可靠性与可靠性工程

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1、2018/9/21,1,可靠性与可靠性工程 Reliability Engineering,2018/9/21,2,内容提要,可靠性研究与应用的目的和意义 装备研制与可靠性工程 可靠性工程的发展 可靠性工程的范畴与理论 可靠性工程特点 可靠性工程,2018/9/21,3,可靠性研究与应用的目的和意义,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710年不出故障，捷达轿车“皮实” 可靠性高 定义：是指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。 产品可靠性定义的要素是三个

2、“规定”(“规定条件”、“规定时间”、“规定功能”）,2018/9/21,4,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,2018/9/21,5,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,2018/9/21,6,可靠性研究与应用的目的和意义,为什么要搞可靠性？ 高可靠是

3、武器装备战斗力的保障 提高武器装备的效能 减少装备维修 减少装备全寿命周期费用 综合效能功能/性能，款式、构型等 可靠性(寿命)、维修性、产品支援 质量 价格/使用费用,2018/9/21,7,装备研制与可靠性工程,系统工程(System Engineering) 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

4、规划与设计，阮镰、章国栋,2018/9/21,8,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,2018/9/21,9,装备研制与可靠性工程,并行工程(Concurrent Engineering，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

5、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。,2018/9/21,10,装备研制与可靠性工程,工程研制过程,抛墙式,并行工程过程,2018/9/21,11,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,2018/9/21,12,

6、工程过程概念,2018/9/21,13,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,2018/9/21,14,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

7、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。,2018/9/21,15,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

8、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,2018/9/21,16,可靠性工程内涵及其外延,产品特性,2018/9/21,17,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

9、与人员 备件与维修网点(维修级别) 用户资料与培训等,2018/9/21,18,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,2018/9/21,19,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,2018/9/21,20,可靠性工程内涵

10、,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,2018/9/21,21,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

11、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,2018/9/21,22,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,通过浴盆曲线 确定保修期 确定使用寿命 零部件个未能更换时间,2018/9/21,23,可靠性工程内涵,

12、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,2018/9/21,24,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,2018/9/21,25,可靠性工作项目,可靠性及其工作项目要求的确定(100系

13、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,2018/9/21,26,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,2018/9/21,27,可靠

14、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,2018/9/21,28,可靠性工作项目,可靠性设计分析 有限元分析 耐久性分析 可靠性试验与评价可靠性验证 环境应力筛选 可靠性研制试验 可靠性增长试验 可靠性鉴定试验 可靠性验收试验 可靠性分析评价 寿命试验,2018/9/21,29,可靠性工作项目,使用可靠性评估与改进 使用可靠性信息收集 使用可靠性评估 使用可靠性改进,2018/9/21

15、,30,可靠性工程工作流程,可靠性工程工作流程,2018/9/21,31,系统设计阶段的可靠性设计分析流程,系统设计阶段的可靠性设计分析流程,2018/9/21,32,面临的问题,认识不足、重视不够，被动应付 急于求成 长期效应 现成工具技术的成熟 既有管理，也有技术问题，更多是管理问题 可靠性人员的地位问题、人员素质问题 可靠性数据与经验的积累和升华很不够 没有完全纳入产品的研发体系中有组织无纪律 可靠性人员与专业设计人员的融合问题 产品的使用环境与使用模式认识不清,2018/9/21,33,面临的问题,技术手段的局限性 目前的以系统学与概率论为基础的系统可靠性方法的局限性，不能从根本上解决

16、问题 设计人员不知道如何设计可靠性数字游戏 现有的可靠性方法操作性差 针对具体的微观问题缺乏技术手段 机械产品的非标准化与基础数据的缺乏 高可靠性、长寿命，以及储存可靠性问题缺乏技术手段,2018/9/21,34,可靠性工作要求,明确了解用户对产品可靠性的要求，产品使用、维修、储存期间的自然环境以及保证产品能很好地完成任务的保障资源； 控制由于产品硬件、软件和人的因素造成对产品可靠性的影响，预防设计缺陷、选择不恰当的元器件和原材料以及减少生产过程中的波动等； 采用可靠性增长技术使优良的设计成熟起来； 采用规范化的工程途径开展有效的可靠性工程活动。,2018/9/21,35,谢谢大家,2018/9/21,36,寿命周期与寿命剖面,产品从制造到寿命终结或退出使用这段时间内所经历的全部事件和环境的时序描述。它包含一个或多个任务剖面。通常把产品的寿命剖面分为后勤和使用两个阶段,2018/9/21,37,寿命剖面示例,某导弹的寿命剖面,2018/9/21,38,任务剖面,产品在完成规定任务这段时间内所经历的事件和环境的时序描述。任务剖面一般应包括： 产品的工作状态； 维修方案； 产品工作的时间与顺序； 产品所处的环境(外加的与诱发的)的时间与顺序； 任务成功或致命故障的定义。,