1、可靠性与系统工程2开篇的话“设备制造与服务管理方法“高可靠 易维修 好保障Reliability Maintainability Supportability五项基本原则 质量优先 持续改进 运行保障优先3一些概念质量管理可靠性简介可靠性参数和指标可靠性开展流程可靠性要求、分配、预计可靠性设计方法可靠性试验目录 CONTENTS4质量特性RMS专用通用经济性时间性适应性可靠性Reliability维修性Maintainability保障性Supportability测试性Testability安全性Safety效能权衡寿命周期费用5系统由相互联系、相互作用的多要素结合而成的具有特定功能的统一体
2、p 公司 家庭p 社团 党校p 社会 生态圈集合性相关性层次性整体性涌现性目的性环境适应性工程组织管理系统的技术规划、研究、设计、制造、试验和使用工程工程项目，对象系统的实现或实施项目的结果可靠性是设计出来的，也是管理出来的6人员比例航空航天可靠性中心总体所承制单位可靠性准则可靠性分配可靠性验收可靠性设计可靠性预计可靠性试验可靠性人员设计人员115其他7寿命周期费用运输费用运行费用训练费用备件费用技术数据费用退役费用维护费用Life Cycle Cost生产费用研制费用方案定义工程研制生产部署退役使用保障8现代系统思想的转变市场牵引，用户需求初期综合系统性能特性与专门特性研制初期投入较多，研制
3、后期投入较少，所需总投入较少研制初期更改较多，研制后期更改较少，更改代价较小满足用户需求，质量稳定性好主动寻找故障、预防故障发生低成本、高质量、适销对路现代系统思想传统设计思想工程师及领导者的意见重视性能，忽视系统综合研制初期投入较少，研制后期投入较多，所需总投入较多初期更改较少，后期更改较多，会出现局部甚至全局重新设计，更改代价较大满足验收标准，质量波动性大被动等待、解决故障问题很难全部满足用户需求，可能会产生合格的“废品”产品定位系统综合工作量更改次数设计评价工作态度经济效益910质量管理1RMS11质量管理体系 文件中钞长城 通用质量管理准则中钞长城 可靠性分析与设计 通用准则中钞长城
4、维修性分析与设计 通用准则中钞长城 安全性分析与设计 通用准则中钞长城 软件可靠性分析与设计 通用准则中钞长城 可靠性与寿命试验 指南中钞长城 保障性分析与设计 通用准则公司质量管理制度项目质量管理制度XX项目可靠性设计要求XX项目可靠性分析要求XX项目安全性分析要求XX项目安全性分析要求XX项目可靠性参数与指标要求12质量管理 流程需求调查需求向技术方案的转换需求向参数指标的转换技术方案与参数指标的权衡质量功能展开方案设计RMS定性要求准则RMS定量要求准则RMS指标分配其他指标分配可靠性分配维修性分配可靠性建模设计RMS分析技术RMS指标分配通用设计要求专用设计要求可靠性分配维修性分配可靠
5、性建模可靠性分析可靠性仿真可靠性试验生产设计与工艺的一致性使用故障统计维修记录可靠性数据分析13可靠性简介2RMS14可靠性可靠性在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。规定条件使用时的环境条件和工作条件使用时的盈利条件维护方法1.储存时的储存条件规定时间任务和非任务时间规定功能必须具备的功能及其技术指标解析仿真试验15可靠性分类规定条件规定时间无故障工作的能力反映产品对维修资源的要求所有寿命单位和关联故障任务可靠性基本可靠性规定功能 用户费用规定的任务剖面规定功能的能力影响任务完成的故障承制方设计和制造赋予1.理想的使用保障条件固有可靠性 和 使用可靠性使用方实际环境1.设计、制造、使
6、用、环境等因素的综合影响16可靠性参数 指标3RMS17可靠度在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率累积故障概率故障密度函数f(t)f(t)tF(t0)R(t0)t018可靠度在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率故障率工作到某时刻未故障的产品，在该时刻后单位时间内发生故障的概率早期故障偶然故障耗损故障维修后使用寿命t质量管理 六西格玛19可靠度在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率平均故障前时间Mean Time To FailureN0个产品一次故障平均故障间隔时间Mean Time Between Failures一个产品N0次故障完全修复20可靠性参数分类
7、任务可靠性基本可靠性规定功能 用户费用平均故障间隔时间 MTBF平均维修间隔时间 MTBM平均拆卸间隔时间 MTBR千行代码缺陷率成功概率平均严重故障间隔时间误废率、漏废率每分钟检测量战备完好性任务成功性维修人力费用保障资源费用合同参数使用参数21可靠性管理流程4RMS224 3 2 1分析流程RMS论证阶段方案阶段初步设计详细设计23分析流程1234RMS论证阶段方案阶段24分析流程1234RMS论证阶段方案阶段25分析流程1234RMS论证阶段方案阶段初步设计26分析流程1234RMS论证阶段方案阶段初步设计详细设计27可靠性要求、分配、预计5RMS28可靠性 定性要求设计要求RMS论证阶
8、段方案阶段工程研制阶段生产阶段使用阶段指定贯彻可靠性设计准则简化设计余度设计降额设计制定实施元器件大纲确定关键件和重要件分析要求功能危险分析（FHA）故障模式影响及危害性分析（FMECA）故障树分析（FTA）区域安全性分析（ZSA）29可靠性 定量要求RMS论证阶段方案阶段工程研制阶段生产阶段使用阶段任务成功性维修人力费用资源保障费用贮存完好性战备完好性任务成功性维修人力费用资源保障费用1参数的选择2指标的确定寿命剖面 任务剖面 故障判别准则 维修方案 阶段目标 其他约束条件和假设30可靠性 分配等分配法评分分配法比例组合法考虑重要度和复杂度的分配方法余度系统的比例组合法经典方法最新研究粒子群
9、算法模糊理论层次分析法神经网络蚂蚁算法AGREE算法系统分系统部件单元零件再分配31可靠性 预计算命系统分系统部件单元零件元器件可靠性电子设备可靠性预计手册机械可靠性机械设备可靠性预计程序手册可靠性建模32可靠性设计方法6RMS33故障模式影响及危害性分析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及其发生概率予以分类的一种归纳分析方法。11（部分）产品（将）不能完成预定功能的事件或状态潜在故障 功能故障自行车外胎磨损裂缝 爆胎22约定层次的划分功能层次 结构层次局部影响、高一层次影响、最终影响 从下到上343 4严酷度I类 （灾难的） I
10、I类 （致命的）III类（临界的） IV类（轻度的）IV III II IM1M234故障模式影响及危害性分析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及其发生概率予以分类的一种归纳分析方法。初始约定层次产品约定层次产品任 务分析人员审核批准第 页 共 页填表日期故障模式影响分析表35故障树分析表明产品哪些组成部分的故障或外界事件或他们的组合将导致产品发生一种给定故障的逻辑图。组成元素事件及其符号逻辑门及其符号输出结果最小割集顶事件发生概率重要度36不同阶段的可靠性设计方法37可靠性设计电路优选元器件清单 PPL降额设计潜在通路分析热设计
11、/热分析容差分析不同对象专用设计方法机械余度设计潜在通路分析耐久性分析机械可靠性热设计故障预测与健康管理 PHM软件不同阶段的避错设计人工的文档和代码审查静态分析动态测试容错设计38电路 优选元器件清单 提高型号的可靠性减少设计费用加快研制进度控制元器件质量和可靠性的最重要的一项内容60%机载设备50%电子设备元器件的选择元器件生产厂家的选择元器件内在质量评价二次筛选电装后的质量跟踪建立元器件质量数据库39电路 降额设计限制元器件在使用中 承受应力 设计的额定值GJB/Z35 元器件降额准则三级降额 I II III可靠性极大提高，设计困难明显改善可靠性，易于设计相对效益最大，可靠性改善不足，
12、最易实现金属膜电阻器 (40)40电路 潜在通路分析20世纪60年代末期美国发射红石火箭时，由于发射点火指令的控制插头比尾插头晚29ms脱落、此时一条通过关机线圈的潜在电路被系统激发，造成火箭刚起飞又被误关机的严重后果表现形式潜在 路径 时序 指示 标志意外路径 意外逻辑流208 13 1500潜在通路 设计缺陷 设计图错误阿波罗41电路 热设计/分析每升高10度，寿命减少一倍热设计定性电阻器叉排方式排列发热中心线与入风口中心线一致内表面涂黑，外表面淡黑定量降额设计散热器热阻计算热分析仿真为主FloTHERM 器件级电路热分析专用工具42电路 容差分析元器件容差的累计会使电路、设备或系统的输出
13、超出规定值而无法使用更改电路设计，允许较大公差存在关键电路减少元器件，注重参数高稳定、低公差蒙特卡洛(Monte Carlo)仿真输出公差范围直方图均值、方差和置信区间分析方法最坏情况试验法 最坏情况分析法 伴随网络法 阶矩法43机械 余度设计构造多余资源协同工作，提高任务可靠性设计简单可靠性改善明显任务成功率提高优势劣势对检测、切换要求高系统复杂基本可靠性降低增加维修保障资源简单并联双重并联混合并联（串并 并串）简单多数表决余度自适配式多数表决器门连接式多数表决余度非运行状态备用余度（冷储备）运行状态备用余度（热储备）形式单元可靠度可靠度提高倍数44机械 潜在通路分析将能量的流动用元器件符号
14、表示出来同上45机械 机械可靠性耗损型失效 疲劳、老化、磨损、腐蚀等失效率随时间变化多种失效模式共同作用人工分析干涉理论静强度疲劳与断裂磨损与腐蚀有限元ANSYS可靠性指标可靠性分配46潜在特征机械 故障预测与健康管理利用尽可能少的传感器采集系统的各种数据信息，借助各种智能推理算法来评估正在运行的系统自身的健康状态，在系统故障发生前对其故障进行预测，并结合各种可利用的资源信息提供一系列的维修保障措施以实现系统的视情维修监测管理数据驱动寿命耗损监测融合描述物理模型神经网络数据融合模糊逻辑专家系统诊断预测实施保障维修47避错设计RMS软件 避错设计七大原理简单 同型 对称 层次 线型 易证 安全1
15、23需求分析与用户密切合作统一的需求建模方法层次分解，不断细化需求规格说明文档功能分析需求准则非功能分析需求准则程序结构设计程序简化设计软件健壮性设计软件冗余设计48软件 人工审查文档审查完整性准确性一致性软件开发计划软件需求规格说明软件设计文档软件测试计划与报告用户使用和维护手册代码审查数据声明错误比较错误控制流错误输入输出错误接口错误其他情况小组讨论测试成员提供用例追踪程序，记录过程49软件 静态 动态静态分析静态结构分析质量度量代码规则检查动态测试逻辑覆盖测试逻辑覆盖测试功能分析等价类分析边界值分析圈复杂度扇入扇出注释行控制流数据流 UR DU DD接口表达式50可靠性试验7RMS51工
16、程试验统计试验环境应力筛选可靠性研制试验可靠性增长试验可靠性鉴定试验可靠性验收试验分类可靠性试验52环境应力筛选潜在缺陷故障发现和排除产品中不良元器件、制造工艺和其他原因引入的缺陷所造成的早期故障安全性准则可行性准则准则经济性准则任务关键性准则元器件环境应力和电应力53环境应力筛选 典型缺陷温度和振动元器件参数漂移电路板开路、短路元器件安装不当错用元器件密封失效化学污染导线束端头缺陷夹接不当温度循环振动TemperaturevibrationMixed粒子污染压紧导线磨损晶体缺陷混装邻近板摩擦两个元器件短路导线松脱元器件粘接不良大质量元器件紧固不当机械性缺陷焊接缺陷硬件松脱元器件有缺陷紧固件问
17、题元器件破损电路板蚀刻缺陷54环境应力筛选 案例55可靠性验证试验可靠性鉴定试验可靠性验收试验理想抽样特性曲线0 合格0 不合格01L()01两类错误及风险生产方风险 将合格产品批判为不合格产品批而拒收使用方风险 将不合格产品批判为合格产品批而接收20可接受的平均寿命，极限质量1不可接受的平均寿命，可接受质量01L()01-1L(0) = 1 - L(1) = 56储存寿命试验测量性能y 特征参数ty0t*t0存储寿命维护故障阈值退化规律的线性关系57总结1系统工程将产品项目各个过程中涉及到人员、环境、流程、技术方法、资源、制度等一系列影响产品的因素作为统一的系统加以研究。从系统整体对可靠性进行管理和设计。2可靠性设计不同阶段使用的可靠性设计方法不同，针对产品逐层逐级开展可靠性分析，对不同的对象采用通用的可靠性分析后，使用专用的可靠性分析方法进行设计，从根本上提高产品的可靠性水平。对产品单元进行合理的取舍，使可靠性得以顺利的开展进行。3可靠性试验是衡量产品可靠性水平的途径。对于激发产品潜在故障，寻找产品薄弱环节具有很高的实用价值。但成本较高，限定了可靠性试验的开展，因此有针对的，简化的可靠性试验是研究重点。58度量和要求分析设计分析方法设计方法设计准则要求然后维修性安全性保障性测试性可靠性59数据积累可靠性是一门基于随机变量和概率统计学的一门学科
