1可靠性與可靠性工程

1、2021-6-71 可靠性與可靠性工程可靠性與可靠性工程 Reliability Engineering 主講:陳衛(wèi)東 第一講 2021-6-72 內(nèi)容提要內(nèi)容提要 o 現(xiàn)代質(zhì)量觀念 o 可靠性研究與應(yīng)用的目的和意義 o 可靠性工程概述 o 可靠性工程的發(fā)展 o 可靠性工程的范疇與理論 o 可靠性工程特點(diǎn) o 可靠性工程 現(xiàn)代質(zhì)量觀念與設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)變現(xiàn)代質(zhì)量觀念與設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)變 2021-6-73 基本概念基本概念 系統(tǒng)效能 定義 ： 系統(tǒng)效能就是系統(tǒng)在規(guī)定的條件下滿足給 定定量特性和服務(wù)要求的能力 。 E系統(tǒng)效能 A可用性 D可信性 C固有能力 2021-6-74 基本概念基本概念 可用性(Ef

2、fectiveness) 定義 ： 可用性(A)表示戰(zhàn)備完好，即系統(tǒng)在任一 隨機(jī)時刻需要開始執(zhí)行任務(wù)時，處于工作或可 使用狀態(tài)的程度，亦即系統(tǒng)“開則能動”的能 力。它是系統(tǒng)可靠性和維修性（含保障性、測 試性等）的函數(shù)，即： A=f(R，M) 2021-6-75 基本概念基本概念 可信性(Dependability) 定義：可信性(D)表示任務(wù)成功，是指系統(tǒng)在任務(wù) 開始時可用性給定的情況下，在規(guī)定的任務(wù)剖 面中的任一隨機(jī)時刻，能侈使用且能完成規(guī)定 功能的能力，即系統(tǒng)“動則成功”的能力。它 是系統(tǒng)可靠性和維修性（含保障性、測試性等 ）的函數(shù)。 2021-6-76 基本概念基本概念 固有能力(Cap

3、ability) 定義 ：固有能力(C)是系統(tǒng)在給定的內(nèi)在條件下， 滿足給定的定量特性要求的自身能力，如飛行 速度、航程、殺傷力等。 2021-6-77 效能和可靠性、維修性之間的關(guān)系效能和可靠性、維修性之間的關(guān)系 2021-6-78 系統(tǒng)的壽命周期費(fèi)用系統(tǒng)的壽命周期費(fèi)用(LCC) 定義：系統(tǒng)的壽命周期費(fèi)用（Life Cycle Costs， 以下簡稱LCC），是指在系統(tǒng)的整個壽命周期 內(nèi)，為獲取并維持系統(tǒng)的運(yùn)營（包括處置）所花費(fèi) 的總費(fèi)用。它包括硬件、軟件的研制費(fèi)、生產(chǎn)費(fèi) 、后勤保障費(fèi)用，以及在研制、采辦、使用、技 術(shù)保障和處置過程中所需的各種人員費(fèi)用。 2021-6-79 使用費(fèi)用不斷增長

4、使用費(fèi)用不斷增長 2021-6-710 現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想的轉(zhuǎn)變的主要體現(xiàn)現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想的轉(zhuǎn)變的主要體現(xiàn) 性能向效能的延伸，體現(xiàn)了從性能特性向系統(tǒng) 全面特性（性能特性十專門特性）的延伸； 采購費(fèi)用向壽命周期費(fèi)用的延伸，體現(xiàn)了對系 統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的考慮更加全面完善； 權(quán)衡對象的延伸，從“花最少的錢實(shí)現(xiàn)性能最 好的系統(tǒng)”延伸到“以最小的壽命周期費(fèi)用實(shí) 現(xiàn)效能最好的系統(tǒng)”。 2021-6-711 現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想的比較現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想的比較 2021-6-712 2021-6-713 可靠性研究與應(yīng)用的目的和意義可靠性研究與應(yīng)用的目的和意義 o 什么是產(chǎn)品可靠性？ n 產(chǎn)品的屬

5、性：故障 n 人總是要生病。從生理學(xué)上講，人也可以看成是產(chǎn) 品或機(jī)器 n 持久保持其功能/性能的能力，不出現(xiàn)問題、不發(fā)生 故障，為用戶所用 n 電冰箱用710年不出故障，捷達(dá)轎車“皮實(shí)” 可 靠性高 n 定義：是指產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，完成 規(guī)定功能的能力。 產(chǎn)品可靠性定義的要素是三個 “規(guī)定”(“規(guī)定條件”、“規(guī)定時間”、“規(guī)定功 能”） 2021-6-714 可靠性研究與應(yīng)用的目的和意義可靠性研究與應(yīng)用的目的和意義 o 為什么要搞可靠性？ n 世界上沒有永恒的事物 n 產(chǎn)品故障會造成巨大的損失 o 經(jīng)濟(jì)損失 o 人員安全 o 武器裝備喪失戰(zhàn)斗力 o 政治、社會問題 2021-6-7

6、15 可靠性研究與應(yīng)用的目的和意義可靠性研究與應(yīng)用的目的和意義 o 為什么要搞可靠性？ n 技術(shù)的進(jìn)步、信息時代 n 產(chǎn)品，特別是飛機(jī)、武器裝備等日益復(fù)雜化、高科技 n 載人航天、繞月探測工程 n 美國人的火星探測 n 人類的生活在20、21世紀(jì)發(fā)生了巨大的變化 n 人們對可靠性的要求日益提高 n 現(xiàn)代高科技產(chǎn)品對可靠性高要求 2021-6-716 可靠性研究與應(yīng)用的目的和意義可靠性研究與應(yīng)用的目的和意義 o 為什么要搞可靠性？ n 高可靠是武器裝備戰(zhàn)斗力的保障 n 提高武器裝備的效能 n 減少裝備維修 n 減少裝備全壽命周期費(fèi)用 n 綜合效能 o 功能/性能，款式、構(gòu)型等 o 可靠性(壽命)

7、、維修性、產(chǎn)品支援 o 質(zhì)量 o 價格/使用費(fèi)用 2021-6-717 可靠性工程概述可靠性工程概述 o 可靠性工程（RE）概念 n 為達(dá)到產(chǎn)品的可靠性要求而進(jìn)行的一套設(shè)計(jì)、研制、 生產(chǎn)和試驗(yàn)工作；設(shè)計(jì)分析、試驗(yàn)與驗(yàn)證、管理、信 息與評估 n RE是可靠性系統(tǒng)工程的一個分支，是可靠性系統(tǒng)工程 的核心，和首要任務(wù)。產(chǎn)品的可靠性是設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和 管理出來的 n 可靠性工程裝備開發(fā)系統(tǒng)工程的一個分支。服從裝備 開發(fā)系統(tǒng)工程和工程過程的基本規(guī)律 2021-6-718 可靠性工程的發(fā)展可靠性工程的發(fā)展 o 萌芽期 n 20世紀(jì)40年代是可靠性萌芽時期， 1943年美國成立了 電子管研究委員會專門研究電子管

8、的可靠性問題； o 形成期 n1951年美國航空無線電通信公司(ARINC)開始了最早的一 個可靠性改進(jìn)計(jì)劃；1952年美國國防部成立了電子設(shè)備可 靠性咨詢組(AGREE)；1955年AGREE開始實(shí)施從設(shè)計(jì)、試 驗(yàn)、生產(chǎn)到交付、儲存和使用的全面的可靠性發(fā)展計(jì)劃， 并于1957年發(fā)表了軍用電子設(shè)備可靠性的研究報告， 從9個方面闡述了可靠性設(shè)計(jì)、試驗(yàn)及管理的程序及方法， 確定了美國可靠性工程的發(fā)展方向，成為可靠性發(fā)展的奠 基性文件，標(biāo)志著可靠性已經(jīng)成為一門獨(dú)立的學(xué)科，是可 靠性工程發(fā)展的重要里程碑。 2021-6-719 可靠性工程的發(fā)展可靠性工程的發(fā)展 o 成熟與綜合發(fā)展 n 20世紀(jì)60年代

9、70年代,是可靠性工程全面發(fā)展和步入 成熟的階段。美國在許多武器裝備中推行可靠性工程， 美軍形成了一系列較完善的標(biāo)準(zhǔn) n 20世紀(jì)80年代以來，可靠性向更廣泛和更深入的方向 發(fā)展，并以武器裝備的效能為目標(biāo)，將可靠性、維修 性和保障性有機(jī)的綜合在一起，形成可靠性系統(tǒng)工程 n 我國從20世紀(jì)80年代，才真正在武器裝備中開展可靠 性工程； n 21世紀(jì)初，可靠性工程在我國全面深入的研究與應(yīng)用 2021-6-720 可靠性工程內(nèi)涵及其外延可靠性工程內(nèi)涵及其外延 o 產(chǎn)品特性 維修 系統(tǒng)失效 (不可靠) 事故 (不安全) 診斷 保障 產(chǎn)品(系統(tǒng)) 固有屬性 故障 可靠性 維修性 保障性 測試性 安全性

10、系統(tǒng)失效 (不可靠) 2021-6-721 可靠性工程內(nèi)涵可靠性工程內(nèi)涵 o 可靠性工程范疇 n 系統(tǒng)/產(chǎn)品的可靠性要求或目標(biāo) n 可靠性的設(shè)計(jì)分析 o 建模、預(yù)計(jì)、FMEA、FTA o 風(fēng)險分析等 n 可靠性試驗(yàn)與評價 o 環(huán)境應(yīng)力篩選(ESS) o 可靠性增長試驗(yàn)等 o 可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)等 n 可靠性信息 n 可靠性管理 2021-6-722 可靠性工程內(nèi)涵可靠性工程內(nèi)涵 o 可靠性工程理論基礎(chǔ) n 交叉型學(xué)科 n 可靠性的理論基礎(chǔ) o 宏觀：系統(tǒng)學(xué)、概率論、統(tǒng)計(jì)學(xué) o 微觀：其他學(xué)科：材料學(xué)、力學(xué)等等 n 應(yīng)用理論 o 系統(tǒng)工程 o 可靠性設(shè)計(jì)分析技術(shù) o 可靠性試驗(yàn)技術(shù) o 可靠性評估技

11、術(shù) o 可靠性信息管理 o 可靠性管理 2021-6-723 可靠性工程內(nèi)涵可靠性工程內(nèi)涵 o 質(zhì)量與可靠性關(guān)系 n 從廣義質(zhì)量觀看，質(zhì)量涵蓋可靠性 n 從狹義的質(zhì)量觀看，就是“符合性質(zhì)量” n 可靠性畢竟與狹義的質(zhì)量管理還是有很大區(qū)別的，質(zhì) 量出了問題，往往批次性很強(qiáng) n 可靠性是更深層次的與設(shè)計(jì)、工藝相關(guān)的根本性問題。 有些企業(yè)對于可靠性工程有一種錯誤觀念，認(rèn)為可靠 性工程是質(zhì)量部門的事情，而設(shè)計(jì)部門卻很少人員參 與。 n 產(chǎn)品的可靠性是在設(shè)計(jì)階段就已經(jīng)決定了 n 在用戶使用過程中，均是“可靠性”問題 2021-6-724 可靠性工程內(nèi)涵可靠性工程內(nèi)涵 o 可靠性的幾個概念 n 時間域的概

12、率度量 n 按用戶/生產(chǎn)方分類 o 固有可靠性 o 使用可靠性 n 按分析角度分類 o 基本可靠性：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下，無故障的持續(xù)時間或概 率 n 在沒有后勤保障情況下系統(tǒng)工作能力的度量 n 考慮所有需要維修保障的故障 o 任務(wù)可靠性：產(chǎn)品在規(guī)定的任務(wù)剖面內(nèi)完成規(guī)定功能的能力 n 系統(tǒng)完成任務(wù)能力的度量 n 只考慮引起任務(wù)失敗的故障 2021-6-725 可靠性工程內(nèi)涵可靠性工程內(nèi)涵 o浴盆曲線 n典型的故障率模型，許多產(chǎn)品故障率呈 此模型 n分為三個階段： o 早期壽命區(qū)：故障率隨時間而降低* o 恒定故障率區(qū)：故障率保持不變* o 耗損區(qū)：故障率隨時間而增加* 器件的缺陷，制造的缺陷 或

13、儲存運(yùn)輸?shù)脑蛟斐傻?故障 產(chǎn)品進(jìn)入成熟期，故障 多為偶然原因造成 產(chǎn)品進(jìn)入耗損期，故障 多為老化、耗損，物理 化學(xué)機(jī)理 通過浴盆曲線 確定保修期 確定使用壽命 零部件更換時間 2021-6-726 可靠性工程內(nèi)涵可靠性工程內(nèi)涵 o 系統(tǒng)可靠性的概念 n 一個產(chǎn)品或系統(tǒng)是由眾多的單元組成的，如飛機(jī)、 神州號飛船、洗衣機(jī) n 系統(tǒng)的可靠性是其各組成單元的可靠性的概率邏輯 組合 n 分析/計(jì)算系統(tǒng)可靠性，需要建立系統(tǒng)可靠性模型 o 系統(tǒng)可靠性的設(shè)計(jì)與分析方法 n 系統(tǒng)性 n 統(tǒng)計(jì)學(xué) n 系統(tǒng)自身的特性 n 其他專門的專業(yè)學(xué)科 2021-6-727 可靠性工程內(nèi)涵可靠性工程內(nèi)涵 o 可靠性工程特點(diǎn)

14、n 全壽命(壽命剖面與任務(wù)剖面) n 綜合性 n 需求分析、設(shè)計(jì)、管理、試驗(yàn)、制造與使用 n 圍繞“故障” n 并行工程 n 交叉型學(xué)科 導(dǎo)致故障的原因: 系統(tǒng)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)、元件的可靠性 使用環(huán)境 制造缺陷 預(yù)防維修和計(jì)劃維修等 2021-6-728 可靠性工作項(xiàng)目可靠性工作項(xiàng)目 o 可靠性及其工作項(xiàng)目要求的確定 n 確定可靠性要求 o 確定可靠性的定性、定量要求 n 確定可靠性工作項(xiàng)目要求 o 根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)、選擇確定可靠性工作項(xiàng)目(以 GJB450A為依據(jù)) o 將可靠性工程工作，納入型號研制中 2021-6-729 可靠性工作項(xiàng)目可靠性工作項(xiàng)目 o 可靠性管理 n 制定可靠性計(jì)劃(甲方) n

15、 制定可靠性工作計(jì)劃(承制方) n 對承制方、轉(zhuǎn)承制方和供應(yīng)方的監(jiān)督與控制 n 可靠性評審 n 建立故障報告、分析和糾正措施系統(tǒng) n 建立故障審查組織 n 可靠性增長管理 o 可靠性設(shè)計(jì)分析 n 建立可靠性模型 n 可靠性分配 2021-6-730 可靠性工作項(xiàng)目可靠性工作項(xiàng)目 n 可靠性預(yù)計(jì) n 故障模式、影響及危害性分析 n 故障樹分析 n 潛在分析 n 電路容差分析 n 制定可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與符合性檢查 n 元器件、零部件和原材料選擇與控制 n 確定可靠性關(guān)鍵產(chǎn)品 n 確定功能測試、包裝、貯存、裝卸、運(yùn)輸和維修對 產(chǎn)品可靠性的影響 2021-6-731 可靠性工作項(xiàng)目可靠性工作項(xiàng)目 n 有

16、限元分析 n 耐久性分析 o 可靠性試驗(yàn)與評價可靠性驗(yàn)證 n 環(huán)境應(yīng)力篩選 n 可靠性研制試驗(yàn) n 可靠性增長試驗(yàn) n 可靠性鑒定試驗(yàn) n 可靠性驗(yàn)收試驗(yàn) n 可靠性分析評價 n 壽命試驗(yàn) 2021-6-732 可靠性工作項(xiàng)目可靠性工作項(xiàng)目 o 使用可靠性評估與改進(jìn) n 使用可靠性信息收集 n 使用可靠性評估 n 使用可靠性改進(jìn) 2021-6-733 可靠性工程工作流程可靠性工程工作流程 可靠性工程工作流程 2021-6-734 系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段的可靠性設(shè)計(jì)分析流程系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段的可靠性設(shè)計(jì)分析流程 系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段的可靠性設(shè)計(jì)分析流程 2021-6-735 面臨的問題面臨的問題 o 認(rèn)識不足、重視不夠

17、，被動應(yīng)付 n 急于求成 長期效應(yīng) n 現(xiàn)成工具技術(shù)的成熟 o 既有管理，也有技術(shù)問題，更多是管理問題 n 可靠性人員的地位問題、人員素質(zhì)問題 n 可靠性數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)的積累和升華很不夠 n 沒有完全納入產(chǎn)品的研發(fā)體系中有組織無紀(jì)律 o 可靠性人員與專業(yè)設(shè)計(jì)人員的融合問題 o 產(chǎn)品的使用環(huán)境與使用模式認(rèn)識不清 2021-6-736 面臨的問題面臨的問題 o 技術(shù)手段的局限性 n 目前的以系統(tǒng)學(xué)與概率論為基礎(chǔ)的系統(tǒng)可靠性方法 的局限性，不能從根本上解決問題 n 設(shè)計(jì)人員不知道如何設(shè)計(jì)可靠性數(shù)字游戲 n 現(xiàn)有的可靠性方法操作性差 n 針對具體的微觀問題缺乏技術(shù)手段 o 機(jī)械產(chǎn)品的非標(biāo)準(zhǔn)化與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的缺乏 o 高可靠性、長壽命，以及儲存可靠性問題缺乏 技術(shù)手段 2021-6-737 謝謝大家謝謝大家 2021-6-738 壽命周期與壽命剖面壽命周期與壽命剖面 o 產(chǎn)品從制造到壽命終結(jié)或退出使用這段時間內(nèi)所經(jīng)歷的 全部事件和環(huán)境的時序描述。它包含一個或多個任務(wù)剖 面。通常把產(chǎn)品的壽命剖面分為后勤和使用兩個階段 2021-6-739 壽命剖面示例壽命剖面示例 事件 使用方法 生 產(chǎn) 驗(yàn) 收 裝卸和 公路運(yùn) 輸 裝卸和 鐵路運(yùn) 輸 裝卸 和空 運(yùn) 裝卸和 船運(yùn) 裝卸和后勤 支援運(yùn)輸 （最壞路線） 有遮蔽存貯， 帳篷，圓屋 頂 無遮蔽 存儲 工作準(zhǔn) 備階段 發(fā)射 階段