RAMS培训讲义之三(可靠性关键技术).ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,可靠性关键技术介绍,RAMS,培训讲义之三：,内容安排,1,2,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,第,2,页,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,1,第,3,页,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,第,4,页,Subsystem A,R,A,(t),Subsystem C,R,C,(t),Subsystem B,R,B,(t),System,R,s,(t),SYSTEM,系统的可靠度,R,S,(t),是子系统可靠度,R,A,(t),R,B,(t),R,C,(t),的函数,可靠性模型,第,5,页,典型的可靠性模型,可靠性建模技术,1,第,6,页,其可靠性框图为：,其数学模型为：,串联模型,1,可靠性模型,EXAMPLE:,A,B,C,R,A,=0.95,R,B,=0.95,R,C,=0.95,可靠性框图和设计图的关系,第,8,页,串联模型举例,第,9,页,可靠性框图为：,其数学模型为：,并联模型,1,可靠性模型,EXAMPLE:,R=0.95,R=0.95,R=0.95,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,第,11,页,可靠性模型,可能由串、并、表、旁联混合组成的系统,F/A-18,的可靠性模型,系统建模,1,EXAMPLE:,R=0.90,R=0.98,R=097,R,s,=0.90*0.98,R,s,=0.882,R,system,=0.99646*0.97,R,system,=0.96657,R=0.97,R,p,=1-(1-0.882)(1-0.97),R,p,=0.99646,任务可靠性计算,第,13,页,例子传动机构,Redundant water seals-5,Air seals,Gear Mechanism,第,14,页,有,14,个故障可能,例子传动机构的,RBD,第,15,页,内容安排,1,2,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,第,16,页,R1,R2,R3,R4,R5,R,Total,=f(R,1,R,2,R,N,),Block-Sim Reliability Model or Scorecard Simple Series Calculation,System,System Rel=,f,(Subsys Rel),Assembly,Asm Rel=,f,(Comp Rel),Component,Comp Rel=,f,(Failure Modes),Sub System,SubSys Rel=,f,(Asm Rel),Goals,Analysis,R=e,(,l,)(-t),l,=,Ln(R),-t,Automatic conversion of reliability metrics,2,可靠性预计和分配,第,17,页,一个例子,:,辅助供电系统（含有控制器，电机和电源）,可靠性要求,:,满足,故障率,0.0053,或,R90%20,年,Power supply,F/LY=0.0031,Drive System,needs F/LY=0.0053,(or R=0.9 at 20 years),Subsystem Level,System Level,Motor,R=0.97,F/LY=0.0015,Part,R=0.9999,Control Card,F/LY=0.0005,Part,R=0.9999,Part,R=0.9999,Part,F/LY=0.00005,Part,R=0.9999,Part,R=0.9999,Part,R=0.999,Component Level,可靠性分配,第,18,页,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。,第,19,页,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。,可靠性预计方法,第,20,页,可靠性预计模型,GJB299B,GJB/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。,第,21,页,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，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。,第,22,页,电子元器件的应力分析法,第,23,页,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,GJB299B,MIL-STD-217F,Bellcore,失效率,电子元器件的应力分析法,第,24,页,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,GJB299B,MIL-STD-217F,Bellcore,失效率,电子元器件的应力分析法,第,25,页,机械产品可靠性预计方法,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,第,26,页,机械结构产品可靠性预计步骤,建立有限元模型，进行强度计算,确定可能的失效点,针对每个失效点确定失效函数,确定随机变量,随机变量参数设定,选择概率分析方法,仿真计算,结果分析,第,27,页,内容安排,1,2,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,第,28,页,可靠性,数据,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。,3,第,29,页,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,1,2,3,4,5,故障时间,26,64,119,145,182,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,。,第,31,页,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。,第,32,页,可靠性数据程序,第,33,页,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：之前累积工作时间（小时）：,序号,开机时间点,T,0,停机时间点,T,1,本次工作时间,T,1,-T,0,备注,本表累积工作时间,(,小时,),：产品累积工作时间（小时）：,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,整理数据,格式代号,数据格式,样例,A,对每个样本：,T t,1,t,2,t,3,tn,t,i,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,指数分布产品的可靠性评估,式中MTBF,L,MTBF,单侧评估下限,T,累积工作（试验时间）,r,故障数量,卡方分布，可查统计分布表，在,Excel,中的函数为,CHIINV,置信度,第,37,页,成败型产品的可靠性评估,式中：,R,L,可靠度单侧评估下限,n,累积试验次数,r,累积失败,F,F,分布，可查统计分布表，在,Excel,中的函数为,FINV,置信度,第,38,页,内容安排,1,2,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,第,39,页,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。,FM,Failure Mode,Analysis,E,A,Effect,4,第,40,页,FMEA,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,第,41,页,FMEA,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。,第,42,页,FMEA,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。,第,43,页,FMEA,的类型,设计,FMEA,d,FMEA,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-FMEA),FMEA,的思路,风险在那里？,设计缺陷,过程问题,使用问题,服务问题,风险的原因是什么？,风险的后果有多严重？,发生几率有多大？,当前控制措施是什么？,风险评价,风险排序,要解决哪些风险？,控制措施是什么？,效果如何？,相对定量评价,RPN,风险,1,、风险,2.,排在前面的,资源允许的,可以解决的,谁来做？,什么时候做？,预计效果,试验效果,实际效果,第,45,页,FMEA,分析模板,分析对象,?,1,分析功能,?,2,如何控制,风险,?,8,如何故障,?,3,控制有效,?,9,如何降低,风险,?,11a,综合风险,程度,?,10,影响,?,4,严重程度,?,5,故障原因,?,6,发生可能性,?,7,何种措施,?,11b,是否已实施,?,12a,实施后的,风险,?,12b,第,46,页,有何问题,Questions?,第,47,页,Thank You!,第,48,页,