可靠性基础知识

1可靠性基础知识可靠性交流材料2YuntongForever运通恒达内容安排12可靠性工程概念产品可靠性度量34可靠性工作项目可靠性工程平台3YuntongForever运通恒达第一部分可靠性工程概念4YuntongForever运通恒达可靠性产品的是产品在规定的条件下运行时，在规定的时间内保持规定功能的能力。可靠性的概念有以下特征：•关注故障•判定故障发生的可能性，用定量的形式表达；•评价故障对系统功能的影响程度。•可靠性的定量衡量参数为可靠度或MTBF，是概率参数。可靠性表征产品故障的频繁程度和危害程度，是产品的一种固有属性，主要由设计决定，可靠性设计和分析的主要任务是降低故障发生的概率和降低故障的影响。可靠性（Reliability）可靠性1.15YuntongForever运通恒达规定条件规定条件环境条件工作条件工作应力温度湿度振动盐雾….工作负荷循环周期6YuntongForever运通恒达环境应力对产品可靠性的影响环境越恶劣可靠性越差•温度应力会提高产品的故障率•振动应力会加速产品的疲劳•湿度和化学应力会缩短产品的寿命环境应力和可靠性一般是指数关系：•温度－Arrhenius•振动－Coffin-Manson•湿度和其他－Eyring有意施加恶劣的环境应力进行试验可以高效地暴露产品缺陷。7YuntongForever运通恒达规定时间规定时间工作时间非工作时间贮存状态小时公里次数…待机状态…00.10.20.30.40.50.60.70.80.9100.511.52TimeR(t)产品可靠性随时间单调下降8YuntongForever运通恒达规定功能技术规格书要求产品应具备的功能。故障－不能满足规定的功能故障的种类：•功能丧失•功能降低•Surprise！故障的可恢复性•可恢复－没有物理损伤•不可恢复－有物理损伤规定功能常用故障判据逆向表达性能界限过应力设计裕度正常工作区破坏极限工作极限技术规范9YuntongForever运通恒达对于电视机来说…规定的条件•环境条件•供电条件•工作条件»开机时间比»待机时间比»关机时间比规定的时间•工作时间•开关次数•日历时间规定的功能•不发生安全性事件－致命的•能够正常使用－严重的•不降低功能一般的10YuntongForever运通恒达可靠性相关概念介绍“大”可靠性＝RAMS•Reliability－可靠性•Availability－可用性•Maintainability－维修性•Safety－安全性“五性”＝可靠性＋维修性＋保障性＋测试性＋安全性11YuntongForever运通恒达维修性是产品在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序方法进行维修时，保持或恢复到其规定状态的能力。维修性的概念具有以下特征：•关注故障，是针对故障的一种活动；•维修性的定量衡量参数为平均维修时间（MTTR，MTTM），是时间参数。维修性表征产品预防故障和修复故障的能力，表达产品维修的难易程度，是产品设计所赋予的一种固有属性。维修性设计和分析的主要任务是建立以可靠性为中心的维修设计（RCM－ReliabilityCenterMaintainability），相当于容易发生故障的地方容易修复。维修性（Maintainability）维修性1.212YuntongForever运通恒达可修»可修产品－故障»不可修产品－失效能修»能检测»能定位»能到达»能更换易修»修得快－定位快、维修快、确认快»修得好－修如旧、修如新维修性要素13YuntongForever运通恒达可用性是产品在任意一个随机时刻处于可用状态的能力。可用性常用可用时间占总时间的比值来描述，即：•可用性＝可用时间/（可用时间＋不可用时间）可用性是可靠性、维修性和运用保障的综合特性：•可靠性越好，则可用时间越长；•维修性越好，则维修时间越短，不可用时间越短；•运用保障特性越好，则维修等待时间越短。可用性（Availability）可用性1.314YuntongForever运通恒达可用性示意图15YuntongForever运通恒达安全性是指产品不发生系统危险事件（HazardEvent，也称为事故）的能力。安全性的概念具有以下特征：关注危险，铁路产品的危险包括：•违反政府法规•人员伤亡•重大财产损失•环境破坏涉及到在各种环境条件和工作条件下，在运营、维护和维修过程中发生的所有危险；故障是危险的主要来源，危险性故障是全部故障的子集。安全性（Safety）安全性1.416YuntongForever运通恒达1.2可靠性工程发展世界可靠性工程发展：1940s年，起源于美国•重点在于电子管和真空管的可靠性研究•成立AGREE，电子设备可靠性顾问委员会1950s年，推广发展•美国制定了一系列军用可靠性标准•AGREE在1957年发表的《军用电子设备的可靠性》报告成为后来全世界可靠性工作的指南•前苏联、日本、英国等国家开始介入可靠性研究•可靠性由电子设备拓展到电力、机械、动力等方面17YuntongForever运通恒达（续前）1960s，可靠性工程的系统化•阿波罗项目全面采用的可靠性工程技术，极大地推动了可靠性技术在全世界的推广•可靠性工程已经成为系统工程的一部分，日益系统化•可靠性统计试验逐步完善1970s，进入可靠性保证阶段•可靠性管理的作用突出显现，美国将可靠性管理作为质量管理的核心•日本全面引进可靠性技术，推行全面质量管理，取得巨大效益18YuntongForever运通恒达（续前）1980s，可靠性体系完善•美国建立了完备的可靠性标准体系，如可靠性通用大纲、可靠性预计、FMEA等•可靠性工作项目不断丰富，例如电路容差设计、潜在电路分析、随机有限元分析等•波音公司建立了完备的故障信息闭环管理体系1990s年，可靠性工程深度拓展•ISO9000将可靠性列入研制过程的必要工作项目•民用产品全面建立可靠性要求体系•机械、结构、机构的可靠性分析方法成熟•诞生了大量可靠性软件工具19YuntongForever运通恒达中国可靠性的发展历程1960s年，可靠性引入到中国1970s年，可靠性引进和研究阶段•诞生了大量可靠性标准•翻译了一些可靠性书籍•产生了一些可靠性报告20YuntongForever运通恒达（续前）1980s年，可靠性工程的应用•1985年，诞生了中国质量与可靠性信息中心•1986年，在高校中诞生了可靠性的专门学科•1988年，GJB450-88《武器装备可靠性通用大纲》推行，成为军工和民用产品的可靠性工作标准•大量研究课题取得突破性进展•运七飞机成功地运用可靠性技术，极大地提高了可靠性•教8飞机从方案阶段起，全过程推行可靠性工程技术•电视机、机车等民用产品开始采用可靠性技术，提高产品的寿命和可靠性21YuntongForever运通恒达（续前）1990s年，•中国航空航天可靠性技术成熟，全面推广可靠性技术的应用•华为、中兴、大唐等通讯行业企业陆续开始推行可靠性技术•出口产品的可靠性工作极大地推动了可靠性工程技术的应用•一些外资企业在中国建立的研发和生产机构可靠性应用技术普及，间接地推动了我国可靠性技术的普及•机车行业推出QS9000，强制采用可靠性工程控制•电力系统可靠性工程框架逐步建立•船舶行业可靠性工程工作陆续开展现在•可靠性工作成为产品质量的核心•可靠性技术需求迫切22YuntongForever运通恒达可靠性的工程地位产品特性23YuntongForever运通恒达SystemEffectiveness系统效能Performance性能OperationalAvailability使用可用度EquipmentCapability设备能力HumanCapability人员能力Maintainability维修性Supportability保障性SystemEffectiveness系统效能Reliability可靠性24YuntongForever运通恒达可靠性工作的效益分析（费用）系统的寿命周期费用（LifeCycleCosts，以下简称LCC），是指在系统的整个寿命周期内，为获取并维持系统的运营（包括处置）所花费的总费用。系统寿命周期费用构成示意图25YuntongForever运通恒达LCC–全部费用视图AcquistionCostOperationsCostProductDistributionCostSoftwareCostMaintenanceCostTestEquipmentTrainingCostTechnicalDataCostSupplySupportCostRetirementandDisposalcostOperationsCostProductDistributionCostSoftwareCostMaintenanceCostTestEquipmentTrainingCostTechnicalDataCostSupplySupportCostRetirementandDisposalcost采购费用运行费用产品部署费用软件费用维修费用测试设备培训费用技术数据费用供给支持费用报废和处置费用26YuntongForever运通恒达现代设计思想的转变性能向效能的延伸采购费用向寿命周期费用的延伸27YuntongForever运通恒达Questions?28YuntongForever运通恒达第二部分产品可靠性度量29YuntongForever运通恒达可靠性的度量参数可靠性参数的分类•基本可靠性•任务可靠性通用可靠性参数•可靠度R(t)•故障率λ•平均故障间隔时间（MTBF）•平均首次故障时间（MTTF）•可用度（Avilability）•平均修复时间（MTTR）其它可靠性参数30YuntongForever运通恒达可靠性参数的分类可靠性参数&可靠性指标•可靠性参数用于定量地描述产品的可靠性水平和故障强度。•可靠性指标是要求产品应达到的可靠性参数值。基本可靠性•产品在规定条件下，无故障的持续时间或概率•维修人力费用•后勤保障资源任务可靠性•在规定的任务剖面中完成规定功能的能力31YuntongForever运通恒达通用可靠性参数－可靠度R(t)可靠度－R(t)指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率例如：某型号的10000手机在一年共有10部次发生了功能性故障（不能正常使用部），该型号手机在一年内的可靠度为：R(1)＝(10000-10)/10000=0.99900)()(NtrNtR式中：N0—t=0时，在规定条件下进行工作的产品数；r(t)—在0到t时刻的工作时间内，产品的累计故障数（产品故障后不予修复）。32YuntongForever运通恒达故障率λ故障率（FailureRate）：•定义：工作到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。式中：Δr(t)—t时刻后，Δt时间内故障次数；Δt—所取时间间隔；Ns(t)—t时刻残存产品数。•单位：一般为10-6/小时或10-9/小时（fit）平均故障率（AverageFailureRate-λ）•定义：产品故障总数和产品总工作时间的比率。•计算：故障次数除以总工作时间ttNtrts)()()(33YuntongForever运通恒达TB=交付时间点TW=耗损时间点早期失效期偶然失效区耗损失效区TwTB制造缺陷工艺缺陷元件缺陷固有缺陷耗损故障时间失效率浴盆曲线浴盆曲线34YuntongForever运通恒达时间瞬时故障率制造和筛选可靠性预计和验证耗损机理分析早期故障随机故障耗损故障...开箱合格率...预计和试验与环境和应力相关的疲劳和衰减机理增加检查点•改善抗恶劣环境设计•老化试验•环境应力筛选试验•可靠性评估•可靠性预计•可靠性增长试验•高加速寿命试验•材料特性•使用数据积累和分析•加速寿命试验•系统寿命模型浴盆曲线的进一步说明35YuntongForever运通恒达在给定时间内,Rate