可靠度工程简介(吴惠平)

1講師:吳惠平TEL:04-27070001轉502109FAX:[phone]E-MAIL:[e-mail]2可靠度工程3可靠度起源可追溯到第二次世界大戰，美國陸軍認識到可靠度的需要，在1940年代最後五年間進行了很多工作的研討，所得一些結果如下：1.對於250只真空管的維修工作，大約需要一位技術人員。2.美國空軍裝備的修理與維護成本，大約超出原來購入成本的十倍以上。3.美國陸軍很大一部份的裝備通常不是在修理就是在故障中。4.美國海軍的電子裝備約有70%的時間不能使用。可靠度起源美國國防部於1950年對電子裝備可靠度方面成立一個AGREE特別調查委員會，並於1957年提出報告。往後美軍又發展一系列可靠度相關規範，MIL-STD-785即為執行可靠度計畫之依據規範。4可靠度工程簡介☯可靠度工程簡介參考文件可靠度定義可靠度重要性可靠度工作項目可靠度設計與分析5可靠度工程簡介參考文件MIL-STD-781DReliabilityTestingforEngineeringDevelopmentQualification&ProductionMIL-STD-785BReliabilityProgramforSystem&EquipmentDevelopment&ProductionMIL-STD-1629AProceduresforPerformingaFailureModeEffects&CriticalityAnalysisMIL-STD-2164EnvironmentalStressScreeningProcessforElectronicEquipmentDOD-HDBK-344EnvironmentalStressScreeningofElectronicEquipmentMIL-HDBK-217FReliabilityPredictionofElectronicEquipmentMIL-HDBK-338ElectronicReliabilityDesignHandbookMIL-HDBK-781ReliabilityTestMethodsPlansandEnvironmentsforEngineeringDevelopmentandProduction6可靠度工程簡介可靠度定義THEPROBABILITYTHATANITEMWILLPERFORMITSINTENDEDFUNCTIONSFORASPECIFICINTERVALUNDERSTATEDCONDITIONS.可靠度為產品於既定的時間內，在特定的使用(環境)條件下，執行特定性能或功能，成功達成任務的機率。☺可靠度四要素：功能使用條件時間成功機率在四要素中以成功機率為產品可靠度的整體指標7可靠度工程簡介☯可靠度量度指標成功機率(ProbabilityofSuccess)與時間無關，適用於單次功能裝置(one-shotdevice)，如飛彈的飛行可靠度，彈頭引爆可靠度，安全汽囊可靠度)等。任務可靠度(MissionReliability)又稱存活機率(probabilityofsurvival)，適用於工作期間內需要高可靠度的產品，如發動機、承載太空梭的火箭、飛機等。8可靠度工程簡介☯可靠度量度指標硬體可靠度平均失效間隔時間(MeanTimeBetweenFailures,MTBF)適用於壽命較長且可維修再反覆使用的產品，如飛機、電腦、汽車等。MTBF與MTTF(MeanTimeToFailure)最大的不同是，後者適用於不可修復件，如燈泡。失效率(FailureRateλ)適用於平均壽命非常長的產品，如零件或模組。9可靠度工程簡介☯可靠度基本名詞任務可靠度-為產品達成工作能力的量度指標，考慮的時間領域為操作期間。基本(後勤)可靠度-為不考慮後勤支援的情況下，產品操作能力的指標。操作可靠度-為由使用者觀點來評估產品實際操作的可靠度值。固有可靠度-為由生產者觀點，依設計或測試所得的可靠度值，可用設計變更提升之。10可靠度工程簡介可靠度重要性產品的可靠度在設計完成時即已賦與，正確的製造及嚴格的品質管制並不能提高其可靠度，而只能維持其所賦與的可靠度。如果設計時所賦與的固有可靠度不能符合既定的目標，即使所有產品均為合格品，亦不可能滿足顧客的需求，因此新產品之發展，最重要且最具挑戰性的工作，是在發展階段如何將可靠度設計於產品中，於試製過程中設法使產品達到設計目標，並在正式生產前建立有效的檢驗試驗程序及有效的品質管制方案，以維持產品之可靠度水準。可靠度工程所包含的工作項目及方法，必須配合設計、製造及品保部門的分工合作，相互配合，在共同的體認及品質意識的提高下，才能經濟有效的推展可靠度工作。11可靠度工程簡介可靠度工作項目概念定義階段設計發展階段品質鑑定階段品質接收階段12可靠度工程簡介概念定義階段定義壽命週期(LifeCycle)輪廓定義環境條件系統效益分析定義量化可靠度目標需求建立可靠度規範及合約可靠度配當13可靠度工程簡介設計發展階段建立設計準則(規格)設計分析失效模式與效應分析(FMEA)修正可靠度模式可靠度預估雛型試造可靠度發展試驗(TAAF/RDGT)矯正行動訂定減額定(de-rating)準則趨勢分析可靠度評估零件品質鑑定14可靠度工程簡介品質鑑定階段環境應力篩選(ESS)可靠度品質鑑定試驗(RQT)故障分析矯正行動趨勢分析可靠度評估零件品質鑑定15可靠度工程簡介品質接收階段環境應力篩選(ESS)可靠度品質接收試驗(RAT)故障分析矯正行動趨勢分析零件品質鑑定製程管制16可靠度工程簡介依據MIL-STD-785，可靠度工作項目分為三大類：計畫監督與管制、設計與評估、發展與生產試驗，各階段需執行之工作項目如劃分表。工作項目名稱工作項目類別概念設計階段驗證確認階段全程發展階段生產階段101可靠度工作計畫書MGTSSGG102次合約商之監督與管制MGTSSGG103可靠度計畫審查MGTSSGG104失效報告、分析與改正行動系統ENGNASGG105失效審查委員會MGTNASGG201可靠度模式ENGSSGGC202可靠度配當ACCSGGGC203可靠度預估ACCSSGGC204失效模式、效應及關鍵性分析ENGSSGGC205潛藏線路分析ENGNANAGGC206電子零件/電路容錯分析ENGNANAGGC207零件計畫ENGSSGG208可靠度關鍵項目MGTSSGG209功能測試、儲存、處理、包裝、運送及維護之效應ENGNASGGC301環境應力篩選ENGNASGG302可靠度發展/成長試驗ENGNASGNA303可靠度鑑定試驗ACCNASGG304生產可靠度接收試驗ACCNANASGS--選擇性實施項目G--通用性實施項目GC--只在設計變更時之適用性實施項目ACC--可靠度決算ENG--可靠度工程MGT--可靠度管理17可靠度規格可靠度工作計畫可靠度配當可靠度方塊圖組件可靠度變數確定設計參數轉換電、熱、機械應力分析設計與料件選用失效模式、效應與關鍵性分析故障樹分析試驗備便審查設計審查可靠度成長試驗失效報告與分析設計改正驗證(再試驗)設計改正行動設計定型可靠度鑑定試驗生產備便審查可靠度驗證計畫系統可靠度模式組件可靠度模式可靠度預估驗證可靠度預估報告可靠度預估驗證可靠度預估報告可靠度評估可靠度評估報告可靠度驗證報告零件計畫可靠度設計準則FMECA執行計畫可靠度驗證審查計畫可靠度驗證計畫可靠度驗證執行計畫FRACA執行計畫可靠度工程簡介產品研發可靠度工作示意圖18可靠度工程簡介可靠度設計與分析在產品研發、設計過程中，應儘早考量及界定產品可靠度需求，並運用各種可靠度設計技術，針對產品特性，將可靠度設計進去。可靠度設計方法很多，最重要者為考量設計工作之周延性，並於設計時儘量納入簡化、複置、耐久等設計要求。系統層次之量化可靠度設計需求應納入產品設計規格中，並於發展階段之初步設計審查前，將可靠度規格配當至各關鍵品項之設計規格中。19可靠度工程簡介產品可靠度設計作業之基本原則如下:對零件與材料之選用宜趨於保守儘可能避免採用工藝上不成熟的材料或製造程序儘可能簡化設計儘量減少零件數量儘可能使用曾驗證過之設計及零件從所有系統之介面分析失效問題執行最劣情況分析儘可能採用失效後不致引發安全事故之設計如成本上許可，則採用複置設計在低於額定值下使用零件2021硬體/任務可靠度☯硬體/任務可靠度可靠度參數可靠度模式硬體可靠度任務可靠度可靠度分析評估22硬體/任務可靠度☯浴缸曲線或澡盆曲線λ(t)t電子件早夭期磨耗期堪用期23☯浴缸曲線λ(t)t硬體/任務可靠度機械件24可靠度參數硬體可靠度(MTBF)指系統、次系統或裝備在操作或使用環境下發生失效之平均間隔時間，或里程等。對其失效率為常數分佈的系統，則其：平均失效間隔時間(MTBF)==硬體/任務可靠度累積操作時間累積失效次數失效率(λ)125硬體/任務可靠度可靠度參數任務可靠度(MR)假設：每一時段Δt間，所發生的失效次數與該段開始前已發生多少次失效無關，亦即此類事件為互相獨立。在任一時段Δt間，發生一次失效的機率與Δt的長短成正比，其比率常數為λ。任務可靠度(MR)=e-λtλ：失效率,t：操作時間26硬體/任務可靠度可靠度模式串聯模式A1A2An-1Anλ1MTBF1i=1nnRS＝R1×R2×...×Rn＝ΠRi＝ｅ-λ1t×ｅ-λ2t×...×ｅ-λnt＝ｅ-(λ1+λ2+...+λn)t＝ｅ-λst故λs＝λ1+λ2+...+λnforidenticalelementsλs＝nλ∵MTBF＝∴＝故MTBFS=MTBFMTBFS1n127硬體/任務可靠度串聯模式例題:一個收音機有電源供應器,接收器,放大器及喇叭,其可靠度分別為0.91,0.97,0.92,0.99,求其系統可靠度.Ans:任一元件均應正常才能運作,視為串聯,所以系統可靠度值為RS＝R1×R2×...×Rn＝0.91×0.97×0.92×0.99＝0.80428硬體/任務可靠度並聯模式A1A2AmRS＝1-F1×F2×...×Fm＝1-(1-R1)(1-R2)...(1-Rm)＝1-Π(1-Ri)foridenticalelementsRS＝1-(1-R)mi=1m29硬體/任務可靠度串並聯模式RS＝Π［1-Π(1-Rij)］foridenticalelementsRS＝［1-(1-R)m］ni=1mj=1n................A11A21Am1A12A22Am2A1nA2nAmn30硬體/任務可靠度硬體可靠度定義指系統，次系統或裝備在操作或使用環境下的平均失效時間。研發/設計階段之硬體可靠度分析電子零件依美軍軍規MIL-STD-217F分析計算其MTBF值。機械零件依RAC(ReliabilityAnalysisCenter)Non-electronicPartsReliabilityData(NPRD)分析計算其MTBF值。參考其他類似系統之操作及服役資料。串聯模式組合，以計算組件、次系統、系統件之MTBF值。31硬體/任務可靠度服役/使用階段之硬體可靠度分析系統操作維修資料之蒐集(軍機維修資料如美軍AFTO-349表)。MDCS(MaintainenceDataCollectionSystem)/MDAS(MaintainenceDataAnalysisSystem)電腦分析系統之應用:依HMC、ATC等資料，判別失效類別為TYPE1、2或6。點估計MFTBF＝總累積飛行時數/總TYPE1失效數。提供十餘種以上的R/M分析統計報表。追蹤可靠度之成長(DuaneModel)。32硬體/任務可靠度任務可靠度定義系統的任務可靠度，為該系統在規定的環境條件與特定的時間範圍能順利完成預定任務的機率。研發/設計階段之任務可靠度分析確定任務(MissionProfile)，例如:戰鬥巡航任務(CAP)。任務成功/失敗準則。任務可靠度方塊圖。應用串並聯模式計算組件、次系統、系統件之可靠度值(R值)。33硬體/任務可靠度服役/使用