《矿业系统可靠性教学课件》k

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,系统可靠性课程安排,课程学时：,32,课堂教学,30+,上机,2,任课教师：段天宏,联系电话：,E-mail:,Psw: luckyldj,Qq: 657782374,1,应该重点学习什么,1.,基本概念和计算方法,应该特别注意各种模型的前提条件,2.,可靠性管理方法,3.,可靠性技术手段,可靠性设计,可靠性试验,2,第一章,可靠性与系统可靠性,第一节,可靠性与系统可靠性的概念,第二节,可靠性的发展概况,第三节,可靠性的特点,第四节,可靠性与质量管理,第五节,研究系统可靠性的意义,第一章 练习题,3,你购买产品时注重哪些东西？,1.衣服鞋子类,2.电子产品类,4,第一节 可靠性与系统可靠性的概念,可靠性定义：,三个“规定”,（,1,）,可靠性,:,所谓可靠性就是产品在规定的条件下，在规定的时间内，能够完成规定的功能的能力。,（,2,）,产品,:,指可以单独研究、分别试验的任何部件、组件、设备或系统。,5,（,3,）,规定的条件,:,指产品使用时的应力条件（载荷条件）、环境条件以及贮存条件等。,（,4,）,规定的时间,:,指产品的工作时间,（,5,）,规定的功能,:,指产品应具有的技术指标。,6,二、可靠性分类,1,狭义可靠性和广义可靠性,狭义可靠性：就是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。它表示产品在某一规定时间内发生故障的难易程度。,7,广义可靠性,:,国家标准将广义可靠性定义为：产品整个寿命周期内完成规定功能的能力。它包括了狭义可靠性和维修性,.,广义可靠性狭义可靠性维修性,8,有效性,（也称,有用性,）：可以维修的产品在某时刻具有或维持规定功能的能力。,广义可靠性实质上就是产品的有效性,9,注意：在一般场合，人们所说的可靠性是指广义可靠性，而在专业场合及定量计算时，可靠性又多指狭义可靠性。,10,2,固有可靠性和使用可靠性,固有可靠性（,inherent reliability,）,，是指由设计决定、制造实现和保证的可靠性，记作,R,I,。,11,使用可靠性，是指产品在使用过程中，因受环境条件、维修方式及人为因素的影响所能达到的可靠性，记作,R,U,。,有人还将,R,I,和,R,U,综合起来称为工作可靠性，记作,R,O,12,3,硬件可靠性和软件可靠性,所谓“硬件”,:,是指在传统上被看作是从完全相同的器件总体中取出的若干部分的一种组合。,13,所谓“软件”,:,是指由书面的或可记录的信息、概念、文件或程序组成的产品。,软件可靠性：在规定的条件下和规定的时间内，软件成功地完成规定功能的能力（概率）或不引起系统故障的能力（概率）。,14,在微软遭逢美国司法部反托拉斯诉讼的期间，该公司,1,名主管的说词曾透露,Windows,NT 4.0,有严重的可靠度问题。但近来，微软的行销阵营却勇敢的宣称,Windows,2000,拥有,5,个,9,(99.999,),的可靠度。,15,微软并非第一家低估其产品缺点的软体公司；就像除了,Sun,以外，大家都知道,Solaris 2.4,是有史以来瑕疵最多的,Unix,，而同样不完善的,2.2 Linux Kernel,不是也曾宣称会提供企业所需的一切吗？,16,三、系统可靠性,系统,:,是为了完成某一特定功能，由若干个彼此有联系的而且又能相互协调工作的部件所组成的综合体。,17,两种不同类型的系统,不可修复系统,:,是指系统或其组成部件一旦发生失效，不再修复，系统处于报废状态，这样的系统称为不可修复系统。,可修复系统,:,通过维修而恢复其功能的系统,18,在硬件一软件系统中，有人提出系统的可靠性可表示为：,（,1-1,）,式中,系统可靠性；,软件可靠性；,硬件可靠性；,操作者误差。,19,四、可靠性技术的基本内容,1,可靠性基础理论,（,l,）可靠性数学。 在数学领域已形成了一个独立的学科分支。,20,（,2,）可靠性物理,60,年代发展起来的。,60,年代前后就产生了失效物理学。现阶段已经发展到可靠性保证阶段。,21,（,3,）可靠性管理。可靠性管理是对可靠性工作的各个环节以及产品的全寿命周期的各项技术活动进行组织、协调和控制，以实现既定的可靠性指标的一种方法。,22,2,可靠性专业技术,（,1,）可靠性设计。 这项工作包括：建立可靠性模型，对产品进行可靠性预计和分配，进行故障或失效机理分析，在此基础上进行可靠性设计。,23,（,2,）可靠性试验。,可靠性试验的目的是了解产品，验证产品的可靠性水平，试验,改进,再试验，反复提高产品可靠性水平。,24,（,3,）维修性设计。 大多数的产品均为可修理产品。维修性设计的目的是为了缩短平均停机时间。,25,第二节 可靠性的发展概况,萌芽,创建,全面发展,深入发展阶段,26,20,世纪,40,年代前是可靠性工程的萌芽阶段。,古代的建筑家和雕塑家们，竭力希望他们设计的庙宇，教堂、宫殿、塑像、水利设施及桥梁，不仅要富丽堂皇，而且要保存千秋万代。,27,古代航海船队力求达到的帆船高适航性，是依靠船体的外形轮廓和确定船的稳定性的全套索具，依靠挑选同船体、桅杆的强度和耐久性有关的特种木材，依靠创造的可迅速操纵风帆、迅速调整在风暴中长时间航行的航船载荷的良好指挥条件。,28,第二次世界大战期间，美国的军用电子设备在储存期就有,50%,失效，机载电子管寿命连,20h,还不到。,1943,年成立了“真空管研究委员会” ，这标志着可靠性研究的起步。,29,20,世纪,50,年代是可靠性的创建阶段,阿波罗计划,朝鲜战争，促使军内外开始系统的可靠性研究。,美国于,1950,年成立“电子设备可靠性专门委员会”。,1952,年美国国防部成立“电子设备可靠性顾问委员会”（,Advisory Group on Reliability of Electronic Equipment,，简称,AGREE,）。,30,1957,年,AGREE,发表的“军用电子设备的可靠性”报告，明确产品的可靠性是可定量的、可分配的、可验证的，从而建立了可靠性的框架，奠定了可靠性的基础。,31,前苏联从,20,世纪,40,年代后期，日本、原西德从,50,年代后期也开始了可靠性研究 。,32,20,世纪,60,年代是可靠性全面发展阶段。,美国在该阶段迅速发展了可靠性设计和试验方法，并取得了重要成果，,1965,年颁布的,MIL-STD-785,军用标准（,1969,年修订为,785A,）是其中最显著的成果。在此期间，世界各国也普遍成立了可靠性机构，推广可靠性教育，建立可靠性管理制度，制订可靠性标准。,33,20,世纪,70,年代以后是可靠性深入发展阶段。,由于军事装备的使用观念发生了战略性转变，从单纯重视性能到重视效能，从单纯要求高可靠性到,要求可靠性、维修性等综合指标,，并将可靠性，维修性作为减少全寿命周期费用的工具。,34,我国的可靠性工作,我国的可靠性工作从,1956,年成立“环境试验所”开始，,1965,年在钱学森的建议下，原七机部五院成立了“可靠性质量管理研究所”（,705,所），进行了开拓性工作。,35,但“十年动乱”，,705,所被迫解散，可靠性研究处于停顿状态，直到,1973,年才又恢复可靠性研究工作。,1978,年提出并开展了“七专”（专人、专机、专料、专批、专检、专技、专卡）活动,36,1979,年中国电子学会成立“可靠性与质量管理专业学会”，,1981,年又成立“中国电子元器件质量认证委员会”，,1982,年国家标准局成立“全国电工电子产品可靠性与维修性标准化技术委员会”，使我国的可靠性研究得以蓬勃开展，并制定了一系列的国家标准。,37,第三节 可靠性的特点,一、规定条件下的可比性,一个产品的可靠性受三个“规定”的限制。,（,1,）第一个“规定”是指因使用条件和环境条件的不同，可靠性水平有很大差异。,（,2,）第二个“规定”是指规定时间的长短不同，其可靠性也不同。,（,3,）第三个“规定”是指因规定的产品功能判据不同，将得到不同的可靠性评定结果。,38,二、时间质量指标,三、强调可用性,提高可用性可以从两个方面入手：,（,l,）是保证产品在规定的使用时间内不出故障，少出故障；,（,2,）是出了故障能迅速修复，目的都是使设备不可利用的时间降到最低程度，为此需提高产品的无故障性或维修性。,可用性可用时间,/,（可用时间因故障维修,修等不可用时间）,100%,。,39,四、统计、抽样特性,五、可靠性指标的体系,一般地说，一个产品的可靠性可由多种指标形式表示。因为可靠性是个综合特性，它综合表现了产品的耐久性、无故障性、维修性、可用性和经济性，可分别用各种定量指标表示，形成一个指标体系。具体一个产品采用什么样的指标要根据产品的复杂程度和使用特点而定,40,第四节 可靠性与质量管理,可靠性是时间的质量,产品质量是指能满足用户要求的一种属性，它由功能指标决定；产品的质量主要包括性能、,寿命、可靠性、安全性和经济性,，有时还有,可维修性,、人性化要求及表面状况等。,产品的性能指标是指技术指标，例如电子计算机的字长、容量、指令数和速度等。我们常见的各类产品技术指标都是性能指标。,41,质量管理,:,以生产过程为中心，控制产品的性能特性参数不要超出管理工程的界限，并且以出厂合格率等指标进行评定。,可靠性管理,:,通过试验和现场使用信息的反馈，以设计预测的事前分析技术为中心，预防故障的发生，保证可靠性目标的实现。,42,可靠性是对,t,0,的质量的管理,目前日本的可靠性和质量管理体制的两种形式,:,（,l,）将可靠性作为质量保证功能的扩充方式引入,（,2,）可靠性和质量保证两种体制并存,43,但是,在美国一般把质量管理和可靠性分开,，分别设有质量管理工程师和可靠性工程师的专业职称。前者主要服务于制造部门，后者主要服务于技术管理部门，而且随着可靠性工作内容的增多，,还分为维修性设计工程师和可靠性设计工程师,等职称。,44,我国推行的是全面质量管理（,TQC,）体制，这种体制应是强调可靠性目标的全过程管理，按理说和可靠性是不矛盾的，只是目前在行业中实施的,TQC,制度还不太完善：偏重于生产过程的质量管理，强调产品性能参数的抽检合格率，,45,对于设计过程和售后阶段的管理还很薄弱。对于可靠性，这两个阶段的管理十分重要，因此可以在现有管理体制内引入可靠性，,加强设计和信息反馈,的管理，完善全过程的管理循环。,46,第五节 研究系统可靠性的意义,一、研究系统可靠性的意义,1,可靠性是产品质量的一项重要指标,2,产品日趋复杂化，可靠性成为日益突出的问题,47,美国登月火箭发射计划称为阿波罗计划，当时在宇宙开发领域内，最初美国失败多次，是落后于苏联的。可是由于引进了可靠性技术，阿波罗计划终于在六十年代取得了完全的成功。,48,1975,年发射的先锋号卫星，由于一个价值,2,美元的零件失效，造成发射失败，损失,220,万美元。,1986,年,1,月,28,日导致穿梭机“挑战者”号爆炸的竟是一个助推器的密封圈失效，最后导致造价,12,亿美元的“挑战者”号爆炸，七名宇航员全都遇难的重大事故。,49,日本开始于阿波罗计划影响的背景下，即六十年代后期，主要用在国家铁路新干线及电器公司的自动交换机等设备上。,如新干线，至,1980,年已经连续出色地运行了五亿五千万公里，可为世界称赞的惊人的奇迹相当于绕地球,13700,周。,50,表,1-1,复杂性对系统可靠性的影响,51,表,1-2,不同年代生产的农用拖拉机的复杂性及可靠性水平,拖拉机生产年份,每台的部件数,整机可靠性（假定部件平均可靠性,99.99%,）,每年每,1000,台拖拉机故障台数,1935,1960,1970,1980,1990,1200,2250,2400,2600,2900,88.7%,79.9%,78.7%,77.1%,74.8%,113,201,213,229,252,52,阿波罗计划的复杂性,在,NASA,的牵头下，共有,120,所高校，,2,万多家工厂，,400,多万人参与了这个计划，耗资,250,亿美元，几乎占用了,NASA 60,年代经费的,3,5,53,3,产品使用环境的严酷化，对可靠性提出更高的要求,4,产品全寿命周期费用的增长，要求提高可靠性,54,20,世纪,60,年代末，美军用电子设备每年的保障是采购费的,1.0,倍。,而到,1977,年，保障费是采购费的,1.5,倍；飞机电子设备每,10,年的年平均费用增长,9,倍。,我国某型歼击机的维修费与采购费之比为,8,：,2,55,上海某公司生产的黑白电视机（,1978,年）,平均失效间隔工作时,500h,开箱不良率,23.6,早期返修率,20.8,一年平均返修率,86.92,每台成本,247.56,元,年产量,26.8,万,每台平均亏损,34.92,元,总亏损,936,万元,56,上海某公司生产的黑白电视机（随后,5,年）,平均失效间隔工作时,5000h,开箱不良率,2,以下,早期返修率,2,以下,一年平均返修率,13.28,每台成本,351.35元,年产量,126.37万,每台平均盈利,52.86,元,年总盈利,6680万元,57,5,可靠性问题涉及国家和企业的经济利益，影响国家的安全和声誉,本世纪,3040,年代，出现了大量的桥梁倒塌、船舶沉没等事故。如美国在第二次世界大战后期约共计,2500,艘自由型万吨货轮在服役期间有,145,艘断成两截,700,艘左右受到严重损环。,58,在,50,年代，随着空间技术的发展，又出现了不少飞机火箭、导弹坠毁爆炸的灾难性事故。,如,l960,年美国北极星导弹固体燃料发动机的压力壳，突然发生低应力脆断事故。,1965,年美国又发生一件著名的,z60Sl-1,固体火箭发动机压力壳爆炸的典型脆断事故。,59,我国的某型战机在“七五”期间，因不重视可靠性，造成多起机毁人亡的,I,、,级飞行事故，直接经济损失,2000,多万元，给部队训练和战斗力造成严重影响。,1992,年,3,月,22,日我国用“长,捆”火箭为澳大利亚发射卫星因发生极小概率的故障而招致失败，影响了国家的声誉。,60,二、可靠性与安全生产,据统计，美国每年为此受伤者达,2000,万人。,1967,1973,年间的统计，产品责任事故中有,37%,是产品不合格，其余如安装不符合规范、试验检查不够、说明书指导书错误等等。这些都是厂家的责任。,61,一个世纪以来的十大事故：,1.1907,年魁北克大桥坠垮使,19000t,钢材和,86,名工人坠入水中。,2.1912,年英国提坦号客轮遇难导致,1513,人丧生。,3.1937,年德国兴登堡气球爆炸。,4.1963,年美国“长尾鲨”号核潜艇遇难。,62,5.1963,年意大利维昂特水坝冲毁，造成,4000,人丧生。,6.1974,年土耳其的,DC-10,飞机失事，造成,355,名乘客和,11,名机组人员丧生。,7.1979,年美国宾夕法尼亚反应堆事故。,8.1981,年美国堪萨斯城饭店倒塌造成,113,人丧生，,200,人受重伤,9.1984,年,12,月印度博帕尔农药厂中毒事件约有,3000,人丧生，,10,万人不同程度中毒。,10.,到,1986,年前苏联切尔诺贝利核电站事故,63,1944,年,l0,月,20,日，美国俄亥俄州克利夫兰市发生了一起液化天然气贮罐爆炸并引起大火的重大恶性事故。建于,1942,年的一台圆筒形贮罐,(,直径,21,3m,，高,12 6m),在运行中突然发生脆性断裂并产生许多碎片。,64,大量的可燃性气体夹着液滴成雾状向四周扩散。附近的工厂、商店、住宅等先后发生气体爆炸和火灾周围的市区被火焰包围，形成一片火海,65,20,分钟后与圆筒形贮罐相邻的,3,号球罐,(,直径,17,4m),，由于支柱被火烧弯而倒塌，整个球罐在火焰烘烤下发生强烈的蒸气爆炸，喷射的火焰高达,300m,。,66,这场由于压力容器破裂而引起连锁反应的灾难性事故，使,70,栋住宅,219,辆汽车和,2,座工厂全部烧毁另外还有,13,座工厂和,35,栋住宅遭到部分破坏，死亡,133,人经济损失达,6802,万美元。,67,佛山九江大桥坍塌事故现场,68,当年桥面合龙时有约,10,厘米的误差，是被硬压到桥墩上强迫合龙的，所以九江大桥稍稍有点“扭曲”。 曾评上国家奖。,广东省高速公路公司认为，九江大桥开通,19,年，坍塌的一个因素是桥梁老化。对此，黎宝松觉得好笑：“搞桥梁是百年工程，工程设计没有六七十年，就不该通过。”,69,哪些领域是特别重视可靠性的,高层抗震建筑、电视塔、巨型单拱桥梁和水电站大坝,远洋船队、破冰船队以及核潜艇,联合采煤机、人造心脏、,航空、空间技术、原子能、转基因产品,等,可靠性不成为头号问题的技术部门是不存在的,70,三、可靠性与经济效益,1,可靠性微观经济分析,2,可靠性宏观经济分析,（,1,）资源意义,（,2,）财政意义,（,3,）公益意义,（,4,）市场意义,71,1,可靠性微观经济分析,20,世纪,60,年代，小松如何应对困境？,以“产品可靠性超过卡特匹勒”为战略目标，由经理亲自领导全公司展开了可靠性活动。,72,推土机的可用度提高了,4,8%,，平均无故障工作时间（,MTBF,）提高了三倍，维修费用降低了,2/3,，出口率从不足,20%,上升到,40,50%,。数年来，不但守住日本国内市场，而且扩大了出口额。,73,2,可靠性宏观经济分析,（,1,）资源意义,可靠性有利于节约社会资源，设备的可靠性提高后，一台设备可以抵上几台的作用和功效，这样在成本投资相近、资源消耗相同的情况下，发挥几倍的效益。,74,美国通用电器公司（,GE,）发表的,改进电站可靠性和可用性所获效益,的研究报告中指出，如果美国燃煤和核能电站的可用率提高,5%,，其效益为,每年节省,84,亿美元的开支；,相当于多装机,3400,万,Kw,；,年节省发电耗油,90,万桶。,为此，,GE,公司作过分析认为，设备可靠性提高,1%,，即使成本提高,10%,也是合算的。,75,（,2,）财政意义,从国家财政收入的价值构成来看，主要的财政收入来自于新创造的归社会支配的产品剩余价值。,76,发电厂的经济账,装机容量,300,万,Kw,日发电量,0.72,亿度,可靠性提高量,1%,年多发电,2.628,亿度,每度电利润,0.05,元,创利,0.1314,亿元,77,国家的经济账,每度电带来产值,4.9,元,增加产值,12.877,亿元,每度电利润,0.49,元,增加利润,1.287,亿元,每度电税收,0.7l,元,增加税收,1.866,亿元,78,（,3,）公益意义,宏观经济分析不仅考虑一个企业，一个部门的利益，更重要的是注重社会效益和公众效益。,以国产电视机为例，,1980,年年产,200,万台，如果按年均增长,15%,，,修理一次平均费用以,10,元,计算，当电视机平均无故障时间为,500,小时时，用户在,1980,1990,年间付出的修理费为,19.6,亿元,。,79,当电视机的平均无故障时间为,10000,小时时，则只要付出,2.3,亿元,，,节约,17.3,亿元,。目前我国年产彩电已达,8000,万台，平均修理费用早已超过,50,元，按整个社会分析，十年间节约修理费用已远远超过千亿元,80,（,4,）市场意义,可靠性不仅使企业在微观上提高了市场竞争力，也使整个国家的产品在宏观上占领了国际市场，导致了整个经济腾飞。,81,二次大战前，日本的商品是“价廉，劣质”的代名词。战后，日本引入了可靠性技术，吸收、消化，使其适合国情，从而开发出优质、高可靠性产品，满足顾客要求。在各个领域中扩大了市场占有率，形成了进出口贸易的巨额顺差，保持了产品质量的领先地位，保证了国家经济不断发展，从而使日本成为世界瞩目的目标。,82,3,可靠性优化经济分析,总成本,制造,成本,设计成本,维修成本,成本,可靠性,成本,-,可靠性曲线,83,回忆-质量成本,84,85,可靠性优化经济分析的基本思想,:,争取较高的可靠性和较低的费用开支,关于第一个图（成本,-,可靠性曲线图）的商榷：,类似质量成本,更深层次的考虑：,质量是没有成本的,质量、 交货期、信誉,-,影响顾客满意度,86,产品可靠度不高不仅会导致使用和维修费大大增加，而且会使产品信誉下降，严重的情况下会造成产品提早报废，影响相关的工程，其损失甚至会超出经济范围。,提高产品的可靠度是有价值的。为了提高可靠度，即使支付某种程度的代价也是值得的。,87,参考文献,1,、实用可靠性工程（第四版） 电子工业,2,、可靠性工程技术 哈尔滨工业大学,3,、矿业系统可靠性 中国矿大,4,、人的可靠性 上海科学技术,5,、漫谈可靠性,6,、可靠性分析用概率纸的用法,88,习题,习题,1,产品可靠性的定义是什么？其中规定的条件，规定的时间，规定的功能的意义各是什么,?,2,可靠性与质量管理有哪些区别与联系？,3,提高产品的可靠性有哪些意义？,89,