RAMS培训讲义之三(可靠性关键技术)

1、1Mr.Shi Yu QuaAMS培训讲义之三：2内容安排12可靠性建模可靠性预计和分配3可靠性数据评估4故障模式影响分析3可靠性建模技术可靠性模型体现的是系统与单元之间的可靠性逻辑关系可靠性模型是系统任务可靠性分析的主要手段，因此与执行的任务密切相关建立可靠性模型的目的如下： 系统任务可靠性分析 设计方案的可靠性权衡 设计方案的可靠性改进 为子系统和设备提出可靠性要求 任务、维修、费用等方面权衡 为费用分析、备件计算、检测周期提供可靠性支持14产品是分层次的从上到下的层次：系统、子系统、设备、组件、模块、零部件在本文中，除了零部件外，任何层次的产品都可以称为系统，而

2、单元是系统的下级组成部分系统车身分系统门窗内装外装组件门内板玻璃窗密封条门锁5Subsystem ARA(t) Subsystem CRC(t) Subsystem BRB(t) SystemRs(t) SYSTEM系统的可靠度 RS(t)是子系统可靠度 RA(t), RB(t), RC(t)的函数可靠性模型6典型的可靠性模型可靠性建模技术17其可靠性框图为：其数学模型为：nidttniistieRtR1)(010)(串联模型1可靠性模型EXAMPLE: %7 .85857. 0)95. 0(*)95. 0(*)95. 0(orRsABCRA = 0.95RB = 0.95RC = 0.958

3、可靠性框图和设计图的关系9串联模型举例LC可靠性框图 原理图10可靠性框图为：其数学模型为：并联模型1可靠性模型EXAMPLE: R = 0.95R = 0.95R = 0.95%98.999998. 0)95.1)(95.1)(95.1 (1sssRRR niinsRRRRRR1321)1 (1)1 ()1 (*)1 (*)1 (111并联模型的举例和特点举例： 发动机四个点火器只要同时点火，其中一个点火就行 电路保护：两个保险丝串接（保护的角度）并联系统的特点： 同时都工作（消耗能源） 增加设计复杂度 从另外的角度看，可能是串联12可靠性模型可能由串、并、表、旁联混合组成的系统F/A-18

4、的可靠性模型发动机1发动机2燃油系统应急燃油系统液压泵1液压泵2通用液压系统武器控制系统武器液压飞控系统备用手动系统右发电机左发电机电力分配网应急电力系统环境控制系统雷达超高频通信甚高频通信塔康系统惯性导航备用罗盘大气数据系统固定增稳机体起落架系统建模113EXAMPLE: R = 0.90R = 0.98R = 0.97Rs = 0.90*0.98Rs = 0.882Rsystem = 0.99646*0.97Rsystem = 0.96657R = 0.97Rp = 1-(1-0.882)(1-0.97)Rp = 0.99646任务可靠性计算14例子传动机构Redundant water

5、seals - 5Air sealsGear Mechanism15有14个故障可能例子传动机构的RBD16内容安排12可靠性建模可靠性预计和分配3可靠性数据评估4故障模式影响分析17R1R2R3R4R5RTotal = f (R1, R2, RN)Block-Sim Reliability Model or Scorecard Simple Series CalculationSystemSystem Rel = f (Subsys Rel)AssemblyAsm Rel = f (Comp Rel)ComponentComp Rel = f (Failure Modes)Sub Syste

6、mSubSys Rel = f (Asm Rel)GoalsAnalysisR = e( )(-t) =Ln(R)-tAutomatic conversion of reliability metrics2可靠性预计和分配18一个例子一个例子: : 辅助供电系统（含有控制器，电机和电源）辅助供电系统（含有控制器，电机和电源）可靠性要求可靠性要求: : 满足满足 故障率故障率0.0053, 0.0053, 或或 R90% 20 R90% 20年年Power supplyF/LY = 0.0031Drive System,needs F/LY = 0.0053(or R= 0.9 at 20 ye

7、ars)Subsystem LevelSystem LevelMotorR = 0.97F/LY = 0.0015PartR=0.9999Control CardF/LY = 0.0005PartR=0.9999PartR=0.9999PartF/LY = 0.00005PartR=0.9999PartR=0.9999PartR=0.999Component Level可靠性分配19可靠性预计可靠性预计是对产品或者系统的可靠性进行定量的估计，推测其可能达到的可靠性水平，是其从定性考虑转入定量分析的关键之处，是实施可靠性工程的基础。可靠性预计是根据组成系统的元器件、零部件的可靠性来估计的，是一个

8、自下而上、由局部到整体、从小到大的一种系统综合过程，它需要根据历史产品的可靠性数据、系统的构成和结构特点、系统的工作环境、元器件的工作应力和质量级别等因素来进行估计，主要用在产品的设计阶段。20电子元器件的应力分析法 电子元器件的应力分析法已有成熟的预计标准和手册。对于国产电子元器件，可采用国家军用标准GJB/Z299B-98电子设备可靠性预计手册进行预计；而对于进口电子元器件，可采用美国军用手册MIL-HDBK-217F电子设备可靠性预计进行预计。 应力分析法假设元器件寿命都服从指数分布（即具有恒定的失效率）。 应力分析法计算较为繁琐和复杂，但分析结果更加真实，更具有现时指导意义。 可靠性预

9、计方法21可靠性预计模型 GJB299BGJB/Z299B 为电子设备和系统的可靠性预计提供基本的数据和统一的方法，是我国电子设备和系统进行可靠性预计的依据。GJB/Z299B提供了18大类元器件和17类环境数据，覆盖了我国电子设备上常用的元器件类别及工作环境类型GJB/Z299B从我国现行标准的制订和实施情况出发，划分了各类元器件的质量等级。实践证明它能切合不同专业，不同可靠性要求的电子设备、系统的可靠性预计。 22为什么要进行可靠性预计？评价产品或系统是否能够达到要求的可靠性指标；可作为不能直接进行可靠性验证的大型产品系统的可靠性估计；为产品设计提供科学合理的依据（如对不同设计方案的选择，

10、元器件、零部件质量等级的确定，新技术、新材料的采用，设计是否需要改进等）；根据预计结果，编制可靠性关键件清单，为生产过程质量控制提供依据；为可靠性试验方案设计提供依据；为产品系统的可靠性指标分配提供依据和顺序；对产品使用、维护提供信息等。 23电子元器件的应力分析法 24电阻电阻类型工作环境电阻阻值工作应力质量级别节点温度可靠性预计标准GJB299BMIL-STD-217FBellcore失效率电子元器件的应力分析法 25集成电路技术类型工作环境管脚数和位数工作应力质量级别封装类型可靠性预计模型GJB299BMIL-STD-217FBellcore失效率电子元器件的应力分析法 26机械产品可靠

11、性预计方法 机械产品的可靠性特点 个性十足 没有恒定的故障率 应力和强度关系明显 常有运动特性 机械产品可靠性分析的手段 有限元建模强度 概率分析模型强度和应力 要素随机化 仿真运行27机械结构产品可靠性预计步骤1. 建立有限元模型，进行强度计算2. 确定可能的失效点3. 针对每个失效点确定失效函数4. 确定随机变量5. 随机变量参数设定6. 选择概率分析方法7. 仿真计算8. 结果分析28内容安排12可靠性建模可靠性预计和分配3可靠性数据评估4故障模式影响分析29可靠性可靠性数据数据评估评估 定义：利用产品的可靠性数据，评估产品可靠性水平产品：系统或组成系统的各个部分可靠性数据：产品的试验或

12、使用信息评估方法：基于概率统计可靠性水平：产品的可靠性参数值 MTBF MTTF 可靠度 R 等的估计值。330可靠性评估20个电子管在某次试验中共发生次故障，记录如下表序号12345故障时间266411914518231可靠性评估的目的作为产品可靠性定型鉴定的重要依据 产品往往受到资源（样本量、进度等）的限制，不能进行单独的可靠性鉴定试验，在这种情况下经常采用可靠性评估的方法对产品是否达到规定的可靠性要求进行判别，作为可靠性鉴定的重要依据。作为产品可靠性增长的重要依据 通过可靠性评估，可以定量分析的手段地判断可靠性薄弱环节，从而确定需要改进和增长的项目；另外，通过可靠性评估也可以对于产品的可

13、靠性增长趋势进行评价，为可靠性工作的改进提供依据；通过可靠性评估得到的产品可靠性参数值，可作为当前产品的冗余设计、维修策略设计和备件方案设计的重要依据，也可以作为后续产品的可靠性指标论证的技术依据。可靠性评估是对产品的可靠性定量评价，辅助或代替可靠性鉴定。32可靠性数据的来源 试验数据：在产品的研制生产过程中，需要进行各种性能试验、环境试验和可靠性试验，这些试验产生的数据是可靠性数据的重要来源。 现场数据：在产品的实际生产和使用过程中得到的产品工作、故障和维修数据为现场数据。 33可靠性数据程序34产品工作信息记录表-(供参考)产品名称： 记 录 人：产品型号： 记录日期：产品编号： 之前累积

14、工作时间（小时）：序号开机时间点T0停机时间点T1本次工作时间T1-T0备注本表累积工作时间(小时)： 产品累积工作时间（小时）：35产品故障信息记录表-(供参考)产品名称： 产品型号： 产品编号： 系统编号：报告部门报告人员报告日期故障件名称故障件编号故障等级故障模式故障性质相关故障 责任故障 人为故障故障描述原因分析解决措施建议与要求评审意见：评审人 评审日期36整理数据格式代号数据格式样例A对每个样本：T t1,t2,t3,tnti 为产品发生故障前的累积工作时间;T 为统计截至产品累积工作时间样本1：500 100，221，300 表示在100小时，221小时，300小时分别出现过故障

15、并修复，统计截止时间为500小时。样本2：200 200 表示该样本在200小时出现故障，不修复样本3：300 表示该样本统计时间为300小时，无故障B针对所有样本：（T，r） 表示该产品在T时间内共发生了r 个故障，T为所有样本的累积工作时间。（300，4）表示在累积300小时内发生了4次故障37指数分布产品的可靠性评估指数分布产品的可靠性评估 21 , 222rLTMTBF式中：式中：MTBFLMTBF单侧评估下限单侧评估下限T累积工作（试验时间）累积工作（试验时间）r故障数量故障数量卡方分布，可查统计分布表，在卡方分布，可查统计分布表，在Excel中的函数为中的函数为CHIINV置信度置

16、信度38成败型产品的可靠性评估成败型产品的可靠性评估)(2),1(2(1111rnrFrnrRL式中： RL可靠度单侧评估下限 n累积试验次数 r累积失败 FF分布，可查统计分布表，在Excel中的函数为FINV 置信度39内容安排12可靠性建模可靠性预计和分配3可靠性数据评估4故障模式影响分析40故障模式影响分析故障模式影响分析（Failure Mode and Effects Analysis，简记为FMEA）是分析系统中每一产品所有可能产生的故障模式及其对系统造成的所有可能影响，并按每一个故障模式的严重程度、检测难易程度以及发生频度予以分类的一种归纳分析方法。FMFailure Mode

17、AnalysisE AEffect441FMEA是一种事先预防的行为FMEA 分析的是潜在故障（Potential Failure），是可能发生但是现在还没有发生的故障。它是一种“事前预防”的行为“及时性”是FMEA的关键因素事先花时间对设计进行分析，事先低成本地进行修改减少未来更大损失的发生42FMEA 的目的 FMEA 的目的在产品设计阶段，预先发现、评价产品可能潜在的失效与后果，及早找出能够避免或减少这些潜在失效发生的措施，并将此过程文件化，为以后的设计提供经验与参考。 是用于产品研发阶段对产品设计过程中出现的问题进行风险控制的方法和手段 是产品初步设计和详细设计阶段必须进行的可靠性工作

18、之一 对于及早发现和解决设计缺陷及潜在故障隐患具有重要意义。 同时，由于 FMEA 工作的特点，大量故障模式信息的收集以及完善的风险分析结果有助于新研制产品的可靠性设计。43FMEA 的历史二十世纪六十年代，起源于Apoll项目，NASA。1974年，MIL-STD-1629诞生，美国海军。1976年，美国国防部确定FMEA所有武器采购的必要活动。七十年代后期，美国汽车工业采用FMEA作为风险评估工具。八十年代中期，美国汽车工业采用过程FMEA。1991年，ISO9000 推荐1994年，QS9000 强制2001年，FMEA 技术作为风险控制的主要手段之一。44FMEA 的类型设计FMEAdFMEA系统 FMEA功能 FMEA设计 FMEA设计上的缺陷过程中的不足“不正确”的使用服务相关风险来源过程 FMEA (p-FMEA)应用 FMEA (a-FMEA)服务 FMEA (s-FME