可靠性基本概念与参数体系.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,.,*,可靠性基本概念与参数体系,Introduction to Reliability_Conception&Parameter,5/31/2025,1,.,主要内容,可靠性基本概念,可靠性参数体系,5/31/2025,2,.,可靠性基本概念可靠性,可靠性,产品在,规定条件,下和,规定时间,内，完成,规定功能,的能力。,产品可靠性定义的要素是三个“规定”:,“规定条件”、“规定时间”、“规定功能”,5/31/2025,3,.,故障及其分类,故障及其分类,产品或产品的一部分不能或将不能完成预定功能的事件或状态，称之为,故障,。,故障的表现形式，叫做,故障模式,。,引起故障的物理化学变化等内在原因，叫做故障机理。,不可修产品（如电子元器件）：失效,产品的故障按其故障的规律可以分为两大类：,偶然故障,渐变故障,5/31/2025,4,.,可靠性基本概念,质量与可靠性关系,从广义质量观看，质量涵盖可靠性,从狭义的质量观看，就是“符合性质量”,可靠性毕竟与狭义的质量管理还是有很大区别的，质量出了问题，往往批次性很强,可靠性是更深层次的与设计、工艺相关的根本性问题。,有些企业对于可靠性工程有一种错误观念，认为可靠性工程是质量部门的事情，而设计部门却很少人员参与。,产品的可靠性是在设计阶段就已经决定了,在用户使用过程中，均是“,可靠性,”问题,5/31/2025,5,.,寿命周期与寿命剖面,寿命剖面,产品从制造到寿命终结或退出使用这段时间内所经历的全部事件和环境的时序描述。它包含一个或多个任务剖面。,通常把产品的寿命剖面分为后勤和使用两个阶段。,5/31/2025,6,.,寿命剖面示例,事件,（使用方法）,生 产,验 收,装卸和公路运输,装卸和铁路运输,装卸和空运,装卸和船运,装卸和后勤,支援运输,（最坏路线）,有遮蔽存贮，帐篷，圆屋顶,无遮蔽存储,工作准备阶段,发射阶段,调整状态,导弹处于战斗位置,发射后第一个动作,飞行阶段,命中目标,生产阶段,后 勤 阶 段,运 输,储存/后勤阶段,使用阶段,准备阶段,任务阶段,发射段,惯性飞行段,下降段,主动段,某导弹的寿命剖面,5/31/2025,7,.,任务剖面,产品在完成规定任务这段时间内所经历的事件和环境的时序描述。任务剖面一般应包括：,产品的工作状态；,维修方案；,产品工作的时间与顺序；,产品所处的环境(外加的与诱发的)的时间与顺序；,任务成功或致命故障的定义。,5/31/2025,8,.,任务剖面示例,5/31/2025,9,.,可靠性基本概念,基本可靠性,产品在规定的条件下，,无故障,的持续时间或概率。,在没有后勤保障情况下系统工作能力的度量,考虑所有需要维修保障的故障,采用冗余，降低基本可靠性,通常等于或低于任务可靠性,5/31/2025,10,.,可靠性基本概念,任务可靠性,产品在规定的,任务剖面,内完成规定功能的能力,系统完成任务能力的度量,只考虑引起任务失败的故障,通过冗余提高任务可靠性,通常高于基本可靠性,5/31/2025,11,.,可靠性基本概念,固有可靠性,产品在,设计、制造,过程中赋予的,固有,属性。,产品的开发者可以控制。,使用可靠性,产品在实际,使用,过程中表现出的可靠性。,除固有可靠性的影响因素外，还要考虑安装、操作使用、维修保障等方面因素的影响。,5/31/2025,12,.,可靠度及可靠度函数,可靠度及可靠度函数,产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率称为,可靠度,。依定义可知，可靠度函数,R,(,t,),为：,式中,N,0,t,=0,时，在规定条件下进行工作的产品数；,r,(,t,),在0,到,t,时刻的工作时间内，产品的累计故障数。,5/31/2025,13,.,累积故障分布函数,累积故障概率,产品在规定的条件下和规定的时间内，丧失规定功能的概率称为,累积故障概率,（又叫,不可靠度,）。,依定义可知，产品的累积故障概率是时间的函数，即,显然，以下关系成立：,5/31/2025,14,.,可靠度函数与累积故障分布函数的性质,与 的性质如下表 所示：,对偶性,非减函数,非增函数,单调性,0,，,1,0,，,1,取值范围,5/31/2025,15,.,累积故障分布函数,可靠度函数与累积故障分布函数的性质,5/31/2025,16,.,故障率函数,故障率,工作到某时刻,尚未故障,的产品，在该时刻后单位时间内发生故障的概率，称之为产品的,故障率,。,用数学符号表示为：,式中 故障率；,t,时刻后，时间内故障的产品数,；,残存产品数，即到,t,时刻尚未故障的产品数,。,5/31/2025,17,.,故障率函数,可按下式进行工程计算,：,式中 时刻后，时间内故障的产品数,；,所取时间间隔,；,残存产品数,。,对于低故障率的元部件常以 为故障率的单位，称之为菲特,（,Fit,）。,5/31/2025,18,.,问题,故障率是概率值么？,故障率有量纲么？,故障率和累计故障密度之间有什么关系？,5/31/2025,19,.,人类健康的曲线,5/31/2025,20,.,产品故障浴盆曲线,浴盆曲线,大多数产品的故障率随时间的变化曲线形似浴盆，称之为,浴盆曲线,。由于产品故障机理的不同，产品的故障率随时间的变化大致可以分为三个阶段,：,5/31/2025,21,.,对故障发生规律认识的变化,5/31/2025,22,.,故障发生规律的六种模式,六种模式所占的比率（美国联合航空公司统计）,5/31/2025,23,.,航天产品的统计数据,六种模式所占的比率（航天产品的统计数据）,5/31/2025,24,.,我国的情况,我国海军、装甲兵、通讯装备的一些统计资料都证明了许多产品都,没有明显的耗损故障区,的结论,?,5/31/2025,25,.,故障率与可靠度、故障密度函数的关系,由于 ，所以,5/31/2025,26,.,故障率、可靠度与密度函数关系,5/31/2025,27,.,平均故障前时间(MTTF),5/31/2025,28,.,平均故障间隔时间,5/31/2025,29,.,问题,某微型计算机的MTBF=10000小时，是否意味着该计算机每工作10000小时才出一次故障？,5/31/2025,30,.,寿命特征,5/31/2025,31,.,寿命特征,5/31/2025,32,.,首翻期、翻修间隔期和使用寿命,(t),t,首次翻修期,规定的故障率,A,B,(=1/MTBF),翻修间隔期,使用寿命,5/31/2025,33,.,可靠性参数体系,可靠性参数,是描述系统可靠性的度量。它直接与战备完好、任务成功、维修人力和保障资源有关。,可靠性指标,是可靠性参数要求的量值。,5/31/2025,34,.,反映目标,说明,战备完好性,军事单位接到命令时，实施其作战计划的能力。,任务成功性,任务开始时给定的可用性下，系统在规定的任务剖面内任意时刻能够工作和完成规定功能的能力。,维修人力费用,系统需要维修人力的频度与多寡。,保障资源费用,系统对备件、维修工具、维修设备等的要求,可靠性参数反映目标,5/31/2025,35,.,可靠性参数分为基本可靠性参数和任务可靠性参数,基本可靠性反映了产品对维修人力费用和后勤保障资源的需求。,确定基本可靠性指标时应统计产品的所有寿命单位和,所有的故障,。,任务可靠性是产品在规定的任务剖面中完成规定功能的能力。,确定任务可靠性指标时仅考虑在任务期间那些影响任务完成的故障(即,致命性故障,),。,可靠性参数分类,5/31/2025,36,.,可靠性参数的相关性,平均故障间隔时间,(MTBF),与平均故障间隔飞行小时,(MFHBF),任务成功概率与致命故障间的任务时间,MTBF,与故障率,平均维修间隔时间与,MTBF,平均拆卸间隔时间与,MTBF,5/31/2025,37,.,使用参数、合同参数,使用可靠性参数,及指标反映了系统及其保障因素在计划的使用和保障环境中的可靠性要求，它是从最终用户的角度来评价产品的可靠性水平。,MFHBF,、,MCSP,、,MTBM,等。,合同可靠性参数,及指标反映了合同中使用的易于考核度量的可靠性要求，它更多地是从承制方的角度来评价产品的可靠性水平。,如,MTBF,、,MTBCF,等,。,可靠性参数分类,5/31/2025,38,.,使用指标与合同指标,使 用 指 标,合 同 指 标,目标值,门限值,规定值,最低可接受值,期望,装备达到的使用指标，它既能,满足,装备使用需求，又可使装备达到最佳的效费比，是,确定规定值的依据,装备,必须达到,的使用指标，它能,满足,装备的使用需求，是,确定最低可接受值的依据,合同和研制任务书中规定的,期望,装备达到的合同指标，它是承制方进行,可靠性设计的依据,合同和研制任务书中规定的、装备,必须达到,的合同指标，它是进行,考核或验证的依据,5/31/2025,39,.,目标值-1,GJB1909.1-94,将目标值定义为：期望装备达到的使用指标，它既能满足装备的使用需求，又可使装备达到最佳的效费比，是确定规定值依据。,美军防务采办术语-98将目标值定义为：用户所期望的和项目经理企图获得的性能值，目标值表示比每个项目参数的性能门限值大一个量值。该量值在使用上是有意义的，时间上是关键的而且费用上是有效的。,5/31/2025,40,.,目标值-2,美空军,AFR80-5-78,将目标值定义为：既满足使用要求又具有增长能力或保障费用最佳的,R&M,值。,从上述定义可以发现，,R&M,目标值首先表示系统投入外场使用，经过一段期间的使用，发现问题并进行改进后达到成熟状态的,R&M,水平，这种,R&M,水平必须满足预定的未来环境下的使用要求，同时，,R&M,的目标值应使系统在外场的使用和保障费用最低，而且应是通过增长可以达到的,R&M,值。,5/31/2025,41,.,门限值-1,GJB1909.1-94,将门限值定义为：装备必须达到的使用指标，它能满足装备的使用要求，是确定最低可接受值的依据。,美军防务采办术语,-98,将门限值定义为：为满足用户需求、所必须达到的最低可接受值。如果没有达到门限值，那么项目性能就会严重下降，项目费用可能太高，项目进度可能拖延。,美空军,AFR80-5-78,将门限值定义为：完成任务（即满足使用要求）所必需的最低的,R&M,水平。,R&M,门限值是制定合同最低要求的基础。,5/31/2025,42,.,门限值-2,R&M,门限值是满足系统使用要求所必须的最低的水平，即最低的要求值。,它是外场使用试验进行验证的依据.,其验证时机可根据不同类型的系统及不同的要求来确定。,5/31/2025,43,.,可靠性参数指标特性,综合性,可靠性参数的相关性,使用参数与合同参数之间存在转换关系,阶段性,产品可靠性，在研制阶段具有增长性,5/31/2025,44,.,阶段性,可靠性参数指标特性,5/31/2025,45,.,表 F-4、F-15、F-16与F-22(ATF)的RMS比较,机种,MFHBF（h）,MMH/FH非计划维修工时,每架飞机的维修人力（人）,使用可用度A0(%),再次出动准备时间TAT(min),F-4E,1.0,26.0,24.5,50,F-15A,3.5(1.68),11.27(22),20.6,80(68),12,F-15C,2.6,15,16.6,86,25,F-16A,2.9(3.3),12(10),19.6,90(84),27,F-22,(ATF),5.0,4.5,8.5,93,18,5/31/2025,46,.,序号,产品类型,参数名称,门限值,目标值,门限值与目标值之比,备注,1,F-16A战斗机,MFHBF,1.75h,2.9h,0.6,2,F/A-18A战斗机,MFHBF,1.44h,5.0h,0.29,3,UH-60A直升机,MFHBF,3.5h,4.0h,0.88,“黑鹰”直升机,4,CH-53E直升机,MFHBF,0.71h,0.92h,0.75,5,B-1B轰炸机,MTBM,0.250.28h,1.0h,0.250.28,6,B-2轰炸机,MFHBUM,0.2h,0.36h,0.55,7,F/A-18A战斗机,MSCP,0.26h,0.9,0.29,8,B-1B轰炸机,MSCP,0.78,0.92,0.85,9,弹道导弹,飞行可靠度,0.6,0.9,0.67,10,巡航导弹,飞行可靠度,0.58,0.88,0.66,为AGM-86B型,11,空-空导弹,MCHBM,200h,450h,0.44,为AIM-120型,12,导航吊舱,MTBF,29.6h,50h,0.59,目标值与门限值的示例,5/31/2025,47,.,序号,产品类型,参数名称,门限值,目标值,门限值与目标值之比,备注,13,直升机照明系统,MTBOMF,280h,750h,0.37,陆军直升机,14,航空动力装置,MFHBF,27.0h,66.0h,0.41,用于F-16战斗机,15,航空电子系统,MFHBF,5.7h,8.3h,0.69,用于F-16战斗机,16,飞行控制系统,MFHBF,18.0h,30.0h,0.60,用于F-16战斗机,17,机载武器系统,MFHBF,65.0h,85.0h,0.76,用于F-16战斗机,18,机载雷达,MTBF,60.0h,100h,0.60,用于F-16战斗机,19,机载雷达显示器,MTBF,130h,475h,0.27,用于F-16战斗机,20,平视仪,MTBF,150h,500h,0.30,用于F-16战斗机,21,飞行控制计算机,MTBF,100h,400h,0.25,用于F-16战斗机,22,火控计算机,MTBF,280h,700h,0.39,用于F-16战斗机,23,F-15,MMH/FH,19.97,11.27,1.77,目标值与门限值的示例,5/31/2025,48,.,序号,产品类型,参数名称,门限值,目标值,门限值与目标值之比,备注,24,F-117,MMH/FH,37.0,22.0,1.67,25,A-7A,MMH/FH,17.0,9.6,1.77,26,UH-60A,MMH/FH,3.8,2.8,1.36,27,YA-64,MMH/FH,13.0,8.0,1.63,28,B-2,MMH/FH,62.9,50.0,1.26,29,F-15,MTTR,2.55h,1.95h,1.30,30,F-15A,A0,70%,80%,0.875,31,F-16A,A0,85%,90%,0.944,32,AGM-86B,A0,87%,93%,0.935,33,UH-60A,A0,80%,82%,0.975,目标值与门限值的示例,5/31/2025,49,.,某型飞机可靠性参数选择与确定,5/31/2025,50,.,运行比的确定,某飞机任务剖面及分系统工作,5/31/2025,51,.,各分系统时间表示,5/31/2025,52,.,各分系统飞行小时、工作小时和故障数,分系统,飞行小时,工作小时,故障数,综合航电系统,TTF,1,TTO,1,N,1,武器系统,TTF,2,TTO,2,N,2,机械系统,TTF,I,TTO,i,N,i,动力装置,TTF,m,TTO,m,N,m,5/31/2025,53,.,谢谢,5/31/2025,54,.,