可靠性工程可靠性预计

可靠性工程专题——可靠性预计现代航天企业制造信息化技术学习内容可靠性预计的目的、用途与分类可靠性预计的程序单元可靠性预计系统可靠性预计不同研制阶段可靠性预计方法的选取可靠性预计的特点与注意事项目的、用途可靠性预计目的与用途评估系统可靠性，审查是否能达到要求的可靠性指标。在方案论证阶段，通过可靠性预计，比较不同方案的可靠性水平，为最优方案的选择及方案优化提供依据。在设计中，通过可靠性预计，发现影响系统可靠性的主要因素，找出薄弱环节，采取设计措施，提高系统可靠性。为可靠性分配奠定基础。分类根据战术技术中可靠性的定量要求基本可靠性预计任务可靠性预计（任务剖面、工作时间及功能特性等）不可修产品可修产品从产品构成角度分析：单元可靠性预计（元件、部件或设备等）系统可靠性预计返回系统可靠性预计程序程序明确系统定义明确系统的故障判据明确系统的工作条件绘制系统的可靠性框图建立系统可靠性数学模型预计各单元、设备的可靠性根据系统可靠性模型预计基本可靠性或任务可靠性返回单元可靠性预计说明系统可靠性是各单元可靠性的概率综合单元可靠性预计是系统可靠性预计的基础直接预计系统各单元的故障率或可靠度常用的单元可靠性预计方法：相似产品法评分预计法应力分析法故障率预计法机械产品可靠性预计法返回相似产品法方法说明相似产品法就是利用与该产品相似的现有成熟产品的可靠性数据来估计该产品的可靠性。成熟产品的可靠性数据主要来源于现场统计和实验室的试验结果。相似产品法考虑的的相似因素一般包括产品结构、性能的相似性设计的相似性材料和制造工艺的相似性使用剖面(保障、使用和环境条件)的相似性相似产品法预计过程确定相似产品分析相似因素对可靠性的影响确定相似系数新产品可靠性预计相似产品法示例某型号导弹射程为3500km，已知飞行可靠性指标为0.8857，各分系统可靠性指标为：战斗部：0.99、安全自毁系统：0.98、弹体结构：0.99、控制系统：0.98、发动机：0.9409。为了将导弹射程提高到5000km，对发动机采取了三项改进措施：采用能量更高的装药；发动机长度增加1m；发动机壳体壁厚由5mm减为4.5mm。试预计改进后的导弹飞行可靠性。返回相似产品法示例分析计算壁厚减薄会使壳体强度下降，会使燃烧室的可靠性下降影响发动机的可靠性。相似系数d=9.412×106/（9.806×106）发动机的可靠性R=0.9409×d=0.9033返回评分预计法方法说明在可靠性数据据非常缺乏的的情况下(可可以得到个别别产品可靠性性数据)，通通过有经验的的设计人员或或专家对影响响可靠性的几几种因素评分分，对评分进进行综合分析析而获得各单单元产品之间间的可靠性相相对比值，再再以某一个已已知可靠性数数据的产品为为基准，预计计其他产品的的可靠性。时间基基准：：系统统工作作时间间（一一般））评分预预计法法评分因因素、、评评分原原则以产品品故障障率为为预计计参数数，各各种因因素评评分值值范围围为1~10，，评分分越高高说明明可靠靠性越越差。。复杂度度———它是是根据据组成成单元元的元元部件件数量量以及及它们们组装装的难难易程程度来来评定定。技术发发展水水平———根根据单单元目目前的的技术术水平平的成成熟来来评定定。工作时时间———根根据单单元工工作的的时间间来评评定（（前提提是以以系统统的工工作时时间为为时间间基准准））。环境条条件———根根据单单元所所处的的环境境来评评定。。评分预预计法法方法原原理评分预预计法法示例某飞行行器由由动力力装置置、武武器等等六个个分系系统组组成。。已知知制导导装置置故障障率284.5×10-6，，试用用评分分法求求得其其它分分系统统的故故障率率。计算表表格返回序号单元名称复杂度技术水平工作时间环境条件各单元评分数各单元评分系数单元的故障率×10-61动力装置56557500.385.42武器761028400.33695.63制导装置10105525001.0284.54飞行控制装置885722400.896254.95机体421086400.25672.86辅助动力装置65557500.385.4应力分分析法法方法说说明用于产产品详详细设设计阶阶段的的电子子元器器件失失效率率预计计。对某种种电子子元器器件在在实验验室的的标准准应力力与环环境条条件下下，通通过大大量的的试验验，并并对其其结果果统计计而得得出该该种元元器件件的的“基基本失失效率率”。。在预计计电子子元器器件工工作失失效率率时，，应根根据元元器件件的质质量等等级、、应力力水平平、环环境条条件等等因素素对基基本失失效率率进行行修正正。电子元元器件件的应应力分分析法法已有有成熟熟的预预计标标准和和手册册。应力分分析法法失效率率模型型晶体管管和二二极管管的失失效率率计算算模型型（GJB299））应力分分析法法应力分分析法法表格格编号型号规格元器件类别数量N质量等级各π系数λb(10-6/h)工作失效率（10-6/h）λpNλp应力分分析法法预计要要求预计依依据的的选取取预计环环境的的选取取预计温温度的的选取取TJ=TA+20（二二极管管）TJ=TA+30（三三极管管）TJ=TA+30（集集成电电路））降额系系数的的选取取质量系系数的的选取取应力分分析法法举例数字电电路54LS00为为国产产器件件，质质量等等级为为B1，环环境类类别为为AIF，，计算算该器器件的的工作作失效效率。。计算步步骤国产器器件，，使用用GJB/Z299B-98双极型型数字字电路路，查查GJB/Z299B-98的的表5.1.1.1-1，得得失效效率模模型质量等等级为为B1，查查GJB/Z299B-98的的表5.1.1.1-3，得得质量量系数数πQ=0.5环境类类别为为AIF，查GJB/Z299B-98的表，，得环环境系系数ππE=17返回应力分分析法法举例计算步步骤查GJB/Z299B-98的的表5.1.1.1-4，得得成熟熟系数数πL=1.0查GJB/Z299B-98的的表5.1.1.1-8，得得温度度系数数πT=1.35查GJB/Z299B-98的，，得电电路复复杂度度失效效率C1=0.074，，C2=0.005查GJB/Z299B-98的，，得封封装复复杂度度C3=0.083返回应力分分析法法举例计算步步骤查GJB/Z299B-98的，，得电电压应应力系系数ππV=1.0工作失失效率率λP=πQ[C1πTπV+(C2+C3)ππE]πL=0.779725(10-6/h)故障率预预计法方法说明明主要用于于非电子子产品的的可靠性性预计，，其原理理与电子子元器件件的应力力分析法法基本相相同。。对于非电电子产品品可考虑虑降额因因子D和和环境因因子K对对失效率率的影响响。非电子产产品的工工作失效效率为：：目前尚无无正式可可供查阅阅的数据据手册。。返回机械产品品可靠性性预计方方法方法说明明对机械类类产品而而言，它它具有一一些不同同于电子子类产品品的特点点，诸如如：许多机械械产品是是为特定定用途单单独设计计的，通通用性不不强，标标准化程程度不高高；机械产品品的故障障率通常常不是常常值，其其设备的的故障往往往是由由于耗损损、疲劳劳和其他他与应力力有关的的故障机机理造成成。机械产品品的可靠靠性与电电子产品品可靠性性相比对对载荷、、使用方方式和利利用率更更加敏感感。机械产品品可靠性性预计方方法方法说明明看起来很很相似的的机械部部件，其其故障率率往往是是非常分分散的。。用数据库库中已有有的统计计数据进进行预计计，其精精度是无无法保证证的。目前预计计机械产产品可靠靠性尚没没有相当当于电子子产品那那样通用用、可接接受的方方法。现阶段参参考：《机械设设备可靠靠性预计计程序手手册》(草案)《非电子子零部件件可靠性性数据》》(NPRD-3)修正系数数法基本思路路将机械产产品分解解到零件件级，有有许多基基础零件件是通用用的。将机械零零件分成成密封件件、弹簧簧、电磁磁铁、阀阀门、轴轴承、齿齿轮和花花键、作作动器、、泵、过过滤器、、制动器器和离合合器等十十类。对诸多零零件进行行失效模模式及影影响分析析，找出出其主要要失效模模式及影影响这些些模式的的主要设设计、使使用参数数，通过过数据收收集、处处理及回回归分析析，可以以建立各各零件失失效率与与上述参参数的数数学函数数关系。。相似产品品类比论论证法基本思路路根据仿制制或改型型的类似似国内外外产品已已知的故故障率，，分析两两者在以以下方面面的差异异组成结构构使用环境境原材料元器件水水平制造工艺艺水平通过专家家评分给给出各修修正系数数，综合合权衡后后得出一一个故障障率综合合修正因因子D:返回系统可靠靠性预计计概念与与分类系统可靠靠性预计计概念系统可靠靠性预计计是以组组成系统统的各单单元产品品的预计计值为基基础，根根据系统统可靠性性模型，，对系统统可靠性性进行预预计。系统可靠靠性预计计必须注注意时间间基准的的问题。。系统可靠靠性预计计分类基本可靠靠性预计计任务可靠靠性预计计任务期间间不可修系系统的任任务可靠靠性预计计任务期间间可修系统统的任务务可靠性性预计基本可靠靠性预计计的一般般方法串联模型型关系系统组成成单元之之间相互互独立各单元均均服从指指数分布布元件计数数法方法说明明适用于电电子设备备方案论论证阶段段和初步步设计阶阶段，元元器件的的种类和和数量大大致已确确定，但但具体的的工作应应力和环环境等尚尚未明确确时，对对系统基基本可靠靠性进行行预计。。基本原理理是对元元器件““通用失失效率””的修正正。计算模型型Pi=GiQiNi元器件计计数法预预计表元件计数数法预计表格格编号元器件类别数量N质量等级质量系数πQλG(10-6/h)NλG(10-6/h)元件计数数法举例某电子设设备由4个调整整二极管管、2个个合成电电阻器、、4个云云母电容容器组成成，所有有器件都都是国产产的，质质量等级级都是B1。设设备的工工作环境境为战斗斗机座舱舱。计算算该设备备的基本本可靠性性。计算步骤骤国产器件件，使用用GJB/Z299B-98确定设备的的工作环境境类别：AIF确定元器件件的种类：：调整二极极管、合成成电阻器、、云母电容容器；确定元器件件的质量等等级，全部部为B1元件计数法法举例举例计算步骤查GJB/Z299B-98中的表表5.2-15、表表5.2-17、表表5.2-18，确确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，确确定元器件件的质量系系数确定元器件件的数目计算设备的的基本可靠靠性λ设备=N1λ1πQ1+N2λ2πQ2+N3λ3πQ3=4.78(10-6/h)MTBF设备=1/λ设备=209205h任务可靠性性预计概念念任务可靠性性预计概念念任务可靠性性预计即对对系统完成成某项规定定任务成功功概率的估估计。任务可靠性性预计是针针对某一任任务剖面进进行的。在进行任务务可靠性预预计时，单单元的可靠靠性数据应应当是对影影响系统安安全和任务务完成的故故障统计而而得出的数数据。但当缺乏单单元任务可可靠性数据据时，也可可用基本可可靠性的预预计值代替替，但系统统预计结果果偏保守。。返回任务可靠性性预计概念念系统的任务务可靠性预预计过程如如下建立系统的的任务可靠靠性框图，，确定飞行行时间T；；确定系统内内各电子设设备的工作作时间t；；计算电子设设备的运行行比S/F；将设备的MTBF单元转换为MTBCF单元：MTBCF单元=MTBF单元/(S/F)电子设备的的可靠度为为：R单元(T)=EXP(-T/MTBCF单元)根据可靠性性框图计算算系统的可可靠度。返回不可修系统统的任务可可靠性预计计可靠性框图图法以系统组成成单元的预预计值为基基础，依据据建立的可可靠性框图图及数学模模型计算得得出系统任任务可靠度度。根据任务剖剖面建立系系统任务可可靠性框图图；预计单元的的故障率或或MTBCF；确定单元的的工作时间间；根据可靠性性框图计算算系统任务务可靠度。。可靠性框图图法示例某飞机共有有六个任务务剖面，完完成复杂特特技的任务务可靠性框框图如下图图所示可靠性框图图法示例假设各单元元产品均以以指数分布布，工作时时间均为1.0小时时，其故障障率如下表表所示。单元名称故障率×10-6(1/h)单元名称故障率×10-6(1/h)燃油泵(A)900油箱(H)1切数开关(B)30油量指标器(I)50发动机低压燃油泵(C)800耗量伟感器(J)45冲压口(D)20油尽信量器(K)30安全活门(E)30主油路压力信号器(L)35喷射泵(F)700低油面信号器(M)20连通单向活门(G)40可靠性框图图法示例其任务可靠靠度预计如如下串联单元1，由A、、B组成，，其可靠度度为旁联单元2，，由1、C组组成，其可靠靠度为可靠性框图法法示例示例其任务可靠度度预计如下串联单元3，，由D、E、、F、G、H、I、J、、K，其可靠靠性为可靠性框图法法示例其任务可靠度度预计如下并联单元4，，由L、M组组成，其可靠靠度为则燃油系统任任务可靠度为为不可修系统的的任务可靠性性预计多任务剖面任任务可靠度综综合预计在对飞机等武武器装备的可可靠性指标要要求中，一个个重要的指标标是完成任务务成功概率（（MCSP）），即整机总总的任务可靠靠度。它是多多种任务剖面面的综合任务务可靠度指标标。如前所述在任任务可靠性预预计时必须根根据不同的任任务剖面，预预计其各自的的任务可靠度度。需要将各任务务剖面的任务务可靠度综合合，预计出整整机总的任务务可靠度。返回可修系统的可可用度预计可修系统在任务执行期期间，当系统统故障而不能能执行任务时时允许修理，，修复后继续续执行任务。。其任务可靠性性不仅受各单单元可靠性的的影响，而且且受到各单元元维修特性的的影响。可修系统的可可用度研究系统开始始工作后，在在任意时刻系系统处于工作作状态的概率率。预计方法解析法马尔可夫过程程法仿真法马尔可夫过程程随机过程随机事件的变变化过程，它它无法用确定定性的形式来来描述。在使用期间可可以修复的复复杂系统，由由系统部件的的可靠性和维维修性决定了了系统在任务