通用质量特性基本概念和理论.pptx

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,通用质量特性基本概念和理论,主讲人：

喻天翔西北工业大学航空学院,2023年5月1日,目录/Contents,一,六,三,五,可靠性工程发展历史与重要意义,常用装备通用质量特性技术工作项目,常用可靠性工作项目内涵,国内外典型质量和可靠性工程应用案例,二,通用质量特性的概念和内涵,引言,七,四,常用可靠性术语概念和内涵,小结,八,一,引言,专用质量特性（以汽车为例）尺寸重量加速性能,通用质量特性可靠性维修性测试性保障性安全性环境适应性,ISO关于质量的定义：

产品（实体）的一组固有特性满足要求的程度。

针对某一产品，包含该产品的专用质量特性（性能与功能），和所用产品通用的通用质量特性两个内涵。

引言,可靠性是什么？

产品质量是企业的核心竞争力，可靠性是产品通用质量特性的核心。

可靠性与质量管理的关系,广义质量观看，质量涵盖可靠性；从狭义质量观看，质量只是“符合性”传统质量管理师以制造过程的程序化、规范化为目标，试图通过使工序稳定来提高质量。

而可靠性则是研究消除故障的对策，要在论证，设计、工艺中采取措施防止缺陷的发生，产品的可靠性是设计阶段就决定了。

质量管理更多考虑“今天质量”，可靠性侧重于考虑“明天的质量”。

质量概念没有考虑时间因素，控制的是产品出厂时候的合格以及质保期内的故障情况，对于质保期之后发生故障不能保证，可靠性问题关注产品的寿命、疲劳和老化等。

质量管理和可靠性管理虽有不同，但两者都是提高产品质量的重要手段，都是不可缺少的。

可靠性工程：

以保证和提高产品可靠性（广义的，包括维修性等）为目标，在给定的资源条件（包括人才及组织体系、经费投入、工程研制手段等）约束下，在全寿命周期过程（从方案设计直到寿命终止或报废过程）中。

最大限度纠正和控制各种偶然故障（随机性故障）并预防与根除各种必然故障（系统性故障）的一系列工程研制技术活动;,可靠性是设计出来，制造出来，管理出来的；,可靠性与安全性是通用质量特性核心,二,可靠性工程意义与发展历史,可靠性发展历史,

（1）、初期发展阶段,早期的可靠性研究，重点放在故障占大半的电子管方面。

多用于军工产品。

特别二战期间，电子设备常失效第二次世界大战中，美国由于飞行事故损失飞机21000架，比被击落的还要多1.5倍。

1949年，美国海军电子设备有70%失效，每一个使用中的电子管，需要9个新电子管作为备件。

5060年代，大体上确定了可靠性研究的理论基础及研究方向。

1952年，美国军事工业部门和有关部门成立AGREE（国防部电子设备可靠性顾问团），研究电子产品的设计、制造、试验、储备、运输及使用。

至60年代后期，美国约40%的大学设置了可靠性工程课程。

1971年起每年召开一次可靠性与维修性学术会议（RAMS）。

日本，1958年成立可靠性研究委员会。

可靠性研究工作从电子产品扩展到机械产品，从军工产品扩展到民用产品。

（2）、可靠性工程技术发展形成阶段,（3）、可靠性发展的国际化时代,从7080年代起，可靠性理论研究从数理基础发展到失效机理的研究；形成了可靠性试验方法及数据处理方法；重视机械产品系统的研究；重视维修性研究；建立了可靠性管理机构；颁布了一系列可靠性标准。

（4）、可靠性发展向纵深发展,基于故障物理的可靠性方法得到更为广泛的应用（微观层面）；复杂系统（网络，体系）可靠性研究日益兴起（更为宏观层面）；随着物联网技术应用，大数据和可靠性，测试性及健康监控和管理技术得到更多的关注和应用。

软件可靠性日益重要。

可靠性是一门新兴的边缘学科，从学术研究上分包括三个分支：

可靠性工程：

包括可靠性试验、可靠性设计、评价、分配、维修、失效分析、预测（预计）、优化、软件可靠性、可靠性管理等可靠性物理：

研究元器件及零件的失效原因，物理模型、改进措施；可靠性数学：

研究可靠性的理论及数量规律，各种指标的方法措施。

可靠性研究内容,国产产品发展思路从解决有无到好坏的转换，仿制到自主创新的发展，产品质量成为竞争热点质量强国，质量强装，已成为国家战略写入“中国智能制造2025”。

2.2可靠性工程意义,三,通用质量特性概念和内涵,可靠性Reliability,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（概率，可靠度）。

以减少产品的故障为目标。

产品：

任何元件、器件、设备和系统。

规定条件：

使用条件、维护条件、环境条件和操作技术；规定时间：

产品的工作期限，如时间、周期、次数、里程或其他单位；规定功能：

通常用产品的各种性能指标来表示。

产品通用质量特性（六性内涵）,产品在规定的条件下和规定的时间内，按规定功能的程序和方法进行维修时，保持和恢复到规定状态的能力。

通过“治疗故障”，达到产品的可靠性恢复目标。

维修性Maintainability,测试性Testability,产品能及时、准确地确定其状态（可工作、不可工作或性能下降），并隔离其内部故障的能力。

通过“诊断故障”达到“维修治病”的目标。

保障性Supportability,产品设计特性和计划的保障资源能满足平时战备和战时使用要求的能力。

以保障及时测试与维修和保障消耗品供给为目标，确保产品的可靠性恢复。

安全性Safety,产品在生产、运输、储存和使用过程中不导致人员伤亡，不危害健康及环境，不给设备或财产造成破坏或损伤的能力。

关注产品对人财物和社会产生的危害，部分危害由产品的故障所引发。

环境适应性,产品在其寿命期预计可能遇到的各种环境的作用下能实现其所有预定功能和性能和（或）不被破坏的能力。

关注环境对产品可靠性与安全性的影响。

自然环境如温度、湿度、灰尘、风、烟雾、太阳辐射、微生物等诱发环境如振动、冲击、电磁干扰、噪声、摇摆、跌落、加速度、污染物等等。

通用质量特性间的相互关系,可靠性安全性是核心以可靠性为核心的维修（RCM）,通用质量特性与产品全寿命周期间的关系,通用质量特性与产品全寿命周期费用间的关系,产品质量是研发、生产和使用出来的。

但在设计研发阶段进行通用质量特性相关工作，能大大降低产品寿命周期费用。

客车全寿命周期费用构成图,四,常用可靠性术语概念和内涵,1、可靠性基本术语；2、综合特性；3、可靠性参数；4、时间；5、失效与故障；6、设计与分析；7、汽车常用可靠性指标,可靠性术语,包括这几类内容：

1、可靠性基本术语：

可靠性术语,系统（system）：

能够完成某项工作任务的设备、人员及技术的组合。

一个完整的系统应包括在规定的工作环境下，使系统的工作和保障可以达到自给所需的一切设备、有关的设施、器材、软件、服务和人员。

（GJB451-90）,分系统（subsystem）：

在系统中执行一种使用功能的组成部分。

如数据处理分系统、制导分系统等。

（GJB451-90）,1、可靠性基本术语：

可靠性术语,产品（item）：

一个非限定性的术语，用来泛指任何元器件、零部件、组件、设备、分系统或系统。

可以指硬件、软件或两者的结合。

（GJB451-90）,可修复产品（repairableitem）：

可通过修复性维修恢复到规定状态并值得修复的产品。

（GJB451A-2005）不可修复产品（notrepairableitem）：

不能通过修复性维修恢复其全部规定功能或不值得修复的产品。

（GJB451-90）,寿命剖面（lifeprofile）：

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。

它包括一个或几个任务剖面。

（GJB451-90）,可靠性术语,任务剖面（missionprofile）：

产品在完成规定任务这段时间内所经历的事件和环境的时序描述。

其中包括任务成功或致命性故障的判断准则。

（GJB451-90）,寿命周期（lifecycle）：

装备从立项论证到退役报废所经历的整个时间。

它通常包括论证、方案、工程研制与定型、生产、使用与保障以及退役等阶段。

（GJB451A-2005）,可靠性术语,环境条件（environmentalconditions）：

所有外部和内部的条件如温度、湿度、辐射、磁场、电场、冲击、振动等或其组合。

这些条件是自然的、人为的或自身引起的。

它们影响产品的形态、性能、可靠性或生存力。

（GJB451-90）,可更换单元（replaceableunit）：

可在规定的维修级别上整体拆卸和更换的单元。

它可以是设备、组件、部件或零件等。

按照更换的场所，可分为现场可更换单元（linereplaceableunit,LRU）、车间可更换单元（shopreplaceableunit,SRU）等。

（GJB451A-2005）,2、综合特性：

可靠性术语,系统效能（systemeffectiveness）：

系统在规定的条件下和规定的时间内，满足一组特定任务要求的程度。

它与可用性、任务成功性和固有能力有关。

（GJB451A-2005）,可用性（availability）：

产品在任一时刻需要和开始执行任务时，处于可工作或可使用状态的程度。

可用性的概率度量称可用度。

（GJB451A-2005）,任务成功性（dependability）：

装备在任务开始时处于可用状态的情况下，在规定的任务剖面中的任一（随机）时刻，能够使用且能完成规定功能的能力。

它取决于任务可靠性和任务维修性。

原称可信性。

（GJB451A-2005）,可靠性术语,固有能力（capability）：

装备在执行任务期间所给定的条件下，达到任务目的的能力。

如杀伤力、最大速度、精度、射程等。

（GJB451A-2005）,持续性（sustainability）：

装备保持实现军事目的所必须的作战水平和持续时间的能力。

（GJB451A-2005）战备完好性（operationalreadiness）：

装备在平时和战时使用条件下，能随时开始执行预定任务的能力。

（GJB451A-2005）环境适应性（environmntalworthiness）：

装备在其寿命期预计可能遇到的各种环境的作用下能实现其所有预定功能、性能和（或）不被破坏的能力。

（GJB451A-2005）,可靠性术语,可达性（accessibility）：

维修产品时，接近维修部位的难易程度。

（GJB451-90）可信性（dependability）：

产品在任务开始时可用性给定的情况下，在规定的任务剖面中的任一随机时刻，能够使用且能完成规定功能的能力。

（GJB451-90）保障性（supportability）：

装备的设计特性和计划的保障资源满足平时战备完好性和战时利用率要求的能力。

（GJB451A-2005）安全性（safety）：

产品所具有的不导致人员伤亡、系统毁坏、重大财产损失或不危及人员健康和环境的能力。

（GJB451A-2005）测试性（testability）：

产品能及时并准确地确定其状态（可工作、不可工作或性能下降），并隔离其内部故障的一种设计特性。

（GJB451-90）,可靠性术语,耐久性durability产品在规定的使用和维修条件下，其使用寿命的一种度量。

它是可靠性的另一种特殊情况。

（GJB451-90）可靠性reliability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。

（GJB451-90）基本可靠性basicreliability产品在规定的条件下，规定的时间内，无故障工作的能力。

基本可靠性反映产品对维修资源的要求。

确定基本可靠性值时，应统计产品的所有寿命单位和所有的关联故障。

（GJB451A-2005）,可靠性术语,任务可靠性（missionreliability）（对于任务可靠性在不同的标准中有不同的定义，以下为国军标中的定义。

另外：

此术语用概率表示时称任务可靠度。

）产品在规定的任务剖面中完成规定功能的能力（概率）。

（GJB451-90）固有可靠性（inherentreliability）设计和制造赋予产品的，并在理想的使用和保障条件下所具有的可靠性。

（GJB451A-2005）使用可靠性（operationalreliability）产品在实际的环境中使用时所呈现的可靠性，它反映产品设计、制造、使用、维修、环境等因素的综合影响。

（GJB451A-2005）,可靠性术语,储存可靠性（贮存可靠性）（storagereliability）：

在规定的储存条件下和规定的储存时间内，产品保持规定功能的能力。

也称贮存可靠性。

（GJB451A-2005）维修性（maintainability）:

产品在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到规定状态的能力。

维修性的概率度量亦称维修度。

（GJB45-190）,任务维修性（missionmaintainability）：

产品在规定的任务剖面中，经维修能保持或恢复到规定状态的能力。

（GJB451-90）软件维护性（softwaremaintainability）：

软件在规定的条件下，可被理解、修改、测试和完善的能力。

（GJB451A-2005）,可靠性术语,任务维修性（missionmaintainability）产品在规定的任务剖面中，经维修能保持或恢复到规定状态的能力。

（GJB451-90）软件维护性（softwaremaintainability）软件在规定的条件下，可被理解、修改、测试和完善的能力。

（GJB451A-2005）,3、可靠性参数：

可靠性术语,使用参数operationalparameter直接反映对装备的使用需求的可靠性、维修性参数，即系统可靠性维修性参数。

其要求的量值称为可靠性、维修性使用指标（简称使用指标）。

（GJB1909.1-1994）合同参数contractualparameter在合同和研制任务书中表述订购方对装备可靠性和维修性要求的，并且是承制方在研制与生产过程中能够控制的参数。

其要求的量值称为可靠性、维修性合同指标（简称合同指标）。

（GJB1909.1-1994）装备完好率materielreadinessrate能够随时遂行作战或训练任务的完好装备数与实有装备数之比。

通常用百分数表示。

主要用以衡量装备的技术现状和管理水平，以及装各对作战、训练、执勤的可能保障程度。

（GJB451A-2005）,可靠性术语,使用可用度（Ao）operationalavailability与能工作时间和不能工作时间有关的一种可用性参数。

其一种度量方法为：

产品的能工作时间与能工作时间、不能工作时间的和之比。

（GJB451A-2005）可达可用度（Aa）achievedavailability仅与工作时间、修复性维修和预防性维修时间有关的一种可用性参数。

其一种度量方法为：

产品的工作时间与工作时间、修复性维修时间、预防性维修时间的和之比。

（GJB451A-2005）固有可用度（Ai）Inherentavailability仅与工作时间和修复性维修时间有关的一种可用性参数。

其一种度量方法为：

产品的平均故障间隔时间与平均故障间隔时间、平均修复时间的任务成功度dependability任务成功性的概率度量。

原称可信度。

（GJB451A-2005）,可靠性术语,任务成功概率missioncompletionsuccessprobability在规定的任务剖面内，产品能完成规定任务的概率。

（GJB1909.5-94）能执行任务率missioncapablerate（MCR）装备在规定的期间内至少能够执行一项规定任务的时间与其由作战部队控制下的总时间之比。

它为能执行全部任务率与能执行部分任务率之和（GJB451A-2005）能执行全部任务率fullmissioncapablerate（FMCR）装备在规定的期间内能够执行全部规定任务的时间与其由作战部队控制下的总时间之比。

（GJB451A-2005）能执行部分任务率partialmissioncapablerate（PMCR）装备在规定的期间内至少能够执行一项而不是全部规定任务的时间与其由作战部队控制下的总时间之比。

（GJB451A-2005）,可靠性术语,可靠性术语,失效率（）failurerate产品可靠性的一种基本参数。

其度量方法为：

在规定的条件下和规定的时间内，产品的故障总数与寿命单位总数之比。

（GJB451-90）,元器件基本失效率（b）electroniccomponentbasefailurerate元器件在电应力和温度应力作用下的失效率，是元器件未计其质量控制等级、环境应力、应用状态、性能额定值和种类、结构等影响因素，仅计温度和电应力比（工作电应力/额定电应力）影响时的失效率。

基本失效率通常是用温度（T）和电应力比（S）对元器件失效影响的关系模型来表示（GJB/Z299B-98）元器件非工作基本失效率（nb）electroniccomponentnonoperatingbasefailurerate元器件在非工作状态下仅与元器件种类、结构、工艺有关的失效率。

（GJB/Z108-98）,可靠性术语,无维修使用期maintenancefreeoperatingperiod在既不需要任何维修也没有因系统故障或性能降级而对用户加以任何约束的情况下，设备能够完成其所有预定任务的一段使用期限。

（根据参考文献编写）,致命性失效间的任务时间（MTBCF）与任务有关的一种可靠性参数，其度量方法为：

在规定的一系列任务剖面中，产品任务总时间与致命性故障总数之比。

（GJB451-90）,平均失效间隔时间mean-time-between-failures（MTBF）可修复产品可靠性的一种基本参数。

其度量方法为：

在规定的条件下和规定的时间内，产品的寿命单位总数与故障总次数之比。

（GJB451-90）,平均维修间隔时间mean-time-between-maintenance（MTBM）与维修方针有关的一种可靠性参数。

其度量方法为：

在规定的条件下和规定的时间内，产品寿命单位总数与该产品计划维修和非计划维修事件总数之比。

（GJB451-90）,可靠性术语,平均系统恢复时间mean-time-to-restore-system（MTTRS）与可用性和战备完好性有关的一种维修性参数。

其度量方法为：

在规定的条件下和规定的时间内，由不能工作事件引起的系统修复性维修总时间（不包括离开系统的维修和卸下部件的修理时间）与不能工作事件总数之比。

（GJB451-90）,维修度maintainability在规定条件下使用的产品，在规定时间内按照规定的程序和方法进行维修时，保持或恢到能完成规定功能状态的概率。

修复率（）repairrate产品维修性的一种基本参数。

其度量方法为：

在规定的条件下和规定的时间内，产品在任一规定的维修级别上被修复的故障总数与在此级别上修复性维修总时间之比。

（GJB451-90）平均修复时间mean-time-to-repair（MTTR）产品维修性的一种基本参数。

其度量方法为：

在规定的条件下和规定的时间内，产品在任一规定的维修级别上，修复性维修总时间与在该级别上被修复产品的故障总数之比。

（GJB451-90）,可靠性术语,平均维护时间mean-time-to-service（MTTS）与维护有关的一种维修性参数。

其度量方法为：

产品总维护时间与维护次数之比。

（GJB451-90）最大修复时间maximumtimetorepair产品达到规定维修度所需的修复时间。

（GJB451A-2005）,故障检测率faultdetectionrate（FDR）用规定的方法正确检测到的故障数与故障总数之比，用百分数表示。

（GJB451A-2005）故障隔离率faultisolationrate（FIR）用规定的方法将检测到的故障正确隔离到不大于规定模糊度的故障数与检测到的故障数之比，用百分数表示。

（GJB451A-2005）虚警率falsealarmrate（FAR）在规定的期间内发生的虚警数与同一期间内故障指示总数之比，用百分数表示。

（GJB451A-2005）,可靠性术语,平均故障间隔时间（MTBF）：

在规定的条件下和规定的期间内，产品寿命单位总数与故障总次数之比。

平均故障前时间（MTTF）：

在规定的条下和规定的期间内，产品寿命单位总数与故障产品总数之比。

平均严重故障间隔时间（MTBCF）：

在规定的一系列任务剖面中，产品任务总时间与严重故障总数之比。

平均维修间隔时间（MTBM）：

在规定的条件下和规定的期间内，产品寿命单位总数与该产品计划维修和非计划维修事件总数之比。

可靠性术语,平均维修活动间隔时间（MTBMA）：

在规定的条件下和规定的期间内，产品寿命单位总数与该产品预防性维修和修复性维修活动总数之比。

平均需求间隔时间（MTBD）：

在规定的条件下和规定的期间内，产品寿命单位总数与对产品组成部分需求总次数之比。

平均拆卸间隔时间（MTBR）：

在规定的条件下和规定的期间内，产品寿命单位总数与该产品上拆下其组成部分的总次数之比。

4、时间：

可靠性术语,可靠性术语,时间time持续性的通用量度。

它是定义可靠性维修性保障性的基本要素。

最常用的时间是日历时间，日历时间进一步分解如前图所示。

（GJB451A-2005）,在编时间activetime产品处于列编的时间。

（GJB451A-2005）能工作时间uptime产品处于执行其规定功能状态的在编时间。

（GJB451A-2005）不能工作时间downtime产品处于列编，但不处于执行其规定功能状态的时间。

（GJB451A-2005）,可靠性术语,不工作时间notoperatingtime产品能工作，但不要求其工作的时间。

（GJB451A-2005）反应时间reactiontime产品从要求执行某项任务的瞬间开始到准备好执行该任务所需的时间，它是产品从不工作状态转入工作状态所需的时间。

（GJB451A-2005）,待命时间alerttime产品从准备好随时可执行其任务到开始执行任务的等待时间。

在这段时间内，不进行维修或妨碍任务开始的其他活动。

（GJB451A-2005）任务时间missiontime产品执行某些规定任务剖面所用的能工作时间。

（GJB451A-2005）,可靠性术语,使用保障时间operationalsupporttime为产品的使用提供保障，以确保其完成规定的任务所用的时间。

如飞机出动前的充、填、加、挂时间。

（GJB451A-2005）维修时间maintenancetime停机维修所用的时间，不包括改进时间和延误时间。

（GJB451A-2005）预防性维修时间preventivemaintenancetime对产品进行预防性维修所用的时间。

（GJB451A-2005）修复性维修时间correctivemaintenancetime对产品进行修复性维修所用的时间。

（GJB451A-2005）,可靠性术语,改进时间modificationtime为改善产品特性或增加新的特性而对其进行更改所用的时间。

（GJB451A-2005）延误时间delaytime因等待所需的保障资源而未能及时对产品进行保障所延误的时间。

如等备件、维修人员、保障设备、信息及适当的环境条件等所延误的时间。

保障资源延误时间logisticdelaytime为取得必要的维修资源而不能及时对产品进行维修所延误的时间。

如未得到备件、专家、试验设备、信息及适当的环境条件等所延迟的时间。

（GJB451A-2005）管理延误时间administrativedelaytime由于管理方面的原因未能及时对产品进行保障所延误的时间。

（GJB451A-2005）,可靠性术语,5、失效与故障：

失效：

产品丧失完成规定功能能力的事件。

系统性失效：

由某一固有因素引起，以特定形式出现的故障。

它只能通过修改设计、制造工艺、操作程序或其他关联因素来消除。

单点失效：

引起产品故障的，且没有冗余或替代的工作程序作为补救的局部故障。

灾难性失效：

导致人员伤亡或系统毁坏