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    GJB9001C武器质量管理体系六性之一——可靠性
    发表时间:2022-03-11     阅读次数:     字体:【

    (1)可靠性

    ①可靠性基本概念1)定义

    从工程的角度出发,可靠性可直观定义为“产品无故障完成任务的能力”。从统计学角度出发,在1957年美国电子设备可靠性咨询组发表的报告中,把可靠性定义为在规定的时间和给定的条件下,无故障完成规定功能的概率”,即可靠性。

    GJB 451把可靠性定义为:“产品在规定的条件下和规定的时间内,完成规定功能的能力”。可靠性的概率度量亦称可靠度。

    美国国防部指令DoDI5000.2《国防采办管理政策和程序》把可靠性定义为“系统及其组成部分在无故障、无退化或不要求保障系统的情况下执行其功能的能力”。从应用角度考虑,把可靠性分为固有可靠性和使用可靠性;从设计的角度考虑,把可靠性分为基本可靠性和任务可靠性。2)语

    a. 固有可靠性

    周有可靠性是产品早在设计阶段就确定了的可靠性指标,并在生产的各阶段得以确立,它是产品本身具有的属性。

    b.使用可靠性

    使用可靠性是产品生产出来后要经过包装、运输、贮存、安装、使用、维护保养修理等过程,即使一个本来完好合格的产品也可能由于这些环节中的不利因素,如包装不良、运输时的强烈冲击,使用时的错误操作等造成失效。这些环节中的可靠性称为使用可靠性。

    e.失效

    失效是指产品丧失功能的现象,它是“可靠”的对立面。但多数整机或部件,仅由于元器件失效而导致整体丧失功能的现象可通过更换元器件或修理予以消除,这类产品称为可修复产品。对可修复产品来讲,失效可称为故障。也有许多产品,如电阻电容、晶体管之类的电子元件或集成电路之类的电子器件,一旦失效就难以修复,或修理的费用会超过制造的成本使得经济上不值得修理;还有些产品属于一次性使用的,如熔断器、导弹上的部件、发射卫星的火箭。上述两类产品一旦丧失规定的功能,则或者不可能或者不值得或者不要求修复,这类产品称为不修复产品。对于不修复产品,丧失规定功能的现象称为失效。

    d.基本可靠性

    基本可靠性是产品在规定条件下无故障的持续时间或概率。

    基本可靠性反映产品对维修人力的要求,确定基本可靠性的特征量时,应统计产品的所有寿命和所有的故障,而不局限于所发生在任务期间的故障,也不局限于危及任务成功的故障。

    武器系统的综合保障直接影响到在许可的寿命周期费用下武器系统的战备状态因此要求把反映综合保障的特征,从研制一开始就设计到产品之中。

    e.任务可靠性

    任务可靠性是产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能力。

    产品在规定的任务面内完成规定功能的能力。它与传统可靠性定义(产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力)相接近。

    任务可靠性是指在任务剖面的时间范围和规定条件下产品将要完成任务基本功能的概率。对于枪炮、弹药等一次使用件的任务可靠性,则不受时间范围的约束。产品的任务可靠性高,说明产品具有较高的完成规定任务的概率。任务可靠性为产品的作战效能分析提供了依据。

    基本可靠性模型不能用来估计任务可靠性,只有在产品既无冗余又无代换工作模式情况下,基本可靠性模型与任务可靠性模型才一致。

    f.寿命面与任务剖面

    寿命剖面与任务剖面是产品在研制、生产期间设计(包括可靠性设计)、分析、试验设计、综合保障分析等的依据。

    --寿命剖面:产品从制造到寿命终结或退出使用这段时间内所经历的全部事件和环境的时序描述,它包含一个或几个任务剖面。

    寿命剖面说明产品在整个寿命周期经历的事件,如装卸、运输、贮存、检测、维修部署、任务剖面等以及每个事件的持续时间、顺序、环境和工作方式。寿命剖面对建立系统要求是必不可少的。由于多数武器系统的大部分时间处于非任务状态,这样在非任务期间由于装卸、运输、贮存、检测所引起长时间的应力,将严重影响产品的可靠性。因此,必须把寿命剖面中非任务期间的状况转换为设计要求。

    -任务剖面:产品在完成规定任务的这段时间内所经历的事件和环境的时序描述。它包括任务成功和致命故障的判断规则。

    对于完成一种或多种任务的产品均应制定一种或多种任务剖面。任务剖面一般包括:

    --产品的工作状态; --维修方案;

    --产品工作的时间与顺序;

    --产品所处环境(外加与诱发的)时间与顺序。

    任务剖面在产品指标论证时就应提出,假定任务剖面不能及早确定,那么重要的设计决策就不能考虑真实的工作应力,而可靠性以及维修性是与这些工作应力密切相关的。

    ②可靠性的工作内容和相关分析技术1)可靠性的主要工作内容

    可靠性工程一直在不断地发展和完善之中。可靠性工程内容包括以下方面的内容。 a. 可靠性管理

    可靠性管理包括制定可靠性计划和其他可靠性文件,对生产过程的可靠性监督计划评审,建立失效报告、分析和改进系统。建立失效评审小组,收集可靠性数据和进行可靠性教育。

    b.可靠性设计

    它包括建立可靠性模型,进行可靠性预计、可靠性分配和各种分析(故障模式影响及危害性分析、故障树分析、潜在通路分析、容差分析、贮备分析、功能试验、贮存、装卸、包装、运输及维修的影响分析,并提出必要的对策),以及选择和控制部件,确定可靠性关键部件等。

    c.可靠性试验

    包括环境应力筛选试验、可靠性增长试验、可靠性鉴定试验、可靠性验收试验等。 d.可靠性标准

    可靠性方面的系列标准,如GJB450、GJB1405、GJB1909等。 e.组织与人员

    包括可靠性管理系统:可靠性技术工程人员、管理人员。2)可靠性相关分析技术

    a.故障模式、影响危害性分析(FMECA)

    --故障模式:是指元器件或产品故障的一种表现形式,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、过度损耗等。

    --故障影响:指该故障模式会造成对安全性、战备完好性、任务成功性以及维修后勤保障等方面的影响。故障影响一般可分为:对自身、对上一级及最终影响三个等级。如分析飞机液压系统中的一个液压泵,它发生了轻微漏油的故障模式,对本身即对泵本身的影响可能是降低效率,对上一级即对液压系统的影响可能是压力有所降低,但最终影响是指对飞机可能没有影响。

    --危害度:指某种故障模式影响的严酷程度。一般分为四类:

    I类(灾难性故障),它是一种会造成人员死亡或系统(如飞机)毁坏的故障。Ⅱ类(致命性故障),它是一种导致人员严重受伤,器材或系统严重损坏,从而使任务失败的故障。

    Ⅲ类(严重故障),这种故障将使人员轻度受伤,器材及系统轻度损坏,从而导致任务推迟执行、或任务降低、或系统不能起作用(如飞机误飞)。

    V类(轻度故障),这类故障的严重程度不足造成人员受伤、器材或系统损坏,但需要非定期维修或修理。

    --故障模式影响分析(FMEA)

    是指在产品设计过程中,通过对产品各组成单元潜在的各种故障模式及其对产品功能的影响进行分析,提出可能采取的预防改进措施,以提高产品可靠性的一种设计分析方法。

    -故障模式、影响及危害性分析(FMECA)

    是在FMEA的基础上增加一层任务,即判断这种故障模式影响的危害度有多大使分析量化。因此、FMECA也看作是FMEA的一种扩展。

    FMECA可用于整个系统到零部件的任何一级,一般根据要求和可能在规定的产品层次上进行,另外任何故障状态造成的危害程度,要从这个故障发生的概率及其影响的严重性这两方面来加以综合描述。所以描述一个故障状态的危害度,既需要这个故障模式发生的概率,又需要一个数值尺度,以便按照所考虑的数据判断后果的严重性对故障模式发生概率和故障影响的危害度进行分析,能给出一个失效状态危害度的定量描述,将有助于采取正确的修正措施。确定修正工作的重点,以及建立起可接受和不可接受风险之间的清楚界限。

    关于一个故障模式发生的概率,FMECA不要求精确计算,一般可分为五个等级,即:

    A级(经常发生),即一种故障模式出现概率大于总故障概率的0.2; B级(很可能发生的),即故障概率为总故障概率的0.1~0.2; C级(偶然发生的),0.01~0.1; D级(很少发生的),0.001~0.01; E级(极不可能发生的),小于0.001。

    在确定一个故障模式的危害程度等级及这个故障模式发生的概率等级后,可作出危害度矩阵图。它是用来确定每一故障模式的危害度并与其他故障模式相比较、表示故障模式危害度分布的图形。它的构成方法是将故障模式危害度等级作为横坐标,以故障模式概率等级作为纵坐标,将每一设备或故障模式标志编码填人矩阵的相应位置,然后从该位置点到坐标原点连接直线。从原点开始离原点越远的故障模式其危害度越严重,越需先采取改正措施。

    b.故障树分析

    故障树分析(FTA)是一种对复杂系统进行可靠性安全分析及预测的方法,它与故障模式、影响及危害度分析(FMECA)有联系,但又是FMECA的进一步发展,二者的分析方法完全不同。FMECA是从构成系统的单元故障模式出发,最后确定这些故障模式对系统的影响,它主要进行定性分析,是一种由“下”到“上”的分析方法着重点是考虑构成系统的每一单元出现故障时对系统造成的影响及危害,因而可以说它是一种归纳分析的方法。而FTA是一种演释分析的方法,它是从系统的故障(称为顶事件)开始,逐级向下分析构成此系统的子系统、组件(部件)、单元等有些什么

    样的故障会造成这一后果,它即可作定性分析,又可作定量计算,是一种由“上”到“下”的分析方法,因而这个方法的着重点是考虑整个系统,它既考虑某个单元故障,也考虑几个单元同时出现故障时它们对系统的影响。

    c.潜在通路分析

    潜在通路分析是在系统内出现的意外通道或逻辑流。在一定条件下,它可能产生

    不需要的功能,或使所需要的功能受到抑制,造成故障。潜在通路分析是用来识别潜在通路、设计和图纸差错的工程方法。

    d.电路容差分析

    电路容差分析是分析电路的组成部分在规定的使用温度范围内其参数偏差和寄生参数对电路性能容差的影响,并根据分析结果提出相应的改进措施。

    在工程中常用的容差分析方法包括阶矩法、最坏情况分析法、仿真法。 e.功能试验、贮存、装卸、包装、运输及维修的影响分析

    功能测试、包装、贮存、装卸、运输以及维修都会给产品引入新的缺陷,影响产品的可靠性。频繁的、不符合规范的测试,包装保护不适用于运输方式,容器或其他包装材料不符合规范要求,不适当的装载,粗鲁的装卸,贮存条件的变化,时间的累计,频繁的预防性维修,错误的维修方式和操作等,都是造成缺陷的因素,因此有必要对功能测试、包装、贮存、装卸、运输以及维修进行分析和控制,防止产品可靠性退化。


     
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