1、 CEI IEC 300-3-1 第1版：1991-11 国际标准 可靠性管理文献 第三部分：应用指南 第1节：可信性分析技术：方法指南 (可靠性管理.第3部分:应用指南.第1节:可靠性技术分 析:方法学指南) IEC 国际电技术委员会 IEC 300-3-1 目 录 前言.3 概述.4 1 适用范围.5 2 引用标准.5 3 定义.5 4 概述.6 5 系统可信性分析的基本途径.6 5.1 通用程序.6 5.2 结构功能性分析.9 5.3 演绎分析.9 5.4 归纳方法.9 5.5 维修与修理分析及所考虑的因素.10 6 不同可信性分析方法的特点.10 6.1 选择适当的分析方法.10 6.
2、2 分析方法的简要描述.10 6.3 表2的解释.12 6.4 方法的优缺点.15 附录A（非标准） 其他 考标准.19 第 2 页 共 19页 IEC 300-3-1 国际电技术委员会 可靠性管理 第三部分：应用指南 第1节：可信性分析技术：方法指南 前言 1） IEC技术 方 的 定 准 技术委员会准 委员会 表所 国 委员会的 可能考虑 的国际 的 点 2） 所的文用国际 用的currency1 “方 国 委员会的纳 3） fi fl国际 的 性 IEC 所 的国 委员会国 程 国 ” 纳 IEC 的currency1 IEC 标准 应的国 标准 的分应 标 本国际标准 IEC 技术委员
3、会56：可靠性部 本标准的文本基 文献： 标准 56（CO）138 56（CO）146的表currency1 可 本标准 通 的 信 附录A 表 第 3 页 共 19页 IEC 300-3-1 概述 可信性分析技术用 系统的可靠性可用性可维 性及 性指标及 可信性分析 要 不同系统 节的不同程 的概 定义 与 与维修 系统 指标的可信性指标 与 定 分析用 分析结 与 定要 比较 第 4 页 共 19页 IEC 300-3-1 1 适用范围 本标准常用的可信性分析程序 总的概述 描述 用的方法 优缺点 数据输入方法及种技术的其他要 本指南是可用方法的 介绍 旨fi分析者提供必要的信 便针系统选
4、择最合适的分析方法 表2给 提供节的可用的IEC标准 2 引用标准 标准文献 包含的 定 经本文的引用 构IEC 300-3的本部分 定 本标准版 这些版本是 效的 所 的标准文献都可 修 并且鼓励单位基 IEC 60332 本部分的最新版本的的引用标准文献 尝试 未 的标准 需要用标准文献的最新版本 IEC ISO员维持当前 效国际标准的注册 IEC 50（191）：1990 国际电技术词汇（IEV） 第191章：服 的可靠性与质量 IEC 812：1985 系统可靠性分析技术 故障模 影响分析程序（FMEA） IEC 1025：1990 故障树分析（FTA） IEC 1078：1991 可
5、信性分析技术 可靠性方框图方法 3 定义 国际电技术词汇 191章节 的术语 定义适用 IEC 300-3系标准的本部分 “外 定义适用 本标准： 3.1 系统：分析 程 所考虑的最高 项目 3.2 部：分析 程 所考虑的最低 的项目 3.3 分配：依据给定的边界 把项目的性能要 分配给子项目 所应第 5 页 共 19页 IEC 300-3-1 用的程序 注释 “系统”适当的候可 被替换fi“子系统” 4 概述 分析方法”用 描述 系统的长 运营 fi指标（如故障率MTTFMTBF可靠性稳定状态可用性）的 定性指标的 fi 系统的 可重复的 系统分析 用 性的程序是十分重要的 实际系统（硬 软
6、复杂的功能结构种样的技术可修理 可维修的结构等）所需要的模型而言 种可信性分析方法都不足 十分 灵 理所 可能的复杂模型 因“ 必要考虑 种附 的分析方法 复杂的 量的系统 适当的 理 5 系统可信性分析的基本途径 标准 包含 分析用的程序 用 描述 种分析方法 通用程序方法 要 文 给 描述 5.1 通用程序 程序包含 （适用）： 第1 所 可靠性及可用性需 特 性能 同 及运营 维修需 定义 分析的系统运营模 与 高 的功能 系 及与 系统 程的功能 系 第2 定义系统 定状态基 系统功能要 的 定边界 的运状态运营 软性能应考虑 第3 当要 数 结 fi基 分配（ ”的总的系统故障率 不
7、可用性分配 子系统） 第 6 页 共 19页 IEC 300-3-1 第4 系统分析如： 4.1） 定性分析（演绎/归纳方法）： 分析系统功能结构 定系统/部故障模 故障 理 故障影响 结 考虑项目的可维 性 可靠性 /可用性模型 定可能的维修 修理 等 .4.2） 定量分析（分析 方法）： 可靠性数据（如故障率） 可靠性 /可用性的数学模型 数学模型 部重要性 性分析 子结构 维修 系统性能的等 第5 结 并 与要 /可选择方currency1 比较 附 包“： 5.1） 总结系统 定不fi性 fl的/高 故障模 项目 考虑系统 性效特性 理等 5.2） 可信性的可选择方 （如分配 性能 故
8、障 系统重新配程序 可维 性 部的可替换性 及修理程序） 5.3） ”方currency1 可选择方currency1 的本 通用分析程序与方法及程序 的 系如表1所 （注 表1并不是 部的） 这些方法 5.25.3章节 给 解释 第 7 页 共 19页 IEC 300-3-1 表1 通用分析程序的应方法 通用程序 分析方法 FMEA/FMECA 故障模 及影响/重要性分析 FTA 故障树分析RBD 可靠性方框图 MA 可分析 PC 部 可靠性分析 1 要 及系统定义 部 currency1与 功能系统结构 系统 子系统运 部功能功能系统结构 部 currency1及故障数据2 系统故障定义
9、第 1 功能故障 不的 （ ）系统 常边界（故障）系统 常 故障边界 第 1 功能故障 3 可靠性分配 是适合 部 是适合 子系统 是适合 子系统 是适合 子系统 是适合 部 4.1 定性分析维 归纳法（表） 演绎法（故障树） 演绎法（方框图） 归纳/演绎（状态图） 定fi 系统结构 部 4.2 定量分析（数 ） 故障重要性/概率分析 系统可靠性可用性指标 系统可靠性可用性指标 系统可靠性可用性指标 系统可靠性可用性指标 5 足要 （最程序 ） “范围故障重要性 可能性 “要 的不 概率 是足可靠性/可用性要 是足可靠性/可用性要 的系统故障率是足要 5.1 定 部故障模故障率等 子系统/部故
10、障模 故障率系统结构等 子系统可靠性/可用性 子系统/部故障率 系统结构等 部/子系统/系统可靠性可用性 维修及修理 系统结构 定最高部故障率 5.2 可选择 方currency1 部选择与维修等 系统结构分配故障 维修等 系统结构分配部选择维修等 系统结构分配部选择维修 重新配等 最部的重新 选择 5.3 方currency1”及本 定最经 的解 方currency1 定最经 的解 方currency1定最经 的解 方currency1定最经 的解 方currency1 本 第 8 页 共 19页 IEC 300-3-1 5.2 结构功能性分析 fi 分析 信 的 系统长 的运营fi 构系统
11、功能的方 应 定并 的描述 fi 定与要 的功能 的 需要 系统功能性结构的单 分析 系统的功能可 用功能方框图信 程图状态图 结 图表currency1 表 最 依据 种 的 方法 定性的故障 分析： 演绎方法（而） 如故障树分析 归纳方法（而 ） 如故障模 及影响分析 而 实际用 演绎归纳分析常用 方法 5.3 演绎分析 演绎方法的本质 的最高 系统子系统 不 的系统 状态 低系统 分析 定可能 最 的故障效 的所故障 的故障模 “ 第2 故障 通 其功能径及 系 低 重复 分析 程 最低 演绎方法是 方法 系统的 信 定义的 的系统 概 是非常 用的 方法用 故障 包“性故障 共同 因
12、的故障者系统的复杂性是通 系统故障系统 fi方便 所 的 （系统）最高 （点 ）的不 的单 系统 都应 给 定并分析所 的 要 因 5.4 归纳方法 归纳方法的本质是 定部 的故障模 种故障模 而言 归纳其 较高系统 的性能方 的影响 所 的故障结 是 高系统 的故障模 并 分析 故障模 的故障结 的 故障 系统 的所 功能 的最 这种“而 ”的方法所 第 9 页 共 19页 IEC 300-3-1 单 故障 是 currency1的 部的故障模 应 定 的 通常用 方法 5.5 维修与修理分析及所考虑的因素 可维修系统的长 运营性能 要系统的可维修性及所用的修理维修 的影响 可用性性能fi
13、维修及修理系统可信性影响的合适指标 通常需要单 的分析 系统的修理 维修特性（ IEC 706-1） 6 不同可信性分析方法的特点 6.1 选择适当的分析方法 fi 经 系统的可信性 分析方法的选择应 ： 可信性 的较范围的 模 ” 的 可信性 程 当的系统 的定性 定量的分析 数据可用的前提 用量 数 可信性指标 可信性分析方法选择应可 的结 并包含 的属性 表2种不同的可信性分析方法及其特点 性能 总的描述 系统提供 的分析要 方法 6.2 分析方法的简要描述 6.2.1 故障模 及影响分析 故障模 及影响分析（FMEA）fi归纳型（底而 ）可信性定性分析方法 方法尤其适合 高系统功能 的
14、材 部 故障及其影响 理 的 （高 系统 的单 故障模 的 及其结 的 ） 最所 系统单 故障模 的 FMEA身 用简单的功能结构分析不同技术系统（电气系统 械系统液压系统软系统） FMECAfiFMEA的扩展 通 依据故障影响的 重程 现的概率故第 10 页 共 19页 IEC 300-3-1 障的结 量 包“ 重要性分析 故障概率的 用 FMEA 数据（故障模 概率 故障速率等）可靠性的 通 考的模 结 的 重性 6.2.2 故障树分析 故障树分析（FTA）fi系统可信性分析的 演绎方法（而） 方法涉及 定 分析定义的不 及 重影响系统性能指标 性经 性其他性能的 因素 最端开始 依 定最
15、底端的系统功能 的可能 因故障模 定不的系统 系统 要 的最低系统 的 因通常是部故障模 分析结 用故障树描绘 量 分析 故障树fi基 fi 系统的可靠性 可用性 用诸如简 布尔割集分析方法 需要的基本数据fi部故障率修理率故障模 现概率等 6.2.3 可靠性方框图分析 可靠性方框图分析（RBD）是 演绎（ 而） 的系统可信性分析方法 RBD图是 依据子系统 /部的系统的逻辑结构的图表 方法”系统的 通依据方框（子系统/部）的逻辑 不同的定性分析技术可 用 RBD 第 1 是 系统 的定义 系统划分fi适合 可靠性分析用的功能块 些功能块可 表 系统的子结构 反 又可 用其他RBD（系统简 ）
16、 表 RBD 的量 可用不同的方法 依据结构 型（可简 不可简 ） 简单的布尔技术 值表 /方法 及割集分析法 可 通 基本的部的数据 用 系统可靠性 可用性数值的 6.2.4 可分析（Markov analysis） Markov 分析fi 归纳（而 ）分析方法 要适合 功能 复杂的系统结构 复杂的修理 维修 方法基 Markov链理论 则 通 数学模型 系统构元素（部子系统）点 隔 （功能）状态 的概率 所 重要的状态都应同状态的概率 给 定义（部故障修理速率 频率等） 换率通常定fi常值 与 前的历史无 第 11 页 共 19页 IEC 300-3-1 定性的分析要 定所 可能的系统状态
17、 最 用图方 用状态图 要支持的分析技术fi 值表 概率 状态方 用状态图 表 ”构造矩阵（数学模型）用 系统可靠性/可用性的 同 其他重要指标的 6.2.5 数型部可靠性 数部可靠性 基本 是 种归纳（而 ）的方法 要适用 议 早 用 的系统故障率 需要 系统的部 并根据其应力数值 定合适的故障率 方法定 逻辑角 讲 部用 的 这种方 通常是 种最坏 当 高层 的已知 需考虑其影响结 型结构系统的数部可靠性 的“部应力分析” 的精 可 部应力分析 部故障率结 实际 6.3 表2的解释 6.3.1 概述 表2的最左侧 分析方法 fi 方便 比较 阐明其特 属性灵 性等 种分析方法而言 矩阵表
18、种附 特性可 理表 fi“是” “”输入 “外 输入方法与的属性技术 差异 这些容表2的并排序 所 这些方法适用 分析： 结构 结构合适的可简 结构 部（ 状态模型） 单 故障 故障 的指数分布 固定的修理 率 的部修理 第 12 页 共 19页 IEC 300-3-1 特性 理模型特性方法的能力 属性 途径 分析 分析本 部数量 结构不可简结构故障组合及 性故障/率复杂维修功能 程表 符 演绎 法归纳 法定性定量定性定量IEC标准 FMEA 数千 （） （） 是 （nc） C C Nc 高 812 FMECA 数千 （） （） 是 Nc C C （C） 高 低 812 故障树分析 数千 是
19、（是）1 （是）是 故障树 C NC C C 高 1025 可靠性方框图 数千 是 （是）1（是）1（是） 可靠性框图 C NC （C） C 1078 Markov 2-1005) 是 是 （是）6（）7是 （是） 系统状态图 （NC） C C C 高 数型部 1-1000 （） (是) （） NC C （NC） C 低 低 因/ 分析 数百 是 是 是 是 是 因 / 图 （C） C C C 高 低/高4 数百8) 是 是 是 是 是 是 C C C C 低 高 系统简数百9) 是 是 （是）是 是 可靠性框图 NC C （NC）10（C）10树 2-50 是 是 （是） 是 是 树 C C
20、 （NC） C 低 低 值表3) 2-505) 是 是 （是）6表currency1 NC C C NC高5 第 13 页 共 19页 IEC 300-3-1 6.3.2 表2标 部数量： 可 分析方法 理的系统部的数量基本 所考虑部的可能状态故障模 的组合（系统状态）的数量限 组合的数目同样 取 的系统结构 维修方currency1等因素 结构： 理系统结构的基本能力 不可简 结构： 不能用 当简 技术 简 的结构 故障/ 组合及 性： 用 理故障 方法的能力 包“ 般 因普通模 故障 故障影响 及统 角 的故障模 故障影响 理 者 不 影响所引 的 故障/ 率： 非定常故障 率（者故障 非
21、指数分布） 复杂维修 ： 用 统 角 理 的修理 维修的方法的能力 包“应考虑恢复程（修理）的 部 故障 与定故障 修理比较 与部是易影响无 （ 修理） 功能 程 ： 方法用 模 散 的能力 ：故障及恢复 程 依据施高层系统施 （ 系）的影响的系统状态因“ 分析系统身的运 故障 程 高层系统的功能fi 同其 的 是 必要的 演绎/归纳途径： 定性/定量分析： 方法用 理定性分析 /定量分析的能力 定性/定量分析本 用输入施 的分析方法的本 的 效分第 14 页 共 19页 IEC 300-3-1 析本取 系统的复杂性 分析的深 分析者的练程 基本系统的可用性 及构数据 合适的 源的可用性 6.
22、3.3 表2 的 考注解 （） 限/外 NC 不可能不适用 C 可能的 1） 割集逻辑简 2） 用 数 积分恢复理论 3） 基本的系统 的方法（组合） 支持定性的系统分析 尤其适用 Markov 系统 定系统可能的状态 4） 率低 不可用性高（图 回） 5） 取 系统的复杂性（ 的复杂 程） 可能的简 （ 结 的简 ） 6） 特 针 如 被的构部分（ 用） 7） 特定的Erlang分布（虚构状态）半Markov 程 8） 可 理的系统 模 复杂性 要取 可用的 方法 程序的效率（蒙特卡罗Monte Carlo） 及 指标的要 数 9） 简 定 的分构 因“ 的构 会用所 的可信性分析方法 10
23、） 通 给定可靠性方框图的简 （替 ） 系统可信性指标的 要6.4 方法的优缺点 些常用的方法比较如： 6.4.1 故障模 及影响分析 6.4.1.1 优点 系统 定 因 结 的 系 可能是 fl的故障模 尤其是可能传播的单 故障 给 指 搜索 先不知不 明 的结 第 15 页 共 19页 IEC 300-3-1 定 因认fi重要的开始 的输 突不合逻辑的输及与 常功能性能 的 差 用 新的未经验 的系统构 的分析 6.4.1.2 缺点 简单的系统 说 输数据量可能会很 如 因 结 不是 当 （“单链”） 系 则会非常复杂 管理 无法方便 理并 复杂的 系 无法容易 理 序恢复 程 维修 等
24、身不能 量 模型 不能容易 绘系统不同部分 故障 的 性复杂的 用 6.4.2 故障树分析 6.4.2.1 优点 可 系统 定并录 用的结 反 要 因的故障逻辑径 可 理并的的 选的故障通 理 数组合 及 些 的 性 理 子系统 结合的系统 提供 方便的故障径的 给最 的逻辑模型（如：用布尔 数） ”逻辑模型应的概率指标的方便换 定端 所的结 要影响的故障模 的 因 搜索不可 最结 的可能 因 适合 总 系统 点包“ 1 2 要输的系统 故障分析 6.4.2.2 缺点 如 分析深 会 非常 的树 同 会现树的不同组部分 些 管这种 可 逻辑的角 理 端 要 的故障树 同要认 考虑树 的部 系
25、第 16 页 共 19页 IEC 300-3-1 用故障树 定的 端 的 要 因 与被分析的特定 因 （ 些 因会 其他 给的结 ） 要 针故障故障分析 不能 效 理复杂的修理 维修 通用可用性分析 6.4.3 可靠性方框图 6.4.3.1 优点 经常 系统功能图 造 并 低与系统可靠性 的功能径的构造 /系统的描述 理 数 型的系统配 包“并 用 可选择方currency1的径 理 数组合 及 些 性 能 依据系统性能 数 ”方currency1 分析 提供（用 状态） 方便的功能径（非功能径）的 给最 的逻辑模型（如：用布尔 数） 可 性分析 说明总系统可靠性影响的 要 因 可 依据概率术
26、语 总系统可靠性 的模型 系统的 简明图 6.4.3.2 缺点 身不能提供的故障分析 ：不能特 突 因 结 径结 因径 图 的 单元 要 其性能指标的概率模型 非分析者精 不能展 不合逻辑的不的输 重要侧重用 率分析 不能 效 理复杂的修理 维修 通用的可用性分析 6.4.4 Markov( 可)分析 6.4.4.1 优点 fi基 系统逻辑的系统状态fi提供 的概率模型 fi诸如逻辑图 故障树 的其他模型的子集提供概率解 方currency1 容易实现 状态 输的 理 可 理构单元 用模型表 结 现的 序 第 17 页 共 19页 IEC 300-3-1 适合 系统可用性指标的 可 理复杂的
27、修理 6.4.4.2 缺点 涉及系统状态量 的模型 会 非常复杂 无 的逻辑解 方currency1 要依据换率固定的 能通 组合所 的 新状态 表 复合的 6.4.5 数部可靠性 6.4.5.1 优点 分析用的 本 用非常低 必 输入的信 数据量 适合 早 的 部可靠性的基本信 可 早 的 适合 需要很 的 可靠性数据 效 适用 复杂的部 6.4.5.2 缺点 系统的功能结构（如 低 的）不能考虑 因“ 简单的结构 可 数部分析 的精 通常比较低 尤其是 型子系统 这是 部分 开数据 传播 故 不能考虑修理 维修 不能故障模 理 及其影响 无法考虑 序故障 fi .第 18 页 共 19页 IEC 300-3-1 附录A（非标准） 其他 考标准 IEC 706-1 1982： 可信性指南 第 1 部分：第 123 节 概述要及维 性程序 第 19 页 共 19页
