“四性”设计与试验.ppt

防错-1 RAOZHONG 2002航空电子产品“四性”设计与试验2009年06月陈国华防错-2 RAOZHONG 2002一、可靠性设计与试验二、维修性设计与试验三、测试性设计与试验四、保障性设计与试验防错-3 RAOZHONG 2002*“四性”是武器装备技术、质量的重要属性*“四性”是武器装备战斗力的重要基础*“四性”是效益和效率的重要保证*“四性”是设计、制造的产物*“四性”指标是可以检验、验证的需树立的理念防错-4 RAOZHONG 2002一、可靠性设计与试验防错-5 RAOZHONG 2002（一）可靠性设计防错-6 RAOZHONG 2002设计依据 基本可靠性指标MTBF平均故障间隔时间MFHBF平均故障间隔飞行小时任务可靠性指标MTCBF平均致命故障间隔时间R任务可靠度合同规定的指标防错-7 RAOZHONG 2002最低可接受值与规定值可靠性与维修性的合同指标。最低可接受值是合同或研制任务书中规定的、装备必须达到的合同指标，也是使用方进行可靠性和维修性验证的依据。规定值是合同或研制任务书中规定的、装备期望达到的合同指标，也是承制方进行可靠性和维修性设计的依据。防错-8 RAOZHONG 2002基本概念可靠性设计是通过预计、分配、分析、改进等一系列可靠性工程活动，把可靠性定量要求落实到产品的技术文件和图样中去，从而形成产品的固有可靠性。进行可靠性设计时，需要在产品的性能、质量、费用等各方面要求之间进行综合权衡，以求得产品的最优设计。防错-9 RAOZHONG 2002主要程序及方法可靠性建模可靠性预计可靠性分配可靠性分析防错-10 RAOZHONG 2002可靠性建模 建立系统、分系统和设备的可靠性模型，是为了定量分配、估算和评价产品的的可靠性，它是整个系统可靠性设计、分析的基础。常用的可靠性模型有：串联模型适应于非储备系统；并联和混联模型等适应于储备系统。防错-11 RAOZHONG 2002串联系统的可靠度为：并联系统的可靠度为：RsRii1nRs1(1Ri)i1n防错-12 RAOZHONG 2002基本可靠性模型 基本可靠性模型用于估计产品的维修及保障要求。系统中任一单元发生故障后，都需要维修和更换，故而可以把它看成度量使用费用的一种模型。基本可靠性模型是一种全串联模型，即使存在冗余单元，也都按串联处理。所以，储备单元越多，系统的基本可靠性越低。防错-13 RAOZHONG 2002任务可靠性模型 任务可靠性模型用于估计产品在执行任务过程中完成规定功能的概率，是用以度量工作有效性的一种模型。任务可靠性模型可以是串联模型，也可以是并联、混联模型，取决于储备单元的形式。储备单元越多，系统的任务可靠性越高。防错-14 RAOZHONG 2002可靠性预计 在系统设计阶段，根据组成系统的元器件等在规定条件下的可靠性指标、系统的结构、系统的功能以及工作方式等，来推算系统的可靠性。这是一个由局部到整体、自下而上的综合过程。防错-15 RAOZHONG 2002 常用的可靠性预计方法主要有：*元器件计数法 适用于方案论证及初步设计阶段；*应力分析法 适用于电子类产品详细设计阶段；*相似产品法 适用于机械、电子、机电类产品方 案论证及初步设计阶段。此外，还有故障率预计法、专家评分法、上下限法等等。防错-16 RAOZHONG 2002可靠性分配 把系统的可靠性指标逐级分配到各个单元的过程。这是一个从系统直到最低单元的自上而下的分配过程。它与可靠性预计往往交互进行，是产品设计阶段可靠性工作的重要内容。防错-17 RAOZHONG 2002常用的可靠性分配方法有：等分配法比例分配法最小工作量法重要度分配法适用于方案论证阶段适用于初步设计阶段适用于初步设计阶段适用于详细设计阶段防错-18 RAOZHONG 2002可靠性分析故障模式、影响及危害度分析（FMECA）FMECA是从构成系统单元的失效模式出发，最后确定这些失效模式对系统的影响，主要进行定性分析，是一种自下而上的分析方法，重点是考虑构成系统的每个单元出现实效式对系统的影响和危害。它是一种归纳分析方法。防错-19 RAOZHONG 2002故障模式：是指元器件或产品出现故障的表现形式，一般是能被观察到的一种故障现象，如断裂、接触不良、短路、开路、腐蚀等。故障影响：指该故障模式对安全性、战备完好性、任务成功率和维修保障等要求的影响，可分为对自身、对上一级和最终影响三个等级。防错-20 RAOZHONG 2002危害度：指某种故障模式影响的严酷程度。一般分为四级：类（灾难性故障）造成机毁人亡；类（致命性故障）造成机损人伤，导致任务失败；类（严重故障）造成人、机轻度损伤，导致任务推迟或降级；类（轻度故障）不至于造成人员受伤，系统损坏，但需进行维修。防错-21 RAOZHONG 2002故障模式发生概率一般分为五个等级：A级经常发生，概率大于0.2；B级很可能发生，概率为0.10.2；C级偶尔发生，概率为0.01 0.1;D级很少发生，概率为0.01 0.001;E级极不可能发生，概率小于0.001。防错-22 RAOZHONG 2002ABCDEab危害度矩阵图防错-23 RAOZHONG 2002故障树分析法（FTA）FTA是一种演绎分析方法。它实现从系统的故障（顶事件）开始，逐级向下分析构成系统的子系统、部件、单元等存在什么故障会造成这一后果。是一种由上而下的分析方法，可作定性与定量分析。工作基础与依据：GB4888-1985故障树名词术语和符号；GB7829-1987故障树分析程序；GJB/Z768A故障树分析指南防错-24 RAOZHONG 2002电子产品可靠性设计内容1.元器件选择与控制：a.制定元器件大纲；b.元器件选用与管理。2.降额设计（GJB/Z35元器件降额准则）3.耐环境设计4.耐热设计5.电磁兼容设计6.电路容差分析防错-25 RAOZHONG 2002（二）可靠性试验防错-26 RAOZHONG 2002可靠性试验的目的 是对产品可靠性的各种特征指标进行测量（摸底）、评定（鉴定）和验证（验收）。防错-27 RAOZHONG 2002可靠性试验统计试验工程试验环境应力筛选可靠性增长可靠性鉴定可靠性验收防错-28 RAOZHONG 2002环境应力筛选环境应力筛选是在产品出厂前，有意将环境应力施加到产品上，使产品潜在的缺陷加速发展成为早期故障，加以排除，以提高产品的可靠性。防错-29 RAOZHONG 2002环境应力筛选方法GJB1302 电子产品环境应力筛选方法按规定的温度循环和随机振动施加应力，每个循环4小时，进行10个循环，共40小时。防错-30 RAOZHONG 2002可靠性增长试验 有计划地激发失效、分析失效原因、改进设计，并验证改进措施的有效性而进行的工程试验，称为可靠性增长试验。增长试验的目的是通过“试验-分析-改进-再试验（TAAF）”，解决设计缺陷，提高可靠性。防错-31 RAOZHONG 2002可靠性增长试验作为工程研制阶段的组成部分，是产品研制阶段单独安排的一个可靠性工程项目，通常安排在工程研制阶段基本完成之后、可靠性鉴定试验之前进行。所需的总试验时间取决于可靠性增长模型、工程经验和产品的可靠性要求。通常取产品可靠性目标值的525倍。防错-32 RAOZHONG 2002可靠性增长试验的基本方法 “试验-分析-改进-再试验（TAAF）”是工程研制中普遍采用的方法。可靠性增长试验吸取了该方法，并构成可靠性增长试验基本方法的核心。防错-33 RAOZHONG 2002可靠性增长模型杜安模型R I(Tt/TI)m式中：R产品应达到的MTBF（h）;I产品增长前具有的MTBF(h)；TI增长试验前预处理时间(h)；Tt产品由I增长到R所需时间(h)；m增长率，0m1。防错-34 RAOZHONG 2002杜安模型参数的选取I：一般为产品可靠性预计值（p）的10%30%。TI：当p 200h时，取100h；当p200h时，取0.5 p。m：一般取0.30.7。m=0.1时，说明增长过程中，基本没有采取改进措施；m=0.6 0.7时，说明 在增长过程中采取了强有力的分析和改进措施，得到预期的最大增长效果。防错-35 RAOZHONG 2002可靠性鉴定与验收试验统计试验的一些基本概念防错-36 RAOZHONG 2002试验参数1MTBF检验的下限值0MTBF检验的上限值 d鉴别比，d=0/1生产方风险使用方风险防错-37 RAOZHONG 2002抽样特性曲线（OC曲线）0接收概率接收概率10101-10理想OC曲线实际OC曲线防错-38 RAOZHONG 2002点估计、区间估计、置信度点估计：=Tr式中：T总试验时间（h）；r责任故障数。防错-39 RAOZHONG 2002区间估计：对产品MTBF真值，通过样本观测值，估计出一个具体区间，使该区间包含的置信水平为。显著性水平=1-防错-40 RAOZHONG 2002单侧置信下限估计（定时截尾）L2Tx2(1-,2r+2)式中：T试验时间（h）；x2x2分布（查表得出）；显著性系数；r责任故障数。防错-41 RAOZHONG 2002可靠性鉴定试验目的：检验样机的基本可靠性是否满足研制总要求规定的指标方法：按照GJB 899规定的方法进行防错-42 RAOZHONG 2002常用的可靠性鉴定试验方案定时截尾试验方案方案号方案号决策风险决策风险%鉴别比鉴别比0/0/1 1试验时间试验时间（1 1的倍数）的倍数）判决故障数判决故障数拒收拒收接收接收1414202020202.02.07.87.866551717202020203.03.04.34.333222121303030303.03.01.11.11100防错-43 RAOZHONG 2002可靠性鉴定试验的准入条件：1.样品的技术状态已经冻结；2.同批样品已基本完成了环境鉴定试验；3.已按GJB 1032规定的方法完成了环境 应力筛选；4.完成了可靠性预计，并满足p0的要求。防错-44 RAOZHONG 2002可靠性验收试验可靠性验收试验的目的是对批生产产品的可靠性进行评价，看其是否满足合同要求。受试产品从同一批产品中随机抽取，其数量一般为10%，最多不超过20台（套）。可靠性鉴定试验应采用与鉴定试验相同的试验剖面和条件。试验方案可以选取GJB899中规定的序贯试验方案，定时、定数截尾试验方案。推荐采用序贯试验方案。防错-45 RAOZHONG 2002概率比序贯试验方案序号判断风险（%）、鉴别比d判断所需时间（1的倍数）最小值预期值最大截尾时间51033.756.010.3583021.722.64.5防错-46 RAOZHONG 2002失效数试验时间（1的倍数）拒收（）接收（）0/3.751/5.4020.577.0532.228.7043.8710.3555.5210.3567.1710.35710.35/序贯试验方案5判别标准防错-47 RAOZHONG 2002可靠性鉴定试验与验收试验的区别要素鉴定试验验收试验试验目的验证产品设计是否达到规定的可靠性要求。验证批生产产品的可靠性是否保持了定型时的水平。试验阶段产品研制过程的设计定型阶段。产品批生产过程中。试验要求给出产品可靠性指标测定值。判断批生产产品的可靠性水平是否合格。试验方案一般采用定时截尾试验方案。一般采用序贯抽样试验方案。防错-48 RAOZHONG 2002二、维修性设计与试验防错-49 RAOZHONG 2002（一）什么是产品的维修性？维修性是产品在规定的条件下和规定的时间内，按规的定程序和方法进行维修时，保持或恢复产品规定状态的能力。维修性是产品的固有属性，它是由设计奠定的，生产和管理来保证的。产品维修性直接影响维修工作量、维修人员水平和数量、维修经费和设施的配置，直接决定维修成本，进而直接影响产品的全寿命周期费用的高低。防错-50 RAOZHONG 2002（二）维修性要求维修方式和体制；可达性；互换性；防差错；维修安全；快速、准确诊断；可修复性；良好的人机工程。定性要求防错-51 RAOZHONG 2002维修方式:状态监控视情维修定时维修防错-52 RAOZHONG 2002维修体制三级维修一级（外场级）：主要利用系统的BIT，检测、隔离有故障的LRU，并予以更换。二级（内场级）：利用ATE和BIT，对故障LRU进行检测，将故障隔到SRU，并予以更换。三级（工厂级）：更换元器件和部件，修复有故障的 SRU。防错-53 RAOZHONG 2002定量要求平均修复时间（MTTR）；恢复功能的任务时间（MTTRF）；最大修复时间Mmaxct；预防性维修时间Mpt；平均维修时间；维修停机时间率；重构时间Mrt；维修工时率；平均维修费用。防错-54 RAOZHONG 2002平均修复时间MTTR MTTR是指在一给定的期间内，修复时间的总和与修复次数N之比：MTTR=Nti i=1N防错-55 RAOZHONG 2002当装备有n个可修复单元组成时，平均修复时间为：MTTR=niMcti i=1 ni i=1式中：i第i个单元的失效率；Mcti第i个单元的平均修复时间。防错-56 RAOZHONG 2002（三）维修性设计1.合理分配、设计LRU和SRU；2.进行维修性指标分配。分配方法主要有：*等值分配法；*按故障率分配法；*按复杂性分配法；*相似产品分配法；*加权因子分配法。防错-57 RAOZHONG 20023.进行维修性预计。预计方法主要有：*推断法；*单元对比法；*时间积累法；*抽样评分法。具体应用可参照 GJB/Z57维修性分配与预计手册防错-58 RAOZHONG 2002（四）维修性试验与评定*维修性核查工程研制阶段；*维修性验证设计、生产定型阶段；*维修性评价试用、使用阶段。时机与种类防错-59 RAOZHONG 2002基本方法 GJB2072维修性试验与评定中，规定了11种统计试验方法。其中方案1是MTTR的试验方案 样本数：不小于30。样本选择：自然故障作业；模拟故障作业。样本的分配原则：覆盖全免；合理分配考虑到产品的复杂性和可靠性。防错-60 RAOZHONG 2002三、测试性设计与试验防错-61 RAOZHONG 2002(一)测试性的定义测试性是产品能够准确地确定其状态，并隔离其内部故障的一种设计特性。他既包括设备本身的要求，又包括测试设备的性能要求。防错-62 RAOZHONG 2002(二)测试性指标要求 1.故障检测率rFD：是指在规定的条件下、用规定的方法，对设备在规定期间内发生的所有故障能够正确检出的百分数。防错-63 RAOZHONG 2002 2.故障隔离率rFI：是指在规定的条件下、用规定的方法，对设备在规定期间内所检测出的所有故障隔离到规定个数以内可更换单元的百分数。防错-64 RAOZHONG 2002 3.虚警率rFA：是指在规定的期间内，测试系统发生的虚警数与故障指示总次数之比，用百分数表示。此外，还有故障检测时间、故障隔离时间、不能复现率、重测合格率的指标。防错-65 RAOZHONG 2002指标的一般要求：一线BIT%二线BIT+ATE%rFD9098（95）9598（98）rFI1个LRU（SRU）9099（95）7090（80）2个SRU/8095（90）3个SRU/95100（100）rFA15（2）15（3）参数维修级别防错-66 RAOZHONG 2002(三)测试性设计设计准则*合理划分产品单元；*合理设计测试点；*合理选择测试方式；*测试设备与被测设备兼容性。防错-67 RAOZHONG 2002测试性分配测试性分配的任务是将故障检测率和故障隔离率指标分配到系统的各个LRU和SRU。分配方法主要有：*故障率分配法；*加权分配法。防错-68 RAOZHONG 2002故障率分配法该方法是对故障率高的单元，分配较高的故障检测率和隔离率指标。具体步骤：1.画出系统功能层次图；2.取得个单元故障率数据i；3.计算个单元分配值；nii i=1Pia=Psr ni2 i=1Psr系统测试性指标防错-69 RAOZHONG 2002 4.权衡、调整计算所得的Pia值；5.按下式验算分配结果：n iPia i=1Ps=ni i=1若PsPsr，则分配工作完成；否则，重复上述4、5步骤。防错-70 RAOZHONG 2002加权分配法加权分配法考虑多个因素，并给出相应的加权系数，用来计算分配指标：故障率系数k1：单元故障率与系统故障率之比；故障影响系数k2：影响大的取值大；修复时间系数k3：修复时间短的取值大；自动测试难易系数k4：容易的取值大；修复成本系数k5：成本低的取值大。防错-71 RAOZHONG 2002测试性预计测试性预计是按照系统组成情况，从SRU到LRU、再到系统，估计出系统的测试性参数。预计的指标主要是故障检测率、隔离率和虚警率。测试性预计包括机内测试（BIT）和系统测试性预计两部分。防错-72 RAOZHONG 2002BIT预计按以下步骤进行：*准备测试性框图；*BIT方案分析（PBIT/IBIT/MBIT）；*BIT算法分析；*故障模式分析(FM、FM)；*故障检测分析（D）；*故障隔离分析；（I）*虚警分析（）；*填写BIT预计工作单。防错-73 RAOZHONG 2002项目项目组成部件组成部件故障率故障率检测检测D D隔离隔离II虚虚警警序号序号代号代号名称名称P PFMFMFMFMPBITPBITIBITIBITMBITMBITUDUD1SRU1SRU2SRU2SRU3SRU3SRU2SRU2SRU以内以内1 1SRU1SRU1U1U1120120FM11FM110.30.3363636363636363636363636FM12FM120.30.3363636363636363636363636FM13FM130.40.44848484848484848484848482 2SRU2SRU2U2U24040FM21FM210.60.6242424242424242424242424FM22FM220.40.416160 016161616161616163 3SRU3SRU3U3U32828FM31FM310.50.5141414141414141414141414FM32FM320.50.514140 00 00 01414故障总计故障总计18818815815817417417417414141241245050174174预计值预计值/（%）84.084.092.692.692.692.67.47.471.371.329.729.7100100BIT预计工作作单产品名称：LRU1防错-74 RAOZHONG 2002系统测试性预计系统和设备的测试性预计是根据系统设计来估计可达到的故障检测与隔离能力，所用的检测方法包括BIT、操作者判断和维修人员的计划维修检测等。预计的工作内容和工作单格式与BIT预计类似，只是“检测D”栏的填写不是按BIT分类，而是按检测方式BIT检测（B）、操作员判断（P）、维修检测（M）和三种方法均无法检测（UD）来分类填写。防错-75 RAOZHONG 2002(四)测试性试验 测试性试验分为工程试验和鉴定试验两类：工程试验的目的是检验测试性设计水平和结果；鉴定试验的目的是考核产品的测试性是否满足“研制任务书”规定的指标要求。其方法与维修性试验相同，也采用统计试验的方法。试验样本利用自然故障和人为模拟故障来获取，样本数量根据的大数中心极限定理，不小于30个。防错-76 RAOZHONG 2002四、保障性设计与试验防错-77 RAOZHONG 2002(一)保障性的定义保障性是装备的设计特性和计划的保障资源能满足平时战备和战时使用要求的能力。所谓设计特性，是指与装备保障有关的可靠性、维修性、测试性、运输性，以及使装备便于使用、维修等方面的设计特性，也即装备的可保障性能；所谓保障资源是指为满足装备的使用、维修所规划的人力、物资和信息资源。防错-78 RAOZHONG 2002(二)保障性要求定量要求可用度A：使用可用度A0=MTBFMTBF+MTTR+MLDT*MLDT平均保障延误时间。固有可用度Ai=MTBFMTBF+MTTR(一般取0.80.9)防错-79 RAOZHONG 2002定性要求有关设计特性方面的要求：主要包括可靠性、维修性、测试性、运输性等方面的定性要求，以及简化使用、方便维修方面的要求。防错-80 RAOZHONG 2002(三)保障性设计可保障性设计*认真贯彻“通用化、系列化、模块化”要求；*严格控制有寿件，对“外场控制的有寿件”应 具备现场更换条件；*良好的“人机界面”设计。防错-81 RAOZHONG 2002保障资源设计*保障人员：人员的数量、结构、技术水平等 要求应与部队现行体制、编制相适应。*保障设备、设施：使用、维修所需的设备、设施以及专用工具等应同步展开设计和研制。*保障备件：编制随机备件清单（一线维修用）和航材目录（二线维修用）。防错-82 RAOZHONG 2002*技术资料：编制并提供技术说明书；使用维修说明书；操作手册；维护规程；“四随”清单；航材目录；产品履历本等随机技术文件和资料。防错-83 RAOZHONG 2002*训练与训练保障：训练装备使用、维修 人员的活动与所需的程序、方法、技术、教材和器材等。训练分为初始训练和后续训练两个阶段。*计算机资源：设计并提供使用、维修装备 装备中的计算机所需的硬、软件与文档。防错-84 RAOZHONG 2002综合保障建议书1.使用、维修人员编配数量和技术水平要求；2.使用、维修保障设备的名称、数量、编配比 例、规格、型号；3.场站设备技术要求和配备建议；4.用户技术资料目录；5.备件清单；6.使用、维护保障设施建设的建议；7.地面模拟训练器等训练设备。主要内容：防错-85 RAOZHONG 2002(三)保障性试验与评价保障性设计特性试验与评价：主要是指可靠性、维修性、测试性的试验与评价。分为研制阶段和使用阶段两部分：研制阶段试验在设计定型鉴定试验时完成；使用阶段试验结合部队使用进行。保障资源试验与评价：其目的是发现并解决保障资源存在的问题；评价保障资源与装备的匹配性；评估保障资源利用和充足程度以及其能力是否与装备战备完好性要求相适应。一般应在设计定型阶段的部队试验过程中完成。防错-86 RAOZHONG 2002结 束 语“细节决定成败”。防错-87 RAOZHONG 2002再 见！