1、2022-5-31可靠性與可靠性工程可靠性與可靠性工程Reliability Engineering主講:陳衛東第一講2022-5-32內容提要內容提要o 現代質量觀念o 可靠性研究與應用的目的和意義o 可靠性工程概述o 可靠性工程的發展o 可靠性工程的范疇與理論o 可靠性工程特點o 可靠性工程現代質量觀念與設計思想轉變現代質量觀念與設計思想轉變2022-5-33基本概念基本概念系統效能 定義 ： 系統效能就是系統在規定的條件下滿足給定定量特性和服務要求的能力 。 E=A.D.CE系統效能 A可用性D可信性C固有能力 2022-5-34基本概念基本概念可用性(Effectiveness)定義

2、： 可用性(A)表示戰備完好，即系統在任一隨機時刻需要開始執行任務時，處于工作或可使用狀態的程度，亦即系統“開則能動”的能力。它是系統可靠性和維修性（含保障性、測試性等）的函數，即： A=f(R，M)2022-5-35基本概念基本概念可信性(Dependability)定義：可信性(D)表示任務成功，是指系統在任務開始時可用性給定的情況下，在規定的任務剖面中的任一隨機時刻，能侈使用且能完成規定功能的能力，即系統“動則成功”的能力。它是系統可靠性和維修性（含保障性、測試性等）的函數。2022-5-36基本概念基本概念固有能力(Capability)定義 ：固有能力(C)是系統在給定的內在條件下，

3、滿足給定的定量特性要求的自身能力，如飛行速度、航程、殺傷力等。2022-5-37效能和可靠性、維修性之間的關系效能和可靠性、維修性之間的關系2022-5-38系統的壽命周期費用系統的壽命周期費用(LCC)定義：系統的壽命周期費用（Life Cycle Costs，以下簡稱LCC），是指在系統的整個壽命周期內，為獲取并維持系統的運營（包括處置）所花費的總費用。它包括硬件、軟件的研制費、生產費、后勤保障費用，以及在研制、采辦、使用、技術保障和處置過程中所需的各種人員費用。2022-5-39使用費用不斷增長使用費用不斷增長2022-5-310現代系統設計思想的轉變的主要體現現代系統設計思想的轉變的主

4、要體現性能向效能的延伸，體現了從性能特性向系統全面特性（性能特性十專門特性）的延伸；采購費用向壽命周期費用的延伸，體現了對系統經濟性的考慮更加全面完善；權衡對象的延伸，從“花最少的錢實現性能最好的系統”延伸到“以最小的壽命周期費用實現效能最好的系統”。2022-5-311現代系統設計思想與傳統設計思想的比較現代系統設計思想與傳統設計思想的比較2022-5-3122022-5-313可靠性研究與應用的目的和意義可靠性研究與應用的目的和意義o 什么是產品可靠性？n 產品的屬性：故障n 人總是要生病。從生理學上講，人也可以看成是產品或機器n 持久保持其功能/性能的能力，不出現問題、不發生 故障，為用

5、戶所用n 電冰箱用710年不出故障，捷達轎車“皮實” 可靠性高n 定義：是指產品在規定條件下和規定時間內，完成規定功能的能力。 產品可靠性定義的要素是三個“規定”(“規定條件”、“規定時間”、“規定功能”）2022-5-314可靠性研究與應用的目的和意義可靠性研究與應用的目的和意義o 為什么要搞可靠性？n 世界上沒有永恒的事物n 產品故障會造成巨大的損失o 經濟損失o 人員安全o 武器裝備喪失戰斗力o 政治、社會問題2022-5-315可靠性研究與應用的目的和意義可靠性研究與應用的目的和意義o 為什么要搞可靠性？n 技術的進步、信息時代n 產品，特別是飛機、武器裝備等日益復雜化、高科技n 載人

6、航天、繞月探測工程n 美國人的火星探測n 人類的生活在20、21世紀發生了巨大的變化n 人們對可靠性的要求日益提高n 現代高科技產品對可靠性高要求2022-5-316可靠性研究與應用的目的和意義可靠性研究與應用的目的和意義o 為什么要搞可靠性？n 高可靠是武器裝備戰斗力的保障n 提高武器裝備的效能n 減少裝備維修n 減少裝備全壽命周期費用n 綜合效能o 功能/性能，款式、構型等o 可靠性(壽命)、維修性、產品支援o 質量o 價格/使用費用2022-5-317可靠性工程概述可靠性工程概述o 可靠性工程（RE）概念n 為達到產品的可靠性要求而進行的一套設計、研制、生產和試驗工作；設計分析、試驗與驗

7、證、管理、信息與評估n RE是可靠性系統工程的一個分支，是可靠性系統工程的核心，和首要任務。產品的可靠性是設計、生產和管理出來的n 可靠性工程裝備開發系統工程的一個分支。服從裝備開發系統工程和工程過程的基本規律2022-5-318可靠性工程的發展可靠性工程的發展o 萌芽期n 20世紀40年代是可靠性萌芽時期， 1943年美國成立了電子管研究委員會專門研究電子管的可靠性問題； o 形成期n1951年美國航空無線電通信公司(ARINC)開始了最早的一個可靠性改進計劃；1952年美國國防部成立了電子設備可靠性咨詢組(AGREE)；1955年AGREE開始實施從設計、試驗、生產到交付、儲存和使用的全面

8、的可靠性發展計劃，并于1957年發表了軍用電子設備可靠性的研究報告，從9個方面闡述了可靠性設計、試驗及管理的程序及方法，確定了美國可靠性工程的發展方向，成為可靠性發展的奠基性文件，標志著可靠性已經成為一門獨立的學科，是可靠性工程發展的重要里程碑。2022-5-319可靠性工程的發展可靠性工程的發展o 成熟與綜合發展n 20世紀60年代70年代,是可靠性工程全面發展和步入成熟的階段。美國在許多武器裝備中推行可靠性工程，美軍形成了一系列較完善的標準n 20世紀80年代以來，可靠性向更廣泛和更深入的方向發展，并以武器裝備的效能為目標，將可靠性、維修性和保障性有機的綜合在一起，形成可靠性系統工程n 我

9、國從20世紀80年代，才真正在武器裝備中開展可靠性工程；n 21世紀初，可靠性工程在我國全面深入的研究與應用2022-5-320可靠性工程內涵及其外延可靠性工程內涵及其外延o 產品特性維修系統失效(不可靠)事故(不安全)診斷保障產品(系統)固有屬性故障可靠性維修性保障性測試性安全性系統失效(不可靠)2022-5-321可靠性工程內涵可靠性工程內涵o 可靠性工程范疇n 系統/產品的可靠性要求或目標n 可靠性的設計分析o 建模、預計、FMEA、FTAo 風險分析等n 可靠性試驗與評價o 環境應力篩選(ESS)o 可靠性增長試驗等o 可靠性驗證試驗等n 可靠性信息n 可靠性管理2022-5-322可

10、靠性工程內涵可靠性工程內涵o 可靠性工程理論基礎n 交叉型學科n 可靠性的理論基礎o 宏觀：系統學、概率論、統計學o 微觀：其他學科：材料學、力學等等n 應用理論o 系統工程o 可靠性設計分析技術o 可靠性試驗技術o 可靠性評估技術o 可靠性信息管理o 可靠性管理2022-5-323可靠性工程內涵可靠性工程內涵o 質量與可靠性關系n 從廣義質量觀看，質量涵蓋可靠性n 從狹義的質量觀看，就是“符合性質量”n 可靠性畢竟與狹義的質量管理還是有很大區別的，質量出了問題，往往批次性很強n 可靠性是更深層次的與設計、工藝相關的根本性問題。有些企業對于可靠性工程有一種錯誤觀念，認為可靠性工程是質量部門的事

11、情，而設計部門卻很少人員參與。n 產品的可靠性是在設計階段就已經決定了n 在用戶使用過程中，均是“可靠性”問題2022-5-324可靠性工程內涵可靠性工程內涵o 可靠性的幾個概念n 時間域的概率度量n 按用戶/生產方分類o 固有可靠性o 使用可靠性n 按分析角度分類o 基本可靠性：產品在規定的條件下，無故障的持續時間或概率n 在沒有后勤保障情況下系統工作能力的度量n 考慮所有需要維修保障的故障o 任務可靠性：產品在規定的任務剖面內完成規定功能的能力n 系統完成任務能力的度量 n 只考慮引起任務失敗的故障2022-5-325可靠性工程內涵可靠性工程內涵o浴盆曲線n典型的故障率模型，許多產品故障率

12、呈此模型n分為三個階段：o 早期壽命區：故障率隨時間而降低*o 恒定故障率區：故障率保持不變*o 耗損區：故障率隨時間而增加*器件的缺陷，制造的缺陷或儲存運輸的原因造成的故障產品進入成熟期，故障多為偶然原因造成產品進入耗損期，故障多為老化、耗損，物理化學機理通過浴盆曲線確定保修期確定使用壽命零部件更換時間2022-5-326可靠性工程內涵可靠性工程內涵o 系統可靠性的概念n 一個產品或系統是由眾多的單元組成的，如飛機、神州號飛船、洗衣機n 系統的可靠性是其各組成單元的可靠性的概率邏輯組合n 分析/計算系統可靠性，需要建立系統可靠性模型o 系統可靠性的設計與分析方法n 系統性n 統計學n 系統自

13、身的特性n 其他專門的專業學科2022-5-327可靠性工程內涵可靠性工程內涵o 可靠性工程特點n 全壽命(壽命剖面與任務剖面)n 綜合性n 需求分析、設計、管理、試驗、制造與使用n 圍繞“故障”n 并行工程n 交叉型學科導致故障的原因:系統設計和結構、元件的可靠性使用環境制造缺陷預防維修和計劃維修等2022-5-328可靠性工作項目可靠性工作項目o 可靠性及其工作項目要求的確定n 確定可靠性要求o 確定可靠性的定性、定量要求n 確定可靠性工作項目要求o 根據產品特點、選擇確定可靠性工作項目(以GJB450A為依據)o 將可靠性工程工作，納入型號研制中2022-5-329可靠性工作項目可靠性工

14、作項目o 可靠性管理n 制定可靠性計劃(甲方)n 制定可靠性工作計劃(承制方)n 對承制方、轉承制方和供應方的監督與控制n 可靠性評審n 建立故障報告、分析和糾正措施系統n 建立故障審查組織n 可靠性增長管理o 可靠性設計分析n 建立可靠性模型n 可靠性分配2022-5-330可靠性工作項目可靠性工作項目n 可靠性預計n 故障模式、影響及危害性分析n 故障樹分析n 潛在分析n 電路容差分析n 制定可靠性設計準則與符合性檢查n 元器件、零部件和原材料選擇與控制n 確定可靠性關鍵產品n 確定功能測試、包裝、貯存、裝卸、運輸和維修對產品可靠性的影響2022-5-331可靠性工作項目可靠性工作項目n

15、有限元分析n 耐久性分析o 可靠性試驗與評價可靠性驗證n 環境應力篩選n 可靠性研制試驗n 可靠性增長試驗n 可靠性鑒定試驗n 可靠性驗收試驗n 可靠性分析評價n 壽命試驗2022-5-332可靠性工作項目可靠性工作項目o 使用可靠性評估與改進n 使用可靠性信息收集n 使用可靠性評估n 使用可靠性改進2022-5-333可靠性工程工作流程可靠性工程工作流程可靠性工程工作流程2022-5-334系統設計階段的可靠性設計分析流程系統設計階段的可靠性設計分析流程系統設計階段的可靠性設計分析流程2022-5-335面臨的問題面臨的問題o 認識不足、重視不夠，被動應付n 急于求成 長期效應n 現成工具技

16、術的成熟o 既有管理，也有技術問題，更多是管理問題n 可靠性人員的地位問題、人員素質問題n 可靠性數據與經驗的積累和升華很不夠n 沒有完全納入產品的研發體系中有組織無紀律o 可靠性人員與專業設計人員的融合問題o 產品的使用環境與使用模式認識不清2022-5-336面臨的問題面臨的問題o 技術手段的局限性n 目前的以系統學與概率論為基礎的系統可靠性方法的局限性，不能從根本上解決問題n 設計人員不知道如何設計可靠性數字游戲n 現有的可靠性方法操作性差n 針對具體的微觀問題缺乏技術手段o 機械產品的非標準化與基礎數據的缺乏o 高可靠性、長壽命，以及儲存可靠性問題缺乏技術手段2022-5-337謝謝大家謝謝大家2022-5-338壽命周期與壽命剖面壽命周期與壽命剖面o 產品從制造到壽命終結或退出使用這段時間內所經歷的全部事件和環境的時序描述。它包含一個或多個任務剖面。通常把產品的壽命剖面分為后勤和使用兩個階段2022-5-339壽命剖面示例壽命剖面示例事件使用方法生 產驗 收裝卸和公路運輸裝卸和鐵路運輸裝卸和空運裝卸和船運裝卸和后勤支援運輸（最壞路線）有遮蔽存貯，帳篷，圓屋頂無