可信性与产品安全.ppt

可信性与产品安全,可信性概述可信性管理可信性设计可信性的验证、确认和试验产品安全性,一、质量观念的改变；二、可信性的基本概念；1、可靠性及特征量2、维修性及特征量3、保障性4、可用性5、效能；三、常见寿命函数,一、可信性工作的指导思想；二、产品寿命周期各阶段的可信性工作；三、可信性保证大纲及可信性计划；四、产品可信性目标；五、设计评审；,一、可信性设计；二、可靠性预计及分配；三、系统可靠性的分析方法；1、FMEA；2、FTA；四、元器件大纲,一、可信性试验概述二、可靠性筛选；三、可靠性试验,一、安全性大纲的内容；二、安全性措施优先考虑的次序；三、产品安全性设计的要点,第一节可信性概述一、质量观念的改变,性能,效能E(effectiveness),EADC,如飞机的速度；高度,想用的时候能用(招之即来)的可能性叫产品的可用性。在能用的前提下，执行任务有一个过程，能完成这个过程的可能性(来之能战)叫产品的狭义可信性D。最终，满足定量特性要求的能力(战之能胜)叫产品的固有能力（性能）,可用性A(avalibility)可能性D（也叫产品的狭义可信性）固有能力C(capability）,转变一：,价廉,转变二：,“费效比”即产品的效能E与LCC之比,转变三、不同方案中作优选决策的根本因素：,产品的寿命周期费用“LCC”(lifecyclecost)。,产品的质量指标是产品技术性能指标和产品可信性指标的总和。,可信性指标和技术性能指标最大的区别点在于：技术性能不涉及时间因素，它可以用仪器来测量；可信性与时间紧密联系，必须进行大量的试验分析和统计分析，调查研究以及数学计算。,转变四：,可靠性,可信性工程RMSRMSS,包括可靠性工程R维修性工程M保障性工程S安全性工程S,产品的出现伤害或损坏的风险限制在可接受的水平之内的特性称为产品的“安全性”（safety），也即产品不发生恶性事故的能力。,不安全首先是出现故障，因此安全性与可靠性密切相关，但安全性还有一个后果防护问题，所以也独立发展成为一门安全性工程。,二、可信性的基本概念可信性(dependability)是一个非定量的集合技术语，它用来表示可用性A及其影响因素：可靠性R，维修性M，保障性S。基于以下背景，可信性问题也日益受到人们的重视。产品的日益复杂。使用环境的日益恶劣。装配密度的不断提高。产品周期的不断缩短。可信性直接影响总费用。（一）可靠性及其特征量1、可靠性（Reliability）的概念可靠性是指产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定的功能的能力。,指产品工作时所处的全部外部作用条件。包括：气候条件(如温度、湿度、气压、风向、日照等)、机械负载(如振动、冲击、加速度)、辐射环境（核辐射，电磁辐射）、使用条件(如工作时间、供电电压)，维护条件等。同一产品在不同条件下其可靠性差别很大。,指产品预定寿命家用电器安全使用年限细则规定：彩电、空调810年，电热水器、洗衣机、煤气灶8年，电冰箱1216年，个人电脑6年，微波炉10年，电动剃须刀4年,指产品应具有的技术性能指标,所谓可靠性，准确地说，就是在规定的使用寿命周期内，产品成功地完成规定功能的能力。,2、故障及其分类（1）故障的定义。在规定的环境条件和使用条件下，产品丧失所规定的功能称为故障。（对于不可修复的产品，故障亦可称为失效）（2）故障的表现形式。间隙故障和永久性故障。,间隙故障是指在某一时间内呈现故障状态，然后自然地恢复其功能，并且反复出现的一类故障；永久性故障是指由零部件发生物理性损坏而产生的故障,可靠性的稳定性问题主要是研究间隙故障,独立故障和从属故障。,从属故障即是指产品中由于其他故障所引起的相关故障。,局部故障和整体故障。,产品中某些部分发生故障而使系统内某一个部分(或几个部分)停止功能，而产品仍可继续完成其他功能者称为局部故障。而当产品某些局部发生故障后，使产品丧失全部功能时称为整体故障。,区别这两种故障有利于制定维修规划、组织维修工作和确定维修方式。,意外故障,包括未按规定使用条件运行而引起的误用故障；违反操作规程而引起的事故故障；由于对产品性能不充分理解或所收集的数据有错误而错误地作出“有故障”的判定的误判故障；自然的和人为的灾害所造成的灾害故障等。,在估计产品的可靠性时，这一类故障一般都不予考虑。,突然故障和退化故障。,产品突然发生故障，它通常使产品完全丧失规定的功能，称突然故障。由于零部件(元器件)的原材料老化，致使其参数逐渐变化，称为退化故障,在可靠性理论中，把故障划分为突然故障和退化故障是十分重要的；使人们可以根据故障的性质来选择计算可靠性的方法和找出故障位置的方法。,3、可靠性的特征量（主要指标）可靠性的特征量有：“可靠度”、“失效率”、“平均故障间隔时间”、“失效前平均时间”。（1）失效率和可靠度(Reliability)产品在规定的条件下，在规定的时间内丧失规定的功能的概率叫失效率，通常用F表示。在规定的时间内，未失效的产品数与开始工作时的产品总数之比叫做可靠度，用R表示。,R+F1,例：有110只电子管，在开始工作的500小时内，有10只失效，求电子管在这段时间内的可靠度。失效率F100100909可靠度R1-F1-9099091取700只电子管作寿命试验，有的电子管到160小时就损坏了，有的300小时、500小时，有的1000小时、1500小时、2000小时，也有的长达3000小时左右，这时700只电子管全部损坏了。若每次取700只电子管作寿命试验，记录每只电子管的失效时间，经过多次试验，就会积累大量数据。分析这些数据，发现电子管的寿命虽然参差不齐，但失效时间的分布是有一定规律的。,设时间ti时失效的电子管数为ni，N为试验的电子管的总数，则可求出ti时电子管的失效频率fi,下图是电子管的失效曲线，这条曲线表示电子管失效时间的理论分布，称为失效密度曲线。函数f(t)称为失效密度函数。,如果将失效频率的累积数F(t)当纵坐标，t当横坐标；所得的曲线，称为累积分布曲线。如图,它的数学表达式称为累积失效分布函数。累积失效分布函数与失效密度函数之间的关系如下式：,或者,R(t)与f(t)、F(t)之间的关系如下式：R(t)1-F(t)=,0F（t）1（当0t）,产品的瞬时失效率（故障率）(t)，简称产品的失效率。它是衡量产品可靠性的一个十分重要的指标。,它是产品工作到某一时刻t，在此瞬间，单位时间内发生失效的产品数与该时刻仍正常工作的产品数之比值。近似公式为：,例：某种元器件共100只，工作5年失效4只，工作6年失效7只，求此种元器件在t5年时的失效率。解：由失效率近似值公式,电子产品失效率采用Fit作单位。,按目前的标准规定，电子元器件的失效率分为七个等级，见右表,表示109个元器件在一小时内有一个失效，或在1000小时内某元器件失效的可能性为百万分之一,因为：,所以：,即,得出可靠度与失效率关系公式：,例：设某电子产品寿命分布服从指数分布，求该产品失效率。,解：产品寿命服从指数分布，即说明此产品失效概率密度函数为,得：,寿命分布为指数分布的产品，它的失效率是一个常数，与时间t无关。,（2）平均寿命MTTF与平均故障间隔MTBF对于不可维修产品，从使用开始到发生故障的寿命均值，称平均寿命。记为MTTF（MeanTimetoFailure）。对于可修复产品，从一次故障到下一次故障的时间均值，称为平均故障间隔，记为MTBF（MeanTimeBetweenFailure）。,平均寿命的倒数即故障率,产品从制造完成，交付使用到出现不修复的故障或不能接受的故障率时的寿命单位数叫产品的“使用寿命”。“耐久性”（durability）是产品在规定的使用和维修条件下，其使用寿命的一种度量。它是产品可靠性的另一重要参数。产品在规定的条件下储存时，仍能满足规定质量要求的时间长度称为储存寿命。对于可维修产品，一个产品的全部时间通常可以分成工作时间TU及不工作时间TN两部分，不工作是由于产品出现故障进行维修而引起的。设其间一共出了n次故障，则产品的平均寿命TUn。,平均寿命可利用求解连续随机变量的数学期望而得出。,平均故障间隔可利用求解连续的或离散的随机变量数学期望得出。因此，它与MTTF有同样的数学表达式。,服从指数分布的产品的平均寿命MTTF为：,寿命分布服从指数分布的产品，其平均寿命与失效率互为倒数。,（二）维修性及其特征量1、维修性概念(Maintainability)产品在规定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叫“维修性”。,维修（maintenance）是使产品保持规定状态或恢复到规定状态所进行的全部活动。,维修包括维护和修理两个方面。,维护是为使产品保持规定状态所需采取的措施，也称为“保养”。维护是一种日常的控制过程，其目的是保持产品所具有的可靠性。,修理是在产品发生故障后，寻找故障的部位并进行修复等一系列活动，其目的是将产品恢复到投入使用时刻所具有的性能指标和可靠性水平。维修通常分为预防性维修与修复性维修。,2、维修性特征量有：“平均修复时间”、“平均维护时间”、“维修度”等。（1）维修度M（t）它是指在规定条件下、规定时间内(0，t)按规定的程序和方法维修，使产品由故障状态恢复到完成规定功能状态的概率,当t0时，所有产品均处于完全故障状态，经过t时间段的维修，完全恢复正常功能的产品所占比例。,m（t）即维修概率密度函数。,（2）修复率（t）设产品在时刻t处于维修状态，在t时瞬时修复的概率称为产品的修复率，记为(t)。,即产品在特定时刻t，单位时间完成修理的瞬间概率。它表示修复的瞬时特性。,（3）平均修复时间（MTTR）（MeanTimeToRepair）平均修复时间应为维修时间T的数学期望,一个产品的不工作时间TN包括在维修人员、设备、备件等齐全的条件下，用于直接维修工作的时间，叫“直接维修时间”Tm。设产品在其间一共出了n次故障，从而维修n次，则平均维修时间MTTRTmn。,维修性好就是平均维修时间短。,（4）平均维护时间MTTM（MeanTimeToMaintenance）与讨论平均修复时间相同,下表是可靠度与维修度的比较,可靠性很高的产品，当然可以减少维修的次数，然而，这样的产品并不一定就有良好的维修性。,（三）保障性S（Supportability）产品的设计特性和计划的保障资源能满足使用要求的能力称为产品的“保障性”。,在规定的条件下和规定的时间内，产品在某一规定的维修级别上的维修延误时间反映产品的“保障性”。,一个产品的全部时间构成如图,全部时间T,工作时间Tu,不工作时间TN,直接维修时间TM,延误时间TD,在维修人员、设备、备件等齐全的条件下，用于直接维修工作的时间,由于保障资源补给或管理原因未能及时对产品进行维修所延误的时间,TD是一个随机变量，它的数学期望为平均延误时间（MeanDelayTime，MDT）。MDTTDn。（n为故障次数）,MDT是保障性的重要参数。MDT愈短愈好。在理想情况下，MDT=0。,（四）可用性（有效性）及其特征量1、可用性（Availability）概念产品在任一随机时刻需要开始和执行任务时，处于可工作或可使用状态的程度叫产品的“可用性”。,可用性是关于产品可用能力的一般概念，它是综合反映了产品可靠性和维修性所达到的成绩。是在任意时刻使用产品时，该产品在这一时刻可用的能力。（即，所谓可用性是指可维修产品在某一时刻具有或维持规定功能的能力。）,2、可用性特征量可用度（有效度）A（t）设产品所处状态为X(t)，且在任意时刻t只可能出现正常工作或故障两种可能性的任意一种，即对于t0时,可用度就是产品在时刻t处于正常工作状态的概率，记为A(t)。即：A(t)PX(t)0（可用产品数与所有产品数之比）,该定义不考虑t时刻之前产品曾否失效或经过维修，仅考虑t时刻所处状态，是一个瞬时概率问题。是不发生故障的可靠度与排除故障的维修度的综合度量。,对单位产品来说：由产品的时间构成得出,可用性取决于可靠性参数MTBF，维修性参数MTTR及保障性参数MDT。,MDT=0时，上式转化为固有可用性Ai,例:统计了81个主液压泵的故障发生时间如下表所示并规定，该泵700小时进行一次预防维修。据统计所需预防维修时间为30小时。又知该泵故障后的平均修复时间(MTTR)为15小时。试求该泵的R(t)、失效率(t)、平均无故障工作时间MTBF、维修度M(t)、维修率(t)及有效度A。,表81个主液压泵的故障发生时间单位(时:分),解：1确定可靠度函数R(t)将表中数据从0至700小时分成14组，取时间间隔t50小时，N81。(1)作产品故障数直方图，第i组故障数ri。,(2)作产品累积故障数直方图,产品累积故障数为：,j=1，14,(3)作产品累积故障频率直方图累积故障频率：,R(t),(4)作产品可靠度曲线R(t)1-F(t)图中曲线可近似看作指数曲线。由此得知，该泵的累积失效分布函数可假设为指数分布。为验证假设的正确性，可进行皮尔逊2检验，可靠度函数表达为：,其中：为泵的失效率,2计算泵的平均无故障工作时间,3.计算(t)由于泵的累积失效分布为指数分布：1/MTBF1/197507610-3小时,4计算M(t)及(t)按规定，该泵700小时进行一次预防维修，所要维修时间为30小时。由于该泵的平均无故障工作时间为197小时，所以在预防维修周期700小时内，平均会发生700/197=3次故障。又知这种故障的平均修复时间为15小时，所以泵在一个工作周期内总的维修时间为30+15375小时。平均修复时间：MTTR15(小时)修复率：1/MTTR1/15006667小时维修度：,5计算有效度A,（五）效能及LCC1、效能（Effectiveness，E）产品在规定的条件下满足给定定量特征和服务要求的能力称为产品的效能。,效能是产品可用性、狭义可信性及固有能力的综合反映。简单的表达式为：E=ADC,是在任意时刻开始使用产品时，该产品在这一时刻可用的能力。,在规定的任务剖面（任务执行中）的任一随机时刻，能够使用且能完成规定功能的能力称为产品的狭义可信性，一般用符号D表示。,产品在给定的内在条件下，满足给定的定量特性要求的自身能力。（Capability，C）。传统的产品性能就属于固有能力。,取决于与任务有关的产品可靠性及维修性的综合影响。,2、寿命周期费用LCC（LifeCycleCost）产品从提出任务起到退出服务为止的整个寿命周期。在产品寿命周期或其预期的有效寿命期内，在产品设计、研究和研制、投资、使用、维修及产品保障中发生的或可能发生的一切直接的、间接的、派生的或非派生的与其他有关费用的总和称为寿命周期费用.3、效费比效能与LCC之比称为效能费用比，是领导部门优选产品可行方案的重要依据。,表产品所用可信性指标示例,三、常用寿命分布函数（寿命及平均寿命）,可信性研究的重点在于延长偶然失效期，即延长产品的有效寿命。这就需要研究寿命分布类型，即研究产品失效分布函数，它是描述产品失效的统计规律。,（一）指数性寿命分布1、指数分布密度分布函数f(t)失效分布函数为F(t)产品可靠度R(t)见图中公式,2、失效率(t)其分布形式见图,3、平均寿命(或平均故障间隔)MTTF(或MTBF)1/,(1)给定可靠度R（t）=r时的产品寿命叫可靠寿命Tr(2)R（t）=0.5时的产品寿命叫中位寿命。(3)R（t）=e-1时产品的寿命叫特征寿命。,略,2、正态分布（见光盘）3、威布尔分布（见光盘）表常用的几种分布类型及其适用范围,下图给出了几种分布的失效密度函数f(t)曲线、可靠度函数R（t）曲线和失效率曲线函数（t）曲线。,第二节可信性管理一、可信性工作的基本指导思想1可信性是构成产品效能并影响产品寿命周期费用的重要因素，是重要的技术指标。2产品的可信性管理是产品管理的重要组成部分。3规范化的工程和管理，是多、快、好、省地获得高质量、高可信产品的重要途径。4弄清需要与可能是可信性工作的出发点。5可信性工作应结合系统工程。6可信性工作必须遵循“预防为主”的方针。7要进行稳健性设计(Robustdesign)。8控制关键件及关键功能的可信性9加强可信性工作的监督与控制10.必须加强外购器件的可信性管理，按规定要求对供应单位的可信性工作进行监督与控制11重视和加强可信性信息工作，建立“故障报告、分析和纠正措施系统”(FRACAS)。12产品研制、生产、试验、使用等各部门应当密切配合，大力协同，共同促进可信性工作的全面发展。,二、产品寿命周期各阶段的可信性工作论证阶段：1、应该提出产品的可信性的定量、定性要求，并纳入产品的“技术指标”。2、应该确定产品可信性方案和相应的保证措施，列入产品的“研制任务书”。工程研制阶段：应该实施可信性大纲，制定可信性计划，明确可信性工作项目、任务、进度、保证条件、资源等，并列入产品研制计划。设计定型阶段：定型试验中应包括可信性鉴定试验(维修性验证试验)。生产阶段：应该保证产品在批生产中的可信性，批生产应有可信性验收要求。生产部门应全面实施产品质量保证大纲，其质量保证体系应切实有效地保证质量及可信性。,按计划规定进行各种评审时，应包括(或专门组织)对可信性内容的评审。,三、可信性大纲及可信性计划（一）可信性保证大纲为了保证产品满足规定的可信性要求而制定的一套文件称为“可信性保证大纲”(dependabilityassuranceprogram)，简称可信性大纲。,为使人们确信产品满足规定的可信性要求所必须进行的、有计划的、有组织的、有系统的全部活动称为可信性保证。,产品可信性大纲的最终目标是为了保证产品的效能，减少对维修人力和后勤保障的要求，提供管理信息，提高效益费用比。,产品可信性大纲,可信性管理,可信性工程,可信性核计,是为确定和满足产品可信性要求而进行的一系列组织、计划、协调、监督等工作。,是为了达到产品可信性要求而进行的有关设计、试验和生产等一系列工作。,为确定和分配产品的定量可信性要求而进行的预计和评估产品可信性量值的一系列数学工作。,（二）可信性计划(dependabilityplan)为保证可信性大纲的实施，根据大纲的要求作出具体安排的文件称为可信性计划。,可信性计划应包括：1选定及描述本可信性计划之编制项目的工作或要素。2确定及描述需要保证可信性计划的实施(包括与其他活动的协调)的审核及评审工作。3确定(组织落实)可信性工作的管理、实施及实施验证的部门、机构、人员的职责及相互关系。4描述实施可信性工作的程序细节、有关的进度、关键点及检查点，设计评审、验证及验证准则。5确定为及时完成可信性大纲中的规定工作所需的资源，这些资源应是现实的，可以保证得到的。6确定每一个关键点及检查点要交付的产品或文件，确定开发、选用所需文件的组织。7确定一个文件控制管理系统及技术状态管理系统(在软件中叫配置管理)8建立可信性及有关工程间的信息联系交流，以保证按规定传输关联数据9分供方(转承包商)的可信性控制。,可信性计划是规定与某一特定产品、合同或项目有关的具体的可信性实践、资源和活动程序的文件。,四、产品可信性目标包括定量要求及定性要求。定量的可信性指标包括可靠性R、维修性M、保障性S。,可靠性、维修性、保障性(RMS指标),在论证时,在制订合同和研制任务书时,是期望产品达到的使用指标。它既可满足产品的使用需求，又可使产品达到最佳的效费比。它是确定规定值的依据。,是产品必须达到的使用指标。它能满足产品的使用需求，是确定最低可接受值的依据。,是合同和研制任务书中规定的期望产品达到的合同指标。它是承制方进行RMS设计的依据。,是合同和研制任务书中规定的产品必须达到的合同指标。它是考核或验证的依据。,“目标值”(goal),“门限值”(threshold),“规定值”(specifiedvalue),“最低可接受值”(minimumacceptablevalue),五、设计评审(designreview)为保证设计符合可靠性要求，由设计、生产、使用各部门代表组成的评审机构对产品的设计方案，从可靠性的角度，按事前确定的设计和评审表进行的审查叫“可信性设计评审”。设计评审的主要目的是及时发现潜在的设计缺陷，促使设计早日成熟，降低决策风险。,实施设计评审的作用是：1评价产品是否满足合同要求，是否符合设计规范及有关标准、准则；2发现和确定产品的薄弱环节和可信性风险较高的区域，研讨并提出改进意见；3对研制试验、检查程序和维修资源进行预先的考虑；4检查和监督可信性保证大纲的全面实施；5减少设计更改，缩短研制周期，降低寿命周期费用。,有代表性的硬件和软件的评审点如图,六、故障报告、分析和纠正措施系统(FRACAS)(FailureReporting，AnalysisandCorrectiveSystems)故障报告、分析和纠正措施系统是一个故障报告的闭环系统，其目的是及时报告产品的故障，分析故障原因，制定和实施有效的纠正措施，以防止故障再现，改善产品的可靠性和维修性。第三节可信性设计一、可信性工程达到产品的可信性要求而进行的一套设计、研究、生产和试验工作称为“可信性工程”。可信性工程还可细分为可靠性工程、维修性工程及保障性工程。可信性工程内容（略）(一)可靠性工程为达到产品的可靠性要求而进行的一整套设计、研制、生产和试验工作称为“可靠性工程”。,可靠性的目标分为基本可靠性与任务可靠性。,“基本可靠性”(basicreliability)是产品在规定的条件下无故障的持续时间或概率。,“任务可靠性”(missionreliability)是产品在规定的任务剖面中完成规定功能的能力。,产品的可靠性主要是通过防止或降低故障(失效)发生的可能性，或一旦发生，消除或降低其不良影响(即所谓容错技术)的设计技术而达到的。,广义可靠性又称为工作可靠性，包括产品的固有可靠性和使用产品的人的使用可靠性。见下图,图工作可靠性系统图,评价因素评价要点|(1)设计冗余度安全性|1.固有可|减额经济性|靠度(Ri)|安全系数可靠性|安全装置试验性|环境条件的推断|人机工程学|(2)制造原材料、机械生产性|制造方法经济性工作可靠度|质量管理筹措性(Ro=RiRu)|作业人员管理|(1)使用使用方法性能|训练功能性|道德观念扩充性|使用说明书寿命|2使用可|操作性靠度(Ru)|通用性|(2)保养保养方法保养性|备件管理再现性|使用方法试验性|保养人员训练互换性|筹措性|(3)环境贮藏、运输贮藏性包装运输性使用环境,广义的可靠性包括产品的固有可靠性和使用产品的人的使用可靠性。,提高工作可靠性的基本途径为：（1）通过分析比较提出高可靠性的设计方案，为产品固有可靠性奠定好基础。（2）积极发展新材料和新型元器件，提高材料和元器件的质量，使用前进行筛选，为产品提供高可靠性的材料和元器件。（3）开展全面的可靠性设计。（4）加强人员培训，开展人固工程（工效学，人体工程学）研究，提高使用可靠性。（5）加强各个环节的可靠性即质量管理,（1）热设计。10法则.减少发热可用降额设计，散热有：自然冷却、强制风冷、液体冷却、蒸发冷却等。（2）降额设计。减额使用实际就是大马拉小车。（3）结构概率设计。放大安全系数，就是加大零部件的设计强度。（4）抗机械力设计。安装缓冲底座或阻力器。阻力器包括弹性阻力器、空气阻力器、油阻力器、电磁阻力器和固体摩擦阻力器。缓冲底座和阻力器统称减震器。（5）四防设计。即防潮、防盐雾、防腐蚀、防霉菌。防潮：加强通风对流；憎水处理。浸渍。灌注或灌封。塑料封装和密封。防腐蚀、防盐雾:电镀。防霉菌:选择不长霉的材料，放干燥剂，降低湿度，紫外线照射以及用防霉剂处理零部件（6）裕度设计（漂移设计）。“容差设计”（7）贮备设计（冗余设计）。（8）维修性设计（9）使用性设计,(二)维修性工程(maintainabilityengineering)为达到产品的维修性要求而进行的一整套设计、研制、生产和试验工作称为“维修性工程”。该项工作包括根据产品的维修性要求制定详细的维修性设计准则及周期性地予以评审。,维修方针的设计,即维修约定等级等的设计,故障维修,故障定位,故障排除,维修性设计的任务是尽量缩短故障定位时间和故障排除时间,设备应尽量设置机内故障检测设备和电路，同时可借助于指示灯，发光二极管及表头等故障指示器。设好测试点，便于调整和校准；注意隔离，以保障测试设备发生故障不影响设备；便于维修人员能看到全部零件，以利寻找；尽量用计算机或微处理机自动检测。,所有零部件及元器件必须有明显标号，便于检修，电线电缆等有编号，标记及不同颜色；留足够空间便于测试、拆卸和安装；确保可用普通手持工具拆换组件；尽量能一人完成；易受损坏的精密零件，在外露处应加防护装置；加强模块式设计。,(三)保障性工程(supportengineering)(四)测试性工程(testabilityengineering)二、可靠性分配及预计（一）研究系统可靠性的目的目的：一是如何在已有元件可靠性的基础上，提高系统的可靠性；二是在保证系统可靠性的条件下，如何分配可靠度，降低对元件可靠度的要求，使系统成本降低。（二）可靠性系统及其模型系统的结构模型分为3种类型：串联模型、并联模型和混合模型。1串联系统,只有当所有分系统都正常工作时，系统才能正常工作,2并联系统。,只有当所有分系统都出故障时，才使系统出故障，这样的系统就称为并联系统。,3混合系统。串联或并联,（三）系统可靠度的计算（串联、并联、混联、n中取k）1串联系统。由于串联系统是只有当所有的分系统都正常工作时系统才正常工作，所以系统的可靠度Rs为：,若各分系统的故障分布是指数型分布，则,例：某个串联系统的分系统的可靠度分别为：R10995，R20997，R30998，计算系统可靠度。解：系统可靠度：RsR1R2R3=09950997099809903。,串联系统的可靠度随着各分系统数量的增加而降低。,2并联系统。因为并联系统是只有全部分系统失效，系统才失效。所以有系统失效率Fs为：FF1F2Fn,并联系统的可靠度随着各分系统数量的增加而提高。,3混合系统。（略）4、n中取r系统的可靠度计算（并联系统）（略）（四）可靠性的预计与分配可靠性预计是按元器件-子系统-系统，自下而上进行的，这是从元器件失效率出发，对系统可靠性给出的客观预测值。可靠性分配则是系统-子系统-元器件，自上而下进行，这是设计者（根据管理部门或用户的要求）对系统可靠性提出的一个主观要求值，根据这个要求值，经分配而转化为对元器件可靠性和设计的要求。,一般总是先进行可靠性预计，在进行可靠性分配。,1、可靠性预计(reliabilityprediction)可靠性预计是为了估计产品在给定的工作条件下的可靠性而进行的工作。（1）可靠性预测的优点：,借助预测结果，可以阐明由预测所取得值的意义，各系统元件的可靠度之间的关系，以及改进系统可靠性的方法，确定最佳系统。在可靠性预测中要考虑工作应力（电压、温度等），在元件的应用超过应力水平时，可换用适当元件或增加冗余系统来改善系统可靠性；在进行系统设计时，通过对不同方案可靠度的预测，可以做出选择；通过预测可以揭示系统总失效率的主要矛盾，集中精力采取措施，减少失效率，改进系统。,（2）预测系统可靠度的方法：,建立精确或半精确的数学模型并作相应的计算。模拟法。也叫蒙的卡罗法。上下限法。,2、可靠性分配。（reliabilityallocation）是一项为了把产品（系统）的可靠性定量要求按照给定的准则分配给各组成部分而进行的工作。（1）可靠性分配的目的：,落实系统的可靠性指标；落实分系统或部件的可靠性要求；通过分配，掌握系统的薄弱环节，为改进设计提供依据。,（2）可靠性分配的方法：,具体如等分配法、ARINC法、AGREE法、最小努力算法、条件极值法、动态规划法等。,等分法,按子系统的重要度分配可靠性指标（比例分配法）,系统的可靠性指标均分给每个子系统。,是根据各子系统的重要程度、可靠度指标实现的难易程度，参照各子系统故障的统计资料综合分析后，按分给各子系统故障占总系统故障的比例进行故障率分配。,按最小投入分配可靠性指标。下面举实例说明如何应用动态规划方法来优选子系统的可靠性改进方案，以获得以最小投入满足系统可靠性要求。例：汽车的电源系统由A、B、C三个子系统构成，它是一个串联可靠性模型。经用户调查，在50000km时，电源系统的可靠度仅为0.5,A、B、C子系统的可靠度分别为0.7,0.8,0.9，用户反映强烈。现要求将系统可靠度提高到0.9及其以上,同时投入的费用最少,请提出工作方案。首先，分析各子系统可能的改进方案，并预测这些方案的预期可靠度和投入费用，如表所示。注意，可靠度低于0.9的方案没有必要列出。,先考虑A、B两个子系统，A子系统由5个方案，B系统由4个方案，组合起来由54=20个方案。计算这些组合方案的可靠度与费用，如A取第5个方案，B取第4个方案，组合后的可靠度为0.990.99=0.98，费用为500+300=800（万元）。计算结果列于表表A、B子系统组合后可靠度与费用,从表中可以看出黄线包围的区域组合方案的可靠度低于0.9。这些组合方案不再参加下一步的计算。,可靠度高于0.9，但相同可靠度下去掉费用高的。最后只剩8组，见下表。,表A、B子系统组合后保留的组合,将余下的8个A-B组合同C系统进行组合,再列表，如下,表A-B,C子系统组合后的可靠度与费用,从表可以看出,3-3-3组合可靠度达到0.90的要求,费用为600万元。如果保险一点取4-3-3组合，可靠度为0.91，费用稍微增加到620万元，是很可取的方案，按照这个方案，子系统的可靠度分配结果为：RA=0.96，RB=0.97，RC=0.98,3、可靠度的再分配设Rs*是给定的系统可靠度指标，Rs是初分配得到的系统可靠度，若RsRs*，即所设计的系统可靠度不能满足给定的可靠度指标，那么，就需要对各子系统的可靠性指标进行再分配，以提高系统可靠度，这种方法就称为可靠度的再分配可靠度再分配法是根据可靠度越低的子系统改进越容易，反之则越困难的经验，以把初分配可靠度较低的子系统的可靠度都提高到某个值R0，而初分配可靠度较高的子系统的可靠度不变的基本思想来实现再分配的。4、可靠性预计与分配是结合起来进行的。当预计值达不到分配指标时，就需要重新设计或调整分配的指标值。5、可靠性数量化程序可靠性数量化是根据产品设计任务书中规定的可靠度指标，合理地分配给构成要素，以确保产品的可靠性。见下页图例,表可靠度分配程序例表,子系统拆为部件，部件拆为元件的程序,*以任务时间1.45小时来计算；*以%1000小时计。,三、系统可靠度的分析方法故障模式和影响分析FMEA和FTA（一）FME(C)A(失效模式及效应分析方法)概述,“故障模式与故障影响分析”(faultmodeseffectsanalysis)简称FMEA，是一种可靠性分析的重要定性方法。它研究产品的每个组成部分可能存在的故障模式并确定各个故障模式对产品其他组成部分和产品要求功能的影响。,根据美国、日本等国的经验，FMEA在军事、航空和长寿命卫星中的使用很成功。,在FMEA基础上增加危害度分析就形成失效模式、效应及危害度分析（failuremodeeffectandcriticalityanalysis），简称FMECA。,故障模式所产生后果的严重程度叫“严酷度”(severity)。严酷度应考虑到故障造成的最坏潜在后果，根据最终可能出现的人员伤亡、产品或环境破坏及经济损失的程度来确定。它分为如下表所示的四个等级。,故障的表现形式叫“故障模式”(failuremode，faultmode）这是相对于给定的规定功能、产品故障的一种状态。如短路、开路、断裂、过度耗损等。故障模式对产品的使用、功能或状态所导致的结果称为“故障影响”(failureeffect)。故障影响一般分为局部的、高一层次的和最终影响三级。为确定和分析潜在故障的出现概率、原因及后果对产品所做的系统的检查称为故障分析(faultanalysis)。,表严酷度分类表,FMEA是在产品设计阶段或工艺设计阶段对构成产品的子系统、零部件，或对构成工艺过程的各工序逐一进行分析，找出所有可能的故障模式及其对子系统、零部件的可靠性的可能后果。是事先发现设计中的薄弱环节，及时采取措施，避免产品投入生产，投入市场后才发现问题的一种有效的设计分析方法。,1、FMEA的主要作用及意义作用：,（1）检查系统设计的正确性；（2）确定故障模式的原因；（3）系统可信性及安全性评价；（4）为系统的维修性分析、保障性分析及测试性分折提供信息；（5）为确定纠正措施的优选顺序提供依据；（6）为生存性及易损性评估提供信息。,意义：,（1）通过逐个零部件或工序的分析，把可能考虑到的问题都找出来，并落实解决和述诸文字，避免设计上的疏忽和遗漏；（2）通过FMEA，找出对可靠性影响的关键项目，并在设计中采取特殊有效的预防措施；（3）FMEA文件将作为设计评审中的重要资料，供参加评审的各方面专家审查之用；（4）不断积累设计经验，留给以后设计时参照，把设计经验留给后来人；（5）为预测系统可靠性提供资料。,2、进行FMEA工作的基本程序（实施步骤）,（1）确定分析对象与负责人。在进行FMEA之前，需要绘出系统的可靠性模型框图，决定分析的层次与相应的负责人。,包括：定义系统及其工作要求。确定分析所需的基本规则和假设。绘制功能框图(或系统原理图)和可靠性框图。,（2）明确功能及可靠性要求。（3）分析可能的故障模式。（4）分析故障发生的可能原因。（5）危害度（严酷度）分析。在1至100范围内，按整数级给出危害度数范围。4级分级法相应的危害度数取值范围见下表1。,表1危害度数取值范围,（6）频度预测。为了评定故障发生的可能性，给出了按110整数级的频度数。见表2。,表2频度数取值范围,（7）不易探测程度分析。将不易探测度也分成110级，见下表,表不易探测度数取值范围,（8）计算危险度（危害度）数。危险度数=危害度（严酷度）数频度数不易探测数,（9）确定危险度数排序及是否列入关键项目。,在做完全系统的FMEA之后，按危险度数大小排除次序，排序在前者要优先解决，可根据实际经验，参照危险度数，确定该故障是否列入关键项目，在FMEA表中划出明显的记号。关键项目要制作专门的关键项目表，如下页表,对某种故障模式的后果及其出现概率的综合度量叫：“危害度”(criticality)。,CA(危害性分析，criticalityanalysis)是把FMEA中确定的每一项故障模式按其严重程度及其出现概率的综合影响加以分类。（即危害度包括失效效应严重程度等级和导致这种失效效应的失效模式的发生概率）。,表关键项目表,（10）研究解决措施。见例,表活塞环设计过程FMEA,零件名称：活塞环设计师：车型：总设计师：责任部门：汽研预期投产日期：相关部门：发动机厂FMEA日期：是否有外协件：无审核日期：,FMEA报告的典型表格如下表所示。,表故障模式及影响分析表初始约定层次：任务：审核人：第页共页约定层次：分析人员：批准人：填表日期：,把FMEA与CA结合起来叫FMECA，例以手电筒的故障模式及影响,表手电筒的故障模式及影响,（二）故障树分析(FTA),1、故障树分析法在产品设计过程中，通过对造成产品故障的各种可能因素(包括：硬件、软件、环境、人为因素等)的分析，画出逻辑框图（故障树），从而确定造成产品故障原因的各种可能组合方式，在有条件掌握故障原因发生概率的情况下，计算产品（系统）故障率，据此采取相应的纠正措施，以提高产品的可靠性。上述分析方法称为故障树分析(faulttreeanalysis)，简称FTA。,故障树(faulttree)是一种特殊的倒立树状的逻辑因果关系图。它用一系列符号描述各事件之间的因果关系。,FTA分为定性分析与定量分析，我们只介绍定性分析。2、故障数分析法名词及术语故障树中所用的符号分为事件符号、逻辑门符号和转移符号三类。见下表。,表IEC1025推荐的故障树符号表,表中是故障树诸事件及逻辑门的符号表，代用符号是近年来沿用的习惯符号。IEC1025推荐的符号是国际标准。,3、FTA建树。,建树方法一般分为两类，第一类是人工建树；第二类是计算机辅助建树。两类都要注意遵循FTA建树基本规则。,例造船工人坠落死亡事故分析的故障树。,（三）FMEA与FTA的对比。二者都是在产品设计开发阶段用于提高产品整体质量以及提高产品的安全性和可靠性的方法，但也有不同，见下表,表12-18FMEA与FTA的对比,四、元器件大纲,电子元器件的可信性是电子设备可信性的基础。为了控制标准元器件和非标准元器件的选择和使用，需要制定元器件大纲。,元器件大纲应包括如下内容。(一)元器件控制大纲1选用元器件的管理机构2元器件控制方案3元器件、零部件优选手册4对分承制方的元器件选用要求,(二)元器件的选用及控制准则(三)降额设计降低电子元器件的工作应力，可以降低元器件的失效率；这叫元器件的降额使用。分三个等级：,它是在产品总设计师领导下的常设机构，由可靠性、标准化、采购及产品设计工程师组成。该机构的职责是：制定元器件控制方案，组织编制本企业设计人员优选的元器件清单，并制定选用非标准件的批准控制程序；制定对转承制方的元器件的选用要求与控制程序，检查元器件选用情况，保证其选用控制工作有效进行。,根据产品的特点，明确元器件的控制范围，一般是局部控制，特殊情况是全部控制。提出应予控制的元器件的品种、规格，作为编制优选手册的依据。规定选用的优先顺序。该控制方案由产品总设计师批准执行。,优选手册是强制性的文件。,1选用的元器件必须满足相应产品的性能、结构、使用环境和平均寿命(故障率)、使用寿命的要求。2部门及单位制订电子元器件优选手册。大型复杂系统的总体部门以这些优选手册为基础制订本系统的优选手册。3压缩所选用的元器件的品种、规格、生产厂家，以利于元器件的质量控制。4必须按有关标准并根据产品具体要求对各类元器件进行筛选和老炼，尽可能剔除具有早期失效的元器件。5必须进行元器件的出入库检验，一般是100进行。并需按有关标准和技术文件进行定期的库存元器件的抽检和常规试验。6在不得已情况下，必须采用非标准元器件或选用优选手册以外的元器件时，必须履行审批手续。申请审批报告必须附有该种元器件的可靠性试验的结果报告、批生产的一致性及稳定性报告、生产厂的质量体系合格报告，必须选用这种元器件的技术必要性报告。7根据产品的特殊需要，提出要求研制生产新型号规格的电子元器件时，必须有相应的故障率指标要求(包括目标值及最低可接受值)，并同时提供鉴定试验方案。8要根据有关的手册及指导性文件正确使用电子元器件，尽量减少误用故障的出现频率。9在研制及使用过程中，如果出现元器件故障，必须按FRACAS的规定执行，将出故障的元器件进行失效分析，弄清失效机理、失效原因，采取相应的必要措施。10应按下述原则确定关键元器件：影响产品任务成功和安全性的；费用特别昂贵的；研制生产周期或采购周期长的；可靠性较低的，使用寿命较短的。,I级降额。这是最大的降额。超过这个限度时，所提高的可靠性不大，而会增加设计的困难。它适用于产品的故障将严重危及人员生命安全，造成重大经济损失，导致产品任务失败，出故障后无法维修等情况。级降额。这是中等程度的降额，给设计带来的困难不大。它适用于产品的故障将使产品工作能力降级，或者要支付相当大的维修费用。级降额。这是降额对提高可靠性效益最大的一个档次。设计的实现基本上没有困难。它适用于产品的故障对完成任务影响不大，或可迅速、经济地修复。,第四节可信性的验证、确认和试验,“可信性验证”是对一给定的寿命周期阶段(或分阶段)，判定产品是否符合规定的可信性要求的过程。“可信性确认”是判定最终产品或保障功能是否符合总的(第一次基线规定的，即产品总规范规定的)可信性规范。,“验证”(verification)是根据检查和提供的客观证据(objectiveevidence)，即通过观察、测量、试验或其他方法获得的，证明是真实的、基于事实的信息，对规定的要求已经得到满足的确认。在设计与开发中，验证是指对某项活动的检查过程，以确定该项活动是否符合“合格”(conformity，即满足规定的要求)。,“确认”(validation)是根据检查和提供的客观证据，对满足规定的预期用途的特定要求的认可。在设计和开发中，确认指对一个产品的检查过程，以确定是否符合顾客的需要。,可信性的验证与确认可以通过试验以外的其他办法。例如：设计分析、评审及计算机模拟等。,一、可信性试验概述(一)“可信性试验”(dependabilitytesting)可靠性验证试验包括可靠性鉴定试验与可靠性验收试验。,“鉴定试验”(qualificationtest)是为了确定产品与设计要求的一致性，由订购方用有代表性的产品在规定条件下所做的试验，并以此作为批准定型的依据。,“验收试验”(acceptancetest)是用已交付或可交付的产品在规定条件下所做的试验，其目的是确定产品是否符合规定要求。维修性的鉴定试验亦叫验证试验。,(二)“寿命试验”(lifetest)对产品使用持续期的度量(三)“可靠性应力筛选”(reliabilitystressscreening)是为剔除或检出有缺陷的或早期失效的产品而进行的试验。,(四)“可靠性增长试验”(reliabilitygrowthtesting),在研制开发过程中，随时发现产品的故障及缺陷，在管理、设计、生产上采取了一定措施，予以改进，产品的可靠性随时间逐步提高，这种情形叫“可靠性增长”，可靠性增长试验是为暴露产品可靠性的薄弱环节，并证明改进措施能防止薄弱环节再现而进行的有计划的一系列试验。可靠性增长试验包括计划、试验的实施和评价，其目的是通过故障的识别、分析及纠正，对纠正措施的有效性进行验证，以提高产品的可靠性特性。一般在产品整体组装调试完毕、基本成形后专门进行。它在模拟现场的剖面下进行，是发现和纠正缺陷故障的重要手段。,二、可靠性筛选可靠性筛选，其目的在于选出具有一定特性的产品，或剔除早期失效而对100%的产品所进行的一种或几种试验。,通过各种方法，将不符合要求的产品剔除，将符合要求的产品保留下来的试验程序称为筛选。,（一）可靠性筛选的特点1、可靠性筛选可以从总体上提高产品的可靠性，而不可能提高产品的固有可靠性。,可靠性筛选只能使具有早期失效机理的元器件尽快暴露，但不能改变其失效机理，而剔除早期失效的产品，使得余下的产品的平均寿命更长，总体可靠性就增加。,2、它和质量验收不同。,验收是通过抽样检验作出接收或拒收的决定，而筛选是在