质量管理学——第十二章可靠性管理

第十二章可靠性管理质量管理学主要内容•可靠性及其相关概念•可靠性的程度•可靠性工程•可靠性管理第一节可靠性及其相关概念•一、可靠性的含义•四个基本要素1、能力或效能2、规定的时间3、特定的运行条件4、可能性或概率可靠性是指元件、产品或系统在特定的运行条件下、在规定的时间内，发挥其预定的功能的能力或概率•1、能力或效能•可靠性表现为是否能够具有特定的功能、能力和发挥相应的效能•失效为元件、产品、系统或其一部分不能完成预定功能的事件或状态。•失效有两种类型：•功能性失效•可靠性失效•可修复的失效，通常称为故障制造缺陷或原材料缺陷造成的使用了一段时间后的第一节可靠性及其相关概念•2、概率或可能性•可靠性是发挥特定功能的可能性•3、规定的时间•在规定的时间内不发生失效或失效的次数少，则可靠性高，或者发生故障前正常运行的时间长。•4、特定的运行条件•涉及产品使用的量和使用条件，是产品使用环境和工作环境。第一节可靠性及其相关概念•二、可靠性分类–按可靠性分析和研究的层次和对象分：元件可靠性、产品可靠性和系统可靠性（不同层次的可靠性之间存在复杂的相互作用）–按可靠性设计的角度：固有可靠性和实现可靠性第一节可靠性及其相关概念•三、可靠性与维修性、可用性的关系–（1）维修性：在特定的条件下和规定的时间内，系统或产品按照规定的程序和方法进行维修可以保持或恢复到其规定状态的能力。–分为：预防性维修、纠正性维修第一节可靠性及其相关概念•预防性维修：通过对正常产品或系统的监视、检查、检测，发现失效征兆，防止失效（故障）发生，使其保持在规定的状态所进行的活动。•纠正性维修：指产品或系统发生失效后，使其恢复到规定状态所进行的活动。维修过程一般是：故障诊断-定位-隔离-部件分解-更换-重新安装-调准与检测等良好的维修性通过增加设备在一定时期内满足要求进行的概率，来增加可靠性。–（2）可用性：设备不因为失效而停机的可能性或概率。它是产品或系统在任一时间执行任务时，处于工作状态和可使用状态的程度。–分为运行可用性和内在可用性–运行可用性定义：•MTBM:两次维修之间间隔时间包括纠正性和预防性维修•MDT：平均停工时间：包括纠正性、预防性维修时间和等待时间维修之间的时间（MTBM）①运行可用性＝MTBM＋平均停工时间（MDT）–内在可用性定义：•MTBF:平均失效间隔时间•MTTR：平均修理时间平均失效间隔时间（MTBF）②内在可用性＝MTBF＋平均修理时间（MTTR）练习–例1、某设备平均间隔时间是900h，为了保证该设备运行可用性不小于0.9，则平均停工时间需控制在多少？–例2、某机器3年平均停工时间为20h，两次维修之间平均时间间隔980h，求运行可用性？–例3、某机器平均失效间隔时间198h，平均修理时间2h，求机器的内在可用性？•可靠性水平或相应的能力可以通过可靠度、失效性、平均失效时间、平均失效间隔时间等来度量。•可靠性随时间变化的规律可以通过可靠度函数、产品寿命线、累积失效函数、失效概率密度等来表示。•系统的可靠性通过分析各个元件的构成形式及其可靠性计算和预测。第二节可靠性的度量第二节可靠性的度量•1、单元可靠性的度量–失效率=总失效数/总运行时数–失效率的倒数=总运行时数/总失效数：•代表平均失效时间（MTTF）（不能修的）或平均失效时间间隔（MTBF）（能修的）–（1）失效率和失效率曲线AB050045005000h累计失效百分比早期失效可用寿命损耗期失效率•实际失效率的计算•R=总失效数/总单元运行时数•或R=总失效数/（试验单元数*试验时数）第二节可靠性的度量•（2）可靠度函数R(t)–R(t)：即产品在规定时间内不发生失效的概率–R(t)=P（tT）t为时间变量，T为发生失效的时间，有时为产品寿命。–R(t)的确定•失效密度函数：•累计失效分布函数：•可靠性函数：•λ代表失效率–只要理解就可以，一般不用计算！)0()(tetftTeTF1)(TeTFTR)(1)(第二节可靠性的度量f（t）时间失效概率TF（T）R（T）•二、系统可靠性的度量与预测–（1）串联系统：一个环节失效，系统失效–其可靠性遵循乘法概率（后一环节可靠性受前一环节的影响）–Rs=R1R2R3…Rn•如:一流水线上有三元件，各元件的可靠性为0.997，0.98，0.975，则系统可靠性•Rs=R1R2R3…Rn=0.997*0.98*0.975=0.953第二节可靠性的度量–（2）并联系统：一个环节失效，其他环节正常运行；所有环节失效，系统失效。–先计算每一个环节失效概率，系统中所有环节整体失效概率为每一个环节失效概率的积，系统的可靠性为：1-整体失效概率–Rs=1-（1-R1）（1-R2）（1-R3）…（1-Rn）•如：某系统在某一运行元件外建立了四套保护元件，每个元件的可靠性为0.99，则系统可靠性为：•Rs=1-（1-R1）（1-R2）（1-R3）…（1-Rn）•=1-（1-0.99）（1-0.99）…=0.9999999999第二节可靠性的度量•例1：某元件可靠性为0.95，求下列系统的可靠性？•例2：求系统的可靠性？0.950.90.90.90.9第三节可靠性工程–可靠性工程：指关于设计、制造和保护产品具有高可靠性的知识和技术。•1、可靠性设计–过程：•规定可靠性的要求•建立可靠性模式•分配可靠性•预测可靠性•正式确定产品可靠性设计的原则和要求，形成设计标准和规范•选择和控制元件。•必要时进行环境、维修等辅助设计–提高可靠性的方法：•选择标准化的元器件•使用冗余技术•耐环境设计•维修性设计第三节可靠性工程•二、可靠性分析–方法：故障模式及影响分析（FMEA）和故障树分析（FTA）–（1）故障模式及影响分析–定义：在产品设计过程中，通过对产品各个组成单元潜在的各种故障模式及其对产品功能的影响进行分析，提出可能采取的纠正预防措施，以提高产品固有可靠性的一种方法。第三节可靠性工程•故障模式及影响分析的基本过程–（1）了解和掌握产品资料–（2）确定产品的功能要求，选择分析的层次–（3）找出所有的故障模式–（4）分析原因和影响–（5）制定纠正措施–（6）分析和评价产生危害的严酷程度第三节可靠性工程•对单元件须掌握的详细信息：–故障模式--表现产品如何发生故障–故障原因–故障影响--产品或子系统在其所运行的领域对产品或系统的影响。–纠正措施—说明根据影响程度需要采取的纠正措施–危害点评---评价影响程度，特别是危害严酷度分析•（2）故障树分析–类似于因果分析中的鱼刺图第三节可靠性工程•三、可靠性试验–是对产品可靠性进行调查、分析和评价的手段。通过试验发现产品设计、元器件、原材料和工艺方面的缺陷或潜在故障，以采取有效措施，提高产品可靠性第三节可靠性工程–可靠性试验的种类：•可靠性测定试验：用于测定产品的可靠性，确定可靠性的各项指标。到一定时间或故障数到一定数量即停止。•可靠性鉴定试验：用有代表性的产品，在规定条件下鉴定产品可靠性的相关数据。•可靠性验收试验：交付的产品抽样，测定产品性能是否符合要求。•环境应力筛选试验：对产品施加环境应力，筛选可靠性高的产品•可靠性增长试验：规定环境下产品可靠性是否提高第三节可靠性工程第四节可靠性管理–可靠性管理是指在实现产品或系统的可靠性过程中，建立、实现和保持可靠性目标的全过程。–可靠性管理的基本要求：–贯彻预防为主的思想，从头开始，从产品开发开始就将性能、可靠性、进度、费用等进行综合权衡，同时特别重视可靠性管理和信息工作，与技术状态管理相结合，建立故障分析、报告和纠正措施。第四节可靠性管理•一、可靠性管理的一般步骤•1、定义顾客的效能要求•2、确定重要的经济因素并评估它们与可靠性要求之间的关系•3、定义产品使用的环境和条件•4、选择可满足可靠性要求及成本准则的元件、设计和供应商•5、确定机器和设备的可靠性要求及其在制造过程中对产品可靠性的影响•6、分析现场可靠性数据作为一种质量改进的方法•二、可靠性管理的内容–a可靠性目标的确立•完美的可靠性不现实且成本高，成本高则价格高，达到顾客不愿支付的价格。因此必须在经济因素和成本最小化之间平衡–b设计过程可靠性管理•产品或系统的效能特征、运行条件、效能持续期支配着设计。第四节可靠性管理–c制造过程可靠性管理•原材料、设备、工人影响可靠性，预防性维修活动也十分重要–d包装、运输和防护可靠性管理•包装、运输和不良的防护和搬运会影响交给顾客的产品的可靠性–e采购可靠性管理•采购元件、原材料、设备等需了解其性能，预防性维修、保有备件和更换零件。•三、计算机软件的可靠性管理第四节可靠性管理重点内容•名词：–可靠性、维修性、可靠性工程、可靠性管理•简答：–可靠性分类–可靠性与维修性和可用性的关系–可靠度函数及其相互关系–提高可靠性的方法–故障模式及其影响分析–可靠性试验的种类–可靠性管理的内容