可靠性简介和案例

总体所 研制单位
供应商
③
可靠性分配
为什么
产品工作时间很短，如1天， 但设计时，要求零部件工作时间达到
几个月甚至几年？
③
可靠性分配
木桶原理
0.5h
导弹MTBF
10000
相同串联元器件
?
每个元器件的MTBF
保证在0.5h内发生故障是小概率事45V
降额设计
冗余设计
热设计
FMECA
1
A B
I I
only III
I
II & III
0
Failure Mode
I
I II
II II
II
III
III
I
TERMINATED !!!
SO
redesign
reduce
谢谢
3,1073
17
Holy Crap！
返回
秦祥林
2月30日 下午16:36
如果上天再给我一次选择的机会， 我会对她说…
…爱过
我选A
IF we were the provider…
LUCKY!
A
S**T!
B
I I
I
I
I
II
Cycle
Failure Mode
II II
II
III
III
Reliability
Competitiveness
A
S1
2.7
B
0.5
2.9 ×106
“
Wait！
“ 实践出真知
A
B
0.5
1
1.5
2
2.5
×106
A
Cycle Dead Survived P(survival) Reliability
1549084 1
19
0.95
0.95
2053980 1
18
0.947368
0.9
在已知条件下，对系统可靠性模型特征的描述手段
简单 自动化 成本低
仿真结果依赖于已知条件数学 模型的精确度
概率论 最优化 排队论 ……
可靠性仿真案例
概率论
国家电网
计算 MTBF
百万级以上节点数量 无法整网建模 无法进行实验
假设：节点的故障分布函数 链路的故障分布函数
理论：相变理论 工具：蒙特卡洛仿真
可靠性试验
可靠性增长摸底试验
① 电子产品 ② 重要度高的关
键产品 ③ 大量采用新技
术、材料、工 艺，技术跨度 大、含量高， 无继承性的新 产品
T 可靠性摸底
对象
研制初期样品
状态 环境筛选，剔除早期故障
时机 时间
研制初期 确定试验时间（200h）
剖面
模拟实际的工作条件
故障处理
找出失效机理，确定可靠度
部件
断路 振动
故障与约定层次
约定层次的划分有利于故障分析
失手 脉血脚 象过冰 缓多冷 静，,，头贫血晕血不发怕养热冷汗，，，气生舌虚病头血，发弱产白，后，蹲失血下调不站养起肝来头晕 天南星五钱，百合一钱半，土丑星麻两钱， 史君子八分，夏枯草一两， 冬花做药引，文武火反复互煎
寿命周期
可靠性贯穿于产品的全寿命周期
1,0000
×20
5000
500 ×365
18,2500
A
S1
2.7
B
0.5
2.9 ×106
TIP
MTBF 4 +
+
Mean Time Between Failures
平= 均故障3间隔时间= h
345
BROKEN
Advertisement Warranty More MTBR
More BenefRit equirement
可靠性简介和案例
Introduction
任武越
中钞长城金融设备控股有限公司 技术部
可靠性
规定的
条件
时间
功能
故障
产品不能执行规定功能的状态
故障模式
表现形式
故障机理
物理、化学、生物等过程
故障
常见故障模式
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
故障模式 结构故障 捆结或卡死
振动 不能保持正常位置
种实验方案
节约实验成本
其他质量特性
保障性
测试性
可靠性
维修性
安全性
易用性
维保测易安修障试用全性
MSTUeuasaaspfteibpnattioyblaitriyltiinatyabbilitliyty
在能良提产设够好高品计及的用故中时测户障考有试操、虑效接作人维的口员修提能准差过供够确错程关准率和，于确环使产快降境安品速低因装一的误素和切进操是更的行作造换后故；成时勤障提安能保定高全够障位操事降单，作故 低元降速的维，低度主修如排，要工技查降因时术故低素和资障思。难料考安度、时全，人间性使力缩；设维物短具计修力维有时人、修良从员产时好更品间的加备。用设容件户计易，体上的以验降接及是低近这易严 维些用重修保性危部障的害位单核性。元心故的。障可这的靠里发性的生要用，求户屏。包蔽括故所障有作与用产到品人有的接传触播 的路人径员，，以如及安通装过工停人转、使隔用离人、员警、告维等保措人施员保等护。使 用人员。
E 招聘
新来的人 面试，剔除歪瓜裂枣
正式入职前 确定试用期（6个月） 接触实际的工作任务 工作总结，开转正会
可靠性试验
可靠性强化试验 （可靠性加速试验）
增加应力（时间）
需要连续工作10小时
连续工作24小时会over
饥饿 困 两眼冒星 女员工倒下 思维停滞
叫外卖 两包咖啡
洗脸 多用男员工
吃脑残片
10
故障原因
务 阶
段
故障影响
局部影响
高一层次 影响
最终影 响
一级运 放反馈 电阻
开路
器件内部 缺陷开焊
使 用
开路
无输出
无信号 输出
一级运 放反馈 电阻
参数漂 移+50%
器件内部 缺陷，温 度影响
使 用
参数漂移
输出电压 降低
信号达 不到输 出要求
一级运 放反馈 电阻
参数漂 移-50%
器件内部 缺陷，温 度影响
使 用
参数漂移
输出电压 信号持 容易过饱 续输出
严酷 度类
别
IV
IV
IV
α
危害性分析
β
λ /h
t / h
Cm
Cr
故障 检测 方法
补 偿 措 施
R
6
0.9 19
9.1 1 8E-
10
0 5.0 2 8E4 05
0
0.9999 44701
0.0 56
9.1 1 8E-
10
6
0 3.1 5.5 万用 2 0E- 3E- 表测 4 06 05 量
50±2 mm 99.73%
产品质量异常
现代质量管理
控制图
-0.2
0.2
-0.2
0.2
-0.2
0.2
正常：随机分布，过程稳定
异常：偏向一侧
异常：趋势明显
现代质量管理
田口方法
如何冲调奶粉，使婴儿吸收率（体重）最高？
品牌
水量
奶粉量
温度
MENGNIU
伊利
三元
常规
3 = 81 4 种实验方案
正交表设计
L27(3**4) = 27
…… 12 男员工倒下
放弃吧
可靠性试验
可靠性验证试验
L(θ) 1
故障数
只需少量样本，即可对整体进行评价
①
根据产品的寿命分布，
得到判别线①②
②
0
θ0
θ
两类风险：
拒收好的——生产方受损
接受坏的——使用方受损 0
试验时间
可靠性数据分析
可靠性基于概率论，而概率论离不开数据统计
悲观主义
强调具体某个产品的具体指标，将消耗极大的人力物力 宏观上把握批次产品的指标特性，利于抓住主要矛盾
Per button cost Total
Failure Probability Expected failures
Cost per repair Total
A
B
18,2500
1,0000
1
0.5
10
5 ×104
0.0047 4.79
1198
6.7242 6724.29 250
168,1073
1 17 0,1198
运营成本低、轻型结构更 灵活、易沟通交流
任务紧张、进度易推迟、孤 军奋战、从此假日是路人
越简单的产品可靠性越高
可靠性参数
R T f λ MTTF
可靠度
平均故障间隔时间
故障率
失效率
设计流程
①
提出指标
R(t=5h) = 0.99983 MTTF = 8h
设计流程
②
可靠性建模
设计流程
③
可靠性分配
C3开路 或 参数 漂移
AD故障
R7开路 C4短路 D1开路 AD故障
输出 电压 钳位 在负
电压
输出 电压 钳位 在正
电压
输出 电源 正电 压
输出 电源 负电 压
输出 电压 钳位 在负
电压
输出 带波 动的 电源
负电 压
可靠性设计
热设计
温度分布云图 空气流动
可靠性设计
有限元
受力 运动 薄弱环节
可靠性仿真
打不开 关不上 误开 误关 内部漏泄 外部漏泄 超出允差上限
序号 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
故障模式 超出允差下限
意外运行 间歇性工作 漂移性工作
错误只是 流动不畅 错误动作 不能关机 不能开机 不能切换 提前运行
序号 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33
环境筛选
有限元分析
设计流程
⑤
可靠性试验
环境应力筛选
可靠性研制试验
可靠性增长试验
可靠性验证试验
寿命试验
加速试验
可靠性设计
冗余设计
R
Rs1 = R = 0.5 Rs2 = 1-(1-R)2 = 0.75
50%
n=4 n=2 n=1
t
可靠性设计
FMECA
产
代码
品 标
志
1 R1
2 R1
3 R1
任
功能
故障模 式
2261200 1
17
0.944444
0.85
2290313 1
16
0.941176
0.8
2436609 1
15
0.9375
0.75
2485271 1
14
0.933333
0.7
……
Reliability
MTBF
Cycle
A
S1
2.40
2.7
B
0.5
2.39 ×106
2.9
Annual Volume Buttons
可靠性仿真案例
最优化、排队论
小学应用题
技术部发现厂里的10台小张挑残机存在飞钞现象，需要派攻城狮现场维修，每一名攻 城狮能够维修2台，问技术部需要派出几名攻城狮？（本题5分）
解：
10 ÷ 2 = 5（人）
答：技术部需要派出5名攻城狮。
可靠性仿真案例
最优化、排队论
实际应用题
技术部发现厂里的10台小张挑残机存在飞钞现象，需要派攻城狮现场维修。每次出现 飞钞的间隔时间服从泊松分布，每一名攻城狮解决飞钞故障的时间服从指数分布。维 修时间与厂里损失呈正比，超过一定时间修不好厂里会向公司告状。厂里节假日不上 班，只能工作日维修。此外，外派攻城狮享受额外的补助。问技术部需要派出几名攻 城狮才能到达双方成本最低，维修时间最短，皆大欢喜的局面？（本题5分）
故障模式 滞后运行 错误输入(过大) 错误输入(过小) 错误输出(过大) 错误输出(过小)
无输入 无输出 (电)短路 (电)开路 (电)漏泄 其他
故障
浴盆曲线 λ(t)
规定的 故障率
早期故障
使用寿命
偶然故障
t 耗损故障
故障与约定层次
约定层次的划分有利于故障分析
系统 单元
不执行动作 无输出
故障模式 故障机理
Reliability
Session 1 - Introduction Ren Wuyue
Case Session3 Reliability Design
Ren Wuyue
DE. TECHNOLOGY CBPM-GREAT WALL FINANCIAL EQUIPMENT HOLDONG CO., LTD
① 确定排队论模型
②构造约束条件
③ 迭代求解，找到最值
可靠性试验
环境应力筛选
非破坏性试验，消除早期故障
振动台
涂层、材料或线头上的各种微观裂纹扩大 粘接不好的接头松弛 螺钉连接或铆接不当的接头松弛 质量差的钎焊接触电阻加大或开路 粒子污染 密封失效 电缆磨损 集成电路片离开插座 脆性绝缘材料出现裂纹 ……
方案定义 工程研制 研制费用
生产部署 生产费用
退役 退 役 费 用
维护费用
运输费用 运行费用 训练费用
备件费用 技术数据费用
使用保障
退役
可靠性
使用
论证 研制
可靠性分类
基本可靠性
任务可靠性
例如
完成一项任务
任务可靠性
￥
支付更多工资、管理更加 复杂、容易产生矛盾
M
集思广益、进度加快、 允许多人休假
基本可靠性
0
详 见 正 文
0.9999 44701
6
0.0 25
9.1 1 8E-
10
0 1.3 2 8E4 06
0
0.9999 44701
可靠性设计
FTA
一级 运放单 元故障
无信 号输出 二级 运放单 元故障
三级 运放单 元故障
R1开路
C1开路 或 参数 漂移
AD输出 电压 钳位 在负 电压
R4开路
C2短路