01可靠性工程-总体介绍

可靠性工程专题——可靠性工程总体概述现代航天企业制造信息化技术学习内容1.可靠性研究与应用的目的和意义2.装备研制与可靠性工程3.可靠性工程的发展4.可靠性工程的范畴与理论5.可靠性工程特点6.可靠性工程可靠性概念什么是产品可靠性？产品的属性：故障人总是要生病。从生理学上讲，人也可以看成是产品或机器持久保持其功能/性能的能力，不出现问题、补发上故障，为用户所用电冰箱用7~10年不出故障，捷达轿车“皮实”—可靠性高1可靠性的经典定义系统或设备在规定的条件下，在规定的时间内，完成规定功能的能力。三个规定规定条件是指系统或产品所处的使用环境与维护条件，包括：机械条件、气候条件、生物条件、物理条件和使用维护条件等。规定时间规定功能是指系统或设备(产品)执行任务的时间。一般指由用户提出的指标和要求。可靠性概念可靠性就是系统在时间t内不失效的概率P(t)。如果T为系统从开始工作到首次发生故障的时间，系统无故障工作的概率有下式：P(t)=P(Tt)P(t)具有下面三条性质：(1)P(t)为时间的递减函数；(2)0≤P(t)≤1；(3)P(t=0)=1；P(t=∞)=0系统或设备的可靠性是一个与时间有密切关系的量，使用时间越长，系统越不可靠。2可靠性的定量定义可靠性概念可靠性研究与应用的目的和意义可靠性研究与应用的目的和意义为什么要搞可靠性？技术的进步、信息时代产品，特别是飞机、武器装备等日益复杂化、高科技载人航天、绕月探测工程美国人的火星探测人类的生活在20、21世纪发生了巨大的变化人们对可靠性的要求日益提高现代高科技产品对可靠性高要求可靠性研究与应用的目的和意义为什么要搞可靠性？世界上没有永恒的事物产品故障会造成巨大的损失经济损失人员安全武器装备丧失战斗力政治、社会问题1957美国“先锋号”卫星发射两秒钟后爆炸，损失2.2亿美元1986美国“挑战号”航天飞机起飞76s后爆炸，损失12亿美元，直接原因是一个密封圈的问题引起的产品质量性能可信性安全性经济性寿命可靠性维护性保障性可靠性研究与应用的目的和意义第10页可靠性研究是社会发展的必然现代产品的元件数量越来越多，越来越复杂。装配数量和装配密度越来高笔记本电脑：小空间大集成产品的使用环境日益多样化车载电视：抗震性能，接收性能质量经济性的要求在产品的生命周期里，不仅考虑生产成本，而且外部故障成本例如一个由10000个元件组成的系统要保持0.95的可靠度，则需每个元件的可靠度达到0.999995。可靠性研究与应用的目的和意义(1)提高系统或产品的可靠性，防止故障和事故发生。随着科技进步，系统或产品的规模越来越大，产品的复杂性增加。波音747喷气客机有450万个部件，当单个元件可靠性为99.999%时，若系统由10个、100个、…，元件组成串联系统可靠性如下：系统个数(个)产品可靠性199.999％1099.99％10099.90％100099.01％1万90.48%10万36.79%100万0.1%一台600MW的发电机由于故障停运一天，使电厂的收入减少432万元；最为惨痛的教训是乌克兰的切尔诺贝利核电站，1986年4号反应堆因核泄漏导致爆炸，直到2000年12月完全关闭，14年里乌克兰共有336万人遭到核辐射侵害。可靠性研究与应用的目的和意义(2)提高系统或产品的可靠性，能使产品总费用降低。(3)提高系统或产品的可靠性，能提高设备的使用率。(4)提高系统或产品的可靠性，能提高企业信誉，提高经济效益。美国的宇宙飞船阿波罗工程有700万只元器件和零件，参加人数达42万人，参予制造的厂家达1万5千多家，生产周期达数年之久。象这样庞大的复杂系统，一旦某一个元件或某一个部件出现故障，就会造成整个工程失败，造成巨大损失。所以可靠性问题特别突出，不专门进行可靠性研究是难于保证系统可靠性的。可靠性研究与应用的目的和意义装备研制与可靠性工程系统工程(SystemEngineering)系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法[钱学森]从整体出发合理开发、设计、实施和运用系统的工程技术[中国大百科]运用系统学的思想、理论，开展/管理工程“系统”的工程工程系统工程组织管理大型工程项目的规划、研究、设计、制造、试验和使用的技术[中国大百科][工程系统的规划与设计，阮镰、章国栋]装备研制与可靠性工程系统工程管理的三大类活动研制阶段划分：控制研制过程及建立基线系统工程过程(系统工程管理的核心)寿命周期综合：研制过程中全面、综合考虑寿命周期的所有需求——可靠性研制阶段划分系统工程过程寿命周期综合综合工作组系统工程管理基线寿命周期规划装备研制与可靠性工程并行工程(ConcurrentEngineering，CE)并行工程是对产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）进行并行一体化设计的一种系统化的工作模式。这种工作模式力图使开发者从一开始就考虑到产品全生命周期中的所有因素，包括质量、成本、进度和用户需求。[1988年，美国防御分析研究所(IDA)以武器生产为背景,对传统的生产模式进行了分析,系统化地提出了并行工程的概念，R.I.Winner著名的R-338报告]并行工程作为一种哲理，其中新技术不断更新：如网络上的异地协同设计，虚拟现实技术在设计中的应用，新的设计方法学等。装备研制与可靠性工程工程研制过程抛墙式需求分析方案建立工程设计工艺、工装、生产工程过程与质量管理(并行)---RMS并行工程过程并行工程的核心综合、协调综合考虑武器系统的各个方面各方面之间的相关性协调权衡好各方面因素的关系——可靠性是其重要因素协调好工程过程中各项工作的关系并行改传统的串行方式为并行方式并行与协调以产品为核心需求牵引，思想观念的更新工程过程概念设计RMS生产产品其他设计(方案)功能/性能RMS制造(工艺、工装、生产)产品其他工艺工装设计RMS生产产品其他工艺工装设计RMS生产产品其他工艺工装工程过程与质量管理(各阶段的关键点)可靠性工程概述可靠性工程概念为达到产品的可靠性要求而进行的一套设计、研制、生产和试验工作：设计分析、试验与验证、管理、信息与评估RE是可靠性系统工程的一个分支，是可靠性系统工程的核心，也是RMSE的首要任务。产品的可靠性是设计、生产和管理出来的可靠性工程装备开发系统工程的一个分支。服从装备开发系统工程和工程过程的基本规律可靠性工程的发展萌芽期20世纪40年代是可靠性萌芽时期，1943年美国成立了电子管研究委员会专门研究电子管的可靠性问题；形成期1951年ARINC开始了最早的一个可靠性改进计划；1952年美国国防部成立了电子设备可靠性咨询组(AGREE)；1955年AGREE开始实施从设计、试验、生产到交付、储存和使用的全面的可靠性发展计划，并于1957年发表了《军用电子设备可靠性》的研究报告，从9个方面阐述了可靠性设计、试验及管理的程序及方法，确定了美国可靠性工程的发展方向，成为可靠性发展的奠基性文件，标志着可靠性已经成为一门独立的学科，是可靠性工程发展的重要里程碑。可靠性工程的发展成熟与综合发展20世纪60年代~70年代,是可靠性工程全面发展和步入成熟的阶段。美国在许多武器装备中推行可靠性工程，美军形成了一系列较完善的标准；20世纪80年代以来，可靠性向更广泛和更深入的方向发展，并以武器装备的效能为目标，将可靠性、维修性和保障性有机的综合在一起，形成可靠性系统工程我国从20世纪80年代，才真正在武器装备中开展可靠性工程；21世纪初，可靠性工程在我国全面深入的研究与应用可靠性工程内涵及其外延产品特性维修系统失效(不可靠)事故(不安全)诊断保障产品(系统)固有属性故障可靠性维修性保障性测试性安全性可靠性系统工程可靠性系统工程可靠性工程可靠性、安全性(系统安全性工程)维修性工程与维修工程维修性产品固有的特性：反映产品是否好修维修：为保持/恢复产品可用状态所开展的活动维修的方式与级别，RCM：以可靠性为中心的维修测试与测试性：故障诊断综合保障/产品支援保障性：好保障、保障好维修设备与人员备件与维修网点(维修级别)用户资料与培训等维修性质量与可靠性全寿命周期费用保障性安全性测试性可靠性企业效益可靠性工程内涵可靠性工程范畴系统/产品的可靠性要求或目标可靠性的设计分析建模、预计、FMEA、FTA风险分析等可靠性试验与评价环境应力筛选(ESS)可靠性增长试验等可靠性验证试验等可靠性信息可靠性管理可靠性工程内涵可靠性工程理论基础交叉型学科可靠性的理论基础宏观：系统学、概率论、统计学微观：其他学科：材料学、力学等等应用理论系统工程可靠性设计分析技术可靠性试验技术可靠性评估技术可靠性信息管理可靠性管理可靠性工程内涵质量与可靠性关系从广义质量观看，质量涵盖可靠性从狭义的质量观看，就是“符合性质量”可靠性毕竟与狭义的质量管理还是有很大区别的，质量出了问题，往往批次性很强可靠性是更深层次的与设计、工艺相关的根本性问题。有些企业对于可靠性工程有一种错误观念，认为可靠性工程是质量部门的事情，而设计部门却很少人员参与。产品的可靠性是在设计阶段就已经决定了在用户使用过程中，均是“可靠性”问题可靠性工程内涵可靠性的几个概念时间域的概率度量按用户/生产方分类固有可靠性使用可靠性按分析角度分类基本可靠性：产品在规定的条件下，无故障的持续时间或概率在没有后勤保障情况下系统工作能力的度量考虑所有需要维修保障的故障任务可靠性：产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能力系统完成任务能力的度量只考虑引起任务失败的故障可靠性工程内涵浴盆曲线典型的故障率模型，许多产品故障率呈此模型分为三个阶段：早期寿命区：故障率随时间而降低*恒定故障率区：故障率保持不变*耗损区：故障率随时间而增加*器件的缺陷，制造的缺陷或储存运输的原因造成的故障产品进入成熟期，故障多为偶然原因造成产品进入耗损期，故障多为老化、耗损，物理化学机理)(t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t通过浴盆曲线•确定保修期•确定使用寿命•零部件更换时间可靠性工程内涵系统可靠性的概念一个产品或系统是由众多的单元组成的，如飞机、神州号飞船、洗衣机系统的可靠性是其格组成单元的可靠性的概率逻辑组合分析/计算系统可靠性，需要建立系统可靠性模型系统可靠性的设计与分析方法系统性统计学系统自身的特性其他专门的专业学科可靠性工程内涵可靠性工程特点全寿命(寿命剖面与任务剖面)综合性需求分析、设计、管理、试验、制造与使用围绕“故障”并行工程交叉型学科导致故障的原因:系统设计和结构、元件的可靠性使用环境制造缺陷预防维修和计划维修等可靠性工作项目可靠性及其工作项目要求的确定(100系列)确定可靠性要求(101)确定可靠性的定性、定量要求确定可靠性工作项目要求(102)根据产品特点、选择确定可靠性工作项目(以GJB450A为依据)将可靠性工程工作，纳入型号研制中可靠性管理制定可靠性计划(甲方)制定可靠性工作计划(承制方)对承制方、转承制方和供应方的监督与控制可靠性工作项目可靠性管理制定可靠性计划(甲方)制定可靠性工作计划(承制方)对承制方、转承制方和供应方的监督与控制可靠性评审建立故障报告、分析和纠正措施系统建立故障审查组织可靠性增长管理可靠性设计分析建立可靠性模型可靠性分配可靠性工作项目可靠性设计分析可靠性预计故障模式、影响及危害性分析故障树分析潜在分析电路容差分析制定可靠性设计准则与符合性检查元器件、零部件和原材料选择与控制确定可靠性关键产品确定功能测试、包装、贮存、装卸、运输和维修对产品可靠性的影响可靠性工作项目可靠性设计分析有限元分析耐久性分析可靠性试