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1、RAMS工程技术 概 述南车四方机车车辆股份有限公司 技术中心 项目总体部 Tel: 0532-87900483E-mail:sf- 2008年5月11 RAMS工程概论v1.1 什么是RAMS工程？v1.2 RAMS工程应用技术；v1.3 FRACAS 技术简介及其重要性v1.4 安全性分析及管理；21.1 什么是RAMS？可靠性、可用性、维修性及安全性（RAMS） 工程包括:v可靠性（Reliability）；v可用性 (Availability)；v维修性 (Maintainability)含测试性 (Testability)v保障性 (Supportability)；v安全性 (Saf
2、ety)；我们称之为“五性”, “RAMS”。3基本概念v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。可靠性的概率度量亦称可靠 度。v可用性：产品在任一随机时刻需要和开始执行任 务时，处于可工作或可使用状态的程度。可用性的 概率度量亦称可用度。v维修性：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，保持或恢复到规 定状态的能力。维修性的概率度量亦称维修度。例 如捷达比富康好维修。4基本概念（续）v测试性：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。v安全性：系统不发生事故的能力；v保障性：系统的设计特性
3、和计划的保障资 源能满足产品使用要求的能力。5基本概念（续）vRAMS 贯穿产品生命周期的全过程；vRAMS 工作包括设计、分析、试验和管理四个方面 ，缺一不可；vRAMS 工作需要全体工程技术人员来贯彻实施；vRAMS 工作应当与产品研发各阶段同步进行；vRAMS 工作要落实到产品的设计、工艺、制造和 使用维护中去。6RAMS工程的意义7可靠性工程的起源v可靠性工程直接起源于第二次世界大战，可靠性的 历史约有五十多年的时间。可靠性的起源，最初是 由一支电子管引起的。v美国二战、远东战略飞机近一半以上难以飞行，发 现电子管近半数以下出现了故障，引起了美国政府 的高度重视。v应该存在一种超过现有
4、制造技术或检验能力的其它 “什么”在起作用？v只有在设计及工艺设计时就预先考虑到它。8可靠性工程的发展v1957年6月美国发表了军用电子设备可靠 性报告。v60年代可靠性工程全面发展v70年代可靠性工程进行成熟期，得到深入 发展v80年代可靠性工程更受重视和成熟9南车四方公司可靠性工程v1、北京八通线地铁v2、广州地铁四、五号线v3、北京地铁四号线（业主：港铁）v4、北京地铁一号线v5、成都地铁一号线（咨询：港铁）10可靠性的建模、分配、预计 可靠性设计准则v可靠性模型的建立v可靠性的分配v可靠性的预计v可靠性设计准则11两个基本的概念v1）可靠性模型v可靠性框图及其数学模型v2）可靠性框图v
5、对于复杂产品的一个或一个以上的功能模式, 用方框表示的各组成部分的故障或它们的组 合如何导致产品故障的逻辑图。12两个基本的概念v可靠性框图是依据系统的原理和功能关系而 建立的。13可靠性模型的分类14几种典型的可靠性模型15几种典型的可靠性模型16几种典型的可靠性模型17几种典型的可靠性模型18建立可靠性模型的步骤v1)产品定义v 确定任务与任务剖面v 系统功能分析v 确定故障判据v 确定任务时间及其基准v （占空因子d=单元工作时间/系统工作时间）v2)建立可靠性框图v3)建立相应的数学模型19注意事项v(1)正确区分产品的原理图和可靠性框图20注意事项v(2)正确区分基本可靠性和任务可靠
6、性框图v基本可靠性：用以估计产品及组成单元可能发生的故障引起的维修及保障要求的可靠 性模型v任务可靠性：用以估计产品在执行任务过程中完成规定功能的概率。21注意事项v(3) 可靠性模型应随产品技术状态的变化而 修改。v(4) 建模前应明确产品定义、故障判据。22可靠性分配v 可靠性分配的目的v 将系统的可靠性定量要求分配到规定的产品层次 。v 可靠性分配的原则v 可靠性分配方法v 可靠性分配报告v 注意事项23可靠性分配的原则v复杂的产品分配较低可靠性指标;v技术上不成熟的产品分配较低可靠性指标;v工作环境恶劣的产品分配较低可靠性指标;v重要的产品分配较高可靠性指标;v工作时间长的产品分配较低
7、可靠性指标;v不易维修、更换的产品分配较高可靠性指标24可靠性分配方法v）比例分配法25可靠性分配和预计26可靠性分配方法v2) 评分分配法2728可靠性分配方法v3) 重要度复杂度分配法2930可靠性分配方法v工程综合法v1、分层次的可靠性分配 v2、货架产品的处理 v3、运行比的确定 v4、机械部件的处理 v5、预留分配余量 v6、采用综合法对基本可靠性进行试分配 31注意事项v1) 可靠性指标分配应在方案阶段和初步设计阶段进 行，随着设计工作的深入和设计信息的细化，在合 同签订前，可反复多次进行，以提高分配结果的合 理性。v2) 一般不给嵌入式软件单独分配可靠性指标，而是 与硬件系统一起
8、合并考虑。v3) 应按成熟期的规定值进行分配，分配值作为开展 产品可靠性设计的依据；v4) 应把最低可接受值分配到需要单独考核验证的产v品，作为其研制结束时的考核要求。32注意事项v5) 应留有适当的分配余量，以尽可能减少对可靠性分 配指标的全局性更改，保证设计工作的顺利进行。v6) 电缆等接口部件及某些故障率很低的非电子产品， 可以不直接参加可靠性指标分配，可归并在“其他”项 中一并考虑。“其他”项应占10-20%的比例，具体数值 依实际情况确定。v7) 进行基本可靠性和任务可靠性指标分配时，应保证 基本可靠性指标分配值与任务可靠性指标分配值的协 调，使系统基本可靠性和任务可靠性指标同时得到
9、满 足；v8) 应根据产品特点，选定适当分配方法进行分配。33可靠性预计v 可靠性预计的目的v 可靠性预计和分配的关系v 可靠性预计的程序v 可靠性预计的方法v 可靠性预计报告v 注意事项34可靠性预计的目的v(1) 对不同的设计方案进行比较;v(2) 发现设计中的薄弱环节;v(3) 为可靠性试验方案设计提供信息;v(4) 为可靠性分配、维护使用提供信息。35可靠性预计和分配的关系36可靠性预计的程序v1) 明确系统定义：包括说明系统功能、系统任务和系统各 组成单元的接口；v2) 明确系统的故障判据；v3) 明确系统的工作条件；v4) 绘制系统的可靠性框图，可靠性框图绘制到最低一级功 能层次；
10、v5) 建立系统可靠性数学模型；v6) 预计各单元设备的可靠性；v7) 根据系统可靠性模型预计其基本可靠性或任务可靠性；v8) 将可靠性预计值与规定值进行比较，发现薄弱环节，为 改进设计提供依据。37工程中常用的可靠性预计方法38工程中常用的可靠性预计方法39工程中常用的可靠性预计方法40v故障率计算模型 v p =bKDv 式中： p工作故障率；v b基本故障率；v K环境因子；v D降额因子vK和D取值由工作经验确定。K可参考电子设备可靠 性预计手册GJB/Z 299-98中所列各种环境系数。41工程中常用的可靠性预计方法42可靠性预计报告v至少应包括以下内容：v1) 要求的可靠性指标及其
11、来源（要求值或分配值）v2) 系统组成及特点；v3) 预计方法的选择；v4) 不可直接预计的产品清单及其理由；v5) 预计中“其他”项的百分比及其确定原则；v6) 任务可靠性预计时采用的任务可靠性模型；v7) 预计结果及薄弱环节分析；v8) 拟采取的改进措施及其效果分析；v9) 明确回答实现要求的可靠性指标的可能性。43注意事项v1）应及早进行可靠性预计和分配；v2）应按基本可靠性和任务可靠性分别进行 分配和预计；v3）应按目标值或规定值（成熟期）并留有 适当余量进行分配。分配中要包括“其它”项 。v4）对于采用的货架产品，在预计和分配时 应在总指标中予以扣除；44注意事项v5）进行可靠性预计
12、时，应考虑部分产品在使用过 程中的不工作状态(GJB/Z 108)；v6）预计工作应反映当前产品的技术状态；v7）应说明预计中所用数据的来源；v8）应明确产品定义及故障判据；v9）预计工作应规范化；应对预计结果进行分析并 提出改进措施，以提高产品的固有可靠性。45采取的改进措施v1.提高元器件的质量等级，关键元器件进口v2.热设计v3.简化电路设计v4.改进工艺措施v5.进行有效的防震设计v6.进行降额设计46可靠性设计准则v1. 什么是可靠性设计准则？v可靠性设计准则是一种设计规范。它从系统 可靠性角度出发，将已有的、相似产品的工 程经验，经过总结、归纳、升华使其系统化 、科学化、规范化。它
13、是设计人员必须遵守 的设计要求。47可靠性设计准则v2.制定与实施可靠性设计准则的目的和原因v1）目的v将产品的可靠性要求和规定的约束条件，转 换为产品设计应遵循的、具体而有效的可靠 性技术设计细则。供广大设计人员遵照执行 ，从而将可靠性设计到产品中去。48可靠性设计准则v2.制定与实施可靠性设计准则的目的和原因v2）原因v 仅有定量分析设计、FMEA等是不够的;v 准则是系统设计经验的积累，甚至有血的代价;v 设计人员最易于接受;v 可靠性设计的重要依据;v 可靠性设计与功能、性能设计紧密结合;v 提高产品可靠性、降低费用。49可靠性设计准则v2.可靠性设计准则的主要内容v前言v范围和目的v
14、总则v总体要求v 可靠性与性能、体积、重量等综合权衡v 尽量采用标准化、统一化设计，采用成熟的技术和部件等v通用设计准则v 简化设计、降额设计、热设计v 余度/容错设计、环境防护设计、人机工程设计等v专用设计准则50可靠性设计准则v2.可靠性设计准则的主要内容v电子产品可靠性设计准则示例:v（1）尽量实施通用化、系列化、模块化设计；采用成熟的标准零部件、元器件。v（2）采用新技术、新工艺、新材料、新元器件时，必须经验证合格，提供验证报v告和通过评审或鉴定。v（3）应对电子、电气系统和设备进行电/热应力分析，并进行降额设计。v（4）应根据型号元器件大纲的要求和元器件优选目录进行元器件的选择和控制
15、。v（5）应当按最恶劣的环境条件和作战条件设计电子产品，使之具有在严酷条件下v正常工作的能力。v（6）为保证运输和储存期间的可靠性，产品在出厂时应按有关标准进行包装，做v到防潮、防雨、防振、防霉菌等。v（7）电子产品内各单元之间的接口应密切协调，确保接口的可靠性。v（8）电子产品内某一部分的故障或损坏不应导致其它部分的故障。v（9）应进行简化设计，在简化设计过程中应考虑：v 所有的部件和电路对完成预定功能是否都是必要的；v 不会给其它部件施加更高的应力或者超常的性能要求；v 如果用一种规格的元器件来完成多个功能时，应对所有的功能进行验证，并v且在验证合格后才能采用。51可靠性设计准则v2.可靠性设计准则的主要内容v电子产品可靠性设计准则示例(续)v（10）元器件、接插件、印制板应有相应的编号，这些编号应便于识别。某些易装错的连接v件和控制板（如采用不同型号或不同形状的接插形式）应有机械的防错措施，。v（11）电线的接头和端头尽可能的少，电缆的插头(座)及地面检测插座的数量也应尽量少。v（12）应尽可能地使用固定式而不是可变式（或需要调整的）的元器件(例：电阻器、电容器、v电感线圈等)。v（13）所有电气接头均应予以保护，以防产生电弧火花。v（14）对电气调节装置(导电刷与滑环)，电动机件(微电机等)、指示器和传感器应尽量加以v密封并充以惰性气体，以提高其工作可靠性与
