可靠性设计与试验2012-非

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1、衡量产品的质量，可用六性来表述：可靠性、维修性、保障性、测试性、安全性和环境适应性。 可靠性（ reliability）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。 维修性（maintainability）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。 保障性（supportability）装备的设计特性和计划的保障资源满足平时战备和战时使用要求的能力。 测试性产品能及时准确地确定其状态（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。,安全性（safety）不导致人员伤亡、危害健康及环境，不给设备或财产造成破坏或损失的能力。

2、环境适应性装备（产品）在其寿命期预计可能遇到的 各种环境的作用下能实现其所有预定功能和性能和（或）不被破坏的能力。是装备（产品）的重要质量特性之一。 可靠性：元件、产品、系统在一定时间内、在一定条件下无故障地执行指定功能的能力或可能性。 产品可靠性：定义为产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。 可靠性量化度量：可靠度、失效率、平均无故障间隔等。,可靠性工程：为了确定和达到产品的可靠性要求而开展的一系列技术和管理活动。可靠性工程活动涉及到装备全寿命过程的各个阶段。 不同的装备可以提出不同的可靠性定性要求和定量要求。 可靠性定性要求是为了获得可靠的产品，对产品设计、工艺、 软件及其他方面

3、提出的非量化要求。 可靠性定量要求可以选择以下适当的参数和指标提出。 工程的角度出发：可靠性可直观定义为产品无故障完成任务的能力。从统计学的角度出发，可靠性定义为在规定的条件下， 规定的时间内，完成规定功能的能力，可靠性的概率度量称为可靠度。,应用的角度：可靠性可分为固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性仅考虑承制方在设计和生产中能控制的故障，用于描述产品的设计和生产中的可靠性水平；而使用可靠性则综合考虑产品的设计、生产、安装环境、维修等因素，用于描 述产品在规定的环境中使用的可靠性水平。 设计的角度：可靠性可分为基本可靠性和任务可靠性。 基本可靠性考虑要求保障的所有故障的影响，用于度量产品无需保

4、障的工作能力，包括与维修和供应有关的可靠性， 通常用平均故障间隔时间（MTBF）来度量； 任务可靠性仅考虑造成任务失败的故障影响，用于描述产品完成任务的能力，用任务可靠度（MR）和致命性故障间隔任务时间（MTBCF）来度量。,任务可靠性：产品在规定的任务剖面中完成规定功能的能力或概率。 使用可靠性：产品在实际使用条件下所表现出的可靠性。一般用可靠性使 用参数及其量值描述。 1）可靠度R（t）：可靠度是产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的概率。如某战略导弹在规定任务周期内的可靠度为0.9；某侦察卫星在7年寿命期内的可靠度为0.85；某型战车行驶1000公里无故障的概率为95等。 2）平均故

5、障前时间（MTTF）：是不修复产品常用的可靠性参数，也称平均寿命，其统计评估方法是：在规定的条件下和规定的时间内，产品寿命单位总数与故障产品总数之比。这里的不修复产品是指通过修复性维修不能恢复到规定状态或不值得修复的产品。这里的“时间”是一种持续性的通用度量，也称寿命单位。寿命单位可以是通常的时间如年、小时等，也可以是公里、次数等。如某军用的矩形电连接器的可靠性（寿命）以10000次表示。,3)平均故障间隔时间（MTBF）：是可修复系统和设备常用的可靠性参数。MTBF的统计评估方法是：在规定的条件下和规定的时间内，产品的寿命单位总数与故障总次数之比。MTBF 通常也称为平均寿命。例如某通信系统

6、在规定的任务期内的平均故障间隔时间为600小时，某坦克的平均故障间隔行驶里程为1000公里，某歼击机的平均故障间隔时间飞行小时为4.29小时等。 4）故障率（）：在规定的条件下和规定的时间内，产品的故障总数与寿命单位总数之比。电子元器件的可靠性指标常用失效率来表示，如某超短波电子管的失效率为2.7510-6（1/小时），某半导体分立器件的失效率为2.510-7（1/小时），硅太阳能电池的失效率为1.010-8（1/小时）等。,装备的安全性：是装备所具有的不导致人员伤亡、系统毁坏、 重大财产损失或不危及人员健康和环境的能力。如果把危及安全的事件视为特殊的故障，安全性就可理解为可靠性的特例。维修性

7、：维修是维护和修理的简称，即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。 把可靠性视为产品功能的持续能力的话，维修性则主要反映产品功能的恢复能力。 故障：产品或产品的一部分不能或将不能完成预定功能的事件或状态。 产品故障有三种情况：一是产品不能完成预定功能，二是产品的一部分不能完成预定功能，三是产品能完成预定功能，但可以从现在的状态预见，发展下去将不能完成预定功能。,维修工作与故障的检测、产品的测试紧密相关。 测试性：及时并准确地确定产品的状态，并隔离其内部故障的能力。 不同的装备可以提出不同的维修性定性要求和定量要求： 维修性定性要求是为使产品

8、能方便快捷地保持和恢复其功能，对产品设计、工艺、软件及其他方面提出的非量化要求。包括如简化设计、可达性、标准化等设计要求。 维修性定量要求可以选择以下适当的参数和指标： 1)平均修复时间 （MTTR）：平均修复时间表示排除一次故障所需时间的平均值。在规定的条件下和规定的时间内，产品在规定的维修级别上，修复性维修总时间与该级别上被修复产品的故障总数之比。根据产品维修的深度、广度以及维修时所处场所（或机构）划分的等级，一般分为基层级、中继级和基地级。,基层级维修：由使用人员或团以下部队维修机构对设备进行的维修。主要是设备的维护检查、小修或规定的维修项目。 中继级维修：由中继级维修机构对装备所进行的

9、维修。(修理所、修理船) 基地级维修：由基地级维修机构对装备所进行的维修，如装备大修，舰船中修。 2)平均预防性维修时间：表示每项或某个维修级别一次预防性维修所需时间的平均值，其统计评估方法是：在规定的条件下和规定的时间内，产品在规定的维修级别上，预防性维修总时间与预防性维修总次数之比。3)维修停机时间率：表示产品每工作小时维修停机时间的平均值。包括修复性维修和预防性维修。反映了产品单位工作时间的维修负担，即对维修人力和保障费用的需求。4)维修工时率：也称维修性指数，反映维修人力消耗，直接关系到维修力量配置和维修费用。统计评估方法是：在规定的条件下和规定的时间内，产品直接维修工时总数与该产品寿

10、命单位总数之比。 5)恢复功能用的任务时间MTTRF ：表示排除严重故障所需实际时间的平均值。其统计评估方法为：在规定的任务剖面中，产品严重故障总的修复时间与严重故障总次数之比。所谓严重故障是使产品不能完成规定任务的故障。 任务剖面是指产品在规定的任务时间内所经历的事件和环境的时序描述。,测试性衡量指标： 1)故障检测率FDR：用规定的方法正确检测到的故障数与故障总数之比，用百分数表示。 2)故障隔离率FIR：用规定的方法将检测到的故障正确隔离到不大于规定模糊度的故障数与检测到的故障数之比，用百分数表示。 3)虚警率FAR:在规定的时期内发生的虚警数与同一时间内的故障指示总数之比，用百分数表示

11、。 保障性:装备的设计特性和计划的保障资源能满足平时和战时的战备完好性要求的能力。 保障性分为定性要求和定量要求 保障性定性要求在设计特性方面，就是要把装备自身设计得易于保障的那些定性的要求，,尽可能采用成熟的技术和简化的设计； 实行通用化、系列化、组合化； 采用尽可能减少故障的技术； 采用方便维修的措施； 采用机内自动测试和隔离故障功能的设计； 设计要考虑尽可能降低对使用和维修人员及技术等级的需求； 设计能保证装备方便、快捷地获得正常使用和维修所需的检测、校准设备、工具、备件和技术资料等； 要充分考虑未来使用的环境，以及在包装、装卸、储存、运输等过程可能遇到的技术接口问题。 保障性定性要求在

12、保障资源方面，就是从产品研制开始就要同步考虑和安排提供适宜的保障资源的那些定性要求。 包括：（1）人力与人员。有关使用和维修人员的要求。（2）供应保障。使用和维修所需备件和消耗品。（3）保障设备。使用和维修所需的测试、校准、检修、试验、搬运、拆装等设备和工具。（4）技术资料。使用和维修所需的说明书、手册、规程、细则、清单、工程图样等。,保障性的定量要求：以与战备完好性相关的指标提出，这是基于装备的保障性设计特性和保障资源最终表现为战备完好性来考虑的。 使用可用度（A0）：装备的能工作时间与能工作时间和不能工作时间的和之比。 能执行任务率（MCR）：装备在规定的时间内，至少能执行一项规定任务的时

13、间与其作战部队控制下的总时间之比。 出动架次率（SGR）：是指飞机每天出动总架次与在编飞机总数之比。 再次出动准备时间：是指在规定的使用及维修保障条件下，连续执行任务的装备从结束上次任务返回，到再次出动执行下一次任务所需要的准备时间。,引言,（一）,问题的提出,美国国防部2005中国军力报告中反映：中国的武器装备建设虽然取得了重要进展，但是仍然存在着两个方面致命的瓶颈，即质量与创新。 在质量方面，中国的国防工业界仍然停留在认识可靠性和可持续性概念重要性阶段。,近十几年来我国经济突飞猛进的发展，*装备体系实现了由*跨越，从根本上实现以跟踪仿制、发展机械化装备为主，向自主创新、全面发展信息化装备的

14、转变。,（一）,问题的提出,2.*装备新技术含量不断提高，系统高度复杂，软件比重大，大型试验不断增多，新装备不断批量交付，重大质量问题和事故时有发生，质量和可靠性问题日益凸显。可靠性问题也备受关注 。,（一）,问题的提出,在“XXX”建设中，发生了一等事故、导弹发射失利、卫星在轨测试突发无信号故障等重大质量问题。据不完全统计，关键技术储备不足、技术原理没吃透占42%，工艺水平不高占19%，质量和可靠性要求落实不力占39%,（一）,问题的提出,（一）,问题提出,我国XXX可靠性问题也非常突出，以9种重点电子装备为例：,跟踪收集了9种重点电子装备6年来的现场使用和维修数据，统计分析如下。,（一）,

15、问题提出,近年来，*装备研制中也提出RMS要求，也开展了RMS分析和设计，取得了较大成绩，但还存在许多问题，归纳其主要原因有：（1） RMS要求不明确。（军方、总体和行业）（2） 工作重点在分配、预计，工程设计与分析不足（3） 对设备缺乏控制力度（4） 试验不充分（5） 信息管理和应用严重不足（使用、研制）,（二）,解决途径,1、改革装备研制过程,2、加强装备RMS的早期投入,（二）,解决途径,3、推行全员参加的全系统、全特性、全过程的管理,（二）,解决途径,4、加强各方的协调及配合,（二）,解决途径,5、加强质量与可靠性信息管理,2000年美国防部建立一项设计、制造和后勤保障跨系统的持续采办

16、和全寿命支持系统（CALS），据报道该系统建成后，能使生产率提高40-70，研制时间减少40-60，研 制费用减少30，后勤保障费用减少35。,6、经过几十年的实践，美军在装备方面取得了很大进展： 美海军一位将军称，开展RMS工作的舰艇投资虽不到采办费用的1%，但舰艇寿命周期费用减少了几亿美元。 开展工作的F-16A与F-15A相比，备件费用减少了43.9，保障费用减少了16.3。 F-16A能执行任务率由F-15A的53提高到95.4。 越战每架飞机平均不到1架次/ 1天，海湾战争3架次/ 1天。 部署一个中队（24）F-15B需18架C-141B运输机，F22只需6架C-141B运输机。,（二）,解决途径,可靠性要求,装备不同，RMS要求不同 （1）柴油机，长时间连续工作；重点关注基本可靠性、使用寿命； （2）导弹、鱼雷，长期储存，一次使用；重点关注储存可靠性、飞行可靠性、测试性； （3）飞机装备，反复使用，飞行中不可维修；重点关注安全性、可靠性、维修性、测试性、保障性；,