可靠性与系统工程

可靠性简介RMSIntroductiononReliability任武越开篇的话“设备制造与服务管理方法“高可靠易维修好保障ReliabilityMaintainabilitySupportability五项基本原则①质量优先②持续改进④运行保障优先一些概念质量管理可靠性简介可靠性参数和指标可靠性开展流程可靠性要求、分配、预计可靠性设计方法可靠性试验目录CONTENTS质量特性RMS专用通用经济性时间性适应性可靠性Reliability维修性Maintainability保障性Supportability测试性Testability安全性Safety效能权衡寿命周期费用系统由相互联系、相互作用的多要素结合而成的具有特定功能的统一体公司家庭社团党校社会生态圈集合性相关性层次性整体性涌现性目的性环境适应性工程组织管理系统的技术规划、研究、设计、制造、试验和使用工程工程项目，对象系统的实现或实施项目的结果可靠性是设计出来的，也是管理出来的人员比例航空航天可靠性中心总体所承制单位可靠性 准则 租赁准则应用指南下载租赁准则应用指南下载租赁准则应用指南下载租赁准则应用指南下载租赁准则应用指南下载 可靠性分配可靠性验收……可靠性设计可靠性预计可靠性试验……可靠性人员设计人员11~5∞其他寿命周期费用运输费用运行费用训练费用备件费用技术数据费用退役费用维护费用LifeCycleCost生产费用研制费用方案定义工程研制生产部署退役使用保障现代系统思想的转变市场牵引，用户需求初期综合系统性能特性与专门特性研制初期投入较多，研制后期投入较少，所需总投入较少研制初期更改较多，研制后期更改较少，更改代价较小满足用户需求，质量稳定性好主动寻找故障、预防故障发生低成本、高质量、适销对路现代系统思想传统设计思想工程师及领导者的意见重视性能，忽视系统综合研制初期投入较少，研制后期投入较多，所需总投入较多初期更改较少，后期更改较多，会出现局部甚至全局重新设计，更改代价较大满足验收 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ，质量波动性大被动等待、解决故障问题很难全部满足用户需求，可能会产生合格的“废品”产品定位系统综合工作量更改次数设计评价工作态度经济效益质量管理[1]RMS质量管理体系文件《中钞长城通用质量管理准则》《中钞长城可靠性分析与设计通用准则》《中钞长城维修性分析与设计通用准则》《中钞长城安全性分析与设计通用准则》《中钞长城软件可靠性分析与设计通用准则》《中钞长城可靠性与寿命试验指南》《中钞长城保障性分析与设计通用准则》公司质量 管理制度 档案管理制度下载食品安全管理制度下载三类维修管理制度下载财务管理制度免费下载安全设施管理制度下载 项目质量管理制度《XX项目可靠性设计要求》《XX项目可靠性分析要求》《XX项目安全性分析要求》《XX项目安全性分析要求》……《XX项目可靠性参数与指标要求》质量管理流程需求调查需求向技术方案的转换需求向参数指标的转换技术方案与参数指标的权衡质量功能展开方案设计RMS定性要求准则RMS定量要求准则RMS指标分配其他指标分配可靠性分配维修性分配可靠性建模设计RMS分析技术RMS指标分配通用设计要求专用设计要求可靠性分配维修性分配可靠性建模可靠性分析可靠性仿真可靠性试验……生产设计与工艺的一致性使用故障统计维修记录可靠性数据分析可靠性简介[2]RMS可靠性可靠性在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。规定条件使用时的环境条件和工作条件使用时的盈利条件维护方法储存时的储存条件规定时间任务和非任务时间规定功能必须具备的功能及其技术指标解析仿真试验可靠性分类规定条件规定时间无故障工作的能力反映产品对维修资源的要求所有寿命单位和关联故障任务可靠性基本可靠性规定功能用户费用规定的任务剖面规定功能的能力影响任务完成的故障承制方设计和制造赋予理想的使用保障条件固有可靠性和使用可靠性使用方实际环境设计、制造、使用、环境等因素的综合影响可靠性参数指标[3]RMS可靠度在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率  累积故障概率  故障密度函数f(t)f(t)tF(t0)R(t0)t0可靠度在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率 故障率工作到某时刻未故障的产品，在该时刻后单位时间内发生故障的概率早期故障偶然故障耗损故障维修后使用寿命 t质量管理六西格玛σ1234566900003080006680062102303.4可靠度在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率 平均故障前时间MeanTimeToFailureN0个产品一次故障 平均故障间隔时间MeanTimeBetweenFailures一个产品N0次故障完全修复可靠性参数分类任务可靠性基本可靠性规定功能用户费用平均故障间隔时间MTBF平均维修间隔时间MTBM平均拆卸间隔时间MTBR千行代码缺陷率……成功概率平均严重故障间隔时间误废率、漏废率每分钟检测量……战备完好性任务成功性维修人力费用保障资源费用 合同 劳动合同范本免费下载装修合同范本免费下载租赁合同免费下载房屋买卖合同下载劳务合同范本下载 参数使用参数可靠性管理流程[4]RMS4321分析流程RMS论证阶段方案阶段初步设计详细设计分析流程1234RMS论证阶段方案阶段分析流程1234RMS论证阶段方案阶段分析流程1234RMS论证阶段方案阶段初步设计分析流程1234RMS论证阶段方案阶段初步设计详细设计可靠性要求、分配、预计[5]RMS可靠性定性要求设计要求RMS论证阶段方案阶段工程研制阶段生产阶段使用阶段指定贯彻可靠性设计准则简化设计余度设计降额设计制定实施元器件大纲确定关键件和重要件……分析要求功能危险分析（FHA）故障模式影响及危害性分析（FMECA）故障树分析（FTA）区域安全性分析（ZSA）……可靠性定量要求RMS论证阶段方案阶段工程研制阶段生产阶段使用阶段任务成功性维修人力费用资源保障费用贮存完好性战备完好性任务成功性维修人力费用资源保障费用1参数的选择2指标的确定寿命剖面任务剖面故障判别准则维修方案阶段目标其他约束条件和假设可靠性分配等分配法评分分配法比例组合法考虑重要度和复杂度的分配方法余度系统的比例组合法经典方法最新研究粒子群算法模糊理论层次分析法神经网络蚂蚁算法AGREE算法系统分系统部件单元零件再分配可靠性预计算命系统分系统部件单元零件元器件可靠性 《电子设备可靠性预计手册》机械可靠性 《机械设备可靠性预计程序手册》可靠性建模可靠性设计方法[6]RMS故障模式影响及危害性分析FailureMode,EffectsandCriticalityAnalysis分析系统中每一产品所有可能产生的故障模式及其对系统造成的所有可能影响，并按每一个故障模式的严重程度及其发生概率予以分类的一种归纳分析方法。11（部分）产品（将）不能完成预定功能的事件或状态潜在故障功能故障自行车外胎磨损裂缝爆胎序号故障模式序号故障模式序号故障模式序号故障模式序号故障模式1结构故障8误关15漂移性工作22提前运行29无输出2捆结或卡死9内部漏泄16错误只是23滞后运行30(电)短路3振动10外部漏泄17流动不畅24错误输入(过大)31(电)开路4不能保持正常位置11超出允差上限18错误动作25错误输入(过小)32(电)漏泄5打不开12超出允差下限19不能关机26错误输出(过大)33其他6关不上13意外运行20不能开机27错误输出(过小)7误开14间歇性工作21不能切换28无输入22约定层次的划分功能层次结构层次局部影响、高一层次影响、最终影响从下到上3434严酷度I类（灾难的）II类（致命的）III类（临界的）IV类（轻度的）IVIIIIIIM1M2故障模式影响及危害性分析FailureMode,EffectsandCriticalityAnalysis分析系统中每一产品所有可能产生的故障模式及其对系统造成的所有可能影响，并按每一个故障模式的严重程度及其发生概率予以分类的一种归纳分析方法。代码产品或功能标识功能故障模式故障原因任务阶段与工作方式故障影响严酷度类别故障检测方法补偿措施备注局部影响高一层次影响最终影响初始约定层次产品约定层次产品任务分析人员审核批准第页共页填表日期故障模式影响分析表故障树分析FaultTreeAnalysis表明产品哪些组成部分的故障或外界事件或他们的组合将导致产品发生一种给定故障的逻辑图。组成元素事件及其符号逻辑门及其符号输出结果最小割集顶事件发生概率重要度不同阶段的可靠性设计方法设计分析方法指标论证方案论证初步设计详细设计可靠性定性定量要求制定√√可靠性分配√√可靠性模型建立√√√可靠性预计√√√可靠性设计准则制定与贯彻√√√简化设计√√△余度设计√√△容错设计√√△降额设计△√√热设计热分析√√√可靠性设计电路优选元器件清单PPL降额设计潜在通路分析热设计/热分析容差分析不同对象专用设计方法机械余度设计潜在通路分析耐久性分析[机械可靠性][热设计][故障预测与健康管理PHM]软件不同阶段的避错设计人工的文档和代码审查静态分析动态测试容错设计电路优选元器件清单提高型号的可靠性减少设计费用加快研制进度PreferredPartList控制元器件质量和可靠性的最重要的一项内容60%机载设备50%电子设备元器件的选择元器件生产厂家的选择元器件内在质量评价二次筛选电装后的质量跟踪建立元器件质量数据库……电路降额设计限制元器件在使用中承受应力<设计的额定值GJB/Z35《元器件降额准则》三级降额IIIIII可靠性极大提高，设计困难明显改善可靠性，易于设计相对效益最大，可靠性改善不足，最易实现金属膜电阻器(40℃)电路潜在通路分析SneakCircuitAnalysis20世纪60年代末期．美国发射红石火箭时，由于发射点火指令的控制插头比尾插头晚29ms脱落、此时一条通过关机线圈的潜在电路被系统激发，造成火箭刚起飞又被误关机的严重后果表现形式潜在路径时序指示标志意外路径意外逻辑流208131500潜在通路设计缺陷设计图错误阿波罗电路热设计/分析每升高10度，寿命减少一倍2575温度差故障率升高倍数锗普通二极管0.0290.2985010.3锗PNP晶体管0.1620.9075.6热设计定性电阻器叉排方式排列发热中心线与入风口中心线一致内表面涂黑，外表面淡黑定量降额设计散热器热阻计算热分析仿真为主FloTHERM器件级电路热分析专用工具电路容差分析元器件容差的累计会使电路、设备或系统的输出超出规定值而无法使用更改电路设计，允许较大公差存在关键电路减少元器件，注重参数高稳定、低公差蒙特卡洛(MonteCarlo)仿真输出公差范围直方图均值、方差和置信区间分析方法最坏情况试验法最坏情况分析法伴随网络法阶矩法机械余度设计构造多余资源协同工作，提高任务可靠性设计简单可靠性改善明显任务成功率提高优势劣势对检测、切换要求高系统复杂基本可靠性降低增加维修保障资源简单并联双重并联混合并联（串并并串）简单多数表决余度自适配式多数表决器门连接式多数表决余度非运行状态备用余度（冷储备）运行状态备用余度（热储备）形式单元可靠度可靠度提高倍数机械潜在通路分析将能量的流动用元器件符号表示出来同上SneakCircuitAnalysis机械机械可靠性耗损型失效疲劳、老化、磨损、腐蚀等失效率随时间变化多种失效模式共同作用人工分析干涉理论静强度疲劳与断裂磨损与腐蚀有限元ANSYS可靠性指标可靠性分配潜在特征机械故障预测与健康管理PrognosticsandHealthManagement利用尽可能少的传感器采集系统的各种数据信息，借助各种智能推理算法来评估正在运行的系统自身的健康状态，在系统故障发生前对其故障进行预测，并结合各种可利用的资源信息提供一系列的维修保障措施以实现系统的视情维修监测管理数据驱动寿命耗损监测融合描述物理模型神经网络数据融合模糊逻辑专家系统诊断预测实施保障维修避错设计RMS软件避错设计七大原理简单同型对称层次线型易证安全123需求分析与用户密切合作统一的需求建模方法层次分解，不断细化需求规格说明文档功能分析需求准则非功能分析需求准则程序结构设计程序简化设计软件健壮性设计软件冗余设计软件人工审查文档审查完整性准确性一致性软件开发 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 软件需求规格说明软件设计文档软件测试计划与报告用户使用和维护手册代码审查数据声明错误比较错误控制流错误输入\输出错误接口错误其他情况小组讨论测试成员提供用例追踪程序，记录过程软件静态动态静态分析静态结构分析质量度量代码规则检查动态测试逻辑覆盖测试逻辑覆盖测试功能分析等价类分析边界值分析圈复杂度扇入\扇出注释行控制流数据流URDUDD接口表达式可靠性试验[7]RMS工程试验统计试验环境应力筛选可靠性研制试验可靠性增长试验可靠性鉴定试验可靠性验收试验分类可靠性试验环境应力筛选潜在缺陷故障发现和排除产品中不良元器件、制造工艺和其他原因引入的缺陷所造成的早期故障安全性准则可行性准则准则经济性准则任务关键性准则元器件环境应力和电应力环境应力筛选典型缺陷温度和振动元器件参数漂移电路板开路、短路元器件安装不当错用元器件密封失效化学污染导线束端头缺陷夹接不当温度循环振动TemperaturevibrationMixed粒子污染压紧导线磨损晶体缺陷混装邻近板摩擦两个元器件短路导线松脱元器件粘接不良大质量元器件紧固不当机械性缺陷焊接缺陷硬件松脱元器件有缺陷紧固件问题元器件破损电路板蚀刻缺陷环境应力筛选案例1234准备工作初始性能检测环境应力筛选应力施加最后性能检测检查受筛产品技术状态、试验设备和检测仪器、夹具等按有关标准和技术文件对受筛产品进行外观、机械及电气性能检测等记录3-13-2通过无故障筛选产品在规定标准大气条件下运行，按产品技术条件进行性能检测并记录结果寻找和排除故障无故障检验3-1A3-1B3-2A3-2B随机振动温度循环温度循环随机振动5min10循环(40h)10循环连续无故障(40h)5min连续无故障最长不超过20循环(80h)最长不超过15min尽最大可能检测性能性能检测可靠性验证试验可靠性鉴定试验可靠性验收试验理想抽样特性曲线Θ0≥Θ合格Θ0<Θ不合格01L(Θ)Θ0Θ1两类错误及风险生产方风险α——将合格产品批判为不合格产品批而拒收使用方风险β——将不合格产品批判为合格产品批而接收2Θ0可接受的平均寿命，极限质量Θ1不可接受的平均寿命，可接受质量01L(Θ)Θ0Θβ1-ααΘ1L(Θ0)=1-αL(Θ1)=β储存寿命试验测量性能y特征参数ty0t*t0存储寿命维护故障阈值  退化规律的线性关系总结1系统工程将产品项目各个过程中涉及到人员、环境、流程、技术方法、资源、制度等一系列影响产品的因素作为统一的系统加以研究。从系统整体对可靠性进行管理和设计。2可靠性设计不同阶段使用的可靠性设计方法不同，针对产品逐层逐级开展可靠性分析，对不同的对象采用通用的可靠性分析后，使用专用的可靠性分析方法进行设计，从根本上提高产品的可靠性水平。对产品单元进行合理的取舍，使可靠性得以顺利的开展进行。3可靠性试验是衡量产品可靠性水平的途径。对于激发产品潜在故障，寻找产品薄弱环节具有很高的实用价值。但成本较高，限定了可靠性试验的开展，因此有针对的，简化的可靠性试验是研究重点。度量和要求分析设计分析方法设计方法设计准则要求然后维修性安全性保障性测试性可靠性数据积累可靠性是一门基于随机变量和概率统计学的一门学科谢谢可靠性简介任武越中钞长城金融设备控股有限公司技术部·可靠性工程师Emailrenwy@zccc.cbpm.cnTel010-59062942谢谢