可靠性工程可靠性預計

可靠性工程專題——可靠性預計現(xiàn)代航天企業(yè)制造信息化技術學習內容可靠性預計的目的、用途與分類可靠性預計的程序單元可靠性預計系統(tǒng)可靠性預計不同研制階段可靠性預計方法的選取可靠性預計的特點與注意事項目的、用途可靠性預計目的與用途評估系統(tǒng)可靠性，審查是否能達到要求的可靠性指標。在方案論證階段，通過可靠性預計，比較不同方案的可靠性水平，為最優(yōu)方案的選擇及方案優(yōu)化提供依據(jù)。在設計中，通過可靠性預計，發(fā)現(xiàn)影響系統(tǒng)可靠性的主要因素，找出薄弱環(huán)節(jié)，采取設計措施，提高系統(tǒng)可靠性。為可靠性分配奠定基礎。分類根據(jù)戰(zhàn)術技術中可靠性的定量要求基本可靠性預計任務可靠性預計（任務剖面、工作時間及功能特性等）不可修產品可修產品從產品構成角度分析：單元可靠性預計（元件、部件或設備等）系統(tǒng)可靠性預計返回系統(tǒng)可靠性預計程序程序明確系統(tǒng)定義明確系統(tǒng)的故障判據(jù)明確系統(tǒng)的工作條件繪制系統(tǒng)的可靠性框圖建立系統(tǒng)可靠性數(shù)學模型預計各單元、設備的可靠性根據(jù)系統(tǒng)可靠性模型預計基本可靠性或任務可靠性返回單元可靠性預計說明系統(tǒng)可靠性是各單元可靠性的概率綜合單元可靠性預計是系統(tǒng)可靠性預計的基礎直接預計系統(tǒng)各單元的故障率或可靠度常用的單元可靠性預計方法：相似產品法評分預計法應力分析法故障率預計法機械產品可靠性預計法返回相似產品法方法說明相似產品法就是利用與該產品相似的現(xiàn)有成熟產品的可靠性數(shù)據(jù)來估計該產品的可靠性。成熟產品的可靠性數(shù)據(jù)主要來源于現(xiàn)場統(tǒng)計和實驗室的試驗結果。相似產品法考慮的的相似因素一般包括產品結構、性能的相似性設計的相似性材料和制造工藝的相似性使用剖面(保障、使用和環(huán)境條件)的相似性相似產品法預計過程確定相似產品分析相似因素對可靠性的影響確定相似系數(shù)新產品可靠性預計相似產品法示例某型號導彈射程為3500km，已知飛行可靠性指標為0.8857，各分系統(tǒng)可靠性指標為：戰(zhàn)斗部：0.99、安全自毀系統(tǒng)：0.98、彈體結構：0.99、控制系統(tǒng)：0.98、發(fā)動機：0.9409。為了將導彈射程提高到5000km，對發(fā)動機采取了三項改進措施：采用能量更高的裝藥；發(fā)動機長度增加1m；發(fā)動機殼體壁厚由5mm減為4.5mm。試預計改進后的導彈飛行可靠性。返回相似產品法示例分析計算壁厚減薄會使殼體強度下降，會使燃燒室的可靠性下降影響發(fā)動機的可靠性。相似系數(shù)d=9.412×106/（9.806×106）發(fā)動機的可靠性R=0.9409×d=0.9033返回評分預計法方法說明在可靠性數(shù)據(jù)據(jù)非常缺乏的的情況下(可可以得到個別別產品可靠性性數(shù)據(jù))，通通過有經驗的的設計人員或或專家對影響響可靠性的幾幾種因素評分分，對評分進進行綜合分析析而獲得各單單元產品之間間的可靠性相相對比值，再再以某一個已已知可靠性數(shù)數(shù)據(jù)的產品為為基準，預計計其他產品的的可靠性。時間基基準：：系統(tǒng)統(tǒng)工作作時間間（一一般））評分預預計法法評分因因素、、評評分原原則以產品品故障障率為為預計計參數(shù)數(shù)，各各種因因素評評分值值范圍圍為1~10，，評分分越高高說明明可靠靠性越越差。。復雜度度———它是是根據(jù)據(jù)組成成單元元的元元部件件數(shù)量量以及及它們們組裝裝的難難易程程度來來評定定。技術發(fā)發(fā)展水水平———根根據(jù)單單元目目前的的技術術水平平的成成熟來來評定定。工作時時間———根根據(jù)單單元工工作的的時間間來評評定（（前提提是以以系統(tǒng)統(tǒng)的工工作時時間為為時間間基準準））。環(huán)境條條件———根根據(jù)單單元所所處的的環(huán)境境來評評定。。評分預預計法法方法原原理評分預預計法法示例某飛行行器由由動力力裝置置、武武器等等六個個分系系統(tǒng)組組成。。已知知制導導裝置置故障障率284.5×10-6，，試用用評分分法求求得其其它分分系統(tǒng)統(tǒng)的故故障率率。計算表表格返回序號單元名稱復雜度技術水平工作時間環(huán)境條件各單元評分數(shù)各單元評分系數(shù)單元的故障率×10-61動力裝置56557500.385.42武器761028400.33695.63制導裝置10105525001.0284.54飛行控制裝置885722400.896254.95機體421086400.25672.86輔助動力裝置65557500.385.4應力分分析法法方法說說明用于產產品詳詳細設設計階階段的的電子子元器器件失失效率率預計計。對某種種電子子元器器件在在實驗驗室的的標準準應力力與環(huán)環(huán)境條條件下下，通通過大大量的的試驗驗，并并對其其結果果統(tǒng)計計而得得出該該種元元器件件的的“基基本失失效率率”。。在預計計電子子元器器件工工作失失效率率時，，應根根據(jù)元元器件件的質質量等等級、、應力力水平平、環(huán)環(huán)境條條件等等因素素對基基本失失效率率進行行修正正。電子元元器件件的應應力分分析法法已有有成熟熟的預預計標標準和和手冊冊。應力分分析法法失效率率模型型晶體管管和二二極管管的失失效率率計算算模型型（GJB299））應力分分析法法應力分分析法法表格格編號型號規(guī)格元器件類別數(shù)量N質量等級各π系數(shù)λb(10-6/h)工作失效率（10-6/h）λpNλp應力分分析法法預計要要求預計依依據(jù)的的選取取預計環(huán)環(huán)境的的選取取預計溫溫度的的選取取TJ=TA+20（二二極管管）TJ=TA+30（三三極管管）TJ=TA+30（集集成電電路））降額系系數(shù)的的選取取質量系系數(shù)的的選取取應力分分析法法舉例數(shù)字電電路54LS00為為國產產器件件，質質量等等級為為B1，環(huán)環(huán)境類類別為為AIF，，計算算該器器件的的工作作失效效率。。計算步步驟國產器器件，，使用用GJB/Z299B-98雙極型型數(shù)字字電路路，查查GJB/Z299B-98的的表5.1.1.1-1，得得失效效率模模型質量等等級為為B1，查查GJB/Z299B-98的的表5.1.1.1-3，得得質量量系數(shù)數(shù)πQ=0.5環(huán)境類類別為為AIF，查GJB/Z299B-98的表，，得環(huán)環(huán)境系系數(shù)ππE=17返回應力分分析法法舉例計算步步驟查GJB/Z299B-98的的表5.1.1.1-4，得得成熟熟系數(shù)數(shù)πL=1.0查GJB/Z299B-98的的表5.1.1.1-8，得得溫度度系數(shù)數(shù)πT=1.35查GJB/Z299B-98的，，得電電路復復雜度度失效效率C1=0.074，，C2=0.005查GJB/Z299B-98的，，得封封裝復復雜度度C3=0.083返回應力分分析法法舉例計算步步驟查GJB/Z299B-98的，，得電電壓應應力系系數(shù)ππV=1.0工作失失效率率λP=πQ[C1πTπV+(C2+C3)ππE]πL=0.779725(10-6/h)故障率預預計法方法說明明主要用于于非電子子產品的的可靠性性預計，，其原理理與電子子元器件件的應力力分析法法基本相相同。。對于非電電子產品品可考慮慮降額因因子D和和環(huán)境因因子K對對失效率率的影響響。非電子產產品的工工作失效效率為：：目前尚無無正式可可供查閱閱的數(shù)據(jù)據(jù)手冊。。返回機械產品品可靠性性預計方方法方法說明明對機械類類產品而而言，它它具有一一些不同同于電子子類產品品的特點點，諸如如：許多機械械產品是是為特定定用途單單獨設計計的，通通用性不不強，標標準化程程度不高高；機械產品品的故障障率通常常不是常常值，其其設備的的故障往往往是由由于耗損損、疲勞勞和其他他與應力力有關的的故障機機理造成成。機械產品品的可靠靠性與電電子產品品可靠性性相比對對載荷、、使用方方式和利利用率更更加敏感感。機械產品品可靠性性預計方方法方法說明明看起來很很相似的的機械部部件，其其故障率率往往是是非常分分散的。。用數(shù)據(jù)庫庫中已有有的統(tǒng)計計數(shù)據(jù)進進行預計計，其精精度是無無法保證證的。目前預計計機械產產品可靠靠性尚沒沒有相當當于電子子產品那那樣通用用、可接接受的方方法?，F(xiàn)階段參參考：《機械設設備可靠靠性預計計程序手手冊》(草案)《非電子子零部件件可靠性性數(shù)據(jù)》》(NPRD-3)修正系數(shù)數(shù)法基本思路路將機械產產品分解解到零件件級，有有許多基基礎零件件是通用用的。將機械零零件分成成密封件件、彈簧簧、電磁磁鐵、閥閥門、軸軸承、齒齒輪和花花鍵、作作動器、、泵、過過濾器、、制動器器和離合合器等十十類。對諸多零零件進行行失效模模式及影影響分析析，找出出其主要要失效模模式及影影響這些些模式的的主要設設計、使使用參數(shù)數(shù)，通過過數(shù)據(jù)收收集、處處理及回回歸分析析，可以以建立各各零件失失效率與與上述參參數(shù)的數(shù)數(shù)學函數(shù)數(shù)關系。。相似產品品類比論論證法基本思路路根據(jù)仿制制或改型型的類似似國內外外產品已已知的故故障率，，分析兩兩者在以以下方面面的差異異組成結構構使用環(huán)境境原材料元器件水水平制造工藝藝水平通過專家家評分給給出各修修正系數(shù)數(shù)，綜合合權衡后后得出一一個故障障率綜合合修正因因子D:返回系統(tǒng)可靠靠性預計計概念與與分類系統(tǒng)可靠靠性預計計概念系統(tǒng)可靠靠性預計計是以組組成系統(tǒng)統(tǒng)的各單單元產品品的預計計值為基基礎，根根據(jù)系統(tǒng)統(tǒng)可靠性性模型，，對系統(tǒng)統(tǒng)可靠性性進行預預計。系統(tǒng)可靠靠性預計計必須注注意時間間基準的的問題。。系統(tǒng)可靠靠性預計計分類基本可靠靠性預計計任務可靠靠性預計計任務期間間不可修系系統(tǒng)的任任務可靠靠性預計計任務期間間可修系統(tǒng)統(tǒng)的任務務可靠性性預計基本可靠靠性預計計的一般般方法串聯(lián)模型型關系系統(tǒng)組成成單元之之間相互互獨立各單元均均服從指指數(shù)分布布元件計數(shù)數(shù)法方法說明明適用于電電子設備備方案論論證階段段和初步步設計階階段，元元器件的的種類和和數(shù)量大大致已確確定，但但具體的的工作應應力和環(huán)環(huán)境等尚尚未明確確時，對對系統(tǒng)基基本可靠靠性進行行預計。?；驹砝硎菍υ骷啊巴ㄓ檬省薄钡男拚?。計算模型型Pi=GiQiNi元器件計計數(shù)法預預計表元件計數(shù)數(shù)法預計表格格編號元器件類別數(shù)量N質量等級質量系數(shù)πQλG(10-6/h)NλG(10-6/h)元件計數(shù)數(shù)法舉例某電子設設備由4個調整整二極管管、2個個合成電電阻器、、4個云云母電容容器組成成，所有有器件都都是國產產的，質質量等級級都是B1。設設備的工工作環(huán)境境為戰(zhàn)斗斗機座艙艙。計算算該設備備的基本本可靠性性。計算步驟驟國產器件件，使用用GJB/Z299B-98確定設備的的工作環(huán)境境類別：AIF確定元器件件的種類：：調整二極極管、合成成電阻器、、云母電容容器；確定元器件件的質量等等級，全部部為B1元件計數(shù)法法舉例舉例計算步驟查GJB/Z299B-98中的表表5.2-15、表表5.2-17、表表5.2-18，確確定元器件件的通用失失效率查GJB/Z299B-98中的表表5.2-24、表表5.2-25，確確定元器件件的質量系系數(shù)確定元器件件的數(shù)目計算設備的的基本可靠靠性λ設備=N1λ1πQ1+N2λ2πQ2+N3λ3πQ3=4.78(10-6/h)MTBF設備=1/λ設備=209205h任務可靠性性預計概念念任務可靠性性預計概念念任務可靠性性預計即對對系統(tǒng)完成成某項規(guī)定定任務成功功概率的估估計。任務可靠性性預計是針針對某一任任務剖面進進行的。在進行任務務可靠性預預計時，單單元的可靠靠性數(shù)據(jù)應應當是對影影響系統(tǒng)安安全和任務務完成的故故障統(tǒng)計而而得出的數(shù)數(shù)據(jù)。但當缺乏單單元任務可可靠性數(shù)據(jù)據(jù)時，也可可用基本可可靠性的預預計值代替替，但系統(tǒng)統(tǒng)預計結果果偏保守。。返回任務可靠性性預計概念念系統(tǒng)的任務務可靠性預預計過程如如下建立系統(tǒng)的的任務可靠靠性框圖，，確定飛行行時間T；；確定系統(tǒng)內內各電子設設備的工作作時間t；；計算電子設設備的運行行比S/F；將設備的MTBF單元轉換為MTBCF單元：MTBCF單元=MTBF單元/(S/F)電子設備的的可靠度為為：R單元(T)=EXP(-T/MTBCF單元)根據(jù)可靠性性框圖計算算系統(tǒng)的可可靠度。返回不可修系統(tǒng)統(tǒng)的任務可可靠性預計計可靠性框圖圖法以系統(tǒng)組成成單元的預預計值為基基礎，依據(jù)據(jù)建立的可可靠性框圖圖及數(shù)學模模型計算得得出系統(tǒng)任任務可靠度度。根據(jù)任務剖剖面建立系系統(tǒng)任務可可靠性框圖圖；預計單元的的故障率或或MTBCF；確定單元的的工作時間間；根據(jù)可靠性性框圖計算算系統(tǒng)任務務可靠度。?？煽啃钥驁D圖法示例某飛機共有有六個任務務剖面，完完成復雜特特技的任務務可靠性框框圖如下圖圖所示可靠性框圖圖法示例假設各單元元產品均以以指數(shù)分布布，工作時時間均為1.0小時時，其故障障率如下表表所示。單元名稱故障率×10-6(1/h)單元名稱故障率×10-6(1/h)燃油泵(A)900油箱(H)1切數(shù)開關(B)30油量指標器(I)50發(fā)動機低壓燃油泵(C)800耗量偉感器(J)45沖壓口(D)20油盡信量器(K)30安全活門(E)30主油路壓力信號器(L)35噴射泵(F)700低油面信號器(M)20連通單向活門(G)40可靠性框圖圖法示例其任務可靠靠度預計如如下串聯(lián)單元1，由A、、B組成，，其可靠度度為旁聯(lián)單元2，，由1、C組組成，其可靠靠度為可靠性框圖法法示例示例其任務可靠度度預計如下串聯(lián)單元3，，由D、E、、F、G、H、I、J、、K，其可靠靠性為可靠性框圖法法示例其任務可靠度度預計如下并聯(lián)單元4，，由L、M組組成，其可靠靠度為則燃油系統(tǒng)任任務可靠度為為不可修系統(tǒng)的的任務可靠性性預計多任務剖面任任務可靠度綜綜合預計在對飛機等武武器裝備的可可靠性指標要要求中，一個個重要的指標標是完成任務務成功概率（（MCSP）），即整機總總的任務可靠靠度。它是多多種任務剖面面的綜合任務務可靠度指標標。如前所述在任任務可靠性預預計時必須根根據(jù)不同的任任務剖面，預預計其各自的的任務可靠度度。需要將各任務務剖面的任務務可靠度綜合合，預計出整整機總的任務務可靠度。返回可修系統(tǒng)的可可用度預計可修系統(tǒng)在任務執(zhí)行期期間，當系統(tǒng)統(tǒng)故障而不能能執(zhí)行任務時時允許修理，，修復后繼續(xù)續(xù)執(zhí)行任務。。其任務可靠性性不僅受各單單元可靠性的的影響，而且且受到各單元元維修特性的的影響?？尚尴到y(tǒng)的可可用度研究系統(tǒng)開始始工作后，在在任意時刻系系統(tǒng)處于工作作狀態(tài)的概率率。預計方法解析法馬爾可夫過程程法仿真法馬爾可夫過程程隨機過程隨機事件的變變化過程，它它無法用確定定性的形式來來描述。在使用期間可可以修復的復復雜系統(tǒng)，由由系統(tǒng)部件的的可靠性和維維修性決定了了系統(tǒng)在任務