可靠性与可靠性工程.ppt

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1、北京航空航天大学可靠性工程研究所北京航空航天大学可靠性工程研究所可靠性与可靠性工程可靠性与可靠性工程Reliability Engineering12/24/20221内容提要内容提要o可靠性研究与应用的目的和意义o装备研制与可靠性工程o可靠性工程的发展o可靠性工程的范畴与理论o可靠性工程特点o可靠性工程12/24/20222可靠性研究与应用的目的和意义可靠性研究与应用的目的和意义o什么是产品可靠性？n产品的属性：故障n人总是要生病。从生理学上讲，人也可以看成是产品或机器n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n电冰箱用710年不出故障，捷达轿车“皮实”可靠性高n定义：

2、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“规定”(“规定条件”、“规定时间”、“规定功能”）12/24/20223可靠性研究与应用的目的和意义可靠性研究与应用的目的和意义o为什么要搞可靠性？n世界上没有永恒的事物n产品故障会造成巨大的损失o经济损失o人员安全o武器装备丧失战斗力o政治、社会问题12/24/20224可靠性研究与应用的目的和意义可靠性研究与应用的目的和意义o为什么要搞可靠性？n技术的进步、信息时代n产品，特别是飞机、武器装备等日益复杂化、高科技n载人航天、绕月探测工程n美国人的火星探测n人类的生活在20、21世纪发生了巨大的变化n人们对可靠

3、性的要求日益提高n现代高科技产品对可靠性高要求12/24/202250.60.8650.9250.8650.520.8可靠性研究与应用的目的和意义可靠性研究与应用的目的和意义o为什么要搞可靠性？n高可靠是武器装备战斗力的保障n提高武器装备的效能n减少装备维修n减少装备全寿命周期费用n综合效能o功能/性能，款式、构型等o可靠性(寿命)、维修性、产品支援o质量o价格/使用费用12/24/20226装备研制与装备研制与可靠性工程可靠性工程o系统工程(System Engineering)n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

4、学森n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n运用系统学的思想、理论，开展/管理工程n“系统”的工程o工程系统工程n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规划与设计，阮镰、章国栋12/24/20227装备研制与装备研制与可靠性工程可靠性工程o系统工程管理的三大类活动n研制阶段划分：控制研制过程及建立基线n系统工程过程(系统工程管理的核心)n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12/24/20228装备研制与装备研制与可靠性工程可靠性工程o并行工程(Concurrent Engineering，CE)n并

5、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 n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。12/24/20229装备研制与装备研制与可靠性工程可靠性工程o工程研制过程抛墙式并行工程过程12/24/202210并行工程的核心并

6、行工程的核心o综合、协调n综合考虑武器系统的各个方面n各方面之间的相关性n协调权衡好各方面因素的关系可靠性是其重要因素n协调好工程过程中各项工作的关系o并行n改传统的串行方式为并行方式n并行与协调o以产品为核心n需求牵引，思想观念的更新12/24/202211工程过程概念工程过程概念12/24/202212可靠性工程概述可靠性工程概述o可靠性工程概念n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nRE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n可靠性工程装备开发系统工程

7、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12/24/202213可靠性工程的发展可靠性工程的发展o萌芽期n20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；o形成期n1951年ARINC开始了最早的一个可靠性改进计划；1952年美国国防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

8、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。12/24/202214可靠性工程的发展可靠性工程的发展o成熟与综合发展n20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n20世纪80年代以来，可靠性向更广泛和更深入的方向发展，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n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；n21世纪初，可靠性工程在我国全面深入的研究与应用12/24/202215可靠性工程内涵及其外延可靠性工程内涵

9、及其外延o产品特性12/24/202216可靠性系统工程可靠性系统工程o可靠性系统工程n可靠性工程o可靠性、安全性(系统安全性工程)n维修性工程与维修工程o维修性产品固有的特性：反映产品是否好修o维修：为保持/恢复产品可用状态所开展的活动o维修的方式与级别，RCM：以可靠性为中心的维修o测试与测试性：故障诊断n综合保障/产品支援o保障性：好保障、保障好o维修设备与人员o备件与维修网点(维修级别)o用户资料与培训等12/24/202217可靠性工程内涵可靠性工程内涵o可靠性工程范畴n系统/产品的可靠性要求或目标n可靠性的设计分析o建模、预计、FMEA、FTAo风险分析等n可靠性试验与评价o环境应

10、力筛选(ESS)o可靠性增长试验等o可靠性验证试验等n可靠性信息n可靠性管理12/24/202218可靠性工程内涵可靠性工程内涵o可靠性工程理论基础n交叉型学科n可靠性的理论基础o宏观：系统学、概率论、统计学o微观：其他学科：材料学、力学等等n应用理论o系统工程o可靠性设计分析技术o可靠性试验技术o可靠性评估技术o可靠性信息管理o可靠性管理12/24/202219可靠性工程内涵可靠性工程内涵o质量与可靠性关系n从广义质量观看，质量涵盖可靠性n从狭义的质量观看，就是“符合性质量”n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n可靠性是更深层次的与设计、工艺相关的根本性

11、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。n产品的可靠性是在设计阶段就已经决定了n在用户使用过程中，均是“可靠性”问题12/24/202220可靠性工程内涵可靠性工程内涵o可靠性的几个概念n时间域的概率度量n按用户/生产方分类o固有可靠性o使用可靠性n按分析角度分类o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n在没有后勤保障情况下系统工作能力的度量n考虑所有需要维修保障的故障o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n系统完成任务能力的度量 n只考虑引起任务失败的故障12/24/202221可靠性工程内涵可靠性

12、工程内涵o浴盆曲线n典型的故障率模型，许多产品故障率呈此模型n分为三个阶段：o早期寿命区：故障率随时间而降低*o恒定故障率区：故障率保持不变*o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12/24/202222可靠性工程内涵可靠性工程内涵o系统可靠性的概念n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n系统的可靠性是其格组成单元的可靠性的概率逻辑组合n分析/计算系统可靠性，需要建立系统可靠性模型o系统可靠性

13、的设计与分析方法n系统性n统计学n系统自身的特性n其他专门的专业学科12/24/202223可靠性工程内涵可靠性工程内涵o可靠性工程特点n全寿命(寿命剖面与任务剖面)n综合性n需求分析、设计、管理、试验、制造与使用n围绕“故障”n并行工程n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12/24/202224可靠性工作项目可靠性工作项目o可靠性及其工作项目要求的确定(100系列)n确定可靠性要求(101)o确定可靠性的定性、定量要求n确定可靠性工作项目要求(102)o根据产品特点、选择确定可靠性工作项目(以GJB450A为依据)o将可靠性工程工作，纳

14、入型号研制中o可靠性管理n制定可靠性计划(甲方)n制定可靠性工作计划(承制方)n对承制方、转承制方和供应方的监督与控制12/24/202225可靠性工作项目可靠性工作项目o可靠性管理n制定可靠性计划(甲方)n制定可靠性工作计划(承制方)n对承制方、转承制方和供应方的监督与控制n可靠性评审n建立故障报告、分析和纠正措施系统n建立故障审查组织n可靠性增长管理o可靠性设计分析n建立可靠性模型n可靠性分配12/24/202226可靠性工作项目可靠性工作项目o可靠性设计分析n可靠性预计n故障模式、影响及危害性分析n故障树分析n潜在分析n电路容差分析n制定可靠性设计准则与符合性检查n元器件、零部件和原材料

15、选择与控制n确定可靠性关键产品n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12/24/202227可靠性工作项目可靠性工作项目o可靠性设计分析n有限元分析n耐久性分析o可靠性试验与评价可靠性验证n环境应力筛选n可靠性研制试验n可靠性增长试验n可靠性鉴定试验n可靠性验收试验n可靠性分析评价n寿命试验12/24/202228可靠性工作项目可靠性工作项目o使用可靠性评估与改进n使用可靠性信息收集n使用可靠性评估n使用可靠性改进12/24/202229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12/24/202230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

16、分析流程系统设计阶段的可靠性设计分析流程12/24/202231面临的问题面临的问题o认识不足、重视不够，被动应付n急于求成 长期效应n现成工具技术的成熟o既有管理，也有技术问题，更多是管理问题n可靠性人员的地位问题、人员素质问题n可靠性数据与经验的积累和升华很不够n没有完全纳入产品的研发体系中有组织无纪律o可靠性人员与专业设计人员的融合问题o产品的使用环境与使用模式认识不清12/24/202232面临的问题面临的问题o技术手段的局限性n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，不能从根本上解决问题n设计人员不知道如何设计可靠性数字游戏n现有的可靠性方法操作性差n针对具体的微观问题

17、缺乏技术手段o机械产品的非标准化与基础数据的缺乏o高可靠性、长寿命，以及储存可靠性问题缺乏技术手段12/24/202233可靠性工作要求可靠性工作要求o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；o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；o采用可靠性增长技术使优良的设计成熟起来；o采用规范化的工程途径开展有效的可靠性工程活动。12/24/202234谢谢大家谢谢大家12/24/202235寿命周期与寿命剖面寿命周期与寿命剖面o产品从制造到寿命终结或退

18、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12/24/202236寿命剖面示例寿命剖面示例事件使用方法生 产验 收装卸和公路运输装卸和铁路运输装卸和空运装卸和船运装卸和后勤支援运输（最坏路线）有遮蔽存贮，帐篷，圆屋顶无遮蔽存储工作准备阶段发射阶段调整状态导弹处于战斗位置发射后第一个动作飞行阶段命中目标生产阶段后 勤 阶 段运 输储存/后勤阶段使用阶段准备阶段任务阶段发射段惯性飞行段下降段主动段某导弹的寿命剖面12/24/202237任务剖面任务剖面o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：n产品的工作状态；n维修方案；n产品工作的时间与顺序；n产品所处的环境(外加的与诱发的)的时间与顺序；n任务成功或致命故障的定义。12/24/202238任务剖面示例任务剖面示例12/24/202239谢谢谢谢12/24/202240