RAMS培訓(xùn)講義之三(可靠性關(guān)鍵技術(shù))

內(nèi)容安排12可靠性建模可靠性預(yù)計(jì)和分配3可靠性數(shù)據(jù)評(píng)估4故障模式影響分析第一頁(yè)，共47頁(yè)。第一頁(yè)，共47頁(yè)?？煽啃越＜夹g(shù)可靠性模型體現(xiàn)的是系統(tǒng)與單元之間的可靠性邏輯關(guān)系可靠性模型是系統(tǒng)任務(wù)可靠性分析的主要手段，因此與執(zhí)行的任務(wù)密切相關(guān)建立可靠性模型的目的如下：系統(tǒng)任務(wù)可靠性分析設(shè)計(jì)方案的可靠性權(quán)衡設(shè)計(jì)方案的可靠性改進(jìn)為子系統(tǒng)和設(shè)備提出可靠性要求任務(wù)、維修、費(fèi)用等方面權(quán)衡為費(fèi)用分析、備件計(jì)算、檢測(cè)周期提供可靠性支持1第二頁(yè)，共47頁(yè)。第二頁(yè)，共47頁(yè)。產(chǎn)品是分層次的從上到下的層次：系統(tǒng)、子系統(tǒng)、設(shè)備、組件、模塊、零部件在本文中，除了零部件外，任何層次的產(chǎn)品都可以稱為系統(tǒng)，而單元是系統(tǒng)的下級(jí)組成部分系統(tǒng)車身分系統(tǒng)門(mén)窗內(nèi)裝外裝組件門(mén)內(nèi)板玻璃窗密封條門(mén)鎖第三頁(yè)，共47頁(yè)。第三頁(yè)，共47頁(yè)。SubsystemARA(t)SubsystemCRC(t)SubsystemBRB(t)SystemRs(t)SYSTEM系統(tǒng)的可靠度RS(t)是子系統(tǒng)可靠度

RA(t),RB(t),RC(t)的函數(shù)可靠性模型第四頁(yè)，共47頁(yè)。第四頁(yè)，共47頁(yè)。典型的可靠性模型可靠性建模技術(shù)1第五頁(yè)，共47頁(yè)。第五頁(yè)，共47頁(yè)。其可靠性框圖為：其數(shù)學(xué)模型為：串聯(lián)模型1可靠性模型EXAMPLE:ABCRA=0.95RB=0.95RC=0.95第六頁(yè)，共47頁(yè)。第六頁(yè)，共47頁(yè)?？煽啃钥驁D和設(shè)計(jì)圖的關(guān)系第七頁(yè)，共47頁(yè)。第七頁(yè)，共47頁(yè)。串聯(lián)模型舉例第八頁(yè)，共47頁(yè)。第八頁(yè)，共47頁(yè)?？煽啃钥驁D為：其數(shù)學(xué)模型為：并聯(lián)模型1可靠性模型EXAMPLE:R=0.95R=0.95R=0.95第九頁(yè)，共47頁(yè)。第九頁(yè)，共47頁(yè)。并聯(lián)模型的舉例和特點(diǎn)舉例：發(fā)動(dòng)機(jī)四個(gè)點(diǎn)火器只要同時(shí)點(diǎn)火，其中一個(gè)點(diǎn)火就行電路保護(hù)：兩個(gè)保險(xiǎn)絲串接（保護(hù)的角度）并聯(lián)系統(tǒng)的特點(diǎn)：同時(shí)都工作（消耗能源）增加設(shè)計(jì)復(fù)雜度從另外的角度看，可能是串聯(lián)第十頁(yè)，共47頁(yè)。第十頁(yè)，共47頁(yè)?？煽啃阅Ｐ涂赡苡纱?、并、表、旁聯(lián)混合組成的系統(tǒng)F/A-18的可靠性模型系統(tǒng)建模1第十一頁(yè)，共47頁(yè)。第十一頁(yè)，共47頁(yè)。EXAMPLE:R=0.90R=0.98R=0.97Rs=0.90*0.98Rs=0.882Rsystem=0.99646*0.97Rsystem=0.96657R=0.97Rp=1-(1-0.882)(1-0.97)Rp=0.99646任務(wù)可靠性計(jì)算第十二頁(yè)，共47頁(yè)。第十二頁(yè)，共47頁(yè)。例子－傳動(dòng)機(jī)構(gòu)Redundantwaterseals-5AirsealsGearMechanism第十三頁(yè)，共47頁(yè)。第十三頁(yè)，共47頁(yè)。有14個(gè)故障可能例子－傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的RBD第十四頁(yè)，共47頁(yè)。第十四頁(yè)，共47頁(yè)。內(nèi)容安排12可靠性建?？煽啃灶A(yù)計(jì)和分配3可靠性數(shù)據(jù)評(píng)估4故障模式影響分析第十五頁(yè)，共47頁(yè)。第十五頁(yè)，共47頁(yè)。R1R2R3R4R5RTotal=f(R1,R2,…RN)Block-SimReliabilityModelorScorecardSimpleSeriesCalculationSystemSystemRel=f(SubsysRel)AssemblyAsmRel=f(CompRel)ComponentCompRel=f(FailureModes)SubSystemSubSysRel=f(AsmRel)GoalsAnalysisR=e(l)(-t)l=Ln(R)-tAutomaticconversionofreliabilitymetrics2可靠性預(yù)計(jì)和分配第十六頁(yè)，共47頁(yè)。第十六頁(yè)，共47頁(yè)。一個(gè)例子:輔助供電系統(tǒng)（含有控制器，電機(jī)和電源）可靠性要求:滿足

故障率>0.0053,或R>90%@20年P(guān)owersupplyF/LY=0.0031DriveSystem,needsF/LY=0.0053(orR=0.9at20years)SubsystemLevelSystemLevelMotorR=0.97F/LY=0.0015PartR=0.9999ControlCardF/LY=0.0005PartR=0.9999PartR=0.9999PartF/LY=0.00005PartR=0.9999PartR=0.9999PartR=0.999ComponentLevel可靠性分配第十七頁(yè)，共47頁(yè)。第十七頁(yè)，共47頁(yè)?？煽啃灶A(yù)計(jì)可靠性預(yù)計(jì)是對(duì)產(chǎn)品或者系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行定量的估計(jì)，推測(cè)其可能達(dá)到的可靠性水平，是其從定性考慮轉(zhuǎn)入定量分析的關(guān)鍵之處，是實(shí)施可靠性工程的基礎(chǔ)?？煽啃灶A(yù)計(jì)是根據(jù)組成系統(tǒng)的元器件、零部件的可靠性來(lái)估計(jì)的，是一個(gè)自下而上、由局部到整體、從小到大的一種系統(tǒng)綜合過(guò)程，它需要根據(jù)歷史產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù)、系統(tǒng)的構(gòu)成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、系統(tǒng)的工作環(huán)境、元器件的工作應(yīng)力和質(zhì)量級(jí)別等因素來(lái)進(jìn)行估計(jì)，主要用在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段。第十八頁(yè)，共47頁(yè)。第十八頁(yè)，共47頁(yè)。電子元器件的應(yīng)力分析法電子元器件的應(yīng)力分析法已有成熟的預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和手冊(cè)。對(duì)于國(guó)產(chǎn)電子元器件，可采用國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB/Z299B-98《電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)》進(jìn)行預(yù)計(jì)；而對(duì)于進(jìn)口電子元器件，可采用美國(guó)軍用手冊(cè)MIL-HDBK-217F《電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)》進(jìn)行預(yù)計(jì)。應(yīng)力分析法假設(shè)元器件壽命都服從指數(shù)分布（即具有恒定的失效率）。應(yīng)力分析法計(jì)算較為繁瑣和復(fù)雜，但分析結(jié)果更加真實(shí)，更具有現(xiàn)時(shí)指導(dǎo)意義。可靠性預(yù)計(jì)方法第十九頁(yè)，共47頁(yè)。第十九頁(yè)，共47頁(yè)?？煽啃灶A(yù)計(jì)模型－GJB299BGJB/Z299B為電子設(shè)備和系統(tǒng)的可靠性預(yù)計(jì)提供基本的數(shù)據(jù)和統(tǒng)一的方法，是我國(guó)電子設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)的依據(jù)。GJB/Z299B提供了18大類元器件和17類環(huán)境數(shù)據(jù)，覆蓋了我國(guó)電子設(shè)備上常用的元器件類別及工作環(huán)境類型GJB/Z299B從我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的制訂和實(shí)施情況出發(fā)，劃分了各類元器件的質(zhì)量等級(jí)。實(shí)踐證明它能切合不同專業(yè)，不同可靠性要求的電子設(shè)備、系統(tǒng)的可靠性預(yù)計(jì)。

第二十頁(yè)，共47頁(yè)。第二十頁(yè)，共47頁(yè)。為什么要進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)？評(píng)價(jià)產(chǎn)品或系統(tǒng)是否能夠達(dá)到要求的可靠性指標(biāo)；可作為不能直接進(jìn)行可靠性驗(yàn)證的大型產(chǎn)品系統(tǒng)的可靠性估計(jì)；為產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供科學(xué)合理的依據(jù)（如對(duì)不同設(shè)計(jì)方案的選擇，元器件、零部件質(zhì)量等級(jí)的確定，新技術(shù)、新材料的采用，設(shè)計(jì)是否需要改進(jìn)等）；根據(jù)預(yù)計(jì)結(jié)果，編制可靠性關(guān)鍵件清單，為生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制提供依據(jù)；為可靠性試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)提供依據(jù)；為產(chǎn)品系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)分配提供依據(jù)和順序；對(duì)產(chǎn)品使用、維護(hù)提供信息等。

第二十一頁(yè)，共47頁(yè)。第二十一頁(yè)，共47頁(yè)。電子元器件的應(yīng)力分析法

第二十二頁(yè)，共47頁(yè)。第二十二頁(yè)，共47頁(yè)。電阻電阻類型工作環(huán)境電阻阻值工作應(yīng)力質(zhì)量級(jí)別節(jié)點(diǎn)溫度可靠性預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GJB299BMIL-STD-217FBellcore失效率電子元器件的應(yīng)力分析法第二十三頁(yè)，共47頁(yè)。第二十三頁(yè)，共47頁(yè)。集成電路技術(shù)類型工作環(huán)境管腳數(shù)和位數(shù)工作應(yīng)力質(zhì)量級(jí)別封裝類型可靠性預(yù)計(jì)模型GJB299BMIL-STD-217FBellcore失效率電子元器件的應(yīng)力分析法第二十四頁(yè)，共47頁(yè)。第二十四頁(yè)，共47頁(yè)。機(jī)械產(chǎn)品可靠性預(yù)計(jì)方法機(jī)械產(chǎn)品的可靠性特點(diǎn)個(gè)性十足沒(méi)有恒定的故障率應(yīng)力和強(qiáng)度關(guān)系明顯常有運(yùn)動(dòng)特性機(jī)械產(chǎn)品可靠性分析的手段有限元建模－強(qiáng)度概率分析模型－強(qiáng)度和應(yīng)力要素隨機(jī)化仿真運(yùn)行第二十五頁(yè)，共47頁(yè)。第二十五頁(yè)，共47頁(yè)。機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)品可靠性預(yù)計(jì)步驟建立有限元模型，進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算確定可能的失效點(diǎn)針對(duì)每個(gè)失效點(diǎn)確定失效函數(shù)確定隨機(jī)變量隨機(jī)變量參數(shù)設(shè)定選擇概率分析方法仿真計(jì)算結(jié)果分析第二十六頁(yè)，共47頁(yè)。第二十六頁(yè)，共47頁(yè)。內(nèi)容安排12可靠性建?？煽啃灶A(yù)計(jì)和分配3可靠性數(shù)據(jù)評(píng)估4故障模式影響分析第二十七頁(yè)，共47頁(yè)。第二十七頁(yè)，共47頁(yè)?？煽啃詳?shù)據(jù)評(píng)估定義：利用產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù)，評(píng)估產(chǎn)品可靠性水平產(chǎn)品：系統(tǒng)或組成系統(tǒng)的各個(gè)部分可靠性數(shù)據(jù)：產(chǎn)品的試驗(yàn)或使用信息評(píng)估方法：基于概率統(tǒng)計(jì)可靠性水平：產(chǎn)品的可靠性參數(shù)值MTBFMTTF可靠度R等的估計(jì)值。3第二十八頁(yè)，共47頁(yè)。第二十八頁(yè)，共47頁(yè)。可靠性評(píng)估20個(gè)電子管在某次試驗(yàn)中共發(fā)生５次故障，記錄如下表序號(hào)12345故障時(shí)間2664119145182第二十九頁(yè)，共47頁(yè)。第二十九頁(yè)，共47頁(yè)?？煽啃栽u(píng)估的目的作為產(chǎn)品可靠性定型鑒定的重要依據(jù)產(chǎn)品往往受到資源（樣本量、進(jìn)度等）的限制，不能進(jìn)行單獨(dú)的可靠性鑒定試驗(yàn)，在這種情況下經(jīng)常采用可靠性評(píng)估的方法對(duì)產(chǎn)品是否達(dá)到規(guī)定的可靠性要求進(jìn)行判別，作為可靠性鑒定的重要依據(jù)。作為產(chǎn)品可靠性增長(zhǎng)的重要依據(jù)通過(guò)可靠性評(píng)估，可以定量分析的手段地判斷可靠性薄弱環(huán)節(jié)，從而確定需要改進(jìn)和增長(zhǎng)的項(xiàng)目；另外，通過(guò)可靠性評(píng)估也可以對(duì)于產(chǎn)品的可靠性增長(zhǎng)趨勢(shì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，為可靠性工作的改進(jìn)提供依據(jù)；通過(guò)可靠性評(píng)估得到的產(chǎn)品可靠性參數(shù)值，可作為當(dāng)前產(chǎn)品的冗余設(shè)計(jì)、維修策略設(shè)計(jì)和備件方案設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，也可以作為后續(xù)產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)論證的技術(shù)依據(jù)。可靠性評(píng)估是對(duì)產(chǎn)品的可靠性定量評(píng)價(jià)，輔助或代替可靠性鑒定。第三十頁(yè)，共47頁(yè)。第三十頁(yè)，共47頁(yè)?？煽啃詳?shù)據(jù)的來(lái)源

試驗(yàn)數(shù)據(jù)：在產(chǎn)品的研制生產(chǎn)過(guò)程中，需要進(jìn)行各種性能試驗(yàn)、環(huán)境試驗(yàn)和可靠性試驗(yàn)，這些試驗(yàn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是可靠性數(shù)據(jù)的重要來(lái)源。

現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)：在產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)和使用過(guò)程中得到的產(chǎn)品工作、故障和維修數(shù)據(jù)為現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。第三十一頁(yè)，共47頁(yè)。第三十一頁(yè)，共47頁(yè)。可靠性數(shù)據(jù)程序第三十二頁(yè)，共47頁(yè)。第三十二頁(yè)，共47頁(yè)。產(chǎn)品工作信息記錄表-(供參考)產(chǎn)品名稱：記錄人：產(chǎn)品型號(hào)：記錄日期：產(chǎn)品編號(hào)：之前累積工作時(shí)間（小時(shí)）：序號(hào)開(kāi)機(jī)時(shí)間點(diǎn)T0停機(jī)時(shí)間點(diǎn)T1本次工作時(shí)間T1-T0備注本表累積工作時(shí)間(小時(shí))：產(chǎn)品累積工作時(shí)間（小時(shí)）：第三十三頁(yè)，共47頁(yè)。第三十三頁(yè)，共47頁(yè)。產(chǎn)品故障信息記錄表-(供參考)產(chǎn)品名稱：產(chǎn)品型號(hào)：產(chǎn)品編號(hào)：系統(tǒng)編號(hào)：報(bào)告部門(mén)報(bào)告人員報(bào)告日期故障件名稱故障件編號(hào)故障等級(jí)故障模式故障性質(zhì)相關(guān)故障□責(zé)任故障□人為故障□故障描述原因分析解決措施建議與要求評(píng)審意見(jiàn)：評(píng)審人

評(píng)審日期第三十四頁(yè)，共47頁(yè)。第三十四頁(yè)，共47頁(yè)。整理數(shù)據(jù)格式代號(hào)數(shù)據(jù)格式樣例A對(duì)每個(gè)樣本：[T]t1,t2,t3,…tnti

為產(chǎn)品發(fā)生故障前的累積工作時(shí)間;T為統(tǒng)計(jì)截至產(chǎn)品累積工作時(shí)間樣本1：[500]100，221，300

表示在100小時(shí)，221小時(shí)，300小時(shí)分別出現(xiàn)過(guò)故障并修復(fù)，統(tǒng)計(jì)截止時(shí)間為500小時(shí)。樣本2：[200]200

表示該樣本在200小時(shí)出現(xiàn)故障，不修復(fù)樣本3：[300]

表示該樣本統(tǒng)計(jì)時(shí)間為300小時(shí)，無(wú)故障B針對(duì)所有樣本：（T，r）表示該產(chǎn)品在T時(shí)間內(nèi)共發(fā)生了r個(gè)故障，T為所有樣本的累積工作時(shí)間。（300，4）表示在累積300小時(shí)內(nèi)發(fā)生了4次故障第三十五頁(yè)，共47頁(yè)。第三十五頁(yè)，共47頁(yè)。指數(shù)分布產(chǎn)品的可靠性評(píng)估式中：MTBFL－MTBF單側(cè)評(píng)估下限T－累積工作（試驗(yàn)時(shí)間）r－故障數(shù)量χ－卡方分布，可查統(tǒng)計(jì)分布表，在Excel中的函數(shù)為CHIINVγ－置信度第三十六頁(yè)，共47頁(yè)。第三十六頁(yè)，共47頁(yè)。成敗型產(chǎn)品的可靠性評(píng)估

式中：RL－可靠度單側(cè)評(píng)估下限n－累積試驗(yàn)次數(shù)r－累積失敗F－F分布，可查統(tǒng)計(jì)分布表，在Excel中的函數(shù)為FINVγ－置信度第三十七頁(yè)，共47頁(yè)。第三十七頁(yè)，共47頁(yè)。內(nèi)容安排12可靠性建模可靠性預(yù)計(jì)和分配3可靠性數(shù)據(jù)評(píng)估4故障模式影響分析第三十八頁(yè)，共47頁(yè)。第三十八頁(yè)，共47頁(yè)。故障模式影響分析故障模式影響分析（FailureModeandEffectsAnalysis，簡(jiǎn)記為FMEA）是分析系統(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、檢測(cè)難易程度以及發(fā)生頻度予以分類的一種歸納分析方法。FMFailureModeAnalysisEAEffect4第三十九頁(yè)，共47頁(yè)。第三十九頁(yè)，共47頁(yè)。FMEA是一種事先預(yù)防的行為FMEA分析的是潛在故障（PotentialFailure），是可能發(fā)生但是現(xiàn)在還沒(méi)有發(fā)生的故障。它是一種“事前預(yù)防”的行為“及時(shí)性”是FMEA的關(guān)鍵因素事先花時(shí)間對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，事先低成本地進(jìn)行修改減少未來(lái)更大損失的發(fā)生第四十頁(yè)，共47頁(yè)。第四十頁(yè)，共47頁(yè)。FMEA的目的

FMEA的目的在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，預(yù)先發(fā)現(xiàn)、評(píng)價(jià)產(chǎn)品可能潛在的失效與后果，及早找出能夠避免或減少這些潛在失效發(fā)生的措施，并將此過(guò)程文件化，為以后的設(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)與參考。是用于產(chǎn)品研發(fā)階段對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)控制的方法和手段是產(chǎn)品初步設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)階段必須進(jìn)行的可靠性工作之一對(duì)于及早發(fā)現(xiàn)和解決設(shè)計(jì)缺陷及潛在故障隱患具有重要意義。同時(shí)，由于FMEA工作的特點(diǎn)，大量故障模式信息的收集以及完善的風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果有助于新研制產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)。第四十一頁(yè)，共47頁(yè)。第四十一頁(yè)，共47頁(yè)。FMEA的歷史二十世紀(jì)六十年代，起源于Apoll項(xiàng)目，NASA。1974年，MIL-STD-1629誕生，美國(guó)海軍。1976年，美國(guó)國(guó)防部確定FMEA所有武器采購(gòu)的必要活動(dòng)。七十年代后期，美國(guó)汽車工業(yè)采用FMEA作為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工具。八十年代中期，