GB T 15174-1994 可靠性增长大纲.pdf
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1、中华人民共和国国家标准GB/T 15174-94 可靠性增长大纲Programmes for reliability growlh 本标准等效采用国际标准lEC1014(1989只可靠性增长大纲队1 主题内容和适用范围本标准规定了编制可靠性增长大纲的要求和导则。为使可靠性增长,需暴露和排除在硬件和软件中的薄弱环节。当规范要求设备(电子、机电、机械硬件及软件)有个可靠性大纲,或者已知设计不成熟,若不进行改进便不能满足验证试验的要求时,使用本标准是合适的。在阐述基本概念之后.接着叙述f所要求的管理、计划、试验(实验室和现场试验7、失效分析和改进技术。为了估计增长后达到的可靠性水平,还简要概述了数学
2、模型。本标准适用于通过试验进行可靠性改进的场合,其一般原则也同样可适用于其他活动。改进工作可以在以下各项结果的基础上进行2理论研究(例如故障模式及影响分析h现场试验,使用者的经验;主要目的不是致力于可靠性改进的项目。2 引用标准GB 3187 可靠性、维修性术语GB 5080. 1 设备可靠性试验总要求GB 5080.2设备可靠性试验试验周期设计导则GB 5080.4 设备可靠性试验可靠性测定试验的点估计和区间估计方法(指数分布)GB 6992 可靠性和维修性管理GB 7288.2设备可靠性试验推荐的试验条件固定使用在有气候防护场所设备精模拟3 术语本标准所用的基本可靠性术语符合GB3187。
3、要求在本标准中专门定义或说明的术语叙述如F。除非另有说明,这些术语既适用于只有硬件构成的产品,也适用于含有软件或以软件为主的产品。区分开GB3187中的失效强度(failureintensty) (对可修复的产品和失效率(failure ra te ) (对不修复或一次性产品)两个术语是非常重要的。3. 1 可靠性改进reliability improvement 通过排除系统性失效的原因和(或)减少其他失效发生的概率来实现改进可靠性特征量的一种过程。注2本标准所描述的方法是进行纠正性更改,以达到减少果统性薄弱环节的目的.唱:对任何产品而言,由于可行性、经济性等原因,能获得的增长都是有限度的。
4、国家技术监督局1994-08-20批准1995-04-01实施307 GB/T 1 51 74- 94 3- 2 可靠性增长relability growth 表示产品可靠性特征量随时间遥渐改进的种过程。3-3 薄弱环节失效weakness failure 当施加的应力在产品规定能力之内时,由于产品本身的薄弱环节而引起的失效。注:Ci)蜻弱环节可以是固有的,也可以是诱发的。薄弱环节是产品中任种已知或未知的缺陷,它可以引起个或多个薄弱环节失效。在统计意义上假设每种类型的薄弱环节是相互独立的。3. 4 系统性薄弱环节systematic weakness 只有通过更改设计、制造工艺、操作方法、文件
5、或其他有关因素,或者通过排除劣质的元器件批,才能排除的或减少其影响的薄弱环节。注=没有改进措施,只作修理和更换(在软件情形作重复运行)很可能导致同类失效再现。由)软件薄弱环节都是桌统性的。3. 5 残余性薄弱环节residual weakness 非系统性薄弱环节。注t这种情况下,在预期的试验时间内,同类失效再现的风险可以忽略不计囚软件的薄弱环节不可能是残余性的。3. 6 关联失效relevant failure 在解释试验或运行结果时,或在计算可靠陀特征量值时应包括的失效。注2应列出关联失效的判据。关联失效的判据见7.2条e3. 7 非关联失效nonrelevant failure 在解释试
6、验或运行结果时,或在计算可靠性特征量值时不应包括的失效。注,CD gi罚IJIfj非关联失效的判掘。非关联失效的判据见7.1条。3.8 系统J性失效systematc failure 与某种原因直接有关的失效,而这些失效只能采取更改设计、制造工艺、操作方法、文件或其他相关因素的方法才能排除。注e没有更改的修复性维修通常不能排除失效原因。来用模拟失效原因的方法能诱发主统性失效。在本标准中,系统性失效被认为是由革统性薄弱环节引起的失效。3. 9 残余性失效residual failure 由残余性薄弱环节引起的失效。3. 10 A类失效failure category A 由于费用、时间、技术上的
7、限制或其他原因,由管理者决定不作纠正性更改的那类系统性失效。3. 11 B类失效failure category B 由管理者决定需作纠正性更改的那类系统性失效。3. 12 瞬时可靠性量度instantaneous reliability measure 在可靠性增长程序中的某一给丘吉时刻IJ(过去或现在)对产品进行的可靠性量度。吕CD常用的可靠性量度为(瞬时)失效强度或平均失妓I8J隔时间(MTBF)以及瞬时失效率或平均失效前时间(MTTF)。用可靠性增长模型估计得到这些重度值。3.13 外推可靠性结度extrapolatcd relability measure 在可靠性增长的全过程巾,能
8、及时进行纠正性更改的产品,在未来某一给定时刻估n获得的吁在性量度。30币 GB/T 1 51 74-94 注.GB3187中的修饰词外推的定义适用于此,但仅限于时间外推。恨设前面的试验条件和纠F.性更改程序,维持不变。倍、悄设今后有1,)样的趋势.可以利用以往的数据用可靠性增长模型来估计可靠性特征量。41常用可靠性量度为(瞬时失效强度或平均失效间隔时间(MTBFl以及(瞬时失效率或平均失效前时间(飞1TTF)。J 14 计划的可靠性量度projected retiabitity measure 同时引入多个纠正措施后所预测到的产品可靠性量度。注更改往往是在增长大纲的两个连续阶段之间进行。常用的
9、时靠性量度为(瞬时失效强度或平均失效间隔时间(MTBF)以及(瞬时)失效率或平均失放前时间(MTTFlo 用呵靠性增民模型估计得到这些量度值。4 基本概念在可靠性增长大纲中,通常采取实验室或现场试验来激发并暴露产品的薄弱环节以便改进系统、设备、元器件或类似产品的可靠性。如果出现了失效,就要进行诊断、修理或更换,然后继续进行试验。与此同时对于已经出现的失效,应该进行分析并找出其失效的根本原因,当找到了确实的原因之后,就要对其设计、其他有关程序或可靠性增长发展过程中的结果进行适当的更改,从而促使产品的可靠性逐步增长。这种程序既适用于纯硬件,也适用于与之配套的软件囚对于不修理的或一次性使用的产品或元
10、器件的可靠性增长程序,应该提供不断改进的样品,而每次改进设计后的样品都应该比以往的样品更为可靠。软件的可靠性增长不受实际环境(例如温度和湿度)的制约,不受可靠性筛选的影响,但可能会受其他环境(例如使用和维护的影响。硬软件可靠性特征量的估计,只能通过对失效的观测、监控和记录来获得。可靠性特征量的估计会受到为暴露薄弱环节而进行的性能试验能力的影响。为了包含各种特殊的和未知条件的以及在实际使用中可能遇到的各种组合条件,可靠性增长试验应尽可能采用在实际使用中可能出现的综合环境条件。4. 1 薄弱环节与尖效在没有出现失效以前,薄弱环节通常是未知的。在一些对产品有影响的操作中,由于无意识的人为差错,薄弱环
11、节可能在个可观察到的失效发生以前已经存在了。换句话说,产品的薄弱环节是材料固有的,或者是由于制造工艺不完全受按而造成的。产品的可靠性增长通常只与降低系统性薄弱环节的影响有关。系统性薄弱环节与残余性薄弱环节从开始到被排除的过程如阁1所示。:( 111 4.2 系统性薄弱环节GB/T 15174 - 94 增长过程系统性稽弱环节系统性失娥修理或更缺(相间类想失般可能会量l!出现)8 果取改进措施降低失效噩噩ji!尊姓增长i又作修理咙余性越弱t个节钱余性失彼修理9lJl!I负精向集型失敛不可能重量出现1A 坷.性无增长图1增长与修理过程的比较系统性薄弱环节般与设计或类似的程序有关。各种类型的薄弱环节
12、往往受下列因素的影响2 规定使用环境或条件的准确性,b. 设汁、制造过程或使用的新颖性、复杂性或关键性g 约束条件,如研制或生产时间过紧、经费不足、尺寸重量或性能要求过严gd. 人员培训水平和技术熟练程度。系统性薄弱环节会同时存在于硬件和软件中,也会产生广泛的影响,同原因可能会使产品带来相似的薄弱环节。用来消除系统性薄弱环节的改进措施本身也有可能会引进新的系统性薄弱环节。4.3 残余性薄弱环节残余性薄弱环节通常只与产品或零部件的制造有关。上述4.2条所述的因素对产生残余性薄弱环节也有影响,但这些影响可以通过对人员培训、不断熟练的过程以及质量控制来减少。残余性薄弱环节只存在于硬件中。与系统性薄弱
13、环节不同,残余性薄弱环节可局限于单件产品1:0产品中的大部分残余性薄弱环节可以通过可靠性筛选来加以排除。而剩余的薄弱环节将会保留下来,在产品的寿命期内可能随机地引起失效。任何大范围的修理、更换或改进都隐含着寻|入新的残余性薄弱环节的风险。4.4 可靠性增长过程的失效模式可靠性增长过程中,由F产品的故障强度随着每次成功的改进而降低,所以不能用恒定失效率的假设来估计增长过程的故障强度或MTBF。本标准叙述了用来估计已有的增长和作计划的可靠性数学模型的原理。在可靠性改进计划中,为了达到规定的可靠性目标,可以采用有关的技术来估计试验所需要的时间。各种可靠性评估方法的准确性都取决于如何有效地控制试验环境
14、、监控程序、失效报告以及被记录的试验时间,因此实验室数据比现场试验或非正式试验方案所获得的数据更加可靠。如果对控制程度有怀疑,即控制不得力就不要使用数学模型,然而即使是在控制不得力,不得不放弃数学模型时,本标准310 GB/T 15174千94所描述的改进过程,总会使可靠性得以增长,认识到这L点很重要.因此,即使对增长结果不能进行定量估计,仍然要执行可靠性增长大纲。在图2中,曲线(1)是一条理想化的阶梯曲线,1:表示了各种系统性薄弱环节所产生的首次失效的累积数目相对于试验时间的曲线,这条曲线呈指数理,反映了一定数量的固有系统性薄弱环节所形成的曲线趋势。曲线(2)是钱余性薄弱环节相对于观测时间的
15、特性曲线,在早期失效期结束后,它是呈直线型的。曲线(3)是曲线(1)和曲线(2)之和,它表示了产品关联失效的总数,曲线(3)最终趋向予直线化。如果改进措施不力或推迟,相同类型系统性失效叮能会重复出现。图2的曲线是基于下列假设条件的2a. 已经排除了早期失效,否则曲线(2)在开始时将会呈现非线性;b. 不包括在增长期因修理或更改等原因产生新的薄弱环节。例如在修理或更改中可能引入这种新的薄弱环节: 不包括由正常或容许的磨损而产生的失效;d. 在整个增长过程中,环境、工作方式、试验的纵深程度都保持不变;任何试验周期应是短期的.而前后保持-致;e 准确监控试验时间。剖栩栩啦川队峰山战士wm/ -r 二
16、二-(!) 一J 卢卢r r 二F r r r 一r r z二_( 2) 自ii其联民辑时til图2关联失效与试验时间的关系同曲线(l)各类系统性薄弱环节的首次失效4曲线(2)残余性失敖s曲线(3)曲线(1)和曲线(2)之和5 管理概述为执行可靠性大纲,成建立管理程序,并且在试验活动与相应的纠正性更改活动之间建立重要的信息联络网。5. 1 管理程序管理程序的框图如图3所示。311 GB/T 1 51 74- 94 准k1式特-一叫UJ:.飞制Jit Ii,IJ 性能出刷A竹梭L己公!II t4,人占1义妓检测、:毛晰检修赠反陆、跟眈植增UKMEFt 建句1;儿!k坡吵阶段作报古tJh受联络网a
17、丸放I剧ft!JE终拟:L措施敬学根!-!因3可靠饨增长大纲总体图为了安排计划应有个准备阶段(见第6章).需妥让所有工作人员熟悉受试设备,并要求在试验机构与设计机构之间建立正式的或非正式的信息联络网(见5.2条)。在第6章中详述了试验的耍求,在第7章中详述了失效分类,第8章中详述了纠正措施,图5归纳了这三部分内容u只有发生了具有统计意义的失效数之后,才可以应用数学模型(见第9章)。由于改造过程比增长估计更加重要,因此,若不具备建模条件,就不要建模,以免胃得出错误结论的风险。构成报告的基础应该由详细日常记录、对设计的反馈和用户报告所组成。关于这部分的详细内容可见第10章。5.2 信息联络网单靠文
18、件本身往往不会有效地促成采取必要的措施,因此旨在消除系统性薄弱环节的纠正性更改.通常都需要可靠性工程师亲自去督促和实施。可靠性工程师应与失效信息有关人员及负责排除系统性薄弱环节的工作人员保持密切的联系。失续数据的主要来源有z8. 可靠性改进试验,b. 可靠性筛选, 可靠性验证;d. 环境鉴定试验se. 验收试验;f 现场试验;g 操作使用。可靠性改进试验吁认为是最有意义的信息来源.由于它的目的在于改进,它要求对环境及数据收集进行严格控制。但就失效分类方面,其他方面的信息也能提供有益的背景材料。具奋检索分类功能的计算机数据库,能够对各种不同来源的相同失效类型进行归类。需要跟踪的范围包括:a 设汁
19、研if!;b. 元器件供w:方及转承包单位;t 绘图主;d. 技术规范se. 生产计划,f 制造s3i2 GB/T 1 51 74 - 94 E 可靠性筛选;h. 验收试验zE 技术手册,j-操作维护说明书pk 培训11; 1. j主输装卸,m. 用户。图1说明了信息联络网的基本联络关系。改相吃产_ti I地 队怕严川生Nm 如wt( 攸源尖bwFJU也职句b:ll/才例M护你附于试始程师/ ./ 立工立f一寸叫:1软仲功能川物理化纱布f仇!,愤拙约I1中凶输Jl; 件试验l可靠n改进叫11:性验M上nf V括性的般件t!; f负汁IJ Jt.他分忻t被汁牺iI j趴民国4联络网与功能示意民l
20、5.3 人力及费用由于产品以及Z工-程的种类和规模相当广泛所以j这主里只能给出-般的原则。就小工程而言,可J靠工程师只需要利用部分时间就可以完成上述5.2条叙述的任务,而在其他场合,还需要有其他有有一关人岚来协助他的工作0对人力的安排,应考虑可靠性工程师和查找薄弱环节所需设计能力这两方面的力量,如果没有可可靠性增长大纲,有哩薄弱环节是难以发现的,在失效分析及改进设计方而应该能够吸收设计和l其他方面有意义的成果。般来说,受试产品及试验设备是可以回收的,如果这些产品叮以交货或修整后口I充作其他用途,则他们对总的试验费用并没有什么影响。没有使用过的备件同样也是可以回收的。5.4 费用效益对口J靠性增
21、长计划进行投资,可以大大节省产品在稳个寿命周期内的维护费用。这些节省取决于许多因素,其中包括产品总数(或单个产品的失效单元数),延长寿命周期、降低平均修理费用以坟减少对现场维护设施的投资等等。6 可靠性增长大纲计划应该承认,在一定的有效时间内经过努力,并不能消除所有的薄弱环节。某些系统性的和残余性的薄弱环节仍然存在并将影响着工程实际的失效强度。用于可靠性改进的总试验时间的长短与所要求的改进程度有关,通常是在几千台时之内。为了及时地交付所需完成的产品和设备,应在口1靠性增长大纲的早期阶段就着于制订试验计划。在制订试验计划时应确定以下内容Ea 每类受试产品的数量和它们的设汁标准;b. 试验设备(标
22、准和规范); :n飞i 备用产品(组合件和元器件hd. 试验条件和环境试验设备,G8/T 15174 94 e 预期的大纲持续时间,包括工作时间和日历时间,f. 投入调试、试验、联络、修理、分析、调查和更改的人力。6. 1 受试产品的数量增加同时受试产品的数量,使其对总体更具有代表性。通常对那些简单的和不太复杂的产品具有较低的费用和较高的可靠性。因而在适当的时间内,为产生足够的失效数需投入史多的受试样品进行试验。因为每个产品费用较低而且实际尺寸较小,所以可以接受这一方案。6.2 试验应力通常由于只有出现失效才能揭示薄弱环节,可靠性改进大纲的_作既包括激发失效又包括排除暴露出的系统性薄弱环节。然
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