GB-T 15174-1994可靠性增长大纲

中华人民共和国国家标准可靠性增长大纲国家技术监督局批准实施本标准等效采用国际标准可靠性增长大纲主题内容和适用范围本标准规定了编制可靠性增长大纲的要求和导则为使可靠性增长需暴露和排除在硬件和软件中的薄弱环节当规范要求设备电子机电机械硬件及软件有一个可靠性大纲或者已知设计不成熟若不进行改进便不能满足验证试验的要求时使用本标准是合适的在阐述基本概念之后接着叙述了所要求的管理计划试验实验室和现场试验失效分析和改进技术为了估计增长后达到的可靠性水平还简要概述了数学模型本标准适用于通过试验进行可靠性改进的场合其一般原则也同样可适用于其他活动改进工作可以在以下各项结果的基础上进行理论研究例如故障模式及影响分析现场试验使用者的经验主要目的不是致力于可靠性改进的项目引用标准可靠性维修性术语设备可靠性试验总要求设备可靠性试验试验周期设计导则设备可靠性试验可靠性测定试验的点估计和区间估计方法指数分布可靠性和维修性管理设备可靠性试验推荐的试验条件固定使用在有气候防护场所设备精模拟术语本标准所用的基本可靠性术语符合要求在本标准中专门定义或说明的术语叙述如下除非另有说明这些术语既适用于只有硬件构成的产品也适用于含有软件或以软件为主的产品区分开中的失效强度对可修复的产品和失效率对不修复或一次性产品两个术语是非常重要的可靠性改进通过排除系统性失效的原因和或减少其他失效发生的概率来实现改进可靠性特征量的一种过程注本标准所描述的方法是进行纠正性更改以达到减少系统性薄弱环节的目的对任何产品而言由于可行性经济性等原因能获得的增长都是有限度的可靠性增长表示产品可靠性特征量随时间逐渐改进的一种过程薄弱环节失效当施加的应力在产品规定能力之内时由于产品本身的薄弱环节而引起的失效注薄弱环节可以是固有的也可以是诱发的薄弱环节是产品中任一种已知或未知的缺陷它可以引起一个或多个薄弱环节失效在统计意义上假设每种类型的薄弱环节是相互独立的系统性薄弱环节只有通过更改设计制造工艺操作方法文件或其他有关因素或者通过排除劣质的元器件批才能排除的或减少其影响的薄弱环节注没有改进措施只作修理和更换在软件情形作重复运行很可能导致同类失效再现软件薄弱环节都是系统性的残余性薄弱环节非系统性薄弱环节注这种情况下在预期的试验时间内同类失效再现的风险可以忽略不计软件的薄弱环节不可能是残余性的关联失效在解释试验或运行结果时或在计算可靠性特征量值时应包括的失效注应列出关联失效的判据关联失效的判据见条非关联失效在解释试验或运行结果时或在计算可靠性特征量值时不应包括的失效注应列出非关联失效的判据非关联失效的判据见条系统性失效与某种原因直接有关的失效而这些失效只能采取更改设计制造工艺操作方法文件或其他相关因素的方法才能排除注没有更改的修复性维修通常不能排除失效原因采用模拟失效原因的方法能诱发系统性失效在本标准中系统性失效被认为是由系统性薄弱环节引起的失效残余性失效由残余性薄弱环节引起的失效类失效由于费用时间技术上的限制或其他原因由管理者决定不作纠正性更改的那类系统性失效类失效由管理者决定需作纠正性更改的那类系统性失效瞬时可靠性量度在可靠性增长程序中的某一给定时刻过去或现在对产品进行的可靠性量度注常用的可靠性量度为瞬时失效强度或平均失效间隔时间以及瞬时失效率或平均失效前时间用可靠性增长模型估计得到这些量度值外推可靠性量度在可靠性增长的全过程中能及时进行纠正性更改的产品在未来某一给定时刻估计获得的可靠性量度注中的修饰词外推的定义适用于此但仅限于时间外推假设前面的试验条件和纠正性更改程序维持不变假设今后有同样的趋势可以利用以往的数据用可靠性增长模型来估计可靠性特征量常用可靠性量度为瞬时失效强度或平均失效间隔时间以及瞬时失效率或平均失效前时间计划的可靠性量度同时引入多个纠正措施后所预测到的产品可靠性量度注更改往往是在增长大纲的两个连续阶段之间进行常用的可靠性量度为瞬时失效强度或平均失效间隔时间以及瞬时失效率或平均失效前时间用可靠性增长模型估计得到这些量度值基本概念在可靠性增长大纲中通常采取实验室或现场试验来激发并暴露产品的薄弱环节以便改进系统设备元器件或类似产品的可靠性如果出现了失效就要进行诊断修理或更换然后继续进行试验与此同时对于已经出现的失效应该进行分析并找出其失效的根本原因当找到了确实的原因之后就要对其设计其他有关程序或可靠性增长发展过程中的结果进行适当的更改从而促使产品的可靠性逐步增长这种程序既适用于纯硬件也适用于与之配套的软件对于不修理的或一次性使用的产品或元器件的可靠性增长程序应该提供不断改进的样品而每次改进设计后的样品都应该比以往的样品更为可靠软件的可靠性增长不受实际环境例如温度和湿度的制约不受可靠性筛选的影响但可能会受其他环境例如使用和维护的影响硬软件可靠性特征量的估计只能通过对失效的观测监控和记录来获得可靠性特征量的估计会受到为暴露薄弱环节而进行的性能试验能力的影响为了包含各种特殊的和未知条件的以及在实际使用中可能遇到的各种组合条件可靠性增长试验应尽可能采用在实际使用中可能出现的综合环境条件薄弱环节与失效在没有出现失效以前薄弱环节通常是未知的在一些对产品有影响的操作中由于无意识的人为差错薄弱环节可能在一个可观察到的失效发生以前已经存在了换句话说产品的薄弱环节是材料固有的或者是由于制造工艺不完全受控而造成的产品的可靠性增长通常只与降低系统性薄弱环节的影响有关系统性薄弱环节与残余性薄弱环节从开始到被排除的过程如图所示图增长与修理过程的比较系统性薄弱环节系统性薄弱环节一般与设计或类似的程序有关各种类型的薄弱环节往往受下列因素的影响规定使用环境或条件的准确性设计制造过程或使用的新颖性复杂性或关键性约束条件如研制或生产时间过紧经费不足尺寸重量或性能要求过严人员培训水平和技术熟练程度系统性薄弱环节会同时存在于硬件和软件中也会产生广泛的影响同一原因可能会使产品带来相似的薄弱环节用来消除系统性薄弱环节的改进措施本身也有可能会引进新的系统性薄弱环节残余性薄弱环节残余性薄弱环节通常只与产品或零部件的制造有关上述条所述的因素对产生残余性薄弱环节也有影响但这些影响可以通过对人员培训不断熟练的过程以及质量控制来减少残余性薄弱环节只存在于硬件中与系统性薄弱环节不同残余性薄弱环节可局限于单件产品上产品中的大部分残余性薄弱环节可以通过可靠性筛选来加以排除而剩余的薄弱环节将会保留下来在产品的寿命期内可能随机地引起失效任何大范围的修理更换或改进都隐含着引入新的残余性薄弱环节的风险可靠性增长过程的失效模式可靠性增长过程中由于产品的故障强度随着每次成功的改进而降低所以不能用恒定失效率的假设来估计增长过程的故障强度或本标准叙述了用来估计已有的增长和作计划的可靠性数学模型的原理在可靠性改进计划中为了达到规定的可靠性目标可以采用有关的技术来估计试验所需要的时间各种可靠性评估方法的准确性都取决于如何有效地控制试验环境监控程序失效报告以及被记录的试验时间因此实验室数据比现场试验或非正式试验方案所获得的数据更加可靠如果对控制程度有怀疑即控制不得力就不要使用数学模型然而即使是在控制不得力不得不放弃数学模型时本标准所描述的改进过程总会使可靠性得以增长认识到这一点很重要因此即使对增长结果不能进行定量估计仍然要执行可靠性增长大纲在图中曲线是一条理想化的阶梯曲线它表示了各种系统性薄弱环节所产生的首次失效的累积数目相对于试验时间的曲线这条曲线呈指数型反映了一定数量的固有系统性薄弱环节所形成的曲线趋势曲线是残余性薄弱环节相对于观测时间的特性曲线在早期失效期结束后它是呈直线型的曲线是曲线和曲线之和它表示了产品关联失效的总数曲线最终趋向于直线化如果改进措施不力或推迟相同类型系统性失效可能会重复出现图的曲线是基于下列假设条件的已经排除了早期失效否则曲线在开始时将会呈现非线性不包括在增长期因修理或更改等原因产生新的薄弱环节例如在修理或更改中可能引入这种新的薄弱环节不包括由正常或容许的磨损而产生的失效在整个增长过程中环境工作方式试验的纵深程度都保持不变任何试验周期应是短期的而前后保持一致准确监控试验时间图关联失效与试验时间的关系图曲线各类系统性薄弱环节的首次失效曲线残余性失效曲线曲线和曲线之和管理概述为执行可靠性大纲应建立管理程序并且在试验活动与相应的纠正性更改活动之间建立重要的信息联络网管理程序管理程序的框图如图所示图可靠性增长大纲总体图为了安排计划应有一个准备阶段见第章需要让所有工作人员熟悉受试设备并要求在试验机构与设计机构之间建立正式的或非正式的信息联络网见条在第章中详述了试验的要求在第章中详述了失效分类第章中详述了纠正措施图归纳了这三部分内容只有发生了具有统计意义的失效数之后才可以应用数学模型见第章由于改进过程比增长估计更加重要因此若不具备建模条件就不要建模以免冒得出错误结论的风险构成报告的基础应该由详细日常记录对设计的反馈和用户报告所组成关于这部分的详细内容可见第章信息联络网单靠文件本身往往不会有效地促成采取必要的措施因此旨在消除系统性薄弱环节的纠正性更改通常都需要可靠性工程师亲自去督促和实施可靠性工程师应与失效信息有关人员及负责排除系统性薄弱环节的工作人员保持密切的联系失效数据的主要来源有可靠性改进试验可靠性筛选可靠性验证环境鉴定试验验收试验现场试验操作使用可靠性改进试验可认为是最有意义的信息来源由于它的目的在于改进它要求对环境及数据收集进行严格控制但就失效分类方面其他方面的信息也能提供有益的背景材料具有检索分类功能的计算机数据库能够对各种不同来源的相同失效类型进行归类需要跟踪的范围包括设计研制元器件供应方及转承包单位绘图室技术规范生产计划制造可靠性筛选验收试验技术手册操作维护说明书培训运输装卸用户图说明了信息联络网的基本联络关系图联络网与功能示意图人力及费用由于产品以及工程的种类和规模相当广泛所以这里只能给出一般的原则就小工程而言可靠性工程师只需要利用部分时间就可以完成上述条叙述的任务而在其他场合还需要有其他有关人员来协助他的工作对人力的安排应考虑可靠性工程师和查找薄弱环节所需设计能力这两方面的力量如果没有可靠性增长大纲有些薄弱环节是难以发现的在失效分析及改进设计方面应该能够吸收设计和其他方面有意义的成果一般来说受试产品及试验设备是可以回收的如果这些产品可以交货或修整后可充作其他用途则他们对总的试验费用并没有什么影响没有使用过的备件同样也是可以回收的费用效益对可靠性增长计划进行投资可以大大节省产品在整个寿命周期内的维护费用这些节省取决于许多因素其中包括产品总数或单个产品的失效单元数延长寿命周期降低平均修理费用以及减少对现场维护设施的投资等等可靠性增长大纲计划应该承认在一定的有效时间内经过努力并不能消除所有的薄弱环节某些系统性的和残余性的薄弱环节仍然存在并将影响着工程实际的失效强度用于可靠性改进的总试验时间的长短与所要求的改进程度有关通常是在几千台时之内为了及时地交付所需完成的产品和设备应在可靠性增长大纲的早期阶段就着手制订试验计划在制订试验计划时应确定以下内容每类受试产品的数量和它们的设计标准试验设备标准和规范备用产品组合件和元器件试验条件和环境试验设备预期的大纲持续时间包括工作时间和日历时间投入调试试验联络修理分析调查和更改的人力受试产品的数量增加同时受试产品的数量使其对总体更具有代表性通常对那些简单的和不太复杂的产品具有较低的费用和较高的可靠性因而在一适当的时间内为产生足够的失效数需投入更多的受试样品进行试验因为每个产品费用较低而且实际尺寸较小所以可以接受这一方案试验应力通常由于只有出现失效才能揭示薄弱环节可靠性改进大纲的工作既包括激发失效又包括排除暴露出的系统性薄弱环节然而一般情况下在试验室有计划的激发失效比在现场激发失效好用于激发失效所选用的环境应力应以中的内容作为指导为使激发失效尽可能快应采用设计规范所允许的最严酷的环境和强化使用条件是运行状态而不是贮存状态同样产品重复进行一系列真实的功能试验以便设计给出产品的最大允许应力环境应力和工作模式并不要求严格对应于产品的实际使用条件而应采用能加速激发潜在薄弱环节的使用条件应注意不得引入在正常使用中不