第四部分可靠性管理.docx
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第四部分可靠性管理
第四部分可靠性管理
编讲杨志飞
第一章可靠性管理工作项目
1制定可靠性工作计划（101）
1.1目的
承制方制订可靠性工作计划，以便实现产品可靠性大纲所规定的全部任务。
1.2大纲与计划
产品的可靠性大纲，是产品研制过程全部可靠性工作的总体规划，包括可靠性目标、要求以及必须进行的各项工作及其实施要求，是纲领性文件。
可靠性计划是为落实可靠性大纲规定的目标和任务而制订的具体程序。
要对目标和任务进行层次分解，直到可以执行和控制；对每项可靠性活动在何阶段、何时间完成，开始的条件、结束的标志，由谁负责、谁配合完成，输入到何处……等都应有详细说明和规定。
大纲是计划的依据，计划是大纲的具体化和实施保证。
前者好比是节目单，后者是每个节目的具体安排。
1.3工作项目和要求的确定
工作项目是指产品在研制过程的某段时间内，为完成规定任务所必须做的某项可靠性工作。
由于产品的复杂程度、可靠性要求的高低、承制方的能力与水平的差异，具体选取哪些项目，主要由工程领导人根据经验确定，可靠性工程师要作好参谋。
具体可参考GJB450《装备研制与生产的可靠性通用大纲》的附录A。
1.4可靠性计划的编制
可靠性计划是实施可靠性管理的核心，编制可靠性计划就是为落实大纲规定的目标和任务而制定的具体实施方案，即包括决定做些什么，怎样做，做到什么程度，什么时侯做，由谁来做；对完成计划所需的设备、人力、资金等的概算和落实的说明等内容。
1.5制订计划的原则与步骤
a.原则
①根据可靠性大纲确定的要求与项目进行分解和分配，全面考虑，重点放在研制的早期阶段；
②可靠性计划应纳入整个工程研制的计划，与其它工作和维修性、安全性、质量保证工作协调一致，避免不必要的重复；
③计划要分阶段安排，要求应明确、具体，便于执行、检查；
④明确规定各部门、各类人员的责任、权限与相互关系。
b.步骤
①分析、确定可靠性要求，划分可靠性管理阶段；
②确定各阶段的工作项目与要求；
③拟定可靠性活动的日程表；
④分配任务、职责与资源；
⑤确定检查、评审点；
⑥规定信息收集和传递的内容与程序。
1.6计划审批与实施过程的监控
a.审批程序
①订购方提出可靠性指标要求与工作要求；
②承制方制订计划，提出资源预算，送订购方审查；
③承制与订购双方协商、修改与确定可靠性工作计划；
④双方工程负责人会签后，作为产品研制合同的一部分；
⑤由承制方组织实施，订购方配合实施并监督。
b.实施过程的监控
设立一系列监控点，对计划和技术的进展情况进行评价与监控；
监控方法包括：
参加可靠性分析、试验活动，召开有关会议，组织可靠性大纲评审和设计评审，建立报告系统；必要时由承制和订购双方建立不同层次和职责的可靠性组织或机构，配备一批可靠性专业人员，以保证大纲目标和任务的实现。
1.7计划经费
可靠性经费包括可靠性设计、试验和管理的经费，具体有：
可靠性管理组织的活动费用，制订计划的费用，可靠性教育与培训的费用，对转承制方、供应方监督所需的费用，故障分析与纠正措施费用，可靠性设计与试验的费用，设计评审费用，采用高可靠元件的费用，元器件和产品环境应力筛选的费用，可靠性增长与鉴定试验的费用等。
这些因可靠性活动而增加的费用可以从产品可靠性提高和减少维修与售后服务费用中得到补偿，其收益往往可以达到投入的3～10倍。
2对转承制方和供应方的监督与控制（102）
2.1目的
由于现代信息电子装备是一个复杂的系统，一般由分系统、设备、分机、零部件和元器件组成，不可能全部由承制方自己一家承制。
据统计，大约有65％的分系统和设备、85％的零部件和元器件要靠转承制方和供应方提供。
本管理工作项目的目的就是为了确保这些转承制产品的质量与可靠性。
2.2 承制方与转承制方（供应方）的责任
a.承制方与转承制方（供应方）的责任由合同规定。
在拟订合同之前承制方应根据产品组成结构与协作供应体系，把产品承制责任进行分解，分摊给有关各方。
b.转包和供应合同内容包括：
①供应产品的可靠性要求；
②转承制产品的可靠性大纲要求；
③转承制方应提供的文件、数据；
④承制方对转承制方（供应方）的监控措施，如参加设计评审、故障分析、鉴定或验收试验等。
c.转承制方应如期履行合同，主动接受承制方的监控，可根据产品特点参照承制方的做法进行可靠性管理。
2.3 外购件、外协件的选用要求
正确选用和合理使用外购件与外协件是保证产品可靠性的重要环节，承制方所选的外购件与外协件必须符合系统或设备的可靠性要求，协作方和供应方必须有相应的可靠性保证体系和措施，并对自己产品的质量可靠性负责。
2.4 采购控制
首先要根据产品要求编制所有外购件和外协件的采购（研制）规范，其次要对转承制方（供应方）的质量可靠性保证能力进行考察与认证，最后建立合格供应方的名单。
2.5 监督与验收
对转承制方（供应方）的监督工作主要有：
审查与评价可靠性计划落实情况；参加设计评审活动与审查评审结论；参加可靠性试验活动，审查可靠性鉴定或验收试验方案；审查产品技术状态更改；审查采购方案与关键项目清单；审查故障分析与纠正措施的正确性等。
对转承制方（供应方）提供的新研制产品，可通过可靠性分析与评价的方式进行验收，对定型产品通过可靠性验收试验方法进行验收。
2.6 信息收集与反馈
a.信息报告
外购件与外协件在研制、生产、试验过程中产生的故障数据对产品的质量可靠性的分析评价意义重大，因此承制方要求转承制方（供应方）要按照规定的格式、内容及时提供信息报告。
b.信息数据库
承制方要建立外购件、外协件使用信息库，经常分析零部件、元器件的使用情况，并定期反馈给转承制方（供应方）。
c.信息交换
承制方应建立有转承制方和供应方参加的信息交换网，通过信息的收集、分析，及时掌握外协件、外购零部件和元器件的可靠性情况。
3可靠性大纲评审（103）
3.1目的
保证产品可靠性大纲的全面实施并达到预期的费用效益。
3.2 做法
在产品研制生产过程的各阶段设置一系列的检查、评审点，对大纲的执行情况进行连续的观察与监控。
其支柱和重要管理环节是可靠性设计评审。
（为了重点介绍可靠性设计评审工作，将在后面较详细地介绍可靠性设计评审。
）
3.3可靠性大纲评审的主要项目
a.初步设计阶段的审查项目
可靠性模型的建立，可靠性分配，可靠性预计，故障模式、影响及危害度分析，产品规范的可靠性规定，可靠性设计准则，影响可靠性的其它问题，元器件大纲的进展，可靠性关键项目的计划等。
b.详细设计阶段的审查项目
产品规范中的可靠性规定，可靠性预计和分析，元器件大纲，可靠性关键项目计划，影响可靠性的其它问题，故障模式、影响及危害度分析，对应力等级超过规定要求的元器件的标识。
c.可靠性计划检查（大纲检查）
评审遗留问题的解决情况，故障分析情况与结论，可靠性试验的计划安排，元器件、设计、可靠性工作的进度，规定的可靠性项目落实情况，可靠性工作成效的估计，需要讨论的其它问题等。
d.试验准备状态的检查
各项可靠性分析的状况，试验进度表，试验模型，试验方案，试验报告格式，故障报告、分析及纠正措施的执行程序等。
e.生产准备状态检查
可靠性鉴定试验的结果，可靠性增长试验结果。
4故障报告、分析与纠正措施系统（104）
4.1目的
建立故障报告、分析与纠正措施系统的目的是保证故障信息的正确性、完整性，并及时利用故障信息对产品进行分析、改进，实现可靠性增长。
4.2 问题、缺陷与故障的含义
整机产品的可靠性是用故障出现频率来衡量的。
对产品可靠性的分析、评价和改进都离不开故障信息。
在产品的研制生产过程中，管理者和工程技术人员会碰到和要解决一系列形形色色的问题。
问题就是需要进行一定的工作才能澄清或解决的状态或事件。
问题的范围很广，有产品的缺陷，有人们的认识，也有需要与可能的矛盾。
缺陷，是由设计或制造过程引起的不符合规定要求的产品状态或事件，是承制方的责任。
故障是产品在使用和工作中未完成规定功能的一种状态或事件。
大多数故障是由于产品的缺陷在施加一定应力的情况下才暴露的，这又称之为可靠性缺陷。
当使用应力超过规定范围时产品也会发生故障。
一切可靠性活动都是围绕故障展开的，都是为了防止、消除和控制故障的发生；一切可靠性投资都是为了提高产品的可靠性，降低可靠性风险，所以在产品的研制、试验与使用中出现的故障，我们一定要抓住不放，要充分利用故障信息去分析、评价和改进产品的可靠性。
因此，对故障进行分析、研究和控制是可靠性管理的主要任务。
4.3可靠性增长的概念
a.概念
产品的固有可靠性是由设计确定的，是通过制造实现的。
由于产品的复杂性，设计需要不断深化、逐步改进和完善。
初始产品（样机）存在设计和工艺缺陷，在试验或运行中故障和问题可能会较多，可以通过有计划地改进设计和工艺，根除故障产生的原因，从而提高产品固有可靠性水平，逐步达到预期的目标。
这种有计划地按照“试验──分析──改进”的程序，使产品可靠性获得提高的过程称为可靠性增长。
实现可靠性增长的关键在于发现故障、分析原因、采取纠正措施三个环节。
b.可靠性工程试验
造成产品故障的缺陷有两类：
一类是设计与工艺的固有缺陷，是必然性的，而且整批产品都共有；另一类是制造过程质量控制不良引起的缺陷，偶然性的在个别产品上发生的。
为了把这两类缺陷暴露出来，要进行可靠性增长试验和环境应力筛选。
我们把它们统称为可靠性工程试验。
落实可靠性工程试验是可靠性管理的又一重要任务。
4.4 故障报告、分析与纠正措施系统的建立及任务
要在产品完成设计开始制造的时候建立故障报告、分析与纠正措施系统。
该系统负责管理产品故障信息和实现可靠性增长的重要工作。
其主要任务如下：
a.对故障进行分类
按故障发生于寿命周期的阶段分为：
早期故障，偶然故障，耗损故障；
按故障性质分为：
批次性故障，个别性故障；
按故障在现场使用是否可以预计分为：
相关故障，非相关故障；
按故障模式分为：
打不开，关不住，运行中断，间歇故障，性能降低；
按故障危害度分为：
灾难性故障，致命性故障，严重故障，轻度故障；
按故障产生的原因分为：
设计缺陷，制造缺陷，元件缺陷，软件错误，操作错误，原因不明待分析等。
b.编写故障报告
产品任何功能级在试验和检验期间发生的故障均应向规定的管理级别报告。
故障报告按照规定的表格填写，务求真实准确。
故障报告按规定传递到信息管理系统，建立信息库，以便具有良好的追踪性。
c.故障分析
故障调查核实：
接到发生故障的报告后，要指定人员并通知有关部门的人员到现场进行调查核实。
调查内容包括：
故障发生时产品的工作状态和环境情况，故障现象与特征，试验、检验程序和方法以及是否包含导致故障发生的因素，试验人员操作错误的可能性，必要时复现故障状况以证实报告的数据。
工程分析：
对故障产品进行观察、测试、试验、分析，确定故障部位，必要时进行理化和应力强度分析，以判断缺陷的性质。
统计分析：
在信息库中检索统计同类产品的数量、试验使用时间，已发生的故障数，估算同类故障发生的频率。
d.故障纠正
查明原因后，研究并提出消除故障模式的改正措施。
纠正措施经分析验证有效并通过评审后，付诸实施。
按规定程序对产品进行修改后，编制故障分析报告，汇集故障分析和纠正过程中形成的各种数据和资料，立案归档。
故障报告、分析与纠正措施系统闭环工作示意请参阅图4-1。
故障文件故障观测可靠性将改进措施用于
研制试验研制设备
故障验证使用有效
确定改正措
施的有效性确定改正措施
故障隔离改正措施有效无效
用于生产
故障分析确定原因
更换有怀验证有怀疑
疑的产品的产品收集数据
图4-1：
故障报告、分析与纠正措施系统闭环工作示意
5故障审查及组织（105）
5.1目的
确保故障报告、分析与纠正措施系统工作的有效性。
5.2 性质与任务
a.性质
故障和故障处理是关系到产品可靠性最关键、最重要的事件，是可靠性管理的主要任务。
因此要特别关注故障报告、分析与纠正措施系统的工作。
建立故障审查组织，其性质就是以一定的组织形式来审查重大故障和故障趋势及在产品研制、生产阶段采取有效措施的情况。
b.故障审查组织的主要任务
审查重大故障的分析结论和纠正措施的正确性；
利用研制过程中故障的统计资料，对故障趋势进行分析，提出控制措施的建议。
5.3组织组成
故障审查组织又可称为故障审查委员会，由设计师系统、质量可靠性管理部门、供应部门和生产部门的代表组成，委员会由产品总设计师负责，订购（使用）方可以派观察员参加活动。
其日常办事机构设在质量可靠性管理部门，处理故障信息、作好活动记录，印发通报。
故障审查组织的建议，在提交工程最高负责人批准后实施。
5.4 协调事项
在已经设立不合格品审查委员会的企业中，故障审查组织也可由该委员会在补充了可靠性管理人员和可靠性工程师之后履行上述职责，完成上述任务。
6可靠性设计评审
6.1 可靠性设计评审的工作性质
可靠性设计评审是可靠性大纲评审的重要环节，务必做好。
其工作性质是在产品设计决策的关键时刻组织非直接参加设计的各有关方面的专家，对设计进行及时的详细的论证。
6.2可靠性设计评审的作用
可靠性设计评审的作用是运用早期告警的原则，对设计的质量进行控制。
可靠性设计评审工作，要在分析产品技术标准及其使用环境条件、使用要求的基础上，对设计依据、设计构思、设计方法和设计结果进行分析审查，从而尽量揭露产品在可靠性和维修性设计上的疑点或薄弱环节，以便提醒管理者在做出决策时注意，为改进设计提示方向。
6.3可靠性设计评审的工作目标
a.评审设计是否满足合同的要求、是否符合设计规范和标准及有关规定？
b.发现和确定设计的疑点，研究并提出改进的建议与措施；
c.对研制试验、检查程序和维修资源的分配进行预先考虑；
d.检查和监督可靠性管理计划的实施；
e.减少设计更改，缩短研制周期，降低研制周期费用。
6.4评审方法
a.依据工程的特点进行分阶段的评审
方案设计评审：
在方案设计完成后进行。
评审内容：
设计方案、技术途径、可靠性与维修性指标及其分配的合理性、实现的可能性，采用的新技术、新元件、新材料的分析等。
初步设计评审：
在初步设计完成后、样机试制前进行。
评审内容：
系统功能、参数落实的可能、接口设计，可靠性模型、指标分配，失效模式和效应分析、关键项目清单等。
详细设计评审：
在完成试样设计后、试生产之前进行。
评审内容：
产品的性能、可靠性等指标的设计结果，试验结果，容差分析报告、元器件大纲等。
定型设计评审：
在产品设计定型将转入正式生产之前进行。
评审内容：
产品性能测试和可靠性鉴定试验结果，设计的成熟性、可生产性，对生产的缺陷和产品的故障分析处理的正确性、彻底性，对关键件、外购件的控制文件等。
国外有的公司不按产品研制开发的阶段实施评审，而是主要突出关键设计评审。
b.评审机构
组成评审组：
评审组由各有关方面的专家组成。
其组织工作由产品设计单位的管理机关负责，全组共7～15人，设组长和秘书各一名。
评审组的任务：
评审组成员按专业分工对设计结果进行分析和检查；对有分歧的问题开展集体讨论；对设计能否满足合同的要求、是否符合规范的要求做出明确的评价意见，对设计缺陷提出改进建议。
评审组成员资格：
组长：
要求专业知识丰富，对评审的项目和要求有深入的了解，公正无偏见；可从项目技术领导或上级产品设计师中挑选。
秘书：
要求对产品质量控制、可靠性设计和管理技术比较熟悉，组织能力强，具备协助组长做好评审的组织计划工作的条件；可在产品研制单位的质量保证部门或可靠性管理部门挑选。
组员：
要求知识和经验超出评审项目设计所需的范围，具有发现问题、分析问题和提出解决问题措施的能力；可在同行专家或与该项目有关的其他部门的设计师中聘请。
c.评审程序
①准备阶段：
产品研制单位的质量可靠性管理部门根据研制计划提出评审要求→组成评审组→制订评审活动计划→明确组员分工→通知产品设计师和评审组成员；
设计师汇集设计、试验资料→编写可靠性设计和分析报告→报评审组由秘书于正式评审一周以前发给评审组成员；
评审员按分工阅读检查设计与试验资料→记录发现的疑点和问题→报评审组秘书→秘书收集后反馈给设计师。
②正式评审：
为确保评审员有足够的阅读、分析设计和试验资料的时间，要在评审员接到评审资料一周之后进行正式评审。
由产品设计师向评审组全组会议作设计质量和可靠性分析报告→评审员提出并讨论有疑问的或有分歧的问题→设计师答辩和提出对策→取得妥协意见后研究评审结论。
③追踪管理：
评审组秘书根据正式评审的讨论意见和设计师完成改进措施的情纯靠性评审报告→报组长或主管技术领导批准→通知设计师冻结技术状态→转入下一阶段工作。
6.5注意事项
a.可靠性设计评审工作是管理工作的重要内容，评审工作的效果是可靠性管理工作成绩的标志，因此务必认真落实，切不可走过场。
b.评审员在评审活动中必须根据本人的专业特长给予分工，同行设计师是评审组的主力。
评审员的分工请参考表6-1。
表6-1可靠性设计评审组人员职责分工
成员专业特长
职 责 及 分 工
组 长
制订评审计划，明确组员分工，主持预审工作和正式评审会议，提出评审结论，签署评审报告。
秘书
接受组长领导，按计划和评审程序组织各项评审活动。
主管设计师
汇集并提供评审资料，提出设计质量分析报告，对疑问和问题做出对策答辩，落实设计改进措施。
同行设计师
评审设计方案和特点、分析、计算方法能否满足用户要求。
可靠性工程师
对可靠性设计与分析结果、可靠性试验结果进行评审。
质量工程师
检查设计与试验的各项工作文件是否符合质量要求。
器材管理师
对选用的元件、器材是否具有设计要求的性能和寿命以及元器件大纲进行评审。
计量测试师
对测试仪表选择的正确性和使用的合理性进行审查，参加评审中的产品性能测试工作。
生产工艺师
审查设计能否经济方便地进行加工生产。
标准化师
审查设计文件、资料、图纸是否符合标准和规范要求。
任务提出代表
审查设计能否满足合同要求。
用户代表
审查设计能否满足使用要求。
复习思考题
1.GJB450是什么性质的标准?
它规定了多少个工作项目?
2.请列出GJB450规定的整机产品可靠性管理的工作项目。
3.可靠性管理的主要任务是什么？
4.可靠性工作计划的内容有哪些?
5.可靠性大纲评审的意义是什么?
6.如何保证外协件和外购件的质量与可靠性?
7.可靠性设计评审的工作性质和目标是什么?
它与可靠性大纲评审的关系是什么?
8.建立故障报告、分析与纠正措施系统的作用是什么？
9.请区分问题、故障、缺陷三者的概念，论述发现并消除产品设计与工艺缺陷的方法和管理措施及可靠性增长的关键环节。
10.建立故障审查组织的目的是什么?
该组织如何组织活动?
11.在整机研制与生产的哪几个阶段要进行可靠性设计评审?
12.可靠性设计评审组如何组成?
对成员的要求和职责是什么?
第二章产品可靠性综合评价技术简介
1电子产品可靠性现场统计和综合评价技术
1.1引言
大型电子信息产品一般特指由数以千计的元器件、零部件、结构件组装而成的具有特定功能的电子设备，如彩电发送系统、微波数据传输系统、气象雷达探测系统、娱乐音像系统……等。
它们的特点是：
系统较大、技术复杂，机电一体、数字模拟兼备，人和软件共同操作，工作环境条件较差，可靠性和环境适应性要求较高。
然而，由于系统体积较大，一般不能安放到试验设备中去做可靠性综合环境应力试验。
因此，系统的可靠性定量值不能在实验室测定（鉴定），甚至到了报废之时仍然得不到系统的可靠性定量值。
为了解决这个问题，可靠性系统工程研究发展了新的可靠性评价方法，这就是可靠性综合评价技术。
可靠性综合评价技术是系统工程综合方法在可靠性工程中的应用，方法的核心是对产品设计生产全过程进行质量可靠性跟踪，对产品进行全寿命的失效统计，用阶段评审资料和统计数据进行综合评价，从而得出产品可靠性定量值。
1.2大型电子产品可靠性评价的发展过程
大型电子产品的可靠性评价工作，与可靠性系统工程发展历史密切相关，经历了三个发展阶段。
①以故障统计为基础的可靠性评价阶段；
②按任务剖面进行可靠性统计试验的试验评价阶段；
③按可靠性大纲进行阶段可靠性评审（也包括统计试验）加现场失效统计的可靠性综合评价阶段。
这里划分成三个阶段，只表明可靠性系统评价的发展过程，而不是评价方法的分割。
三个阶段的评价方法可以互相补充，第三阶段综合评价的方法实际上包含了前面两个阶段的方法。
无疑，综合评价是最全面最灵活、信息量最多的方法，因而也是最科学、最经济有效的方法。
1.2.1以故障统计为基础的可靠性评价方法
在人们尚未系统地掌握可靠性科学技术的时期，人们认识大型电子产品的途径是检测性能指标和记录故障。
产品的性能指标，大家已经十分清楚，它是产品功能的标志。
性能表明产品可以做什么用途，比如彩电发射机的功率，表明它配合什么样的天线之后可以覆盖多大的范围。
然而，它是否好用，能否长期不出故障，就要用产品的功能来表示。
因此，人们为了保持产品的功能，对故障进行了详细记录，汇集成册，甚至出版故障汇编，供维护者、修理者、操作者参考使用。
而可靠性工作者则可以应用故障记录进行可靠性数据处理，获得该产品的平均故障间隔时间：
MTBF＝T/r （1-1）
式中：
T＝累计工作时间，
r＝累计故障次数。
这便是产品的可靠性观测值，统计学称点估计值。
该值客观地定量地反映了产品可靠性平均水平，是工程上能直接得到的定量值，因而是最重要最宝贵的值。
这种简单直观评价产品可靠性的方法，虽然产生在第一阶段，但现在仍然受到人们的重视，应用得非常广泛。
这里必须强调，系统工作时间的记录要准确。
在装有计时装置的设备上做此工作十分方便，对没有计时装置的设备做记录时务必十分用心，每次开机都要记录工作时间。
对发生的故障要记录其现象、发生时刻、失效原因、排除措施等内容。
这些都可以按照标准表格进行填写。
这些表的数据就是可靠性评价的依据，因此必须准确可靠。
由此可见，操作人员必须具备严肃认真的工作作风。
还必须强调，对故障要有准确的定义，凡进入记录表的应是有规范定义的故障。
1.2.2按任务剖面进行可靠性统计试验的试验评价方法
迄今，大量可靠性著作和许多标准，都把建立在统计学基础上的统计试验当做最理想的可靠性评价方法。
此方法的要点是：
试验样品从批量生产的母体中随机抽样指定，其数量一般不少于3台；试验应力尽量模拟实际使用的环境条件──任务剖面；试验时间由选定的试验方案确定。
试验方案的要素是：
承制方和订购方的风险率α、β，鉴别比D，设定的可靠性验收定
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