可靠性工程可靠性預(yù)計(jì)

可靠性工程專題——可靠性預(yù)計(jì)現(xiàn)代航天企業(yè)制造信息化技術(shù)學(xué)習(xí)內(nèi)容可靠性預(yù)計(jì)的目的、用途與分類可靠性預(yù)計(jì)的程序單元可靠性預(yù)計(jì)系統(tǒng)可靠性預(yù)計(jì)不同研制階段可靠性預(yù)計(jì)方法的選取可靠性預(yù)計(jì)的特點(diǎn)與注意事項(xiàng)目的、用途可靠性預(yù)計(jì)目的與用途評(píng)估系統(tǒng)可靠性，審查是否能達(dá)到要求的可靠性指標(biāo)。在方案論證階段，通過可靠性預(yù)計(jì)，比較不同方案的可靠性水平，為最優(yōu)方案的選擇及方案優(yōu)化提供依據(jù)。在設(shè)計(jì)中，通過可靠性預(yù)計(jì)，發(fā)現(xiàn)影響系統(tǒng)可靠性的主要因素，找出薄弱環(huán)節(jié)，采取設(shè)計(jì)措施，提高系統(tǒng)可靠性。為可靠性分配奠定基礎(chǔ)。分類根據(jù)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)中可靠性的定量要求基本可靠性預(yù)計(jì)任務(wù)可靠性預(yù)計(jì)（任務(wù)剖面、工作時(shí)間及功能特性等）不可修產(chǎn)品可修產(chǎn)品從產(chǎn)品構(gòu)成角度分析：?jiǎn)卧煽啃灶A(yù)計(jì)（元件、部件或設(shè)備等）系統(tǒng)可靠性預(yù)計(jì)返回系統(tǒng)可靠性預(yù)計(jì)程序程序明確系統(tǒng)定義明確系統(tǒng)的故障判據(jù)明確系統(tǒng)的工作條件繪制系統(tǒng)的可靠性框圖建立系統(tǒng)可靠性數(shù)學(xué)模型預(yù)計(jì)各單元、設(shè)備的可靠性根據(jù)系統(tǒng)可靠性模型預(yù)計(jì)基本可靠性或任務(wù)可靠性返回單元可靠性預(yù)計(jì)說明系統(tǒng)可靠性是各單元可靠性的概率綜合單元可靠性預(yù)計(jì)是系統(tǒng)可靠性預(yù)計(jì)的基礎(chǔ)直接預(yù)計(jì)系統(tǒng)各單元的故障率或可靠度常用的單元可靠性預(yù)計(jì)方法：相似產(chǎn)品法評(píng)分預(yù)計(jì)法應(yīng)力分析法故障率預(yù)計(jì)法機(jī)械產(chǎn)品可靠性預(yù)計(jì)法返回相似產(chǎn)品法方法說明相似產(chǎn)品法就是利用與該產(chǎn)品相似的現(xiàn)有成熟產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù)來估計(jì)該產(chǎn)品的可靠性。成熟產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù)主要來源于現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)和實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)結(jié)果。相似產(chǎn)品法考慮的的相似因素一般包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、性能的相似性設(shè)計(jì)的相似性材料和制造工藝的相似性使用剖面(保障、使用和環(huán)境條件)的相似性相似產(chǎn)品法預(yù)計(jì)過程確定相似產(chǎn)品分析相似因素對(duì)可靠性的影響確定相似系數(shù)新產(chǎn)品可靠性預(yù)計(jì)相似產(chǎn)品法示例某型號(hào)導(dǎo)彈射程為3500km，已知飛行可靠性指標(biāo)為0.8857，各分系統(tǒng)可靠性指標(biāo)為：戰(zhàn)斗部：0.99、安全自毀系統(tǒng)：0.98、彈體結(jié)構(gòu)：0.99、控制系統(tǒng)：0.98、發(fā)動(dòng)機(jī)：0.9409。為了將導(dǎo)彈射程提高到5000km，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)采取了三項(xiàng)改進(jìn)措施：采用能量更高的裝藥；發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)度增加1m；發(fā)動(dòng)機(jī)殼體壁厚由5mm減為4.5mm。試預(yù)計(jì)改進(jìn)后的導(dǎo)彈飛行可靠性。返回相似產(chǎn)品法示例分析計(jì)算壁厚減薄會(huì)使殼體強(qiáng)度下降，會(huì)使燃燒室的可靠性下降影響發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性。相似系數(shù)d=9.412×106/（9.806×106）發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性R=0.9409×d=0.9033返回評(píng)分預(yù)計(jì)法方法說明在可靠性數(shù)據(jù)據(jù)非常缺乏的的情況下(可可以得到個(gè)別別產(chǎn)品可靠性性數(shù)據(jù))，通通過有經(jīng)驗(yàn)的的設(shè)計(jì)人員或或?qū)＜覍?duì)影響響可靠性的幾幾種因素評(píng)分分，對(duì)評(píng)分進(jìn)進(jìn)行綜合分析析而獲得各單單元產(chǎn)品之間間的可靠性相相對(duì)比值，再再以某一個(gè)已已知可靠性數(shù)數(shù)據(jù)的產(chǎn)品為為基準(zhǔn)，預(yù)計(jì)計(jì)其他產(chǎn)品的的可靠性。時(shí)間基基準(zhǔn)：：系統(tǒng)統(tǒng)工作作時(shí)間間（一一般））評(píng)分預(yù)預(yù)計(jì)法法評(píng)分因因素、、評(píng)評(píng)分原原則以產(chǎn)品品故障障率為為預(yù)計(jì)計(jì)參數(shù)數(shù)，各各種因因素評(píng)評(píng)分值值范圍圍為1~10，，評(píng)分分越高高說明明可靠靠性越越差。。復(fù)雜度度———它是是根據(jù)據(jù)組成成單元元的元元部件件數(shù)量量以及及它們們組裝裝的難難易程程度來來評(píng)定定。技術(shù)發(fā)發(fā)展水水平———根根據(jù)單單元目目前的的技術(shù)術(shù)水平平的成成熟來來評(píng)定定。工作時(shí)時(shí)間———根根據(jù)單單元工工作的的時(shí)間間來評(píng)評(píng)定（（前提提是以以系統(tǒng)統(tǒng)的工工作時(shí)時(shí)間為為時(shí)間間基準(zhǔn)準(zhǔn)））。環(huán)境條條件———根根據(jù)單單元所所處的的環(huán)境境來評(píng)評(píng)定。。評(píng)分預(yù)預(yù)計(jì)法法方法原原理評(píng)分預(yù)預(yù)計(jì)法法示例某飛行行器由由動(dòng)力力裝置置、武武器等等六個(gè)個(gè)分系系統(tǒng)組組成。。已知知制導(dǎo)導(dǎo)裝置置故障障率284.5×10-6，，試用用評(píng)分分法求求得其其它分分系統(tǒng)統(tǒng)的故故障率率。計(jì)算表表格返回序號(hào)單元名稱復(fù)雜度技術(shù)水平工作時(shí)間環(huán)境條件各單元評(píng)分?jǐn)?shù)各單元評(píng)分系數(shù)單元的故障率×10-61動(dòng)力裝置56557500.385.42武器761028400.33695.63制導(dǎo)裝置10105525001.0284.54飛行控制裝置885722400.896254.95機(jī)體421086400.25672.86輔助動(dòng)力裝置65557500.385.4應(yīng)力分分析法法方法說說明用于產(chǎn)產(chǎn)品詳詳細(xì)設(shè)設(shè)計(jì)階階段的的電子子元器器件失失效率率預(yù)計(jì)計(jì)。對(duì)某種種電子子元器器件在在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)室的的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)應(yīng)力力與環(huán)環(huán)境條條件下下，通通過大大量的的試驗(yàn)驗(yàn)，并并對(duì)其其結(jié)果果統(tǒng)計(jì)計(jì)而得得出該該種元元器件件的的“基基本失失效率率”。。在預(yù)計(jì)計(jì)電子子元器器件工工作失失效率率時(shí)，，應(yīng)根根據(jù)元元器件件的質(zhì)質(zhì)量等等級(jí)、、應(yīng)力力水平平、環(huán)環(huán)境條條件等等因素素對(duì)基基本失失效率率進(jìn)行行修正正。電子元元器件件的應(yīng)應(yīng)力分分析法法已有有成熟熟的預(yù)預(yù)計(jì)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)和和手冊(cè)冊(cè)。應(yīng)力分分析法法失效率率模型型晶體管管和二二極管管的失失效率率計(jì)算算模型型（GJB299））應(yīng)力分分析法法應(yīng)力分分析法法表格格編號(hào)型號(hào)規(guī)格元器件類別數(shù)量N質(zhì)量等級(jí)各π系數(shù)λb(10-6/h)工作失效率（10-6/h）λpNλp應(yīng)力分分析法法預(yù)計(jì)要要求預(yù)計(jì)依依據(jù)的的選取取預(yù)計(jì)環(huán)環(huán)境的的選取取預(yù)計(jì)溫溫度的的選取取TJ=TA+20（二二極管管）TJ=TA+30（三三極管管）TJ=TA+30（集集成電電路））降額系系數(shù)的的選取取質(zhì)量系系數(shù)的的選取取應(yīng)力分分析法法舉例數(shù)字電電路54LS00為為國(guó)產(chǎn)產(chǎn)器件件，質(zhì)質(zhì)量等等級(jí)為為B1，環(huán)環(huán)境類類別為為AIF，，計(jì)算算該器器件的的工作作失效效率。。計(jì)算步步驟國(guó)產(chǎn)器器件，，使用用GJB/Z299B-98雙極型型數(shù)字字電路路，查查GJB/Z299B-98的的表5.1.1.1-1，得得失效效率模模型質(zhì)量等等級(jí)為為B1，查查GJB/Z299B-98的的表5.1.1.1-3，得得質(zhì)量量系數(shù)數(shù)πQ=0.5環(huán)境類類別為為AIF，查GJB/Z299B-98的表，，得環(huán)環(huán)境系系數(shù)ππE=17返回應(yīng)力分分析法法舉例計(jì)算步步驟查GJB/Z299B-98的的表5.1.1.1-4，得得成熟熟系數(shù)數(shù)πL=1.0查GJB/Z299B-98的的表5.1.1.1-8，得得溫度度系數(shù)數(shù)πT=1.35查GJB/Z299B-98的，，得電電路復(fù)復(fù)雜度度失效效率C1=0.074，，C2=0.005查GJB/Z299B-98的，，得封封裝復(fù)復(fù)雜度度C3=0.083返回應(yīng)力分分析法法舉例計(jì)算步步驟查GJB/Z299B-98的，，得電電壓應(yīng)應(yīng)力系系數(shù)ππV=1.0工作失失效率率λP=πQ[C1πTπV+(C2+C3)ππE]πL=0.779725(10-6/h)故障率預(yù)預(yù)計(jì)法方法說明明主要用于于非電子子產(chǎn)品的的可靠性性預(yù)計(jì)，，其原理理與電子子元器件件的應(yīng)力力分析法法基本相相同。。對(duì)于非電電子產(chǎn)品品可考慮慮降額因因子D和和環(huán)境因因子K對(duì)對(duì)失效率率的影響響。非電子產(chǎn)產(chǎn)品的工工作失效效率為：：目前尚無無正式可可供查閱閱的數(shù)據(jù)據(jù)手冊(cè)。。返回機(jī)械產(chǎn)品品可靠性性預(yù)計(jì)方方法方法說明明對(duì)機(jī)械類類產(chǎn)品而而言，它它具有一一些不同同于電子子類產(chǎn)品品的特點(diǎn)點(diǎn)，諸如如：許多機(jī)械械產(chǎn)品是是為特定定用途單單獨(dú)設(shè)計(jì)計(jì)的，通通用性不不強(qiáng)，標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化程程度不高高；機(jī)械產(chǎn)品品的故障障率通常常不是常常值，其其設(shè)備的的故障往往往是由由于耗損損、疲勞勞和其他他與應(yīng)力力有關(guān)的的故障機(jī)機(jī)理造成成。機(jī)械產(chǎn)品品的可靠靠性與電電子產(chǎn)品品可靠性性相比對(duì)對(duì)載荷、、使用方方式和利利用率更更加敏感感。機(jī)械產(chǎn)品品可靠性性預(yù)計(jì)方方法方法說明明看起來很很相似的的機(jī)械部部件，其其故障率率往往是是非常分分散的。。用數(shù)據(jù)庫庫中已有有的統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)進(jìn)行預(yù)計(jì)計(jì)，其精精度是無無法保證證的。目前預(yù)計(jì)計(jì)機(jī)械產(chǎn)產(chǎn)品可靠靠性尚沒沒有相當(dāng)當(dāng)于電子子產(chǎn)品那那樣通用用、可接接受的方方法?，F(xiàn)階段參參考：《機(jī)械設(shè)設(shè)備可靠靠性預(yù)計(jì)計(jì)程序手手冊(cè)》(草案)《非電子子零部件件可靠性性數(shù)據(jù)》》(NPRD-3)修正系數(shù)數(shù)法基本思路路將機(jī)械產(chǎn)產(chǎn)品分解解到零件件級(jí)，有有許多基基礎(chǔ)零件件是通用用的。將機(jī)械零零件分成成密封件件、彈簧簧、電磁磁鐵、閥閥門、軸軸承、齒齒輪和花花鍵、作作動(dòng)器、、泵、過過濾器、、制動(dòng)器器和離合合器等十十類。對(duì)諸多零零件進(jìn)行行失效模模式及影影響分析析，找出出其主要要失效模模式及影影響這些些模式的的主要設(shè)設(shè)計(jì)、使使用參數(shù)數(shù)，通過過數(shù)據(jù)收收集、處處理及回回歸分析析，可以以建立各各零件失失效率與與上述參參數(shù)的數(shù)數(shù)學(xué)函數(shù)數(shù)關(guān)系。。相似產(chǎn)品品類比論論證法基本思路路根據(jù)仿制制或改型型的類似似國(guó)內(nèi)外外產(chǎn)品已已知的故故障率，，分析兩兩者在以以下方面面的差異異組成結(jié)構(gòu)構(gòu)使用環(huán)境境原材料元器件水水平制造工藝藝水平通過專家家評(píng)分給給出各修修正系數(shù)數(shù)，綜合合權(quán)衡后后得出一一個(gè)故障障率綜合合修正因因子D:返回系統(tǒng)可靠靠性預(yù)計(jì)計(jì)概念與與分類系統(tǒng)可靠靠性預(yù)計(jì)計(jì)概念系統(tǒng)可靠靠性預(yù)計(jì)計(jì)是以組組成系統(tǒng)統(tǒng)的各單單元產(chǎn)品品的預(yù)計(jì)計(jì)值為基基礎(chǔ)，根根據(jù)系統(tǒng)統(tǒng)可靠性性模型，，對(duì)系統(tǒng)統(tǒng)可靠性性進(jìn)行預(yù)預(yù)計(jì)。系統(tǒng)可靠靠性預(yù)計(jì)計(jì)必須注注意時(shí)間間基準(zhǔn)的的問題。。系統(tǒng)可靠靠性預(yù)計(jì)計(jì)分類基本可靠靠性預(yù)計(jì)計(jì)任務(wù)可靠靠性預(yù)計(jì)計(jì)任務(wù)期間間不可修系系統(tǒng)的任任務(wù)可靠靠性預(yù)計(jì)計(jì)任務(wù)期間間可修系統(tǒng)統(tǒng)的任務(wù)務(wù)可靠性性預(yù)計(jì)基本可靠靠性預(yù)計(jì)計(jì)的一般般方法串聯(lián)模型型關(guān)系系統(tǒng)組成成單元之之間相互互獨(dú)立各單元均均服從指指數(shù)分布布元件計(jì)數(shù)數(shù)法方法說明明適用于電電子設(shè)備備方案論論證階段段和初步步設(shè)計(jì)階階段，元元器件的的種類和和數(shù)量大大致已確確定，但但具體的的工作應(yīng)應(yīng)力和環(huán)環(huán)境等尚尚未明確確時(shí)，對(duì)對(duì)系統(tǒng)基基本可靠靠性進(jìn)行行預(yù)計(jì)。?；驹砝硎菍?duì)元元器件““通用失失效率””的修正正。計(jì)算模型型Pi=GiQiNi元器件計(jì)計(jì)數(shù)法預(yù)預(yù)計(jì)表元件計(jì)數(shù)數(shù)法預(yù)計(jì)表格格編號(hào)元器件類別數(shù)量N質(zhì)量等級(jí)質(zhì)量系數(shù)πQλG(10-6/h)NλG(10-6/h)元件計(jì)數(shù)數(shù)法舉例某電子設(shè)設(shè)備由4個(gè)調(diào)整整二極管管、2個(gè)個(gè)合成電電阻器、、4個(gè)云云母電容容器組成成，所有有器件都都是國(guó)產(chǎn)產(chǎn)的，質(zhì)質(zhì)量等級(jí)級(jí)都是B1。設(shè)設(shè)備的工工作環(huán)境境為戰(zhàn)斗斗機(jī)座艙艙。計(jì)算算該設(shè)備備的基本本可靠性性。計(jì)算步驟驟國(guó)產(chǎn)器件件，使用用GJB/Z299B-98確定設(shè)備的的工作環(huán)境境類別：AIF確定元器件件的種類：：調(diào)整二極極管、合成成電阻器、、云母電容容器；確定元器件件的質(zhì)量等等級(jí)，全部部為B1元件計(jì)數(shù)法法舉例舉例計(jì)算步驟查GJB/Z299B-98中的表表5.2-15、表表5.2-17、表表5.2-18，確確定元器件件的通用失失效率查GJB/Z299B-98中的表表5.2-24、表表5.2-25，確確定元器件件的質(zhì)量系系數(shù)確定元器件件的數(shù)目計(jì)算設(shè)備的的基本可靠靠性λ設(shè)備=N1λ1πQ1+N2λ2πQ2+N3λ3πQ3=4.78(10-6/h)MTBF設(shè)備=1/λ設(shè)備=209205h任務(wù)可靠性性預(yù)計(jì)概念念任務(wù)可靠性性預(yù)計(jì)概念念任務(wù)可靠性性預(yù)計(jì)即對(duì)對(duì)系統(tǒng)完成成某項(xiàng)規(guī)定定任務(wù)成功功概率的估估計(jì)。任務(wù)可靠性性預(yù)計(jì)是針針對(duì)某一任任務(wù)剖面進(jìn)進(jìn)行的。在進(jìn)行任務(wù)務(wù)可靠性預(yù)預(yù)計(jì)時(shí)，單單元的可靠靠性數(shù)據(jù)應(yīng)應(yīng)當(dāng)是對(duì)影影響系統(tǒng)安安全和任務(wù)務(wù)完成的故故障統(tǒng)計(jì)而而得出的數(shù)數(shù)據(jù)。但當(dāng)缺乏單單元任務(wù)可可靠性數(shù)據(jù)據(jù)時(shí)，也可可用基本可可靠性的預(yù)預(yù)計(jì)值代替替，但系統(tǒng)統(tǒng)預(yù)計(jì)結(jié)果果偏保守。。返回任務(wù)可靠性性預(yù)計(jì)概念念系統(tǒng)的任務(wù)務(wù)可靠性預(yù)預(yù)計(jì)過程如如下建立系統(tǒng)的的任務(wù)可靠靠性框圖，，確定飛行行時(shí)間T；；確定系統(tǒng)內(nèi)內(nèi)各電子設(shè)設(shè)備的工作作時(shí)間t；；計(jì)算電子設(shè)設(shè)備的運(yùn)行行比S/F；將設(shè)備的MTBF單元轉(zhuǎn)換為MTBCF單元：MTBCF單元=MTBF單元/(S/F)電子設(shè)備的的可靠度為為：R單元(T)=EXP(-T/MTBCF單元)根據(jù)可靠性性框圖計(jì)算算系統(tǒng)的可可靠度。返回不可修系統(tǒng)統(tǒng)的任務(wù)可可靠性預(yù)計(jì)計(jì)可靠性框圖圖法以系統(tǒng)組成成單元的預(yù)預(yù)計(jì)值為基基礎(chǔ)，依據(jù)據(jù)建立的可可靠性框圖圖及數(shù)學(xué)模模型計(jì)算得得出系統(tǒng)任任務(wù)可靠度度。根據(jù)任務(wù)剖剖面建立系系統(tǒng)任務(wù)可可靠性框圖圖；預(yù)計(jì)單元的的故障率或或MTBCF；確定單元的的工作時(shí)間間；根據(jù)可靠性性框圖計(jì)算算系統(tǒng)任務(wù)務(wù)可靠度。。可靠性框圖圖法示例某飛機(jī)共有有六個(gè)任務(wù)務(wù)剖面，完完成復(fù)雜特特技的任務(wù)務(wù)可靠性框框圖如下圖圖所示可靠性框圖圖法示例假設(shè)各單元元產(chǎn)品均以以指數(shù)分布布，工作時(shí)時(shí)間均為1.0小時(shí)時(shí)，其故障障率如下表表所示。單元名稱故障率×10-6(1/h)單元名稱故障率×10-6(1/h)燃油泵(A)900油箱(H)1切數(shù)開關(guān)(B)30油量指標(biāo)器(I)50發(fā)動(dòng)機(jī)低壓燃油泵(C)800耗量偉感器(J)45沖壓口(D)20油盡信量器(K)30安全活門(E)30主油路壓力信號(hào)器(L)35噴射泵(F)700低油面信號(hào)器(M)20連通單向活門(G)40可靠性框圖圖法示例其任務(wù)可靠靠度預(yù)計(jì)如如下串聯(lián)單元1，由A、、B組成，，其可靠度度為旁聯(lián)單元2，，由1、C組組成，其可靠靠度為可靠性框圖法法示例示例其任務(wù)可靠度度預(yù)計(jì)如下串聯(lián)單元3，，由D、E、、F、G、H、I、J、、K，其可靠靠性為可靠性框圖法法示例其任務(wù)可靠度度預(yù)計(jì)如下并聯(lián)單元4，，由L、M組組成，其可靠靠度為則燃油系統(tǒng)任任務(wù)可靠度為為不可修系統(tǒng)的的任務(wù)可靠性性預(yù)計(jì)多任務(wù)剖面任任務(wù)可靠度綜綜合預(yù)計(jì)在對(duì)飛機(jī)等武武器裝備的可可靠性指標(biāo)要要求中，一個(gè)個(gè)重要的指標(biāo)標(biāo)是完成任務(wù)務(wù)成功概率（（MCSP）），即整機(jī)總總的任務(wù)可靠靠度。它是多多種任務(wù)剖面面的綜合任務(wù)務(wù)可靠度指標(biāo)標(biāo)。如前所述在任任務(wù)可靠性預(yù)預(yù)計(jì)時(shí)必須根根據(jù)不同的任任務(wù)剖面，預(yù)預(yù)計(jì)其各自的的任務(wù)可靠度度。需要將各任務(wù)務(wù)剖面的任務(wù)務(wù)可靠度綜合合，預(yù)計(jì)出整整機(jī)總的任務(wù)務(wù)可靠度。返回可修系統(tǒng)的可可用度預(yù)計(jì)可修系統(tǒng)在任務(wù)執(zhí)行期期間，當(dāng)系統(tǒng)統(tǒng)故障而不能能執(zhí)行任務(wù)時(shí)時(shí)允許修理，，修復(fù)后繼續(xù)續(xù)執(zhí)行任務(wù)。。其任務(wù)可靠性性不僅受各單單元可靠性的的影響，而且且受到各單元元維修特性的的影響?？尚尴到y(tǒng)的可可用度研究系統(tǒng)開始始工作后，在在任意時(shí)刻系系統(tǒng)處于工作作狀態(tài)的概率率。預(yù)計(jì)方法解析法馬爾可夫過程程法仿真法馬爾可夫過程程隨機(jī)過程隨機(jī)事件的變變化過程，它它無法用確定定性的形式來來描述。在使用期間可可以修復(fù)的復(fù)復(fù)雜系統(tǒng)，由由系統(tǒng)部件的的可靠性和維維修性決定了了系統(tǒng)在任務(wù)