质量管理与可靠性12

第12章可靠性基础知识12.1基本概念12.1.1可靠性的基本概念可靠性概念经典的定义：产品在规定条件下和在规定的时间内，完成规定功能的能力。（三要素）用概率→可靠度产品→硬件，软件和流程性材料。产品的可靠性是指产品全寿命周期的可靠性、与设计、制造、使用密切相关（全寿命）。各个阶段对可靠性的影响大小：设计40～50%制造20～30%固有可靠性使用20～30%使用可靠性实际过程中表现出的能力——使用可靠性，与安装、操作使用、维修保障有关。还可分为：基本可靠性、任务可靠性。在规定任务剖面内完成规定的功能的能力。第12章可靠性基础知识12.1.2故障及其分类条件、时间容易理解，功能→故障产品或其一部分不能本将不完成预定的功能的事件或状态称为故障。对于不可修的产品也称失效。故障——表现形式——故障模式物理、化学变化的原因——机理第12章可靠性基础知识分类有多种方法：由后果——致命和非致命统计——独立和从属规律——早期、偶然和耗损第12章可靠性基础知识12.1.3维修性定义：产品在规定条件下、时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复其规定状态的能力。条件：机构和场所，人、设备、工具、备件、资料。程序、方法：技术文件规定的，维修工作、类型、步骤方法。维修性也是产品设计赋予的固有特性。第12章可靠性基础知识12.1.4可信性和可用性可信性是表示可用性及其影响因素。可靠性、维修性、维修保障性的非定量综合描述。可用性是在要求的外部资源得到保证前提下，产品在规定条件下和规定时刻或时间区间内处于执行规定功能状态的能力，R.M.S综合反映概率度量→可用度（有效度）第12章可靠性基础知识12.1.5可靠性与产品质量的关系质量：性能特性——容易评价专门特性——可用性、难于直观判断安全性——难于直观判断经济性——容易判别、比较时间性——容易判别、比较适用性——容易判别、比较第12章可靠性基础知识12.1.6可靠性发展历史二战：雷达军事→电子→机械→其它、民用可靠性—维修性—维修保障性—安全性宏观→微观.定性→定量.手工→计算机统计试验→工程试验、筛选、强化.以可靠性为中心的全面质量管理可靠性与性能最大区别：看不见、测不到。但可以统计、评估。第12章可靠性基础知识12.2可靠性、维修性的常用度量参数12.2.1累积故障概率分布函数、可靠度函数、故障率函数累积故障概率分布函数F(t)=P(T≤t)F(t)=1－R(t)R(t)+F(t)=1第12章可靠性基础知识第12章可靠性基础知识可靠度函数能力——概率→可靠度R(t)=P(Tt)T——产品故障前的工作时间，随机变量。t——规定时间设有No个产品投入使用，r(t)——故障数。R(t)=(No-r(t))/NoF(t)=r(t)/No第12章可靠性基础知识第12章可靠性基础知识故障概率密度函数某种产品，试验可得直方图f(t)=R(t)、F(t)的性质取值范围（概率）【0.1】单调性：非增、非减对称性1－F（t）1－R(t)第12章可靠性基础知识12.2.2故障率与浴盆曲线故障率函数（失效率）某时刻尚未发生故障的产品，在该时刻后单位时间内发生故障的概率——故障率（风险函数）λ(t)=λ0——指数分布第12章可靠性基础知识浴盆曲线第12章可靠性基础知识①早期故障阶段机械：跑合期（磨合期）、设计缺陷、加工缺陷、安装缺陷②偶然：偶然因素，操作、负荷③耗损：老化、疲劳、磨损、腐蚀。可通过维修、更换第12章可靠性基础知识故障率与可靠度及故障密度函数的关系四个函数之间的关系：R(t)F(t)λ(t)f(t)第12章可靠性基础知识12.2.3平均故障前时间与平均故障间隔时间平均故障前时间（MTTF）MTTF=∑ti/N每个产品的寿命平均故障间隔时间（MTBF）MTBF=∑ti/N每次故障前的寿命产品的MTBF与产品维修效果有关。基本修复和完全修复第12章可靠性基础知识产品的特征寿命产品寿命：可靠寿命、使用寿命、总寿命、贮存期限可靠寿命：tR一定可靠度下的寿命使用寿命：tr一定故障率下的寿命总寿命：投入使用到报废的总工作时间贮存期限：在规定条件下，产品能贮存的日历持续时间→启封使用能满足规定要求。第12章可靠性基础知识平均修复时间MTTR和可用度AMTTR=∑τi/NA=MTBF/(MTTR+MTBF)第12章可靠性基础知识12.3可靠性设计、分析12.3.1可靠性设计产品的可靠性与设计、生产和管理相关可靠性设计水平与固有可靠性关系重大。可靠性设计的主要技术：规定定性定量的可靠性要求——可靠性指标指标体系：目标、产品质量水平、考核、验证、动力，MTBF、MTTF、MTTR、A、λ(t)、R(t)第12章可靠性基础知识12.3.2可靠性模型产品系统级、分系统级、部件级的可靠性模型功能→数学方法：定量的可靠性分析，分配、预计、评估乘法模型（串联）加法模型（并联）第12章可靠性基础知识第12章可靠性基础知识第12章可靠性基础知识12.3.3可靠性分配Rs(t)=f(R1,R2,···Rn)Rs*：R1*,R2*,···Rn*把总的可靠性定量要求分配到规定的层次，使可靠性、性能、经济性达到综合平衡。λs=∑λi---λi=λs/n第12章可靠性基础知识评分分配法：λi=CiλsCi——第i个子系统的评分系数Ci=wi/wwi——第i个子系统的评分数w——系统的评分数第12章可靠性基础知识12.3.4可靠性预计对产品可靠性的定量估计R1，R2，···RnRs串联模型：Rs=R1*R2*···*Rn=∏Ri相似产品可靠性数据、结构构成、特点、环境第12章可靠性基础知识12.3.5可靠性设计准则原有的工程经验总结：条理化、系统化、标准化、科学化。产品类型、重要程度及要求、特点，类似产品经验，已有的标准、规范，概率设计方法第12章可靠性基础知识耐环境设计产品使用环境的影响：振动、冲击、噪音、防潮、防腐、热设计。电子元器件的选用与控制（数据）电子元器件可靠性设计数据。电磁兼容性设计降额设计和热设计第12章可靠性基础知识12.4可靠性分析12.4.1故障模式影响及危害性分析（FMECA）可靠性——故障，减少故障→危害、安全性→可靠性影响故障模式→产品功能影响→单点故障。影响的严重程度（严酷度）＋发生概率→危害提出可能的预防第12章可靠性基础知识FMECA实施步骤危害性矩阵图危害性——以线段长段评定FMECA用途①确定关键件和重要件②单点故障和薄弱环节③为维修性、测试性、安全性、保障性、试验提出信息第12章可靠性基础知识第12章可靠性基础知识FMECA的工作效果因素①分析者的水平②可利用的信息③分析的时机，设计过程第12章可靠性基础知识12.4.2维修性设计产品的维修性是设计出来的。维修性定性设计主要有：简化设计、可达性设计、标准化互换性与模块化设计、防差错及识别标志设计、维修安全设计、故障检测设计、维修中人素工程设计等。第12章可靠性基础知识(1)简化设计：尽可能采用最简单的结构和外形,以降低对使用和维修人员的技能要求。(2)可达性设计：是当产品发生故障进行维修时,容易接近需维修部位的设计。(3)标准化、互换性与模块化设计。(4)防差错及识别标志设计。(5)维修安全性设计。(6)故障检测设计。(7)维修中的人素工程设计。第12章可靠性基础知识12.5可靠性试验作用：调查、分析和评价的手段目的：①定量要求，合格与否②保证可靠性，实现可靠性增长分类：地点——实验室、现场试验目的——工程试验、统计试验应力筛选、鉴定可靠性增长、验收第12章可靠性基础知识12.5.1环境应力筛选低于极限的环境应力，模拟真实条件。剔除早期故障，100%筛选12.5.2可靠性增长暴露产品薄弱环节，改进薄弱环节，提高可靠性Rs=R1*R2*···*Rn=∏RiRs≤Min(Ri)第12章可靠性基础知识12.5.3可靠性测定试验测定产品的R定时、定数截尾MTBF→指数分布为前提假设12.5.4可靠性鉴定试验开发产品的R——规定R要求的验证。具有代表性的产品，规定的条件，定型依据国家标准，企业标准第12章可靠性基础知识12.5.5验收试验交付使用产品的可靠性试验→验收统计试验。序贯、定时、定数截尾抽样试验。第12章可靠性基础知识12.6可靠性管理12.6.1基本原则可靠性管理，从系统的观点出发，用科学的计划、组织、监督和控制可靠性活动开展，以最少的资源实现用户要求的可靠性。系统的，全过程，自上而下，突出重点：设计、试验（薄弱环节）第12五章可靠性基础知识12.6.2管理的四项主要内容计划：分析确定目标，制定实施要求，准备所需的资源，确定完成时间和负责人组织：总负责人和建立管理机构监督：报告、检查、评审、鉴定和认证等活动。控制：建立标准、程序，指导和控制工作第12章可靠性基础知识12.6.3故障报告、分析和纠正措施系统FRACAS1、故障报告收集2、故障分析统计、原因3、故障纠正措施第12章可靠性基础知识第12章可靠性基础知识12.6.4可靠性设计评审(1)评价产品设计是否满足合同规定的要求，符合设计规范及有关标准和准则；(2)发现和确定薄弱环节，研讨并提出改进建议；(3)研制、开发、监督、检查及保障资源是否恰当；(4)检查可靠性保证大纲的全面实施；(5)减少设计更改，缩短开发周期，降低全寿命周期费用。第12章可靠性基础知识