国军标六性培训教材

装备通用质量特性技术与管理 2011 06 1 一 引言二 通用质量特性概念与内涵三 通用质量特性要求与论证四 通用质量特性设计与分析五 通用质量特性试验与评价六 通用质量特性管理 2 第1部分引言 一 GJB9001B 2009标准对装备通用质量特性控制提出的要求 3 第1部分引言 一 GJB9001B 2009标准对装备通用质量特性控制提出的要求 1 在4 1中提出 适用时 组织应建立 实施和保持产品的可靠性 维修性 保障性 测试性 安全性和环境适应性等工作过程 增加 注5 适用时 组织可参照GJB5000的要求 建立 实施并改进其软件过程 2 在7 1产品实现的策划中要求g 产品可靠性 维修性 保障性 测试性 安全性和环境适应性等要求 4 第1部分引言 一 GJB9001B 2009标准对装备通用质量特性控制提出的要求 3 7 1中 注3 确定产品的质量目标和要求可考虑以下方面 可靠性 维修性 保障性 测试性 安全性和环境适应性等 参见GJB450 GJB368 GJB3872 GJB2547 GJB900 GJB4239 GJB1909等 可靠性 维修性 保障性 测试性 安全性和环境适应性等计划可以包含在质量计划中或单独编制 5 第1部分引言 一 GJB9001B 2009标准对装备通用质量特性控制提出的要求 4 7 3 1h 中要求 运用优化设计和可靠性 维修性 保障性 测试性 安全性 环境适应性等专业工程技术进行产品设计和开发 5 在7 3 3g 增加要求 适用时 给出可靠性 维修性 保障性 测试性 安全性和环境适应性等设计报告 6 在7 3 4增加要求 顾客要求时 应邀请顾客参加评审 必要时 进行可靠性 维修性 保障性 测试性 安全性 环境适应性 以及计算机软件 元器件 原材料等专题评审 6 第1部分引言 二 问题的提出 1 美国国防部 2005中国军力报告 中反映 中国的武器装备建设虽然取得了重要进展 但是仍然存在着两个方面致命的瓶颈 即质量与创新 在质量方面 中国的国防工业界仍然停留在认识可靠性和可重复性概念重要性阶段 7 第1部分引言 二 问题的提出 2 近十几年来我国经济突飞猛进的发展 我军主战装备体系实现了由第二代向第三代的跨越 从根本上实现以跟踪仿制 发展机械化装备为主 向自主创新 全面发展信息化装备的转变 8 第1部分引言 二 问题的提出 3 武器装备新技术含量不断提高 系统高度综合 软件比重大 大型试验不断增多 新装备不断批量交付部队 质量管理的难度越来越大 重大质量问题和事故屡有发生 质量问题日益凸显 装备质量也备受关注 9 第1部分引言 三 解决途径 10 11 第1部分引言 三 解决途径 12 第1部分引言 三 解决途径 13 第1部分引言 三 解决途径 推进质量体系的建设和运行全面提高产品质量 必须加强装备质量管理 就是要将质量管理的先进理念 方法有效应用于高新武器装备建设实际 落实到工作上 物化为具体制度措施 以技术推动管理 以管理提升质量 14 第1部分引言 三 解决途径 推进质量体系的建设和运行依据GJB9001 质量管理体系要求 标准 建立质量管理体系 自上世纪八十年代起就风靡全球 该标准集成了现代全面质量管理的理念 提现了过程控制为核心的思想 明确了单位质量管理的基本要求 按照体系管理的方法 落实装备质量的全特性要求 必将产生事半功倍的效果 15 第2部分 通用质量特性概念与内涵 16 二 装备通用质量特性概念与内涵 一 主要依据通用质量特性顶层标准 GJB450A 装备可靠性工作通用要求 GJB368B 装备维修性工作通用要求 GJB2547A 装备测试性工作通用要求 GJB3872 装备综合保障通用要求 GJB900A 装备安全性工作通用要求 GJB4239 装备环境工程通用要求 17 18 19 20 二 装备通用质量特性概念与内涵 二 可靠性的概念与内涵定义 可靠性是指装备在规定条件下和规定时间内 完成规定功能的能力 规定条件主要是指环境条件 我们不仅希望装备具有良好的功能 而且希望它能长时间保持其功能 不发生或很少发生故障 经久耐用 这种功能的持续能力就是可靠性 通俗地讲 可靠性是体现装备无故障持续工作的能力 可靠性是研究装备故障发生规律的技术 研究如何预防和减少装备故障 21 二 装备通用质量特性概念与内涵 二 可靠性的概念与内涵可靠性通常分为基本可靠性和任务可靠性 基本可靠性是指产品在规定的条件下 规定的时间内 无故障工作的能力 反映产品对维修资源的要求 确定基本可靠性值时 应统计产品的所有工作时间和所有的关联故障 常用故障率 平均故障间隔时间 MTBF 来度量 任务可靠性是指产品在规定任务剖面内完成规定功能的能力 常用任务可靠度 飞行可靠度等来度量 22 二 装备通用质量特性概念与内涵 二 可靠性的概念与内涵可靠性工程 为了确定和达到产品的可靠性要求而开展的一系列技术和管理活动称为可靠性工程 可靠性工程包括可靠性论证 管理 设计与分析 试验与评价 以及使用可靠性评估与改进等 可靠性工程活动涉及到装备全寿命过程的各个阶段 其目标是确保新研制和改性的装备达到顾客规定的和隐含的可靠性要求 保持和提高现役装备的可靠性水平 以满足装备战备完好性和任务成功性要求 降低对保障资源的要求 减少寿命周期费用 23 二 装备通用质量特性概念与内涵 三 维修性的概念与内涵维修性是指产品在规定的条件下和规定的时间内 按规定的程序和方法进行维修时 保持或恢复到规定状态的能力 其中 规定的条件 主要是指维修机构和场所 以及相应的人员 设备 设施 工具 备件 技术资料等资源 规定的程序和方法 是指按照技术文件规定的维修工作内容 步骤和方法 在这些约束条件下 按时完成维修 恢复产品规定的功能 维修性是产品的设计特性之一 是由设计赋予的使产品维修简便 迅速 经济的固有特性 24 二 装备通用质量特性概念与内涵 三 维修性的概念与内涵维修性表现在产品的维修过程中 这里的维修包括预防性维修 修复性维修 战场损伤修复 预防性维修是指通过系统检查 检测和消除产品的故障征兆 使其保持在规定状态所进行的全部活动 包括预先维修 定时维修 视情维修和故障检查等 修复性维修是指产品发生故障后 使其恢复到规定状态所进行的全部活动 它可以包括下述一个或多个步骤 故障定位 故障隔离 分解 更换 组装 调校及检测等 25 二 装备通用质量特性概念与内涵 三 维修性的概念与内涵战场损伤修复是指在战场环境中将损伤的装备迅速恢复到能执行全部或部分任务的工作状态或自救的一系列活动 26 三 维修性的概念与内涵 维修性工程 为了确定和达到产品的维修性要求所进行的一系列技术和管理活动称为维修性工程 维修性工程包括维修性论证 管理 设计与分析 试验与评价 评估与改进等工程活动 维修性工程以全系统 全寿命的观点为指导 在产品工程研制阶段 通过设计与分析 实验与评价确保新研制和改型的装备达到顾客规定的和隐含的可靠性要求 在产品使用阶段通过维修性数据收集 分析 评价及设计改进 实现产品维修性的增长 27 四 测试性的概念与内涵 测试性是指产品能及时并准确地确定其状态 可工作 不可工作或性能下降 并隔离其内部工作的能力 装备维修性 保障性和安全性工作都与故障检测及测试紧密相关 随着装备日益复杂和对任务成功性 战备完好性和安全性要求的不断提高 能否及时并准确地判断装备状态并隔离其内部故障 直接关系到装备的功能恢复 任务成功和安全使用 测试性已成为提高装备维修性 保障性和安全性的重要指标 28 四 测试性的概念与内涵 装备测试主要分为内部测试和外部测试两种方式 内部测试主要是指装备在加电时或控制信号引发时 机内测试 BIT 装置进行的测试 外部测试主要是指离开装备正常的操作环境下 利用自动测试设备 ATE 或人工对装备进行的测试 29 四 测试性的概念与内涵 装备具有良好的维修性 保障性和安全性 必须具备三方面的测试能力 性能监测能力 装备运行过程中 能够实时监测性能差异和运行状态 显示和存储故障信息 通过声 光等信息提出告警 以避免事故的发生 故障检测能力 检测装备是否存在故障 是否可投入正常运行 给出相应的指示信息 故障隔离能力 能够把检测到的故障准确定位 隔离到规定的可更换单元上 能够快速维修 30 五 保障性和综合保障的概念与内涵 1 保障性的概念和内涵保障性是指装备的设计特性和计划的保障资源满足平时战备完好性和战时利用率要求的能力 保障性是研究如何用最少的寿命周期费用 为使用和维修提供持续的保障 保障性好 好保障 保障好 装备系统 装备 保障系统 31 五 保障性和综合保障的概念与内涵 1 保障性的概念和内涵保障性强调装备自身的设计特性和外部的保障条件 一方面 装备设计的可靠 易维修 可测试 就容易保障和便于保障 即 好保障 另一方面 装备使用与维修过程保障设备 设施 人员 资料 备件等保障资源配置合理 就提供了好的保障条件 即 保障好 因此 保障性是构成的装备系统的综合特性 是从保障的角度对整个装备系统设计的系统描述 32 五 保障性和综合保障的概念与内涵 33 五 保障性和综合保障的概念与内涵 2 装备综合保障的定义和内涵装备综合保障是指在装备的寿命周期内 综合考虑装备的保障问题 确定保障性要求 影响装备设计 规划保障并研制保障资源 进行保障性试验与评价 建立保障系统等 以最低费用提供所需保障而反复进行的一系列管理和技术活动 装备综合保障也称为保障性工程 34 五 保障性和综合保障的概念与内涵 2 装备综合保障的定义和内涵在装备研制过程中 同步考虑装备使用与维修保障的技术和管理活动 主要包括三个方面 1 装备论证时 提出装备保障性要求和综合保障计划 2 装备研制时 开展保障性设计 规划和研制装备的保障资源 进行保障性试验与评价 3 装备交付部队时 建立保障系统 35 五 保障性和综合保障的概念与内涵 2 装备综合保障的定义和内涵 综合 的含义性能要求与保障要求综合考虑装备设计与保障系统设计综合分析新研装备与现役装备保障综合研究保障系统与费用综合权衡 36 五 保障性和综合保障的概念与内涵 37 六 安全性的概念与内涵 安全性是指产品所具有的不导致人员伤亡 系统毁坏 重大财产损失或不危及人员健康和环境的能力 造成人员伤亡 系统毁坏 重大财产损失或危及人员健康和环境的一系列事件称为事故 而可能导致事故发生的状态称为危险 引发装备不安全的因素称为危险源 38 六 安全性的概念与内涵 危险源通常分为三类 1 有毒 易燃 易爆等物资 产品 2 有害环境称为一般危险源 3 产品故障 人为差错引发的不安全因素称为故障危险源 要保证装备安全 最根本的安全性工作是准确识别 并采取有效措施消除或控制这些危险 39 七 环境适应性的概念与内涵 环境适应性是指装备在其寿命期可能遇到的各种环境作用下能实现其所有预定功能 性能和不被破坏的能力 环境适应性反映了装备在变化的环境条件下仍能正常工作的能力 是可靠性的一种特殊情况 环境条件是指装备寿命期内规定使用的环境 包括自热环境 诱发环境 40 七 环境适应性的概念与内涵 自热环境如温度 湿度 灰尘 风 烟雾 太阳辐射 微生物等 诱发环境如振动 冲击 电磁干扰 噪声 摇摆 跌落 加速度 污染物等 装备环境适应性主要取决于选用的材料 构件 元器件耐环境的能力 结构设计 工艺设计时采取的耐环境措施 41 七 环境适应性的概念与内涵 环境工程 为确保装备以较高的费效比达到规定的环境适应性要求 通过分析 设计和试验掌握环境的性质 特征和变化规律 消除环境对装备造成的影响和危害 实现提高装备耐环境能力的目标 而开展的一系列技术和管理活动称为环境工程 环境工程主要工作内容包括环境工程管理 环境分析 环境适应性设计和环境试验与评价等 42 八 通用质量特性的相互关系 1 可靠性 维修性 保障性的相互关系都是与时间相关的装备质量特性 都对战备完好性产生影响 它们之间又相互关联 各自的工程领域都有相通的理论和技术基础 参数大都具有随机特性 目标是一致的 43 八 通用质量特性的相互关系 44 八 通用质量特性的相互关系 3 安全性与可靠性的关系可靠性 能力安全性 状态可靠是安全的基础不可靠不等于不安全有时两者又为互为矛盾 45 第3部分 通用质量特性要求及论证 46 三 通用质量特性要求及论证 一 要求论证内容相关的约束条件定量要求定性要求工作项目要求 47 三 通用质量特性要求及论证 二 要求论证程序 1 任务需求使用要求合同要求 2 初定指标确定指标 3 综合特性单一特性要求 4 需要反复进行协调 权衡 5 同时明确验证方法 时机和条件 48 49 三 通用质量特性要求及论证 二 要求论证程序1 建立基准比较系统可以是一个装备 也可以是不同分系统或设备的组合 收集相关保障资源及装备的信息 50 二 要求论证程序 2 相关的约束条件 1 装备使用方案确定装备机动性要求 部署情况 使用频数 持续时间 预定使用寿命 使用环境 维修环境 与其它系统的相关关系等 描述装备的寿命剖面 描述装备的任务剖面 使用环境要求 51 二 要求论证程序 2 相关的约束条件 2 初步保障方案保障方案是对保障系统完整的总体说明 它满足装备的保障要求并与设计方案及使用方案相互协调 包括使用保障方案与维修方案 52 53 三 通用质量特性要求及论证 54 55 56 57 58 59 60 三 通用质量特性要求及论证 四 论证方法装备RMS指标论证主要有类别分析方法 计算分析方法 仿真分析方法三种方法 类比分析方法主要通过对国内外相似装备的RMS参数和指标进行比较分析 考虑新研装备的复杂性和成熟性 对RMS参数和指标进行专家评判或简单的加减 确定新研装备的RMS参数和指标 在缺乏基础数据和方法的情况下 过去常用的较为落后的方法 61 三 通用质量特性要求及论证 四 论证方法计算分析方法主要利用相似装备的RMS基础数据 建立可靠性 维修性模型 通过计算和图表的统计分析分别确定RMS指标 这种方法针对性较强 更便于对参数的分解和指标的分配 是目前常用的方法 但难以与作战需求 保障资源和费用等因素相结合 不能有效的确定系统效能 战备完好性和任务成功性等顶层指标 不能有效的对RMS指标综合权衡和系统优化 62 63 三 通用质量特性要求及论证 四 论证方法仿真分析方法根据作战使用需求 将装备的RMS与作战使用性能相结合 建立系统效能或作战效能的仿真模型 按照作战时序进行仿真试验 通过不断权衡优化 确定新研装备RMS综合指标 仿真分析方法支持装备在作战性能和费用约束条件下的RMS指标优化权衡分析 支持多方案的择优选取 可实现装备效能 费用的优化权衡 仿真分析方法的软件平台在一些先进国家已经实现 并在不断完善 也是我们奋斗的目标 64 65 66 三 通用质量特性要求及论证 七 工作项目要求安全性工作项目可靠性工作项目维修性工作项目保障性工作项目测试性工作项目 67 68 69 70 71 第4部分 通用质量特性设计与分析 72 四 通用质量特性设计与分析 一 可靠性设计与分析1 关键产品的识别与控制关键产品是指对系统可靠性 安全性 性能 可用性和费用具有重大影响的产品 关键产品的识别与控制应当在方案阶段实施 在技术设计阶段完成 关键产品识别技术主要有 相似产品系统历史数据分析 安全性分析 可靠性分析 故障模式及影响分析 故障树分析等技术 73 74 75 一 可靠性设计与分析 2 降额设计降额设计是指通过降低产品应力或增加产品强度及安全系数的方法 使产品能够经受所有预期的使用环境 提高产品的固有可靠性和安全性 降额设计的准则应当在方案阶段确定 并落实在 RMS设计准则 中 76 一 可靠性设计与分析 电子元器件的降额设计对大部分电子元器件 可靠性是电应力和热应力的函数 降低应力条件对电路参数性能影响不大 但可以提高使用寿命和可靠性 电子元器件的电应力为 工作电压除以额定电压 电应力 工作电压 额定电压 77 78 一 可靠性设计与分析 机械和结构部件的降额设计对机械和结构部件 降低应力或增加强度都是增加了产品的安全系数 可以提高产品的使用寿命和可靠性 根据应力 强度干涉方法 有4种降额设计方法 增加平均强度 降低平均应力 降低应力变化 使用限制 降低强度变化 加工控制 79 80 81 一 可靠性设计与分析 3 冗余和容错设计 1 冗余设计冗余设计是通过增加额外的软件 硬件单元 功能或设备 保证系统发生特定故障的情况下 仍能完成规定功能的一种设计特性 冗余设计应当在方案阶段实施 在技术设计阶段完成 82 83 84 一 可靠性设计与分析 2 容错设计 安全性设计技术 容错设计是指系统在其组成部分出现特定故障或差错的情况下仍能执行规定功能的一种设计特性 与冗余设计相比 容错设计包含的内容更为广泛 设计中通过采取容差识别 故障检测 定位 隔离 以及系统重构等手段 提高系统安全性和可靠性的目标 容错设计应当在方案阶段实施 在技术设计阶段完成 85 86 87 88 一 可靠性设计与分析 4 故障模式及影响分析 FMEA 严酷度 故障模式所产生后果的严重程度 类 引起人员死亡或系统毁坏的故障 类 引起人员严重伤害或重大经济损失或导致任务失败的系统损坏的故障 类 引起人员轻度伤害或一定的经济损失或导致任务延误或降级的系统轻度损坏的故障 类 不足以导致人员伤害 一定的经济损失或系统损坏的故障 但它会导致非计划性维护或修理 89 90 91 一 可靠性设计与分析 5 故障树分析 FTA 安全性 维修性 故障树分析是通过对可能造成产品故障的硬件 软件 环境 人为因素等进行分析 画出故障树 从而确定产品故障原因的各种可能组合发生和 或 其发生概率的一种分析技术 故障树分析也是产品安全性分析的重要方法 92 93 94 95 96 一 可靠性设计与分析 8 软件可靠性美国2000年统计 软件产品在交付时通产残留15 的缺陷 软件失效率往往比硬件高一个数量级 某型潜艇首舰的作战系统 2001 6 2001 11陆上联调试验 发生154个故障 其中软件138个 占89 6 2002 5 2002 6在建造厂做陆上联调试验 发生36个故障 其中软件31个 占86 1 软件可靠性的重要地位 97 一 可靠性设计与分析 8 软件可靠性软件需求论证不充分软件开发过程不规范软件文档不完整 软件透明度差软件测试不充分配置管理不严格 2 软件研制过程的主要问题 98 一 可靠性设计与分析 8 软件可靠性 3 提高软件可靠性的工程方法 99 四 通用质量特性设计与分析 二 维修性设计与分析1 维修性设计标准化和互换性设计可达性设计 检查 测试 修理测试性设计与分析防差错设计与标识人的因素 100 101 四 通用质量特性设计与分析 三 测试性设计与分析测试性设计工作被测参数及测试点的选择与配置传感器选择与布置指示数据 显示方式警告方式 告警装置诊断程序接口装置 及程序 外部测试设备 ETE 包括专用 通用和自动化测试设备 ATE 有关测试的规定 程序 方法和技术的文件 手册等 102 103 四 安全性设计与分析 安全性分析方法 1 危险分析技术 2 故障模式 影响及危害性分析 FMECA 3 故障树分析 FTA 4 事件树分析 ETA 5 报警时间分析 6 警示与报警分析 104 105 106 107 108 四 安全性设计与分析 危险控制方法能量控制 内在安全设计 容错设计 结构设计 隔离措施 物理隔离 如惰性气体隔离 漫水隔离 温度隔离 闭锁 锁定和连锁 防止误操作 故障 安全设计 单个故障不引起安全事故 安全系数 材料 结构 告警装置 监测与报警 安全标记 警告靠近 触摸 拆卸等 减少和遏制伤害和损伤 防护措施 如安全帽 安全带 气囊 逃逸和营救 逃逸设施 营救接口 109 五 环境适应性设计与分析 自然环境适应性设计 如1 温度防护 冷 热是化学和物理变化的媒介对稳定热源 必须使散热效率与发热效率相等 材料的热胀和冷缩引起的零件之间的公差配合 2 潮湿防护 湿气是所有化学损坏因素中重要一员采取排水和空气循环消除湿气 采取干燥气除湿 采用气密部件 密封器件 采用耐腐蚀 防霉 防潮材料等 110 五 环境适应性设计与分析 自然环境适应性设计 如3 沙尘防护 沙尘导致部件磨损增加空气 油 液的过滤器 过滤器应当易于更换清洗 4 静电防护 静电对MOS等集成电路造成破环 111 五 环境适应性设计与分析 诱发环境适应性设计 如1 振动 冲击防护 采用粘滞阻尼器 摩擦阻尼器 空气阻尼器等阻尼装置 减少震荡峰值 采用具有较高固有频率的弹簧冲击隔振器 抗击冲击 提高强度 减少惯性等 2 电磁防护 避开电磁辐射源 采用金属等结构屏蔽 采取滤波器等手段 112 113 四 通用质量特性设计与分析 六 装备综合保障1 保障性分析保障性分析是指装备的设计特性和计划的保障资源满足平时战备完好性和战时利用率要求的能力 保障性分析是一个反复迭代 有序进行的过程 保障性分析的主要任务 制定保障性要求 制定和优化保障方案 确定保障资源要求 评价新研装备的保障性 建立保障性分析数据库 114 115 四 通用质量特性设计与分析 六 装备综合保障2 保障性分析记录保障性分析记录是指保障性分析过程产生的数据的记录 包括有关装备保障资源需求的详细数据 装备保障性分析记录将所需的保障信息按功能类别划分为大十类 每一类又按不同保障数据属性划分成数量不等的关系表 GJB3837推荐了41个保障性分析记录关系表 116 117 118 四 通用质量特性设计与分析 六 装备综合保障5 计算机资源保障规划计算机软件和硬件保障资源 通过分析系统和设备所用计算机的硬件系列 总线体制和接口方式 计算机软件使用的计算机语言和操作系统 按照下表记录汇总该舰使用的所有计算机软件和硬件资源 119 120 121 122 123 7 装备保障方案 124 六 装备综合保障 8 舰船综合保障信息管理系统舰船在研制过程 总体 系统和设备分别利用其相似装备的保障信息 通过自下而上的进行保障性分析工作 形成使用和维修保障性分析记录 各级所需的保障资源和保障方案 这些信息不仅为建立经济有效的舰船保障体系提供了依据 而且为今后部队的使用 维修管理提供了依据 125 126 四 通用质量特性设计与分析 七 RMS综合 RMS都是装备固有特性 是设计出来的 生产出来的 管理出来的 它们之间相互关联 必须在研制过程中综合考虑 127 七 RMS综合 1 在设计过程中 通过历史信息 FMEA FAT确定薄弱环节 关键产品 提出改进措施 重点对影响系统安全和任务的关键产品开展可靠性设计和安排可靠性试验 对于影响安全和任务的系统和设备开展测试性设计 监视和报警设计 对难以提高可靠性的产品 加强维修性设计 在维修性设计的同时 考虑备品备件的配置 保障设备 设施 维修人员的配置 128 七 RMS综合 2 工程研制过程中 开展各项试验 对发现的故障采取纠正措施 对难以解决的故障 改进设计 提高维修性 根据部件的寿命 配置备品备件 保障设备 129 四 通用质量特性设计与分析 七 RMS综合 3 各项试验过程中 借助性能 环境等各