可靠性与系统工程

早期故障 偶然故障
维修后
耗损故障
t
质量管理 六西格玛 σ
1 2 3 4 5 6
690000
308000
66800
6210
230
3.4
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 平均故障前时间 MEAN TIME TO FAILURE N0个产品一次故障 概率
平均故障间隔时间 MEAN TIME BETWEEN FAILURES
机械可靠性
可 靠 性 建 模
《机械设备可靠性预计程序手册》
RMS
[6]
RMS
可靠性
设计方法
RMS
故障模式影响及危害性分析
1
严重程度及其发生概率予以分类的一种归纳分析方法。
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
3
4
自行车外胎磨损裂缝 爆胎
1
（部分）产品（将）不能完成预定功能的事件或状态 约定层次的划分 1 结构故障
0.09
0.08 0.07 0.06 0.05 1 0.8 0.6 0.4 0.2 基本失效率/(10-6h-1)
13
失效率降低比例%
III. 相对效益最大，可靠性改善不足，
RMS
电路 潜在通路分析
阿波罗
208
潜在通路
13
设计缺陷
1500
设计图错误
意外路径 意外逻辑流
20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
使用方
RMS
[3]
RMS
可靠性
参数 指标
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
f(t) f(t) 故障密度函数
F(t0) R(t0)
t0
t
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 故障率 概率
使用寿命
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
RMS
可靠性简介
Introduction on Reliability
任武越
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
RMS
A. 一些概念
B. 质量管理
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
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
局部 影响
高一层 次影响
最终 影响
严酷度 类别
故障检测 方法
补偿 措施
备注
RMS
故障树分析
马达不转
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。
7
误开 14 间歇性工作 III 类（临界的） IV 类（轻度的）
21
不能切换
28 无输入
M2
IV
III
II
I
RMS
故障模式影响及危害性分析
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
低成本、高质量、适销对路
RMS
[1]
RMS
质量
管理
RMS
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》 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》
《中钞长城 软件可靠性分析与设计 通用准则》 《XX项目可靠性分析要求》 《中钞长城 维修性分析与设计 通用准则》 《XX项目安全性分析要求》 《XX项目安全性分析要求》 ……
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
社会 生态圈
RMS
人员比例
航空航天
其他
总体所 可靠性中心
…… • 可 靠 性 验 收
承制单位
可靠性人员 • • •
可 靠 性 分 配
可 靠 性 准 则
可 靠 性 试 验
可 靠 性 预 计
可 靠 性 设 计
1 1~5
RMS
∞
设计人员
•
•
……
需求调查
方案设计
1. 1. 2. 3. 4. 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 2. 3.
设计
RMS分析技术 RMS指标分配 通用设计要求
生产
使用
1. 2. 3.
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
设计与工艺
1. 2.
故障统计 维修记录
一个产品N0次故障
完 全 修 复
RMS
可靠性参数分类
基本 可靠性
合同参数
1. 2. 3.
规定功能 用户费用
任务 可靠性
使用参数
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 4. 千行代码缺陷率 ……
1. 2. 3. 4. ……
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
可靠性 分配
系统 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 分系统 粒子群算法 模糊理论 层次分析法 神经网络 蚂蚁算法 再 分 配 部件 单元 零件
AGREE算法
RMS
可靠性 预计
算
命
元器件可靠性 系统 分系统 部件 单元 零件
《电子设备可靠性预计手册》
Reliability
质量特性
专用
可 靠 性
维 修 性
保 障 性
寿 命 周 期 费 用
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 或实施项目的结果
规划、研究、设计、制造、试验和使用
组织管理系统的技术
工程
公司 家庭 社团 党校
系统 工程
1. 集合性 2. 相关性 3. 层次性 4. 整体性 5. 涌现性 6. 目的性 7. 环境适应性
是否调整 薄弱环节 定量要求
Biblioteka Baidu定性
可靠性预计 可靠性预计 贯彻可靠性设计准则
可靠性模型建立
其他可靠性设计分析工作 可靠性模型建立 使用需求
可靠性模型建立
工程设计 工程设计 定量
工程设计
可靠性要求
薄弱环节
可靠性设计 准则符合性 检查 PPL制定
可靠性设计 FTA 工作项目 PPL 符合性 修改完善 PPL 符合性 FMECA FTA 准则符合性 ETA PPL 修定 可靠性设 FMECA 检查 检查 ETA 检查 计准则 FTA、ETA 功能FMEA 初步可靠性设计准则制定
《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》
RMS
质量管理 流程
• 可靠性分配
•
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
•
• 质量功能展开 •
维修性分配
可靠性建模
•
•
可靠性试验
…… • 可靠性数据分析
战备完好性 任务成功性
维修人力费用 保障资源费用
RMS
[4]
RMS
可靠性
管理流程
RMS
分析流程
3 4 2 1
论 证 阶 段
RMS
方 案 阶 段
可靠性定量要求 可靠性定量要求 可靠性定量要求 可靠性分配 可靠性分配 可靠性预计
初 步 设 计
详 细 设 计
贯彻可靠性设计准则 可靠性指标调整 其他可靠性设计分析工作 薄弱环节
• 故障树分析（FTA） • 区域安全性分析（ZSA）
……
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
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
RMS
电路 优选元器件清单
电子设备

50%
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 • 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 ……
目录
CONTENTS
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
RMS
RMS
时间性
适应性
经济性
Safety 安 全 性 Testability Supportability 测 试 性 权衡 效能
通用
Maintainability
16
错误只是
流动不畅 错误动作 不能关机 不能开机
23 滞后运行
24 错误输入(过大) 25 错误输入(过小) 26 错误输出(过大 ) M1 27 错误输出(过小)
30 (电)短路
31 (电)开路 32 (电)漏泄 33 其他
3 43 4
5 6
严酷度
打不开
振动
不能保持正常位置
I类 （灾难的） II13 类 （致命的） 关不上 意外运行
Life Cycle Cost
寿命周期费用
方案定义
工程研制 生产部署
生产费用
研制费用
维护费用
退役
运输费用 退 役 费 用
备件费用 技术数据费用
运行费用
训练费用
使用保障
RMS
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
余度设计
容错设计 降额设计 热设计热分析
√
√ △ √
√
√ √ √
△
△ √ √
RMS
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]
RMS
可靠性分类
基本 可靠性
1. 2. 3. 4. 5.
规定功能 用户费用
任务 可靠性
规定条件 规定时间
1.
规定的任务剖面
2.
3.
规定功能的能力
影响任务完成的故障
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
固有可靠性 和 使用可靠性
承制方
1. 2. 设计和制造赋予 理想的使用保障条件 1. 2. 实际环境 设计、制造、使用、环境等因素的综合影响


减少设计费用
加快研制进度
机载设备
60%
RMS
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℃)
0.11 0.1
15 14.6 14.2 13.8 13.4
GJB/Z35 《元器件降额准则》
三级降额 I II III
I. II. 可靠性极大提高，设计困难 明显改善可靠性，易于设计 最易实现
可靠性定性设计 可靠性定性设计 可靠性定性设计
[5]
RMS
可靠性
要求、分配、预计
RMS
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
……
RMS
论证阶段
方案阶段
工程研制阶段
生产阶段
使用阶段
• 功能危险分析（FHA） • 故障模式影响及危害性分析（FMECA）
传统设计思想
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 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，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”
线路上没有电流 马达故障
组成元素 • 事件及其符号 • 逻辑门及其符号
电源 开关
开关未合
电机
开关合上后线 路上无电流
输出结果
• 最小割集 • 顶事件发生概率 • 重要度
人误使开 关未合 开关故障 合不上 电源故障 线路故障
RMS
不同阶段的可靠性设计方法
设计分析方法 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 指标论证 方案论证 初步设计 详细设计 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ △
2 捆结或卡死
序号 故障模式
潜在故障 功能故障
故障模式 序号 故障模式 29 无输出
2
功能层次 结构层次
8 误关
序号
故障模式
序号 15 17 18 19 20
局部影响、高一层次影响、最终影响 从下到上
漂移性工作 22 提前运行
故障模式
序号
9
10 11 12
内部漏泄
外部漏泄 超出允差上限 超出允差下限
的一致性
4.
专用设计要求
RMS
[2]
RMS
可靠性
简介
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 1. 2. 3. 4. 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
解析 仿真 试验
规定功能 • 必须具备的功能及其技术指标