可靠性与系统工程[1]
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《机械设备可靠性预计程序手册》
系统
分系统
可
靠
部件
性 建
模
单元
零件
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可靠性与系统工程[1]
[6] 可靠性 RMS 设计方法
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可靠性与系统工程[1]
故障模式影响及危害性分析
Failure Mode, Effects and Criticality Analysis
1
2
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
3
4
5
6
690000 308000 66800 6210 230
3.4
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可靠性与系统工程[1]
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 Mean Time To Failure
N0个产品一次故障
完
全
修
平均故障间隔时间 Mean Time Between Failures 一个产品N0次故障
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
不同对象专用设计方法
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可靠性与系统工程[1]
电路 优选元器件清单
Preferred Part List
50%
电子设备
60%
机载设备
控制元器件质量和可靠性的最重要的一项内容
✓ 提高型号的可靠性 ✓ 减少设计费用 ✓ 加快研制进度
可靠性 分配
经典方法
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
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
再
部件
分
配
单元
零件
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可靠性与系统工程[1]
可靠性 预计
算命 元器件可靠性
《电子设备可靠性预计手册》 机械可靠性
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
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可靠性与系统工程[1]
不同阶段的可靠性设计方法
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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
√
√
√
可靠性与系统工程[1]
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
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]
设计
生产
• 可靠性数据分析
使用
1. 需求向技术方案的转换
2. 需求向参数指标的转换 • RMS定性要求准
3. 技术方案与参数指标的
则
权衡
• RMS定量要求准
则
• RMS指标分配
• 其他指标分配
• RMS分析技术 设计与工艺 • RMS指标分配 的一致性 • 通用设计要求 • 专用设计要求
• 故障统计 • 维修记录
承制方
1. 设计和制造赋予 2. 理想的使用保障条件
固有可靠性 和 使用可靠性
使用方
1. 实际环境 2. 设计、制造、使用、环境等因素的综合影响
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可靠性与系统工程[1]
[3] 可靠性 RMS 参数 指标
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可靠性与系统工程[1]
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
4. 整体性 5. 涌现性
6. 目的性 7. 环境适应性
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可靠性与系统工程[1]
人员比例
航空航天
其他
• • • ……
• • • ……
总体所
承制单位
可靠性中心
可可可 靠靠靠 性性性 验分准 收配则
可可可 靠靠靠 性性性 试预设 验计计
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可靠性人员
设计人员
∞ 1 1~5
可靠性与系统工程[1]
Failure Mode, Effects and Criticality Analysis
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。
故障模式影响分析表
初始约定层次产品 约定层次产品
代码
产品或 功能标识
使用参数
战备完好性 任务成功性
维修人力费用 保障资源费用
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可靠性与系统工程[1]
[4] 可靠性 RMS 管理流程
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可靠性与系统工程[1]
分析流程
3241
论 证 阶 段
方
初
详
案
步
细
阶
设
设
段
计
计
RMS
[5] 可靠性 RMS 要求、分配、预计
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可靠性与系统工程[1]
项目质量管理制度
《XX项目可靠性参数与指标要求》 《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》 ……
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可靠性与系统工程[1]
质量管理 流程
• 质量功能展开
需求调查
• 可靠性分配 • 维修性分配 • 可靠性建模
方案设计
• 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 • ……
25 M错1 误输入(过小) 32 (电)漏 26 错误输出(过大) 33 其他
6 III类关（不临上界的） IV类（13轻度意的外）运行
20 不能开机 27 M错2 误输出(过小)
7 误开
14 间歇性工作
21IV 不能切III换 II 28 无I 输入
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可靠性与系统工程[1]
故障模式影响及危害性分析
复
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可靠性与系统工程[1]
可靠性参数分类
基本 可靠性
规定功能 用户费用
任务 可靠性
合同参数
1. 平均故障间隔时间 MTBF 2. 平均维修间隔时间 MTBM 3. 平均拆卸间隔时间 MTBR
4. 千行代码缺陷率 ……
1. 成功概率 2. 平均严重故障间隔时间 3. 误废率、漏废率 4. 每分钟检测量 ……
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，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”
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可靠性与系统工程[1]
[1] 质量 RMS 管理
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可靠性与系统工程[1]
质量管理体系 文件
公司质量管理制度 《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 软件可靠性分析与设计 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 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》
性
障
保
通用
性
修
维
效能
性
靠
可
专用
质量特性
可靠性是设计出来的，也是管理出来的
工程项目，对象系统的实现
组织管理系统的技术
或实施项目的结果
规划、研究、设计、制造、试验和使用
工程 系统 工程
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
1. 集合性 2. 相关性 3. 层次性
可靠性与系统工程
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2020/11/14
可靠性与系统工程[1]
开篇的话
“
“ 设备制造与服务管理方法 五项基本原则
① 质量优先 ② 持续改进 ④ 运行保障优先
高可靠 易维修 好保障
Reliability Maintainability Supportability
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可靠性与系统工程[1]
累积故障概率 故障密度函数
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f(t) f(t)
R(t0) F(t0)
t0
tBiblioteka Baidu
可靠性与系统工程[1]
可靠度
故障率
在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的 概率
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
质量管理 六西格玛
使用寿命
早期故障
偶然故障
维修后
t
耗损故障
σ
1
2
……
分析要求
可靠性 定量要求
1 参数的选择
• 战备完好性 • 任务成功性
• 维修人力费用 • 资源保障费用
• 任务成功性 • 维修人力费用 • 资源保障费用 • 贮存完好性
论证阶段
方案阶段
工程研制阶段
生产阶段
使用阶段
RMS
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
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可靠性与系统工程[1]
[2] 可靠性 RMS 简介
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可靠性与系统工程[1]
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 1. 使用时的环境条件和工作条件 2. 使用时的盈利条件 3. 维护方法 4. 储存时的储存条件
规定时间 • 任务和非任务时间
可靠性 定性要求
设计要求
• 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
……
论证阶段
方案阶段
工程研制阶段
生产阶段
使用阶段
RMS
• 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）
程度及其发生概率予以分类的一种归纳分析方法。
3
4
1 （部分）产品（将）不能完成预定功能的事件或状态
自行车外胎磨损裂缝 爆胎 潜在故障 功能故障
2 约序定号层次的划故障分模式 功能层序次号结构层故次障模式局部影序响号、高故一障层次模影式响、序最号终影响故从障下模到式上 序号 故障
1 结构故障
8 误关
15 漂移性工作 22 提前运行
目录
CONTENTS
A. 一些概念 B. 质量管理 C. 可靠性简介 D. 可靠性参数和指标 E. 可靠性开展流程 F. 可靠性要求、分配、预计 G. 可靠性设计方法 H. 可靠性试验
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可靠性与系统工程[1]
适应性
RMS
时间性
用
费
期
周
命
寿
性
全
安
经济性
权衡
性
试
测
Safety Testability Supportability Maintainability Reliability
I. 可靠性极大提高，设计困难 II. 明显改善可靠性，易于设计 III. 相对效益最大，可靠性改善不足，
最易实现
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可靠性与系统工程[1]
电路 潜在通路分析
Sneak Circuit Analysis
阿波罗
208
潜在通路
13 1500
功能
任务 分析人员
故障 故障 模式 原因
任务阶段与 工作方式
审核 批准
第 页共 页 填表日期
故障影响
局部 高一层 最终 影响 次影响 影响
严酷度 类别
故障检测 方法
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可靠性与系统工程[1]
故障树分析
Fault Tree Analysis
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。
• 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 ……
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可靠性与系统工程[1]
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
金属膜电阻器 (40℃)
GJB/Z35 《元器件降额准则》
三级降额 I II III
29 无输出
2 捆结或卡死
3 4 3 严振酷动度
9 内部漏泄 10 外部漏泄
16 错误只是 17 流动不畅
23 滞后运行
30 (电)短
24 错误输入(过大) 31 (电)开
4 不能保持正常位置 11 超出允差上限 18 错误动作 5 I类打（不灾开难的） II类 （12致命超的出）允差下限 19 不能关机
寿命L周ife 期Cyc费le C用ost
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工程研制 方案定义
研制费用
生产部署 生产费用
维护费用 退役
运输费用
备件费用
退
役 费 用
运行费用 训练费用 技术数据费用
使用保障
可靠性与系统工程[1]
现代系统思想的转变
现代系统思想
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
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
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
规定功能 • 必须具备的功能及其技术指标
解析 仿真 试验
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可靠性与系统工程[1]
可靠性分类
基本 可靠性
规定功能 用户费用
任务 可靠性
1. 规定条件 2. 规定时间 3. 无故障工作的能力 4. 反映产品对维修资源的要求 5. 所有寿命单位和关联故障
1. 规定的任务剖面 2. 规定功能的能力 3. 影响任务完成的故障
系统
分系统
可
靠
部件
性 建
模
单元
零件
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可靠性与系统工程[1]
[6] 可靠性 RMS 设计方法
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可靠性与系统工程[1]
故障模式影响及危害性分析
Failure Mode, Effects and Criticality Analysis
1
2
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
3
4
5
6
690000 308000 66800 6210 230
3.4
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可靠性与系统工程[1]
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 Mean Time To Failure
N0个产品一次故障
完
全
修
平均故障间隔时间 Mean Time Between Failures 一个产品N0次故障
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
不同对象专用设计方法
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可靠性与系统工程[1]
电路 优选元器件清单
Preferred Part List
50%
电子设备
60%
机载设备
控制元器件质量和可靠性的最重要的一项内容
✓ 提高型号的可靠性 ✓ 减少设计费用 ✓ 加快研制进度
可靠性 分配
经典方法
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
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
再
部件
分
配
单元
零件
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可靠性与系统工程[1]
可靠性 预计
算命 元器件可靠性
《电子设备可靠性预计手册》 机械可靠性
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
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可靠性与系统工程[1]
不同阶段的可靠性设计方法
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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
√
√
√
可靠性与系统工程[1]
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
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]
设计
生产
• 可靠性数据分析
使用
1. 需求向技术方案的转换
2. 需求向参数指标的转换 • RMS定性要求准
3. 技术方案与参数指标的
则
权衡
• RMS定量要求准
则
• RMS指标分配
• 其他指标分配
• RMS分析技术 设计与工艺 • RMS指标分配 的一致性 • 通用设计要求 • 专用设计要求
• 故障统计 • 维修记录
承制方
1. 设计和制造赋予 2. 理想的使用保障条件
固有可靠性 和 使用可靠性
使用方
1. 实际环境 2. 设计、制造、使用、环境等因素的综合影响
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可靠性与系统工程[1]
[3] 可靠性 RMS 参数 指标
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可靠性与系统工程[1]
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
4. 整体性 5. 涌现性
6. 目的性 7. 环境适应性
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可靠性与系统工程[1]
人员比例
航空航天
其他
• • • ……
• • • ……
总体所
承制单位
可靠性中心
可可可 靠靠靠 性性性 验分准 收配则
可可可 靠靠靠 性性性 试预设 验计计
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可靠性人员
设计人员
∞ 1 1~5
可靠性与系统工程[1]
Failure Mode, Effects and Criticality Analysis
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。
故障模式影响分析表
初始约定层次产品 约定层次产品
代码
产品或 功能标识
使用参数
战备完好性 任务成功性
维修人力费用 保障资源费用
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可靠性与系统工程[1]
[4] 可靠性 RMS 管理流程
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可靠性与系统工程[1]
分析流程
3241
论 证 阶 段
方
初
详
案
步
细
阶
设
设
段
计
计
RMS
[5] 可靠性 RMS 要求、分配、预计
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可靠性与系统工程[1]
项目质量管理制度
《XX项目可靠性参数与指标要求》 《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》 ……
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可靠性与系统工程[1]
质量管理 流程
• 质量功能展开
需求调查
• 可靠性分配 • 维修性分配 • 可靠性建模
方案设计
• 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 • ……
25 M错1 误输入(过小) 32 (电)漏 26 错误输出(过大) 33 其他
6 III类关（不临上界的） IV类（13轻度意的外）运行
20 不能开机 27 M错2 误输出(过小)
7 误开
14 间歇性工作
21IV 不能切III换 II 28 无I 输入
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可靠性与系统工程[1]
故障模式影响及危害性分析
复
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可靠性与系统工程[1]
可靠性参数分类
基本 可靠性
规定功能 用户费用
任务 可靠性
合同参数
1. 平均故障间隔时间 MTBF 2. 平均维修间隔时间 MTBM 3. 平均拆卸间隔时间 MTBR
4. 千行代码缺陷率 ……
1. 成功概率 2. 平均严重故障间隔时间 3. 误废率、漏废率 4. 每分钟检测量 ……
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，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”
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可靠性与系统工程[1]
[1] 质量 RMS 管理
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可靠性与系统工程[1]
质量管理体系 文件
公司质量管理制度 《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 软件可靠性分析与设计 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 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》
性
障
保
通用
性
修
维
效能
性
靠
可
专用
质量特性
可靠性是设计出来的，也是管理出来的
工程项目，对象系统的实现
组织管理系统的技术
或实施项目的结果
规划、研究、设计、制造、试验和使用
工程 系统 工程
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
1. 集合性 2. 相关性 3. 层次性
可靠性与系统工程
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2020/11/14
可靠性与系统工程[1]
开篇的话
“
“ 设备制造与服务管理方法 五项基本原则
① 质量优先 ② 持续改进 ④ 运行保障优先
高可靠 易维修 好保障
Reliability Maintainability Supportability
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可靠性与系统工程[1]
累积故障概率 故障密度函数
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f(t) f(t)
R(t0) F(t0)
t0
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可靠性与系统工程[1]
可靠度
故障率
在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的 概率
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
质量管理 六西格玛
使用寿命
早期故障
偶然故障
维修后
t
耗损故障
σ
1
2
……
分析要求
可靠性 定量要求
1 参数的选择
• 战备完好性 • 任务成功性
• 维修人力费用 • 资源保障费用
• 任务成功性 • 维修人力费用 • 资源保障费用 • 贮存完好性
论证阶段
方案阶段
工程研制阶段
生产阶段
使用阶段
RMS
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
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可靠性与系统工程[1]
[2] 可靠性 RMS 简介
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可靠性与系统工程[1]
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 1. 使用时的环境条件和工作条件 2. 使用时的盈利条件 3. 维护方法 4. 储存时的储存条件
规定时间 • 任务和非任务时间
可靠性 定性要求
设计要求
• 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
……
论证阶段
方案阶段
工程研制阶段
生产阶段
使用阶段
RMS
• 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）
程度及其发生概率予以分类的一种归纳分析方法。
3
4
1 （部分）产品（将）不能完成预定功能的事件或状态
自行车外胎磨损裂缝 爆胎 潜在故障 功能故障
2 约序定号层次的划故障分模式 功能层序次号结构层故次障模式局部影序响号、高故一障层次模影式响、序最号终影响故从障下模到式上 序号 故障
1 结构故障
8 误关
15 漂移性工作 22 提前运行
目录
CONTENTS
A. 一些概念 B. 质量管理 C. 可靠性简介 D. 可靠性参数和指标 E. 可靠性开展流程 F. 可靠性要求、分配、预计 G. 可靠性设计方法 H. 可靠性试验
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可靠性与系统工程[1]
适应性
RMS
时间性
用
费
期
周
命
寿
性
全
安
经济性
权衡
性
试
测
Safety Testability Supportability Maintainability Reliability
I. 可靠性极大提高，设计困难 II. 明显改善可靠性，易于设计 III. 相对效益最大，可靠性改善不足，
最易实现
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可靠性与系统工程[1]
电路 潜在通路分析
Sneak Circuit Analysis
阿波罗
208
潜在通路
13 1500
功能
任务 分析人员
故障 故障 模式 原因
任务阶段与 工作方式
审核 批准
第 页共 页 填表日期
故障影响
局部 高一层 最终 影响 次影响 影响
严酷度 类别
故障检测 方法
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可靠性与系统工程[1]
故障树分析
Fault Tree Analysis
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。
• 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 ……
PPT文档演模板
可靠性与系统工程[1]
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
金属膜电阻器 (40℃)
GJB/Z35 《元器件降额准则》
三级降额 I II III
29 无输出
2 捆结或卡死
3 4 3 严振酷动度
9 内部漏泄 10 外部漏泄
16 错误只是 17 流动不畅
23 滞后运行
30 (电)短
24 错误输入(过大) 31 (电)开
4 不能保持正常位置 11 超出允差上限 18 错误动作 5 I类打（不灾开难的） II类 （12致命超的出）允差下限 19 不能关机
寿命L周ife 期Cyc费le C用ost
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工程研制 方案定义
研制费用
生产部署 生产费用
维护费用 退役
运输费用
备件费用
退
役 费 用
运行费用 训练费用 技术数据费用
使用保障
可靠性与系统工程[1]
现代系统思想的转变
现代系统思想
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
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
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
规定功能 • 必须具备的功能及其技术指标
解析 仿真 试验
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可靠性与系统工程[1]
可靠性分类
基本 可靠性
规定功能 用户费用
任务 可靠性
1. 规定条件 2. 规定时间 3. 无故障工作的能力 4. 反映产品对维修资源的要求 5. 所有寿命单位和关联故障
1. 规定的任务剖面 2. 规定功能的能力 3. 影响任务完成的故障