可靠性安全性发展VIP

可靠性安全性发展可靠性安全性发展 可靠性历史概述 尽管产品的可靠性是客观存在的 但可靠性工程作为一门 独立的学科却只有几十年的历史 现代科学发展到一定水平 产品的可靠性才凸现出来 不仅影响产品的性能 而且影响一 个国家经济和安全的重大问题 成为众所瞩目需致力研究的对 象 在社会需求的强大力量推动下 可靠性工程从概率统计 系统工程 质量管理 生产管理等学科中脱颖而出 成为一门 新兴的工程学科 可靠性工程历史大致可分为 4 个阶段 1 可靠性工程的准备和萌芽阶段 20 世纪 30 40 年代 可靠性工程有关的数学理论早就发展起来了 最主要的理论基础 概率论 早在 17 世纪初由伽利略 帕 斯卡 费米 惠更斯 伯努利 德 摩根 高斯 拉普拉斯 泊 松等人逐步确立 第一本概率论教程 布尼廖夫斯基 19 世纪 他的学 生切比雪夫发展了定律 大数定律 他的另一个学生马尔科 夫创立随机过程论 这是可修复系统最重要的理论基础 可靠性工程另一门理论基础 数理统计学 20 世纪 30 年 代飞速发展 代表性 1939 年瑞典人威布尔为了描述疲劳强度 提出了威布尔分布 该分布后来成为可靠性工程中最常用的分 布之一 最早的可靠性概念来自航空 1939 年 美国航空委员会 适航性统计学注释 首次提出飞机故障率 0 00001 次 h 相当于一小时内飞机的可靠度 rs 0 99999 这是最早的飞机安 全性和可靠性定量指标 我们现在所用的 可靠性 定义 三规 定 是在 1953 年英国的一次学术会议上提出来的 纳粹德国对 v1 火箭的研制中 提出了由 n 个部件组成的 系统 其可靠度等于 n 个部件可靠度的乘积 这就是现在常用 的串联系统可靠性模型 二战末期 德火箭专家 r 卢瑟 lussen 把 1 火箭诱导装置作为串联系统 求得其可靠度为 75 这是首次定量计算复杂系统的可靠度问题 因此 v 1 火 箭成为第一个运用系统可靠性理论的飞行器 最早作为一个专用学术名词明确提出 可靠性 的是美国麻 省理工学院放射性实验室 他们在 1942 年 11 月 4 日向海军与 军舰船员提出一份报告中说 由于真空管寿命短 需要一 个专门小组对它的可靠性进行研究并协调各个研究所得工作 1943 年美国成立 电子技术委员会 并成立 电子管研究小组 开始电子管的可靠性研究 这是有组织地研究电子管可靠性 的开始 1949 年 美国无线电工程学会成立了可靠性技术组 这是第一个可靠性专业学术组织 2 可靠性工程的兴起和独立阶段 20 世纪 50 年代 20 世纪 50 年代初 可靠性工程在美国兴起 当时美国军 用电子设备由于是效率很高而面临着十分严重的局面 1949 年 美国海军电子设备有 70 失效 一个正在使用的电子管要有九 个新的电子管作为临时替换的备件 1951 1952 一般的无线电 设备中 24 有故障 而雷达高达 84 有故障 美国空军每年的 设备维修费为设备购置费的两倍 需有三分之一的地勤人员维 修电子设备 为扭转被动局面 1952 年 8 月 21 日 美国国防部下令成 立由军方 工业部门和学术界组成的 电子设备可靠性咨询组 advisory group on reliability of electronic equipment 即 agree 1955 年 a gree 开始实施一个从设计 试验 生产到交 付 储存 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 该报告从 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 工程发展的方向 成为可靠性发展的奠基性文件 标志着可靠 性已成为一门独立的学科 是可靠性工程发展的重要里程碑 此后美国制定一系列有关的可靠性军标 确立了可靠性设计方 法 试验方法及程序 并建立了失效数据收集及处理系统 同时 其他一些国家 如苏联 日本 瑞典 意大利 联 邦德国等也纷纷成立可靠性的专业组织 开展可靠性活动 3 可靠性工程的全面发展阶段 20 世纪 60 年代 20 世纪 60 年代是世界经济发展较快的年代 可靠性工程 以美国为先行 带动其他工业国家 得到全面 迅速发展 美 国武器系统研制全面贯彻可靠性大纲 在这 10 年中 美国先后 开发出 f 111a f 15a 战斗机 mi 坦克 民兵 导弹 水星 和 阿波罗 宇宙飞船等装备 这些新一代装备对可靠性提出了 更加严格的要求 因此 1957 年 agree 报告提出的一整套可靠 性设计 试验及管理方法被国防部及国家航空航天局 nasa 接受 在新研制的装备中得到广泛应用并迅速发展 形成了一 套较完善的可靠性设计 试验和管理标准 如 mil hdbk 217 mil std 781 和 mil std 785 在这些新一代装备的研制中 都不同程度地制订了较完善的可靠性大纲 规定了定量的可靠 性要求 进行可靠性分配及预计 开展故障模式及影响分析 fmea 和故障树分析 fta 采用余度设计 开展可靠性 鉴定试验 验收试验和老练试验 进行可靠性评审等 使这些 装备的可靠性有了大幅度提高 例如 50 年代的 先驱者号 卫 星发射 11 次只有 3 次成功 而 60 年代发展的阿波罗登月船 除阿波罗 13 以外 每次发射都成功着陆在月球上并安全返回 此外 机械可靠性的研究 维修性 人的可靠性和安全性的研 究也相继展开 还建立了更有效的数据系统 开设了可靠性教 育课程 值得提出的是日本 日本在 1956 年从美国引进了可靠性技 术和经济管理技术 1960 年日本成立了质量委员会 20 世纪 60 年代中期 成立电子元件可靠性中心 日本将美国在航空 航天及军事工业中的可靠性研究成果应用到民用工业 特别是 民用电子工业 使其民用电子产品质量大幅提高 产品在世界 各国广为销售 赢得良好的质量信誉 不到十年 它的工业增 长年速度就高达 15 4 可靠性工程的深入发展阶段 20 世纪 70 年代以来 在 20 世界 60 年代全面发展的基础上 可靠性工程不但在 处于领先地位的美国和工业较发达的各国得以纵深发展 而且 在发展中国家 如中国和印度等国也得到迅速发展 美国 1975 年 9 月正式成立了直属美国三军联合后勤司令部 领导的电子系统可靠性联合技术协调组 进行统一的可靠性管 理 在 1978 年 9 月 美国成立了全国性的数据交换网 政府 工 业部门数据交换网 可靠性设计和试验方面 70 年代以来 更严格 更符合实 际 更有效的设计核试验方法得到了发展和应用 更严格的简 化和降额设计 计算机辅助可靠性设计 复杂电子系统可靠性 预计及精确的热分析和热设计 非电子设备的可靠性设计和试 验 采用组合环境应力试验 如温度 湿度 振动三综合试验 更 真的模拟环境 加速应力筛选试验 可靠性增长试验等等 此外 维修工程内以预防为主的思想转变为以可靠性为中 心的维修思想 1970 年英国联邦航空局颁布了以可靠性为中心 的维修大纲 它包括定时维修 视情维修和状态监控等三种维 修方式 在军用 民用飞机上都得到了广泛应用 1978 年美国 成立三军软件可靠性技术协调组来负责国防范围内的软件可靠 性研究及协调工作 目前对软件可靠性的研究工作迅速发展成 一个新的可靠性分支 印度和以色列在 70 年代成立了全国的可靠性学术组织 并 在航空 航天及电子工业部门设有专门的可靠性机构和试验室 印度在可靠性理论研究方面 在世界权威杂志上发表的可靠性 论文数量和质量都是举世瞩目的 这两个国家都从欧美引进可 靠性技术并结合本国国情采用合适的设计 试验 预计和分析 方法来解决本国产品可靠性问题 1991 年初 历时仅 42 天的海湾战争是第二次世界大战以 来军事技术现代化水平最高的战争 使用了品种精确的制导武 器 巡航导弹和隐性飞机 并使用了空间侦察系统 先进的 c3i 系统 指挥 控制 通信 情报 和电子设备 从而揭开了高 技术兵器时代的序幕 伴随着高技术兵器时期的到来 将带来 新技术革命 对于从事兵器可靠性工作者来说 出现了新的挑 战 也是一个机遇 热兵器时期的一些可靠性技术将要变革 并适应高技术兵器需要而提出一些新的可靠性技术 1 由于高技术兵器的综合化 系统化 未来的战争将是 系统对系统 体系对体系的对抗 因而描述可靠性与维修性不 能像单一兵器那样简单用平均故障间隔时间 mtbf 和平均修 复时间 mttr 来描述 而是应考虑综合作战效能来描述 即 战备完好性和任务成功性 减少维修人力和保障费用 因此 应建立新的可靠性指标体系和评价及考核办法 2 由于高技术兵器的综合化和系统化 系统可靠性与维 修性设计更为突出 新的系统可靠性设计技术将要出现 其建 模技术和建模方法将要有新的突破 这样才能科学有效地进行 可靠性预计 分配与分析 3 由于高技术兵器系统越来越复杂 而可靠性要求越来 越高 按目前的设计方法和控制方法难以保证 因而将出现 3c 革命 即计算机辅助设计 cad 计算机辅助生产 cam 计算机辅助工程 cae 传统的人工设计 装配 测试和老一 套管理模式不但效率低 质量与可靠性不能保证 成本高 可 以说没有 3c 就无法进行设计和生产 4 由于系统的多功能及复杂性 为了保证系统的战备完 好和任务成功性 减少维修人力和保障费用 必须进行故障自 动检测设计 bit 和切换 为此 必须进行模块化设计 未来 的军事电子产品将不再由成千上万个元器件所构成 而是由若 干功能模块所组成 5 为了减少复杂的综合武器系统的体积 重量及提高可 靠性 发展大规模集成和高密度组装技术是必然的趋势 美国 空军 1985 年提出了 可靠性和维修性计划 rm2000 要求 达到 可靠性增倍 维修减半 的目标 也就是说武器装备可靠 性提高一倍 维修时间 维修人员 维修费用全部减半 达到 这一目标的首要措施就是提高集成度 日本 nec 全固体化的微 波中继设备的 mtbf 可达 5 万小时 野战电台的 mtbf 已达 2 万 5 万小时 6 由于高技术兵器的智能化 大量计算机被采用 计算 机的可靠性就面临严重问题 关于计算机可靠性有两方面问题 一是硬件的可靠性 二是软件的可靠性 关于硬件可靠性问题 目前一般的计算机的可靠性及其环境适用性不能满足兵器系统 要求 因而必须推出军用计算机 如美国各计算机公司纷纷推 出 加固 机和 mil spec 机器 美国的加固计算机是按军用标准 mil stp 810ccd 设计的 能承受战争环境对冲击 振动 湿度 温度 加速度 泥水烟雾和碎屑等的苛刻要求 星载计 算机运行期间无法直接维护 可靠性要求极高 卫星在空间环 境运行时又无法避免宇宙射线 捕获辐照 日耀及核爆炸辐射 等 这就需要进行环境防护设计 为了适应各种恶劣环境 保 证其可靠性 必须进行容错设计 如冗余与重构等技术手段 随着计算机被大量采用 硬件可靠性不断提高 软件的可靠性 问题显得比较重要 目前软件可靠性遇到一些难题 其中有软 件可靠性模型 软件可靠性设计 软件故障检测及软件可靠性 评估方法等 7 由于高技术兵器的复杂性 如何可靠地操作使用及维 护将是一个严重的问题 随着高技术兵器的自动化程度越来越 高 人类工程学 人机工程将是人们最为关注的课题之一 可 使用性设计将得到很大重视 8 由于高技术兵器的综合化和系统化 使得兵器系统相 当庞大和复杂 且可靠性指标又很高 用目前的可靠性鉴定和 验收试验方法试验时间长 试验费用高 实施技术难度大 进 行一次完整的试验已不可能 因而可靠性试验与评价技术和方 法将有新的突破和革新 这也是可靠性工作者面临的一个新的 课题 9 由于高技术兵器的综合化和系统化 一个兵器系统将 由众多兵器厂家联合研制而成 因而传统的质量与可靠性管理 已不相适应 必须突破目前管理模式 如实施全方位和立体矩 阵式管理 要有一个很强的信息传递和故障报告 分析与纠错 措施系统 fracas 10 伴随着高技术兵器时期的到来 必须制订与其相适 应的高技术标准 而且标准的制订应有超前意识 应该看到 目前我国的