)降為2元,以500萬臺計算,每五年可減少社會維修費1.5億.由于質(zhì)量好,每臺售價高于國內(nèi)平均30元以上,每年產(chǎn)140萬臺,僅此一項增加利潤4200萬元.33開箱不良率降低到2以下,早期返修率降低到2以下,一年平均返修率下降為13.28,接近IEC65標準,經(jīng)濟效益大幅度提高,成本下降為247.56元,每臺盈利52.86元,全年產(chǎn)量上升到126.37萬臺,全年盈利6680萬元.原平均每臺維修費高于8元,現(xiàn)降為2元,以500萬臺計算,每五年可減少社會維修費1.5億.由于質(zhì)量好,每臺售價高于國內(nèi)平均30元以上,每年產(chǎn)140萬臺,僅此一項增加利潤4200萬元.34 在5

14、0年代，隨著空間技術(shù)的發(fā)展，又出現(xiàn)了不少飛機火箭、導(dǎo)彈墜毀爆炸的災(zāi)難性事故。如l960年美國北極星導(dǎo)彈固體燃料發(fā)動機的壓力殼，按傳統(tǒng)理論設(shè)計、制造，檢驗均合格，可是在水壓試驗時，突然發(fā)生低應(yīng)力脆斷事故，這震驚了世界上整個工程技術(shù)界。1965年美國又發(fā)生一件著名的z60Sl-1固體火箭發(fā)動機壓力殼爆炸的典型脆斷事故。 35 我國的某型戰(zhàn)機在“七五”期間，因不重視可靠性，發(fā)生較多的質(zhì)量問題，造成多起機毀人亡的I、級飛行事故，直接經(jīng)濟損失2000多萬元，給部隊訓(xùn)練和戰(zhàn)斗力造成嚴重影響。 1992年3月22日我國用“長捆”火箭為澳大利亞發(fā)射衛(wèi)星因發(fā)生極小概率的故障而招致失敗，影響了國家的聲譽。 36二

15、、可靠性與安全生產(chǎn) 據(jù)統(tǒng)計，美國每年為此受傷者達2000萬人。19671973年間的統(tǒng)計，產(chǎn)品責(zé)任事故中有37%是產(chǎn)品不合格，其余如安裝不符合規(guī)范、試驗檢查不夠、說明書指導(dǎo)書錯誤等等。這些都是廠家的責(zé)任。 37一個世紀以來的十大事故：1.1907年魁北克大橋墜垮使19000t鋼材和86名工人墜入水中。2.1912年英國提坦號客輪遇難導(dǎo)致1513人喪生。3.1937年德國興登堡氣球爆炸。4.1963年美國“長尾鯊”號核潛艇遇難。385.1963年意大利維昂特水壩沖毀，造成4000人喪生。6.1974年土耳其的DC-10飛機失事，造成355名乘客和11名機組人員喪生。7.1979年美國賓夕法尼亞反

16、應(yīng)堆事故。8.1981年美國堪薩斯城飯店倒塌造成113人喪生，200人受重傷9.1984年12月印度博帕爾農(nóng)藥廠中毒事件約有3000人喪生，10萬人不同程度中毒。10.到1986年前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站事故 39 1944年l0月20日，美國俄亥俄州克利夫蘭市發(fā)生了一起液化天然氣貯罐爆炸并引起大火的重大惡性事故。建于1942年的一臺圓筒形貯罐(直徑213m，高12 6m)在運行中突然發(fā)生脆性斷裂并產(chǎn)生許多碎片。大量的可燃性氣體夾著液滴成霧狀向四周擴散。附近的工廠、商店、住宅等先后發(fā)生氣體爆炸和火災(zāi)周圍的市區(qū)被火焰包圍，形成一片火海20分鐘后與圓筒形貯罐相鄰的3號球罐(直徑174m)，由于支柱被

17、火燒彎而倒塌，整個球罐在火焰烘烤下發(fā)生強烈的蒸氣爆炸，噴射的火焰高達300m。這場由于壓力容器破裂而引起連鎖反應(yīng)的災(zāi)難性事故，使70棟住宅219輛汽車和2座工廠全部燒毀另外還有13座工廠和35棟住宅遭到部分破壞，死亡133人經(jīng)濟損失達6802萬美元。 40 可靠性問題還非常尖銳地擺在聯(lián)合采煤機設(shè)計師的面前，也擺在人造心臟設(shè)計師們的而前。實際上可靠性不成為頭號問題的技術(shù)部門是不存在的。特別是高風(fēng)險性的行業(yè)：航空、空間技術(shù)、原子能、轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品等。 41三、可靠性與經(jīng)濟效益 1可靠性微觀經(jīng)濟分析2可靠性宏觀經(jīng)濟分析（1）資源意義（2）財政意義（3）公益意義（4）市場意義42 1可靠性微觀經(jīng)濟分析 在

18、20世紀60年代，所謂世界最大的美國卡特匹勒公司和三菱公司合營后，壟斷了日本工程機械的進出口貿(mào)易。在此沖擊下，小松瀕于倒閉。為了迎接競爭挑戰(zhàn)，以“產(chǎn)品可靠性超過卡特匹勒”為戰(zhàn)略目標，由經(jīng)理親自領(lǐng)導(dǎo)全公司展開了可靠性活動，最后使推土機的可用度提高了48%，平均無故障工作時間（MTBF）提高了三倍，維修費用降低了2/3，出口率從不足20%上升到4050%。數(shù)年來，不但守住日本國內(nèi)市場，而且擴大了出口額。 43 2可靠性宏觀經(jīng)濟分析 （1）資源意義 可靠性有利于節(jié)約社會資源，設(shè)備的可靠性提高后，一臺設(shè)備可以抵上幾臺的作用和功效，這樣在成本投資相近、資源消耗相同的情況下，發(fā)揮幾倍的效益。 44 美國通

19、用電器公司（GE）發(fā)表的改進電站可靠性和可用性所獲效益的研究報告中指出，如果美國燃煤和核能電站的可用率提高5%，其效益為 每年節(jié)省84億美元的開支； 相當(dāng)于多裝機3400萬Kw； 年節(jié)省發(fā)電耗油90萬桶。 為此，GE公司作過分析認為，設(shè)備可靠性提高1%，即使成本提高10%也是合算的。 45（2）財政意義 從國家財政收入的價值構(gòu)成來看，主要的財政收入來自于新創(chuàng)造的歸社會支配的產(chǎn)品剩余價值。 46 以一個功率為300萬Kw的發(fā)電機組為例，日發(fā)電量為0.72億度，如果可靠性提高1%，就意味著每年多發(fā)電2.628億度。假設(shè)每度電僅給電廠帶來0.05元利潤，電廠本身就創(chuàng)利0.1314億元。對于用電部門，按我國現(xiàn)在的平均水平，每度電帶來產(chǎn)值4.9元，假設(shè)其中利潤為0.49元，稅收為0.7l元，則用電部門就能增加產(chǎn)值12.877億元，增加利潤1.287億元，增加稅收1.866億元，意義重大。 47（3）公益意義 宏觀經(jīng)濟分析不僅考慮一個企業(yè)，一個部門的利益，更重要的是注重社會效益和公眾效益。 以國產(chǎn)電視機為例，1980年年產(chǎn)200萬臺，如果按年均增長