可靠度工程Ⅲ

1、課 程：可 靠 度 工 程授 課 者：邱啟東時間：2008/2/* 2008/6/*參 考 資 料1. Kapur, K. C. and Lamberson, L. R. , Reliability in Engineering Design , John Wiley & Sons, Inc., 1977.2. 柯煇耀 編著，可靠度保證，中華民國品質(zhì)學(xué)會發(fā)行。3. 柯煇耀 編著，預(yù)防性失效分析-FMECA & FTA之之應(yīng)用，中華民國品質(zhì)學(xué)會發(fā)行。4. Keki R. Bhote and Adi K. Bhote, World Class Quality, 2nd Editio

2、n, American Management Association.5. 潘淅楠 著，預(yù)防性品質(zhì)保證，華泰書局。6. Integrated Logistics Support Handbook.7. 李登梅，趙浡霖 合著，裝備可靠度工程，五洲出版社。8. 關(guān)季明 編著，維護度工程與系統(tǒng)可用度，中華民國品質(zhì)學(xué)會發(fā)行。授 課 目 錄第1章 基本可靠度原理第2章 可靠度統(tǒng)計分析第3章 可靠度目標(biāo)訂定、配當(dāng)與保固第4章 系統(tǒng)可靠度模式第5章 可靠度設(shè)計分析第6章 可靠度試驗之規(guī)劃與執(zhí)行初步構(gòu)想Pre-concept細部設(shè)計Design報廢Disposal測試/驗證Demonstration/Vali

3、dation服勤Deployment/Operation全尺度發(fā)展Full-ScaleDevelopment生產(chǎn)裝造Production產(chǎn)品籌獲循環(huán) Principal Elements of Integrated Logistics Support (ILS):(1) Maintenance Planning; (2) Manpower and Personnel;(3) Supply Support; (4) Support and Test Equipment;(5) Training and Training Devices;(6) Technical Documentation; (

4、7) Computer Resources;(8) Packaging, Handing, Storage, and Transportability(9) Facilities; (10) Reliability and Maintainability.MIL-STD-785B系統(tǒng)可靠度工作計畫100系列構(gòu)想階段Dem/Val階段FSD階段生產(chǎn)階段101可靠度計畫102監(jiān)督與管制合約商與供應(yīng)商103計畫審查104故障報告、分析及改正作業(yè)系統(tǒng)(FRACAS)105失效評審會(FRB)200系列201可靠度模式化202可靠度配當(dāng)203可靠度預(yù)估204故障模式、效應(yīng)與關(guān)鍵性分析 (FMECA) 2

5、05潛行線路分析(Sneak Circuit)206電子零件/電路容差分析207零件計畫208可靠度關(guān)鍵品項209功能測試、庫儲、搬動、包裝、運輸與維護之效應(yīng)300系列301環(huán)境應(yīng)力篩選(ESS)302可靠度發(fā)展/成長試驗(RDGT)303可靠度鑑定試驗(RQT)304產(chǎn)品可靠度接收試驗(PRAT)註：Dem/Val：測試/驗證；FSD：全尺度發(fā)展第三章 可靠度目標(biāo)、配當(dāng)與保固3.1 可靠度規(guī)格展開 全球競爭趨勢的涵義之一是廠商須以極具彈性與多樣性之品質(zhì)水準(zhǔn)，以符多元化的顧客價值標(biāo)準(zhǔn)或要求。 產(chǎn)品可靠度保證須將：顧客需求明確轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品需求Þ擴展專業(yè)技術(shù)與資訊，以確實符合顧客的使用條件

6、Þ建立整體驗證計畫，縮短研發(fā)時程，以符競爭要求。 產(chǎn)品可靠度保證首要工作是將顧客需求明確轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品需求，亦即進行可靠度需求展開。此屬於可靠度機能展開與品質(zhì)機能展開(Quality Function Deployment; QFD)同?？煽慷葯C能展開可靠度需求規(guī)格展開可靠度工作機能展開可靠度工作規(guī)劃與管理可靠度目標(biāo)(需求規(guī)格)訂定 可靠度規(guī)格訂定須有一定程序，主要目的是希望在生產(chǎn)者的最低成本與消費者的理想之間，取得一個雙方都可接受之最佳規(guī)格。可靠度規(guī)格訂定之程序如下：(1) 確定顧客或市場需求(2) 執(zhí)行系統(tǒng)效益分析(3) 確定產(chǎn)品功能、物體形態(tài)(Configuration)與系統(tǒng)界面

7、(4) 定義設(shè)計功能特性與失效準(zhǔn)則(5) 定義壽命週期、工作輪廓、工作循環(huán)與操作時間(6) 定義預(yù)期的操作與自然環(huán)境條件(7) 定義系統(tǒng)檢測能力需求(8) 定義系統(tǒng)維修政策(9) 確定系統(tǒng)可靠度規(guī)格 確定顧客或市場需求 驅(qū)動工業(yè)之原動力源於顧客或市場需求是-顧客導(dǎo)向(Customer Oriented)，而非工程師的夢想-產(chǎn)品導(dǎo)向。產(chǎn)品需求尚未確定之前，決不動手。需求確定之後，才能清楚的界定設(shè)計目標(biāo)。產(chǎn)品可靠度需求來源：(1) 顧客提供；(2) 自主開發(fā)；(3) 投術(shù)轉(zhuǎn)移或委託代工；(4) 現(xiàn)貨；(5) 法令規(guī)章。補充:一個寬廣的消費者導(dǎo)向的事業(yè)定義將可防範(fàn)公司因為未被發(fā)覺的需求轉(zhuǎn)移而導(dǎo)致的危

8、險，並幫助因應(yīng)此種需求轉(zhuǎn)移。 可靠度需求規(guī)格展開最重要步驟即將顧客的操作需求轉(zhuǎn)換成研製者或生產(chǎn)者的需求，亦即合約可靠度需求，如此研製的設(shè)計與驗證工作才有所依循。事實上，顧客並不需要漫無止境的要求高可靠度，因顧客之總獲得成本並非絕對隨著可靠度提高而降低(如下圖)，成 本可靠度操作成本總獲得成本故障失效成本採購成本維護成本圖3.1 使用者成本與可靠度成本之關(guān)係而生產(chǎn)者亦不應(yīng)單純的期望降低可靠度之要求，因為較低可靠度需求，並不意謂著總製造成本的降低(如下圖)。成 本可靠度報廢和加工成本總裝造成本可靠度成本基本裝造成本圖3.2 生產(chǎn)者成本與可靠度成本之關(guān)係因此；在決定產(chǎn)品可靠度目標(biāo)時，應(yīng)在生產(chǎn)者最低製

9、造成本、合理利潤，以及使用者理想的最低壽命週期成本(Life Circle Cost; LCC)間，進行敏感度分析研究，以期在各個影響因素間取一個平衡點。(Trade-off 擇優(yōu), 取捨)。 執(zhí)行系統(tǒng)效益分析廣義的性能一般以系統(tǒng)效益(System Effectiveness; SE)作為作為衡量的基準(zhǔn)。1965年美國武器系統(tǒng)效益顧問委員會(WSEIAC)針對美國空軍系統(tǒng)需求所建立之系統(tǒng)效益模式基礎(chǔ)，為SE = R ´ A ´ C系統(tǒng)效益= 可靠度 ´ 妥善度 ´ 能力其中：(1) 能力(Capability; C)：能力是衡量產(chǎn)品在特定條件下，遂行其既

10、定功能(Function)之達成度的指標(biāo)，亦稱為性能(Performance)。另功能是指產(chǎn)品設(shè)計的具備之固有(Inherent)能力；而性能是指產(chǎn)品在現(xiàn)塲使用所展現(xiàn)之能力，亦稱使用(Operational)功能。(2) 妥善度(或可用度) (Availability; A)：主要是衡量產(chǎn)品在使用階段，當(dāng)接獲任務(wù)命令(指令)時，其可隨時啟動、開始動作的機率。因此產(chǎn)品妥善度之良窳，受到硬體、軟體人員與操作程序等各項因素的影響。(3) 可靠度 (Reliability; R)：主要是衡量產(chǎn)品開始執(zhí)行任務(wù)後，在使用者所要求之操作環(huán)境與時限內(nèi)，是否以滿足達成其所擔(dān)負之任務(wù)目標(biāo)的機率。 確定產(chǎn)品功能、物

11、體形態(tài)與系統(tǒng)界面功能形態(tài)說明產(chǎn)品之主要功能：物體形態(tài)是指產(chǎn)品之最大尺寸、重量、安全條款、人性因子限制條件、材料能力極限等：而產(chǎn)品邊界則包括功能界面、連接界面、交互作用界面及人機界面。 定義設(shè)計功能特性與失效準(zhǔn)則產(chǎn)品的重要功能參數(shù)必須建立清楚、明確的失效定義，產(chǎn)品成功的性能範(fàn)圍亦應(yīng)明確的規(guī)定，而且必須是執(zhí)行驗證試驗時可以量測之?dāng)?shù)值。 定義壽命週期、工作輪廓、工作循環(huán)與操作時間產(chǎn)品的壽命週期與工作目的加以明確定義，才能適切掌握消費者或使用者的需求。不同目的從企劃階段起企畫之內(nèi)容即不同，可靠度規(guī)格自然亦異。工作輪廓分為：工作的種類、工作時間、與設(shè)備或單機。 定義預(yù)期的操作與自然環(huán)境條件為了設(shè)計高可靠

12、度的產(chǎn)品，必須掌握產(chǎn)品操作時的環(huán)境條件。如，飛機或火箭須在低氣壓或加速度環(huán)境條件，火力、核能發(fā)電廠或化學(xué)工廠等須在高水壓、氣壓或因化學(xué)藥品造成之腐蝕環(huán)境條件。另外，對產(chǎn)品出廠後，包括輸送、貯藏、運用及廢棄等都須加以檢討。.1 輸送中的環(huán)境條件輸送方式：(1) 卡車輸送-振動在5 200 HZ，加速度最大20 G左右；(2) 火車輸送-振動、衝擊小，加速度在1 G以下；(3) 船舶輸送-振動、衝擊小，相反的濕度、鹽氣、結(jié)露等問題；(4) 飛機輸送-振動、衝擊小，相反的氣壓與溫度降低等問題；(5) 裝卸的振動與衝擊。.2 操作中的環(huán)境條件以室外為例，其條件如下：(1) 溫度、(2) 濕度、(3)

13、砂塵、(4) 鹽水(氣)、(5) 直射日光、(6) 微生物的影響、(7) 人體因素。在合約條款的陳述上，對操作與環(huán)境條件可用敘述法與表列法。另該方面之國際規(guī)範(fàn)有： IEC 721(國際電工委員會)，依不同場合之運輸、儲存與使用環(huán)境，共區(qū)分成7種環(huán)境輪廓。 IEC 68則針對產(chǎn)品製造、儲存、運輸及使用過程中，可能遭遇的各種環(huán)境條件，界定標(biāo)準(zhǔn)的試驗程序，以評估產(chǎn)品的耐環(huán)境能力。 MIL-STD-210提供相當(dāng)完整的全世界氣象環(huán)境資料。 MIL-STD-810, MIL-HDBK-781提供完整的極值與正常環(huán)境資料。下一步可靠度規(guī)格展開為產(chǎn)品檢測能力需求、使用者所應(yīng)執(zhí)行之維修保養(yǎng)措施明確表示於合約中

14、。此時最重要的考量因素是認(rèn)真地考慮實際的需要、產(chǎn)品的易維護性與經(jīng)濟性、社會性(合於現(xiàn)有的設(shè)計技術(shù)水準(zhǔn))、與發(fā)展性?？煽慷纫?guī)格展開的最後一步驟為量化可靠度規(guī)格予以確立，並配合環(huán)境規(guī)格、性能規(guī)格及工作時間規(guī)格等。其間須與顧客面對面的溝通、談判，以便獲得妥協(xié)、折衷的需求。(Trade-off)。3.2 可靠度配當(dāng)(Reliability Allocation) 可靠度配當(dāng)之目的 可靠度配當(dāng)是將產(chǎn)品既定之可靠度需求規(guī)格，適當(dāng)?shù)胤峙潇陡鞣猪棧鳛榉猪棸l(fā)展目標(biāo)的一項可靠度管理作業(yè)。分項之可靠度目標(biāo)亦能繼續(xù)配當(dāng)至零組件，作為零組件之可靠度需求。 可靠度計量需求一經(jīng)決定，就應(yīng)配當(dāng)或指定至組成產(chǎn)品之各分項。將產(chǎn)

15、品需求轉(zhuǎn)移為較低層次之需求條件的目的須一致的，包含可靠度計畫所需資源與支援之範(fàn)圍。在此全部過程中，從粗略配當(dāng)、與經(jīng)驗資料之比較、擇優(yōu)或取捨(Trade-off)、及反覆的實施，至最後將導(dǎo)出各分項之需求條件。利用此資料，則可估計並規(guī)劃所需人力資源與支援之多寡。 可靠度配當(dāng)之過程儘可能在研製階段初期即開始進行，因於此階段的擇優(yōu)與重新定義工作的彈性最大。由配當(dāng)作業(yè)產(chǎn)生之分項可靠度需求，應(yīng)為其他相當(dāng)作業(yè)(維修度、安全性、品質(zhì)工程、售後服務(wù)及試驗規(guī)劃)之重要輸入資料-同步工程?？煽慷扰洚?dāng)之目的為，(1) 由產(chǎn)品可靠度目標(biāo)值界定每一分項之可靠度配當(dāng)值，建立可靠度目標(biāo)需求架構(gòu)。(2) 設(shè)計人員根據(jù)可靠度目標(biāo)

16、設(shè)定值評估產(chǎn)品的狀況，並決定主要問題之範(fàn)圍及產(chǎn)品設(shè)計之弱點所在(Weak Point of the System)。(3) 使設(shè)計人員對產(chǎn)品的輪廓及相互間之關(guān)係有更深的認(rèn)識，如，零組件在產(chǎn)品功能上所扮演之角色；零組件達成產(chǎn)品工作目標(biāo)的方法；零組件的複雜性、數(shù)目、等；改變零組件對產(chǎn)品功能所造成的影響。(4) 提供作為考量產(chǎn)品之成本、重量、可靠度等等因素之擇優(yōu)，得到更經(jīng)濟有利的設(shè)計產(chǎn)品。度配當(dāng)之基本考量與程序可靠度模式可靠度配當(dāng)可靠度預(yù)估 可靠度配當(dāng)?shù)臅r機有二：(1) 可靠度目標(biāo)確定且初步設(shè)計已告完成時；(2) 產(chǎn)品發(fā)展過程中，某些分項可靠度無法達到設(shè)計初所賦予之可靠度需求，造成產(chǎn)品可靠度目標(biāo)無法

17、達成時，便再配當(dāng)，以確立各分項之可靠度需求與責(zé)任。 影響可靠度的主要因素如下:(1) 複雜性：分項零件數(shù)愈少，失效機率愈小，所配當(dāng)之可靠度應(yīng)較高。(2) 發(fā)展性：一般研究發(fā)展之歷史較短，發(fā)展?jié)摿^高，較易提高可靠度，故應(yīng)配當(dāng)較高之可靠度。(3) 重要性：對於易導(dǎo)致產(chǎn)品失效之分項，應(yīng)配當(dāng)較高之可靠度。(4) 環(huán)境條件：嚴(yán)酷的環(huán)境下，易受影響之分項，應(yīng)配當(dāng)較高之可靠度。(5) 安全性：對人員之安全有重大影響之分項，應(yīng)配予較高之可靠度。(6) 維護性：維修不易且費時者，應(yīng)配當(dāng)較高之可靠度。(7) 成本：提高可靠度，不需花費龐大成本之分項，應(yīng)配當(dāng)較高之可靠度。評量可靠度配當(dāng)法(1) 利用問卷調(diào)查的方式

18、，由具經(jīng)驗之工程人員針對可能影響各分項可靠度配當(dāng)?shù)母黜椧蜃?，進行評點記分。(2) 根據(jù)各分項每一種因素評點資料的結(jié)果進行分析歸納，得到各分項的權(quán)重因子。可靠度配當(dāng)?shù)膶嵤┏绦蚩梢老铝?個步驗進行：(1) 產(chǎn)品說明；(2) 失效定義；(3) 操作或維修條件定義(4) 功能方塊圖建立；(5) 可靠度方塊圖建立；(6) 可靠度數(shù)學(xué)模式建立；(7) 可靠度配當(dāng)(8) 可靠度預(yù)估；(9) 可靠度再配當(dāng)，或?qū)^低組合層次進行可靠度配當(dāng)。 可靠度配當(dāng)法( ®化整為零®責(zé)任分?jǐn)? (有配當(dāng)就要驗(收)證).1 等量可靠度配當(dāng)法等量配當(dāng)(Equalized Allocation)法係將各分項的

19、可靠度視為相同而加以配當(dāng)。適合對影響分項可靠度的各類因素尚未瞭解時所作的初步配當(dāng)，其關(guān)係式為，Rs= R1 ´ R2 ´. ´ Rn(3.1)假設(shè)Rs= R1 = R2 =. = Rn = Ri則Rs= (Ri )n(3.2)所以Ri= (Rs )n = (Rs )wi，wi =1/n(3.3)式中n為總分項數(shù)、Rs為產(chǎn)品可靠度目標(biāo)、wi為第i分項之權(quán)重因子、Ri為第i分項之可靠度配當(dāng)值。RsR5R4R3R2R1顧客承包商供應(yīng)商RsR1 ,R2 ,R3 ,R4 ,R5.2 ARINC可靠度配當(dāng)法ARINC配當(dāng)法是美國Aeronautical Radio Inc.

20、於1958年所發(fā)表。其基本假設(shè)：(1)串聯(lián)Rs= R1 ´ R2 ´. ´ Rn；(2)失效符合常數(shù) f(t) = le-lt；(3) 所有的各分項工作時間相同；(4) 失效率預(yù)估值 lpRs= R1(t) ´ R2(t) ´. ´ Rn(t)e-lst = e-l1pt ´ e-l2pt ´. ´ e-lnpt= e-(l1p + l2p +lnp)tls= ål=1n lip ； wi =ls / ål=1n lipRi= (Rs )wi(3.4).3 AGREE可靠度配當(dāng)法AGR

21、EE配當(dāng)法是美國Advisory Group on Reliability of Electronic Equipment 於1957年所發(fā)表，其主要特點是強調(diào)在配當(dāng)時同時考量分項的複離性及關(guān)鍵性(或稱重要性)。其基本假設(shè)：(1)串聯(lián)Rs= R1 ´ R2 ´. ´ Rn；(2)失效符合常數(shù) f(t) = le-lt；(3) 所有的各分項工作時間不相同ti，i= 1, 2, 3, n；(4) 各分項的複雜度(成比於零件數(shù)或模組數(shù))；(5) 各分項的關(guān)鍵性ci = 產(chǎn)品失效|第i分項失效，最嚴(yán)重分項失效直接造成產(chǎn)品失效，此時分項的關(guān)鍵性為1，反之，對產(chǎn)品失效不具影響

22、的分項，此時其關(guān)鍵性為0。AGREE配當(dāng)法中各分項之失效率配當(dāng)值為li = ni -ln Rs(t)/ N ci ti(3.5)Ri (ti)= exp(-li ti )(3.6)Ri (ti) » 1-1-(Rs(t) ni/N/ci(3.5)式中， li：分項i之失效率配當(dāng)值、ni：分項i所含之零件數(shù)(模組數(shù))、N：產(chǎn)品各分項所含之模組數(shù)總和、ti：分項i所需之操作時間、ci：分項i之關(guān)鍵性因子、Ri (ti)：分項i在操作時間為ti時之可靠度配當(dāng)值、Rs(t)：產(chǎn)品在操作時間為t時之可靠度配當(dāng)值。.4 評點可靠度配當(dāng)法 利用問卷調(diào)查的方式，由具經(jīng)驗之工程人員針對可能影響各分項可

23、靠度配當(dāng)?shù)母黜椧蜃?，進行評點記分。根據(jù)各分項每一種因素評點資料的結(jié)果進行分析歸納，得到各分項的權(quán)重因子。 影響可靠度的主要因素:複雜性、發(fā)展性、重要性、環(huán)境條件、安全性、維護性。因此，集合眾專家評點的結(jié)果可得第i分項中、第j影響因素之平均評點數(shù)Yij為Yij =åL=1p XLij/p(3.8)每一分項之配當(dāng)權(quán)重因子wi 有種處理模式，分別為，(1) 幾何模式wi = P j =1n Yij / åi=1m P j =1n Yij(3.9)(2) 算術(shù)模式wi = P j =1n Yij / åi=1m P j =1n Yij(3.10)由所權(quán)重因子wi可計算第i

24、分項之可靠度配當(dāng)為Ri= (Rs )wi= 1- wi ´ 1- Rs(3.11)假設(shè)失效分佈為指數(shù)分佈的情況下，第i分項失效率之配當(dāng)為li = wi ´ ls(3.12)式中，Yij :第i分項中第j影響因素之平均評點數(shù)XLij :第L位評點人員對第i分項的第j項影響因素所作之評點wi :第i分項之配當(dāng)權(quán)重因子m、n、p : 產(chǎn)品有m項要進行配當(dāng)、配當(dāng)所考慮的影響因素有n個、共有p個參與評點之專家 Ri：第i分項之可靠度配當(dāng)值 Rs：產(chǎn)品之可靠度配當(dāng)值v 特性比較¨ 等量可靠度配當(dāng)法對各分項之影響可靠度因素不瞭解，且未能獲得較為可用之評估資料時，故於發(fā)展之初，先

25、假設(shè)各分項情況均相同，再隨可靠度成長經(jīng)歷加以修正。¨ ARINC可靠度配當(dāng)法應(yīng)用此法，需先獲得各分項或零組件之失效率預(yù)估值，為直接簡易之配當(dāng)法。¨ AGREE可靠度配當(dāng)法對各分項進行配當(dāng)時，僅考慮模組數(shù)、重要性及任務(wù)時間等因素，若欲考慮更多因素，可應(yīng)用評點可靠度配當(dāng)法更為合理。¨ 評點可靠度配當(dāng)法此法彙集各專家之經(jīng)驗與知識，以客觀態(tài)度對各分項作評點，雖可得較為合理之配當(dāng)值，惟獨對所考量之因素及評點尺度之選擇宜特別謹(jǐn)慎。3.3 可靠度保固產(chǎn)品可靠度保證的內(nèi)涵至少包括三部份：(1) 產(chǎn)品研製過程之可靠度保證(2) 產(chǎn)品的保固期限之可靠度保證(3) 產(chǎn)品售後服務(wù)作業(yè)之可

26、靠度保證v 結(jié)語 可靠度配當(dāng)是可靠度工程中一個必要且相當(dāng)重要的工作，其目的是將產(chǎn)品的可靠度目標(biāo)合理的配當(dāng)於各個分項，由各個分項共同來達成此一產(chǎn)品目標(biāo)。可靠度再配當(dāng)?shù)男枨髞K不明確，除非分項與分項之間或分項與產(chǎn)品之間存在著明確的合約關(guān)係，需要藉由可靠度配當(dāng)來確立彼此的目標(biāo)與責(zé)任，否則可靠度再配當(dāng)只是計畫內(nèi)部的協(xié)調(diào)，其目的是希望能達成產(chǎn)品之可靠度目標(biāo)，即使某些分項無法達成原配當(dāng)需求，只要產(chǎn)品目標(biāo)能達成，就無再配當(dāng)?shù)谋匾?ElectronicEquipmentProcessorAssemblyProcessorUnitControllerChassisPowerSupplyReliability Block DiagramComputing Reliability AllocationStep 1. Convert the required system MTBF to a failure rate.1/10000 (MTBF) = 0.0001 (System Failure Rate)Step 2. Determine the percent