可靠性工程师考试资料.docx
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1、一、可靠性概论1.1可靠性工程的开展及其重要性1、可靠性工程起源与第二次世界大战 (日本,齐藤善三郎)。20世纪60年代是可靠性全面开展的阶段,20世纪70 年代是可靠性开展步入成熟的阶段,20世界80年代是可靠性工程向更深更广 的方向开展。2、1950年12月,美国成立了 “电子设备可靠性专门委员会”, 1952年8月,组成“电子设备可靠性咨询组(AGREE) , 1957年6月发 表军用电子设备可靠性,标志着可靠性已经成为一门独立的学科,是可 靠性开展的重要里程碑。3、可靠性工作的重要性和紧迫性:武器装备的可 靠性是发挥作战效能的关键,民用产品的可靠性是用户满意的关键成为参与 国际竞争的关
2、键因素是影响企业盈利的关键是影响企业创立品牌的关键 是实现由制造大国向制造强国转变的必由之路。4、可靠性关键产品是指一旦 发生故障会严重影响安全性、可用性、任务成功及寿命周期费用的产品、价格 昂贵的产品。1.2可靠性定义及分类1、产品可靠性指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。概率度量成为可靠度。2、寿命剖面是指 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,包含一个或几个任务剖面。任务剖面是指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。3、产品可靠性可分为固有和使用可靠性, 固有可靠性水平肯定比使用可靠性水平高。产品可靠性也可
3、分为基本可靠性和 任务可靠性。基本可靠性是产品在规定条件下和规定时间内无故障工作的能 力,它反映产品对维修资源的要求。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。同一产品的基本可靠性水平肯定比任务可靠性水平要低。 1.3故障及其分类1、故障模式是指故障的表现形式,如短路、开路、断裂等。故障机理是指 引起故障的物理、化学或生物的过程。故障原因是指引起故障的设计、制造、 使用和维修等有关的原因。2、非关联故障是指已经证实未按规定的条件使用 而引起的故障,或已经证实仅属某项将不采用的设计所引起的故障,关联故障 才能作为评价产品可靠性的故障数。1.4可靠性常用度量参数1、故障率人(t) 是
4、工作到某时刻尚未发生故障的产品,在该时刻后单位时间内发生故障的概率。 增函数。4、维修时间分布:指数、对数正态、正态分布。指数分布表示维修率 为常数。5、维修性的定性要求:良好的可达性;提高标准化和互换性程度;具 有完善的防过失措施及识别标识;保证维修安全;良好的测试性;符合维修的 人素工程要求。维修性的定量要求:平均修复时间(MTTR)、最大修复时间、 修复时间中值、预防性维修时间。6、维修性分配需要考虑的因素:产品的故 障率、维修级别、维修类别、产品功能层次、维修活动。维修性分配方法:按 故障率分配法;利用相似产品数据分配法;按故障率和设计特性的综合加权分 配法。7、故障率和平均修复时间是
5、维修性分析中必须要考虑和优化的两个变量。 8、修复性维修工作确实定采用FMECA,预防性维修工作确实定采用RCMA(以 可靠性为中心的维修)9、维修性设计准那么:简化设计;可达性设计;标准化、 通用化和模件化设计、防过失措施及识别标示、维修安全性设计、维修中人素 工程设计、其他通用设计准那么。10、维修性设计准那么制定的依据是维修方案、 维修性要求、相似产品维修性设计准那么。11、维修策略:以可靠性为中心的维 修(随坏随修、定期维修、已可靠性为中心 的维修)、全员生产维修(TPM) o 12、维修性试验一般一次性抽样选择的样本量要求在30个以上。13、维修性 试验与评定包括:维修性核查、维修性
6、验证、维修性评价。5.2测试性基本概 念1、测试性好的产品主要表现:自检功能强、检查测试方便、便于使用外部测 试设备进行检查测试。2、测试性的定性要求:合理划分产品的单元、合理设 置测试点、合理选择测试的方式和方法、兼容性。测试性的定量要求:故障检 测率、故障隔离率、虚警率3、动态测试更能真实全面的考察产品的性能状态。 4、测试设备种类:按操作使用方法分全自动、半自动和人工;按通用程度分专用 测试设备和通用测试设备;按与主产品的关联分机内测试设备(只能专用)和外 部测试设备(可专用可通用)。5、测试性分配的指标为:故障检测率、故障 隔离率。6、测试点布置:尽可能集中或分区集中,且可达性要好。测
7、试点切忌 设置在易损坏的部位。7、合理确定测试点:可以减少故障检测、隔离的时间, 又可以降低对测试设备的要求。5.3可用性基本概念1、一般不作为研制合同 要求的是系统效能、使用可用度。2、可用性是指产品在任意时刻需要和开始执 行任务时,处于可工作或可使用的程度。概率度量称为可用度。【能工作的 时间(/能工作的时间+不能工作的时间)】3、产品不能工作的时间是指产品 未处于能执行所需功能状态的在编时间,包括维修时间、改进时间、延误时间。 能工作时间包括:不工作时间、待命时间、反响时间和任务时间。4、固有可用 度不能作为使用过程的现场度量的原因:修理备件缺乏、为获得修理备件而延 误;修理人员的培训缺
8、乏、技能未满足要求;过多的行政管理要求。5、固有可 用度=平均故障间隔时间/平均故障间隔时间+平均修复时间可达可用度=平均维 修活动间隔时间/平均维修活动间隔时间+平均维修时间使用可用度=平均维修 活动间隔时间/平均维修活动间隔时间+平均停机时间6、固有可用度是仅与工作 时间和修复性维修时间有关;可达可用性是仅与工作时间、修复性维修和预防 性维修时间有关;使用可用度是考虑系统的固有可靠性、维修性及测试性、预 防性维修和修复性维修,以及管理、使用和保障等各种因素。六、可靠性数据收集及处理1、可靠性数据收集及处理的目的和作用:在方案阶段,可以用来进行方案 的比照和选择;在工程研制阶段,可掌握产品可
9、靠性增长的情况,找出薄弱环 节,以便提出故障纠正策略和设计改进的措施;在设计定型或确认时,评估产 品可靠性水平是否到达规定的要求,为设计定型和生产决策提供管理信息;在 批量生产时,评估产品可靠性,检验其生产工艺水平能否保证产品所要求的可 靠性,为接受产品提供依据。6.1数据类型、来源和收集1、数据来源:产品 本身的来源(试验数据、使用(现场)数据);产品外部的来源:行业数据、 标准规范手册中的数据。2、数据收集方法:试验报告和调查表。6.2数据处理 与评估1、故障数据的统计原那么:在一次工作中出现的同一部件或设备的间歇性 故障或屡次虚警只计为一次故障;当可证实多个故障模式是由同一单元的失效 引
10、起时,整个事件计为一次故障;在有多个单元同时失效的情况下,当不能证 明是一个失效引起了另一些失效时,每个单元的失效计为一次独立的故障;已 经报告过的故障由于未能真正修复而再次出现的,应和原报告过的故障合计为 一次故障;由于独立故障引起的附属故障不计入产品的故障次数;试验对象或 其部件计划内的拆卸事件不计入故障次数;已确认的非关联故障不计入故障次 数;其他有关规定要求。2、分布的假设检验是通过产品的寿命试验数据来推 断产品的寿命分布。主要方法:拟合优度检验法,分作图法和解析法两类。解 析法包括:皮尔逊X 2检验法、k-s检验法、相关系数检验法、似然比检验法、F检验法。3、皮尔逊卡方检验的使用条件
11、为:样品量50,;落入每组的频 数不能太小三5;需要卡方分布分位数表。4、参数估计的主要参数:分布中的 主要参数,如指数分布中的失效率;可靠性参数的点估计,如可靠度R;可 靠性参数的区间估计参数,如可靠度单侧下限RLo 5、威布尔分布通过假设位 置参数为0,可将三参数转化为两参数威布尔分布。6.3数据管理与应用1、可 靠性数据管理一定要注意数据的及时性、系统性和完整性。七、可靠性管理1、可靠性是设计出来的、制造出来的、管理出来的。7.1制定并实施可靠性发 展战略1、可靠性开展战略:提出可考核的产品可靠性维修性目标;明确可靠性 工作的指导思想和工作基本原那么;建立可靠性研究机构和队伍;制定中长期
12、可 靠性培训计划;建立质量与可靠性信息系统;改进流程,将可靠性、维修性、 测试性、保障性和安全性有机融入设计、制造以及售后服务的各个流程之中; 制定企业可靠性维修性工作的规范或标准;明确企业高管和部门负责人及各类 人员相关的可靠性职责;建立并完善各种可靠性试验系统;制定可靠性工作奖 惩措施等。2、企业的可靠性管理要履行筹划、组织、监督和控制的职能。7.2 可靠性工作的基本原那么1、可靠性工作的基本原那么:预防为主、早期投入;采用 成熟设计的可靠性设计原那么;重视用户使用过程。7.3故障报告、分析和纠正 措施系统(FRACAS) 1、建立FRACAS的重要目的是提高产品的固有可靠性。 2、工程分
13、析:对发生故障的产品进行测试、试验、观察、分析,确定故障部位。 统计分析:收集同类产品的研发和生产情况、经历的试验及使用情况和已发生的 故障情况等有关数据,计算同类产品故障发生概率等有关统计数据。3、技术归 零五条:定位准确;机理清楚;问题复现;措施有效;举一反三管理归零五条: 过程清楚;责任明确;措施落实;严肃处理;完善制度4、FRACAS实施步骤: 发现故障并报告故障;分析故障,确定故障原因;采取纠正措施,进行故障归 零。7.4可靠性评审1、可靠性评审的作用:评价产品设计是否满足规定的可 靠性、维修性、安全性等要求,是否符合可靠性设计准那么、规范及有关标准的 要求发现和确定薄弱环节和可靠性
14、风险较高的部位,研讨并提出改进意见 全面检查产品可靠性保证大纲实施的效果减少设计更改,缩短开发周期,减 少寿命周期费用。7.5产品可靠性保证大纲1、GJB450A-2004规定五个系列工 作:100系列一一可靠性及其工作工程要求确实定;200系列一一可靠性管理; 300系列一一可靠性设计与分析;400系列可靠性试验与评价;500系列 使用可靠性评估与改进。单位为10-9/h,称为菲特。2、故障率是故障的一个相对率,与样本量无关。3、 MTTF平均失效前时间,描述不可修复产品。在规定的条件下和规定的时间内产 品寿命单位总数与失效产品总数之比。4、MTBF平均故障间隔时间,描述可修 复产品。MTB
15、F=1/入(指数分布)入故障率为常数。5、故障服从指数分布, 故障率为常数入,此时可靠度为R (t) =eA(- X t) 1.5产品故障率盆浴曲线1、 早期故障期:主要是设计与制造中的缺陷导致;偶然故障期:有偶然因素引起; 耗损故障期:由老化、疲劳、磨损、腐蚀等耗损性因素引起。2、安全性分析方 法:危险源检查单法;工程经验法;其他分析方法(失效模式影响及危害性分 析、失效树分析、事件树分析、报警时间分析、警示与报警分析等)二、可靠性数学基础1、样本标准差可用于描述随机变量样本数据的离散性的统计量2、样本均 值、样本中位数、样本众数可以用于描述随机变量样本数据的中心特征的统计 量3、样本均值属
16、于样本矩。2.1可靠性工程中常用的概率分布1、离散型随机 变量分布:二项分布、泊松分布。连续型随机变量分布:指数、正太、对数正 态、威布尔分布。2、指数分布:f(x)= X eA(- X x), F (x) =l-eA(- X x)指数分 布的均值n =1/入,方差。A2=l/人八2指数分布的性质:失效率入等于常数; 平均寿命。与失效率互为倒数;指数分布“无记忆性”。3、正态分布具有 对称性,计为N(R ,。人2) , 口决定正态分布曲线的位置,代 表分布的 中心倾向,。人2决定正态分布曲线的形状,表示分布的离散程度。4、威布 尔分布既包括故障率为常数的模型,也包括故障率随时间变化的递减(早期
17、 故障)和递增(耗损故障)模型。2.2参数估计1、点估计的解析法:矩法只适 用于完全样本;最好线性无偏估计和不变估计只适用于定数截尾情况;极大似 然法和最小二乘法适用于所有情况,极大似然法是精度最好的方法。2、极大 似然估计利用总体分布函数表达式及样本数据来建立似然函数。具有一致性、 有效性和渐近无偏性等。3、置信区间表示计算估计的精确程度,置信度表示估 计结果的可信性。三、可靠性设计与分析3.1可靠性建模、分配与预计1、可靠性模型包括可靠性框图及其相应的数 学模型;可靠性模型分为基本可靠性模型(用于计算故障率或平均故障间隔时 间,串联模型)和任务可靠性模型。2、建立可靠性模型的目的:明确各单
18、元 之间的可靠性逻辑关系及其数学模型利用模型进行可靠性定量分配和预计, 发现设计中的薄弱环节,以改进设计对不同的设计方案进行比拟,为设计决策 提供依据。3、可靠性建模主要步骤:明确产品定义、绘制可靠性框图、建立数 学模型。4、非贮备模型:串联模型;工作贮备模型:并联模型(最简单)、 表决模型、桥联模型;非工作贮备模型:旁联模型。5、串联系统的失效率, 指数分布时,相加。6、采用并联模型,提高了产品的任务可靠性,而基本可靠 性降低,同时增加了产品的重量、体积等。7、可靠性分配是一个由整体到局 部、由上到下的分解过程。分配方法有评分分配法、比例组合法、AGREE法、 均等分配法。8、评分分配法考虑
19、因素:复杂度、技术成熟度、重要度、工作时 间和环境条件。9、可靠性分配目的:明确各单元的可靠性定量要求发现设 计中的薄弱环节对不同的设计方案进行比拟,为设计决策提供依据作为可 靠性试验与评估的依据之一。10、可靠性预计是一个由局部到整体、由下到 上的过程。预计方法:评分预计法、元器件计数法(初步设计阶段)、应力 分析法(详细设计阶段)和相似产品法。11、评分预计法考虑因素:复杂度、 技术成熟度、工作时间比率、环境严酷度。12、应力分析法需要数据:元器 件种类、数量、质量等级、工作环境、使用应力。13、可靠性预计目的 将预计结果与要求的可靠性指标相比拟,是否能够到达客户要求在方案阶 段,通过对不
20、同方案预计值的比拟,选择优化方案在研制阶段,通过预计, 发现设计中的薄弱环节,以便加以改进为可靠性增长试验、验证试验及费用 核算等提供数据通过预计为可靠性分配提供对照依据。3.2故障模式、影响 及危害性分析(FMECA) 1 故障影响分为局部影响、高一层次影响、最终影 响。2、严酷度是根据产品每一个故障模式的最终影响的严重程度确定的。(I 灾难的、II致命的、III中等的、IV轻度的)3、绘制危害性矩阵图的方法: 横坐标一般按等距离标示严酷度类别,纵坐标为产品危害度或故障模式危害度 或故障模式概率等级。4、CA分析方法有评分排序法和危害性矩阵方法(定量、 定性分析方法)5、过程FMECA简称P
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