产品可靠性设计

2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论1产品可靠性设计章文晋北京航空航天大学可靠性工程研究所北京现代青亚科技有限公司2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论2工程系统工程系可靠性工程研究所挂靠的主要单位：•中国人民解放军总装备部可靠性工程技术中心•国防科工委可靠性工程技术研究中心•中国航空第一集团公司可靠性技术和管理中心•中国航空第二集团公司可靠性技术和管理中心•中国人民解放军总参谋部陆航装备可靠性办公室•中国航空第一集团公司计算机软件测评管理中心北京航空航天大学2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论3本次讲座内容•为什么开展可靠性设计？•如何开展可靠性设计？•规划可靠性工作的建议2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论4可靠性入市时间利润顾客满意功能入市时间可靠性利润功能顾客满意2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论5•产品设计的指导思想发生了重大转变–从仿制走向自主研制–从掌握技术、解决有无走向形成能力•MadeinChina?•BorninChina?2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论6可靠性的地位和作用•提高电力设备的可用水平•降低寿命周期费用2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论7费用冰山图2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论82005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论9可靠性的基本概念2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论10可靠性定义•可靠性：产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。•可靠性工程：为达到产品的可靠性要求而开展的一系列设计、研制、生产、试验和管理工作。2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论11可靠性基本概念——可靠性定义•固有可靠性：产品在设计、制造过程中赋予的固有属性–产品的开发者可以控制•使用可靠性：产品在实际使用过程中表现出的可靠性–除固有可靠性的影响因素外，还要考虑安装、操作使用、维修保障等方面因素的影响2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论12可靠性工程的发展史•发展历程–20世纪40年代：萌芽期–20世纪50年代：兴起与形成，1952AGREE–20世纪60年代：全面发展–20世纪70年代：成熟期–20世纪80年代：深入与广泛–20世纪90年代：综合化、自动化、智能化、实用化•当前状态–电子到非电，硬件到软件，统计试验到工程试验、可靠性到维修性、测试性、保障性至可信性、军用到民用2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论13基本概念——可靠性与产品质量质量特性专门特性经济性时间性可靠性维修性保障性测试性性能特性适应性寿命周期费用安全性2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论14故障率与浴盆曲线t)(tλ使用寿命早期故障偶然故障耗损故障AB规定的故障率维修后故障率下降2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论15首次翻修期与翻修间隔期λ(t)t首次翻修期规定的故障率ABλ(=1/MTBF)翻修间隔期总寿命2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论16维修性基本概念——维修性定义•产品在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到其规定状态的能力，其概率度量亦称维修度。–维修性与可靠性一样是产品的设计特性，维修性的好坏直接影响产品的维修工作量、维修工时和费用、维修测试设备的设计策略及对维修人员的要求。–在产品开发过程中仅提高可靠性不是一种昀有效的方法，必须综合考虑可靠性与维修性才能获得更好的结果。2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论17测试性基本概念——测试性定义•诊断（Diagnosis）：使用硬件、软件和（或）其他文件规定的方法，确定系统或设备工作不正常（故障）查明其原因的技术和进行的操作。诊断也可以认为是检测和故障隔离活动的总称。•测试性（testability）：产品能及时并准确地确定其状态（可工作、不可工作或性能下降），并隔离其内部故障的一种设计特性。2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论18测试性基本概念——测试性定义•固有测试性（inherenttestability）：仅取决于系统或设备的硬件设计，不受测试激励数据和响应数据影响的测试性。•BIT（built-intest，机内测试）：系统或设备内部提供的检测和隔离故障的自动测试能力。2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论19•如何开展可靠性？管理设计试验2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论20RMTS管理产品的效能ADC开则能动动而可信具有能力R·MCR·MRMC可靠性寿命水平维修性测试性水平性能水平外界环境维护诊断修理故障发生发展故障排除可靠性水平寿命水平可维修性水平可测试性水平性能水平维修保障维修MT存在与使用过程A：可用性；D：可信性；C：能力R：可靠性；M：维修性；T：测试性人的效能ADC健康可干干而无病具有能力健康性H可医治性CH劳动能力体力、脑力HCE健康性H可医治性CE能力C健康岁平寿命水平可医治性水平可诊断性水平能力水平外界环境防病诊断治疗疾病发生发展恢复健康健康水平寿命水平可医治性水平可诊断性水平能力水平医疗保障防治与诊断生产与工作过程2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论21RMTS管理系统要求任务目标任务环境任务约束效能度量系统工程热力学电子学空气动力学结构学其他机械系统工程可靠性安全性维修性人素工程保障性测试性系统工程设施设计产品设计程序化资料人员计算机程序传统学科信息分支专门学科信息分支信息反馈信息反馈产品信息分辨系统工程文档“设计”要求输出工程项目规范图纸2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论22大纲计划和综合经理用户要求和系统效能、局长管理经理经理的助理装备经理产品保证现场使用和试验支持经理技术状态管理和标准化系统经理系统试验主任SST技术主任工程师主任工程师系统设计结构设计动力装置设计产品支持工程管理计算和分析经理商务管理局长大纲计划和控制采购控制系统技术和现场使用材料工艺工厂生产SST分部副主席大纲管理技术助理助理产品保证大纲经理工程局长质量保证局长设计支持可靠性安全性维修性数据中心可靠性、安全性、维修性和价值工程系统经理波音公司可靠性组织管理体系RMTS管理的组织结构2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论23RMTS管理系统工程系统要求评审综合的产品组要求权衡和定义分配综合计划用户要求系统规范综合的产品研制设计制造保障综合的产品组初步研制评审研制要求评审方案布局部件布局设计制造“包”最终研制评审维修与保障“包”综合的产品组设计制造保障用户综合的产品研制过程2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论24RMTS管理项目主管人员可靠性维修性安全性生产保障性综合产品研制组电子、通讯机械、结构2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论25可靠性工作项目可靠性工作项目可靠性大纲的监督与控制101制订可靠性工作计划102对转承制方的监督与控制103可靠性评审104建立故障报告分析和纠正措施系统105建立故障审查组织106可靠性增长管理设计与分析201建立可靠性模型202可靠性分配203可靠性预计204制订可靠性设计准则205故障模式影响及危害性分析206故障树分析207潜在通路分析208电路容差分析209制订元器件大纲210确定可靠性关键产品211确卸定、功运能输测、试维、修包对装可、靠贮性存的、影装响试验与评价301环境应力筛选302可靠性研制试验303可靠性增长试验304可靠性鉴定试验305可靠性验收试验306可靠性分析验证2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论26软件工程（含可靠性）工作项目可靠性工作项目监督与控制101制订软件可靠性大纲与工作计划102软件文档管理103软件配置管理104软件设计评审105建立故障报告分析和纠正措施系统106对转承制方的监督与控制设计与分析201软硬件运行环境、软硬件功能与接口的分析与定义202确定软件可靠性定性定量要求203划分与确定关键软件与重要软件204制订与贯彻软件可靠性设计准则205软件可靠性分配206软件可靠性预计207软件可靠性设计：容错、防错、查错208软件故障模式影响及危害性分析209软件故障树分析与PETRI网分析试验与评价301制定软件测试计划与测试规程302建立独立的软件测试机构303软件代码走查304软件测试305软件的验证与确认306软件可靠性测试与评价2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论27维修性工作项目维修性工作项目工作的监督与控制设计与分析试验与评定制定维修性工作计划对转承方和供应方的监督与控制维修性工作评审建立数据收集分析和纠正措施系统维修性和测试性验证建立维修性模型维修性分配维修性预计故障模式及影响分析|维修性信息维修性分析维修性设计准则为维修保障计划和保障性分析准备输入维修性核查维修性评价2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论28测试性工作项目测试性工作项目测试性工作的的监督与控制101制订测试性工作计划102测试性评审103测试性数据收集与分析计划测试性设计与分析201测试性要求202测试性初步分析与设计203测试性详细分析与设计测试性试验与评定301测试性验证2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论29保障性工作项目保障性工作项目保障性分析工作的规划与控制101制定保障性分析工作纲要102制定保障性分析工作计划103有关保障性分析的评审装备与保障系统的分析401使用与维修工作分析402早期现场分析403停产后保障分析201使用研究202硬件、软件与保障系统的标准化203比较分析204改进保障性的技术途径205确定保障性和有关保障性的设计因素备选方案的制定与评价501保障性试验、评价和验证301确定功能要求302确定备选保障方案303备选方案的评价与权衡分析确定保障资源要求保障性评估2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论30可靠性设计•规定定性定量的可靠性要求•建立可靠性模型•可靠性指标分配•可靠性预计•可靠性设计准则•耐环境设计•元器件的选用与控制•电磁兼容性设计•降额设计与热设计2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论31规定定性定量可靠性要求•可靠性是设计出来的、生产出来的、管理出来的•可靠性要求是开展产品可靠性设计的基础•可靠性要求是进行产品可靠性验证与考核的基础•可靠性要求包含定性、定量两个部分•常用的可靠性定量指标是平均故障间隔时间MTBF2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论32可靠性建模可靠性模型是依据系统的原理和功能关系而建立的。如下图所示的双开关系统，当系统的功能是使电路导通，系统要能正常工作，只需开关A或B闭合即可，其可靠性框图如图(a)所示（并联系统）；当系统的功能是使电路断开，系统要能正常工作，需要开关A和B同时断开，其可靠性框图如图(b)所示（串联系统）。双开关系统原理图K1K2双开关系统可靠性框图K1K2K1K2(a)(b)2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论33可靠性分配•可靠性分配是将产品总的可靠性定量要求分配到规定的产品层次,用于对配套外协产品提出可靠性要求•通过分配使整体和部分的可靠性定量要求协调一致•可靠性分配是一个由整体到局部，由上到下的分解过程2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论34可靠性预计¾可靠性预计是在设计阶段对系统的可靠性进行定量的估计¾系统的可靠性预计是根据组成系统的元件、部件的可靠性数据按可靠性模性来估计的。¾部件、元件的可靠性数据来源：¾电子元器件：国军标、美军标和BellCore的元器件计数法、应力分析法¾已有相似产品的可靠性数据通过系统的构成和结构特点、系统的工作环境等因素修正¾部件的可靠性试验数据或实际使用数据2005-6-2可靠性维修性测试性保障性概论35可靠性设计准则¾什么是可靠性设计准则–是一种设计规范，从系统可靠性角度出发，设计人员必须遵守的设计要求，是已有的、相似产品的工程经验的总结，并系统化、科学化、规范化而成。¾制定与实施的原因与目的–仅有定量分析设计、FMEA等是不够的–准则是系统设计经验的积累，甚至有血