可靠度工程培训资料.DOC

致 远 管 理 学 院 工 业 工 程 与 管 理 系课 程：可 靠 度 工 程授 课 者：林 东 成 助理教授时间：2003/2/* 2003/6/*参 考 资 料1. Kapur, K. C. and Lamberson, L. R. , Reliability in Engineering Design , John Wiley & Sons, Inc., 1977.2. 柯辉耀 编着，可靠度保证，中华民国质量学会发行。3. 柯辉耀 编着，预防性失效分析-FMECA & FTA之之应用，中华民国质量学会发行。4. Keki R. Bhote and Adi K. Bhote, World Class Quality, 2nd Edition, American Management Association.5. 潘淅楠 着，预防性质量保证，华泰书局。6. Integrated Logistics Support Handbook.7. 李登梅，赵浡霖 合着，装备可靠度工程，五洲出版社。8. 关季明 编着，维护度工程与系统可用度，中华民国质量学会发行。授 课 目 录第1章 基本可靠度原理第2章 可靠度统计分析第3章 可靠度目标订定、配当与保固第4章 系统可靠度模式第5章 可靠度设计分析第6章 可靠度试验之规划与执行第7章 以可靠度为中心之维护作业规划第8章 符合国际标准质量系统需求之可靠度方案管理初步构想Pre-concept细部设计Design报废Disposal测试/验证Demonstration/Validation服勤Deployment/Operation全尺度发展Full-ScaleDevelopment生产装造Production产品筹获循环 Principal Elements of Integrated Logistics Support (ILS):(1) Maintenance Planning; (2) Manpower and Personnel;(3) Supply Support; (4) Support and Test Equipment;(5) Training and Training Devices;(6) Technical Documentation; (7) Computer Resources;(8) Packaging, Handing, Storage, and Transportability(9) Facilities; (10) Reliability and Maintainability.MIL-STD-785B系统可靠度工作计划100系列构想阶段Dem/Val阶段FSD阶段生产阶段101可靠度计划102监督与管制合约商与供货商103计划审查104故障报告、分析及改正操作系统(FRACAS)105失效评审会(FRB)200系列201可靠度模式化202可靠度配当203可靠度预估204故障模式、效应与关键性分析 (FMECA) 205潜行线路分析(Sneak Circuit)206电子零件/电路容差分析207零件计划208可靠度关键品项209功能测试、库储、搬动、包装、运输与维护之效应300系列301环境应力筛选(ESS)302可靠度发展/成长试验(RDGT)303可靠度鉴定试验(RQT)304产品可靠度接收试验(PRAT)注：Dem/Val：测试/验证；FSD：全尺度发展第三章 可靠度目标、配当与保固3.1 可靠度规格展开 全球竞争趋势的涵义之一是厂商须以极具弹性与多样性之质量水平，以符多元化的顾客价值标准或要求。 产品可靠度保证须将：顾客需求明确转换为产品需求扩展专业技术与信息，以确实符合顾客的使用条件建立整体验证计划，缩短研发时程，以符竞争要求。 产品可靠度保证首要工作是将顾客需求明确转换为产品需求，亦即进行可靠度需求展开。此属于可靠度机能展开与质量机能展开(Quality Function Deployment; QFD)同。可靠度机能展开可靠度需求规格展开可靠度工作机能展开可靠度工作规划与管理可靠度目标(需求规格)订定 可靠度规格订定须有一定程序，主要目的是希望在生产者的最低成本与消费者的理想之间，取得一个双方都可接受之最佳规格。可靠度规格订定之程序如下：(1) 确定顾客或市场需求(2) 执行系统效益分析(3) 确定产品功能、物体形态(Configuration)与系统界面(4) 定义设计功能特性与失效准则(5) 定义寿命周期、工作轮廓、工作循环与操作时间(6) 定义预期的操作与自然环境条件(7) 定义系统检测能力需求(8) 定义系统维修政策(9) 确定系统可靠度规格3.1.1 确定顾客或市场需求 驱动工业之原动力源于顾客或市场需求是-顾客导向(Customer Oriented)，而非工程师的梦想-产品导向。产品需求尚未确定之前，决不动手。需求确定之后，才能清楚的界定设计目标。产品可靠度需求来源：(1) 顾客提供；(2) 自主开发；(3) 投术转移或委托代工；(4) 现货；(5) 法令规章。补充:一个宽广的消费者导向的事业定义将可防范公司因为未被发觉的需求转移而导致的危险，并帮助因应此种需求转移。 可靠度需求规格展开最重要步骤即将顾客的操作需求转换成研制者或生产者的需求，亦即合约可靠度需求，如此研制的设计与验证工作才有所依循。事实上，顾客并不需要漫无止境的要求高可靠度，因顾客之总获得成本并非绝对随着可靠度提高而降低(如下图)，成 本可靠度操作成本总获得成本故障失效成本采购成本维护成本图3.1 使用者成本与可靠度成本之关系而生产者亦不应单纯的期望降低可靠度之要求，因为较低可靠度需求，并不意谓着总制造成本的降低(如下图)。成 本可靠度报废和加工成本总装造成本可靠度成本基本装造成本图3.2 生产者成本与可靠度成本之关系因此；在决定产品可靠度目标时，应在生产者最低制造成本、合理利润，以及使用者理想的最低寿命周期成本(Life Circle Cost; LCC)间，进行敏感度分析研究，以期在各个影响因素间取一个平衡点。(Trade-off 择优, 取舍)。3.1.2 执行系统效益分析广义的性能一般以系统效益(System Effectiveness; SE)作为作为衡量的基准。1965年美国武器系统效益顾问委员会(WSEIAC)针对美国空军系统需求所建立之系统效益模式基础，为SE = R A C系统效益= 可靠度 妥善度 能力其中：(1) 能力(Capability; C)：能力是衡量产品在特定条件下，遂行其既定功能(Function)之达成度的指针，亦称为性能(Performance)。另功能是指产品设计的具备之固有(Inherent)能力；而性能是指产品在现场使用所展现之能力，亦称使用(Operational)功能。(2) 妥善度(或可用度) (Availability; A)：主要是衡量产品在使用阶段，当接获任务命令(指令)时，其可随时启动、开始动作的机率。因此产品妥善度之良窳，受到硬件、软件人员与操作程序等各项因素的影响。(3) 可靠度 (Reliability; R)：主要是衡量产品开始执行任务后，在使用者所要求之操作环境与时限内，是否以满足达成其所担负之任务目标的机率。3.1.3 确定产品功能、物体形态与系统界面功能形态说明产品之主要功能：物体形态是指产品之最大尺寸、重量、安全条款、人性因子限制条件、材料能力极限等：而产品边界则包括功能界面、连接界面、交互作用界面及人机界面。3.1.4 定义设计功能特性与失效准则产品的重要功能参数必须建立清楚、明确的失效定义，产品成功的性能范围亦应明确的规定，而且必须是执行验证试验时可以量测之数值。(Ref. Textbook page 3-6)3.1.5 定义寿命周期、工作轮廓、工作循环与操作时间产品的寿命周期与工作目的加以明确定义，才能适切掌握消费者或使用者的需求。不同目的从企划阶段起企画之内容即不同，可靠度规格自然亦异。工作轮廓分为：工作的种类、工作时间、与设备或单机。(Ref. Textbook p. 3-6, 7)。3.1.6 定义预期的操作与自然环境条件为了设计高可靠度的产品，必须掌握产品操作时的环境条件。如，飞机或火箭须在低气压或加速度环境条件，火力、核能发电厂或化学工厂等须在高水压、气压或因化学药品造成之腐蚀环境条件。另外，对产品出厂后，包括输送、贮藏、运用及废弃等都须加以检讨。 输送中的环境条件输送方式：(1) 卡车输送-振动在5 200 HZ，加速度最大20 G左右；(2) 火车输送-振动、冲击小，加速度在1 G以下；(3) 船舶输送-振动、冲击小，相反的湿度、盐气、结露等问题；(4) 飞机输送-振动、冲击小，相反的气压与温度降低等问题；(5) 装卸的振动与冲击。 操作中的环境条件以室外为例，其条件如下：(1) 温度、(2) 湿度、(3) 砂尘、(4) 盐水(气)、(5) 直射日光、(6) 微生物的影响、(7) 人体因素。在合约条款的陈述上，对操作与环境条件可用叙述法与表列法。另该方面之国际规范有： IEC 721(国际电工委员会)，依不同场合之运输、储存与使用环境，共区分成7种环境轮廓。 IEC 68则针对产品制造、储存、运输及使用过程中，可能遭遇的各种环境条件，界定标准的试验程序，以评估产品的耐环境能力。 MIL-STD-210提供相当完整的全世界气象环境数据。 MIL-STD-810, MIL-HDBK-781提供完整的极值与正常环境数据。下一步可靠度规格展开为产品检测能力需求、使用者所应执行之维修保养措施明确表示于合约中。此时最重要的考虑因素是认真地考虑实际的需要、产品的易维护性与经济性、社会性(合于现有的设计技术水准)、与发展性。可靠度规格展开的最后一步骤为量化可靠度规格予以确立，并配合环境规格、性能规格及工作时间规格等。其间须与顾客面对面的沟通、谈判，以便获得妥协、折衷的需求。(Trade-off)。(Ref. Textbook page 3-10)。3.2 可靠度配当(Reliability Allocation)3.2.1 可靠度配当之目的 可靠度配当是将产品既定之可靠度需求规格，适当地分配于各分项，作为分项发展目标的一项可靠度管理作业。分项之可靠度目标亦能继续配当至零组件，作为零组件之可靠度需求。 可靠度计量需求一经决定，就应配当或指定至组成产品之各分项。将产品需求转移为较低层次之需求条件的目的须一致的，包含可靠度计划所需资源与支持之范围。在此全部过程中，从粗略配当、与经验数据之比较、择优或取舍(Trade-off)、及反复的实施，至最后将导出各分项之需求条件。利用此数据，则可估计并规划所需人力资源与支持之多寡。 可靠度配当之过程尽可能在研制阶段初期即开始进行，因于此阶段的择优与重新定义工作的弹性最大。由配当作业产生之分项可靠度需求，应为其它相当作业(维修度、安全性、质量工程、售后服务及试验规划)之重要输入数据-同步工程。可靠度配当之目的为，(1) 由产品可靠度目标值界定每一分项之可靠度配当值，建立可靠度目标需求架构。(2) 设计人员根据可靠度目标设定值评估产品的状况，并决定主要问题之范围及产品设计之弱点所在(Weak Point of the System)。(3) 使设计人员对产品的轮廓及相互间之关系有更深的认识，如，零组件在产品功能上所扮演之角色；零组件达成产品工作目标的方法；零组件的复杂性、数目、等；改变零组件对产品功能所造成的影响。(4) 提供作为考虑产品之成本、重量、可靠度等等因素之择优，得到更经济有利的设计产品。度配当之基本考虑与程序可靠度模式可靠度配当可靠度预估 可靠度配当的时机有二：(1) 可靠度目标确定且初步设计已告完成时；(2) 产品发展过程中，某些分项可靠度无法达到设计初所赋予之可靠度需求，造成产品可靠度目标无法达成时，便再配当，以确立各分项之可靠度需求与责任。 影响可靠度的主要因素如下:(1) 复杂性：分项零件数愈少，失效机率愈小，所配当之可靠度应较高。(2) 发展性：一般研究发展之历史较短，发展潜力较高，较易提高可靠度，故应配当较高之可靠度。(3) 重要性：对于易导致产品失效之分项，应配当较高之可靠度。(4) 环境条件：严酷的环境下，易受影响之分项，应配当较高之可靠度。(5) 安全性：对人员之安全有重大影响之分项，应配予较高之可靠度。(6) 维护性：维修不易且费时者，应配当较高之可靠度。(7) 成本：提高可靠度，不需花费庞大成本之分项，应配当较高之可靠度。评量可靠度配当法(1) 利用问卷调查的方式，由具经验之工程人员针对可能影响各分项可靠度配当的各项因子，进行评点记分。(2) 根据各分项每一种因素评点资料的结果进行分析归纳，得到各分项的权重因子。可靠度配当的实施程序可依下列9个步验进行：(1) 产品说明；(2) 失效定义；(3) 操作或维修条件定义(4) 功能方块图建立；(5) 可靠度方块图建立；(6) 可靠度数学模式建立；(7) 可靠度配当(8) 可靠度预估；(9) 可靠度再配当，或对较低组合层次进行可靠度配当。3.2.3 可靠度配当法( 化整为零责任分摊) (有配当就要验(收)证) 等量可靠度配当法等量配当(Equalized Allocation)法系将各分项的可靠度视为相同而加以配当。适合对影响分项可靠度的各类因素尚未了解时所作的初步配当，其关系式为，Rs= R1 R2 . Rn(3.1)假设Rs= R1 = R2 =. = Rn = Ri则Rs= (Ri )n(3.2)所以Ri= (Rs )n = (Rs )wi，wi =1/n(3.3)式中n为总分项数、Rs为产品可靠度目标、wi为第i分项之权重因子、Ri为第i分项之可靠度配当值。RsR5R4R3R2R1顾客承包商供货商RsR1 ,R2 ,R3 ,R4 ,R ARINC可靠度配当法ARINC配当法是美国Aeronautical Radio Inc. 于1958年所发表。其基本假设：(1)串联Rs= R1 R2 . Rn；(2)失效符合常数 f(t) = le-lt；(3) 所有的各分项工作时间相同；(4) 失效率预估值 lpRs= R1(t) R2(t) . Rn(t)e-lst = e-l1pt e-l2pt . e-lnpt= e-(l1p + l2p +lnp)tls= l=1n lip ； wi =ls / l=1n lipRi= (Rs )wi(3.4) AGREE可靠度配当法AGREE配当法是美国Advisory Group on Reliability of Electronic Equipment 于1957年所发表，其主要特点是强调在配当时同时考虑分项的复离性及关键性(或称重要性)。其基本假设：(1)串联Rs= R1 R2 . Rn；(2)失效符合常数 f(t) = le-lt；(3) 所有的各分项工作时间不相同ti，i= 1, 2, 3, n；(4) 各分项的复杂度(成比于零件数或模块数)；(5) 各分项的关键性ci = 产品失效|第i分项失效，最严重分项失效直接造成产品失效，此时分项的关键性为1，反之，对产品失效不具影响的分项，此时其关键性为0。AGREE配当法中各分项之失效率配当值为li = ni -ln Rs(t)/ N ci ti(3.5)Ri (ti)= exp(-li ti )(3.6)Ri (ti) 1-1-(Rs(t) ni/N/ci(3.5)式中， li：分项i之失效率配当值、ni：分项i所含之零件数(模块数)、N：产品各分项所含之模块数总和、ti：分项i所需之操作时间、ci：分项i之关键性因子、Ri (ti)：分项i在操作时间为ti时之可靠度配当值、Rs(t)：产品在操作时间为t时之可靠度配当值。 评点可靠度配当法 利用问卷调查的方式，由具经验之工程人员针对可能影响各分项可靠度配当的各项因子，进行评点记分。根据各分项每一种因素评点资料的结果进行分析归纳，得到各分项的权重因子。 影响可靠度的主要因素:复杂性、发展性、重要性、环境条件、安全性、维护性。因此，集合众专家评点的结果可得第i分项中、第j影响因素之平均评点数Yij为Yij =L=1p XLij/p(3.8)每一分项之配当权重因子wi 有种处理模式，分别为，(1) 几何模式wi = P j =1n Yij / i=1m P j =1n Yij(3.9)(2) 算术模式wi = P j =1n Yij / i=1m P j =1n Yij(3.10)由所权重因子wi可计算第i分项之可靠度配当为Ri= (Rs )wi= 1- wi 1- Rs(3.11)假设失效分布为指数分布的情况下，第i分项失效率之配当为li = wi ls(3.12)式中，Yij :第i分项中第j影响因素之平均评点数XLij :第L位评点人员对第i分项的第j项影响因素所作之评点wi :第i分项之配当权重因子m、n、p : 产品有m项要进行配当、配当所考虑的影响因素有n个、共有p个参与评点之专家 Ri：第i分项之可靠度配当值 Rs：产品之可靠度配当值v 特性比较 等量可靠度配当法对各分项之影响可靠度因素不了解，且未能获得较为可用之评估资料时，故于发展之初，先假设各分项情况均相同，再随可靠度成长经历加以修正。 ARINC可靠度配当法应用此法，需先获得各分项或零组件之失效率预估值，为直接简易之配当法。 AGREE可靠度配当法对各分项进行配当时，仅考虑模块数、重要性及任务时间等因素，若欲考虑更多因素，可应用评点可靠度配当法更为合理。 评点可靠度配当法此法汇集各专家之经验与知识，以客观态度对各分项作评点，虽可得较为合理之配当值，惟独对所考虑之因素及评点尺度之选择宜特别谨慎。3.3 可靠度保固产品可靠度保证的内涵至少包括三部份：(1) 产品研制过程之可靠度保证(2) 产品的保固期限之可靠度保证(3) 产品售后服务作业之可靠度保证v 结语 可靠度配当是可靠度工程中一个必要且相当重要的工作，其目的是将产品的可靠度目标合理的配当于各个分项，由各个分项共同来达成此一产品目标。可靠度再配当的需求并不明确，除非分项与分项之间或分项与产品之间存在着明确的合约关系，需要藉由可靠度配当来确立彼此的目标与责任，否则可靠度再配当只是计划内部的协调，其目的是希望能达成产品之可靠度目标，即使某些分项无法达成原配当需求，只要产品目标能达成，就无再配当的必要。 ElectronicEquipmentProcessorAssemblyProcessorUnitControllerChassisPowerSupplyReliability Block DiagramComputing Reliability AllocationStep 1. Convert the required system MTBF to a failure rate.1/10000 (MTBF) = 0.0001 (System Failure Rate)Step 2. Determ