可靠性增长管理应尽可能利用产品研制过程中各项试验的资源与信息,将有关试验与可靠性试验均纳入以可靠性增长为目的的综合管理之下,促使产品经济且有效地达到预期的可靠性目标。对于新研的关键分系统或设备应实施可靠性增长管理。
拟定可靠性增长目标、增长模型和增长计划是可靠性增长管理的基本内容。可靠性增长目标、模型和计划应根据工程需要与现实可能性,经过对产品的可靠性预计值与同类产品可靠性状况的分析比较,产品计划进行的可靠性试验与其他试验对可靠性增长的影响(贡献)做分析后加以确定。
影响可靠性增长的因素大致分为两类,一类是影响产品固有可靠性增长潜力的因素,如产品的复杂程度、研制进度要求、技术能力、技术成熟度、研制经费投入等;另一类是在具有增长潜力的前提下影响可靠性增长的保障因素,如部署使用频度、FRACAS系统运行的有效性、部署使用改进经费投入等。根据产品自身特点综合地考虑两类影响选取相关影响因素,并对其进行相应的分析。重点考虑对固有可靠性增长潜力的影响因素。
对可靠性增长过程进行跟踪与控制是保证产品可靠性按计划增长的重要手段。为了对增长过程实现有效控制,必须强调及时掌握产品的故障信息和严格实施FRACAS,保证故障原因分析准确、纠正措施有效,并绘制出可靠性增长的跟踪曲线。
可靠性增长管理目的、实施要点及注意事项如表2-10。
表2-10可靠性增长管理
工程研制中针对功能性能设计的“试验—纠正—再试验”方式,会使产品的可靠性得到改善。但这种增长往往是盲目的,既没有从可靠性出发进行再设计,又没有与产品可靠性预定目标发生联系。有时,设计更改后在功能性能得到改进的同时,其可靠性反而下降。所以,依赖这种增长不能保证产品可靠性达到预定目标。
实践表明,对产品进行可靠性增长试验,是提高产品可靠性的重要途径。不过,单纯依靠增长试验,对于某些复杂或高可靠性要求的产品,往往需要耗费大量资源;可靠性增长试验通常是在工程研制阶段的后期进行的,重大的设计变更可能会造成生产工艺有较大的变更,因而其效费比比较低;可靠性增长试验的时间仅占研制过程中全部试验时间的一小部分,即用试验手段对产品的可靠性增长实施管理和控制的时间较少,这就是说,当增长过程中需要重大变化和决策时,能调用的资源较少,所以在增长试验中有时会追加资源和延长研制周期。
可靠性增长试验有别于一般性可靠性增长,它们是两种可靠性增长途径,对照比较见表2-11所示。
表2-11可靠性增长试验与一般性可靠性增长对比
对于这两种途径都应实施可靠性增长管理。此外,可靠性增长管理就是要尽可能地利用产品研制过程中各项试验的资源与信息,把非可靠性试验(工程设计试验、性能试验、部分环境试验、安全试验、训练与运行试验等)与可靠性试验(可靠性测定试验、可靠性增长试验)结合起来,都纳入以可靠性增长为目的的综合管理之下,经济地、高效地促进产品达到预定的可靠性目标。
可靠性增长实施要求:
a)通过运行FRACAS系统,将产品各项试验(如环境试验、功能性能试验、可靠性试验)及用户使用过程中的故障信息进行收集、分析,完成故障的归零管理;
b)详细记录各研制阶段的可靠性指标值,如产品设计阶段的可靠性预计值、鉴定或定型阶段的可靠性评估值、批产阶段的使用评估值;
c)在产品设计定型阶段及使用阶段,若产品的可靠性指标未满足考核要求,应分析具体原因,制订专项的可靠性增长计划,必要时开展可靠性增长试验,以提高可靠性水平。
术语如下:
可靠性增长管理:通过拟订可靠性增长目标,制订可靠性增长计划和对产品可靠性增长过程进行跟踪与控制,把有关试验和可靠性试验均纳入“试验、分析、改进”过程的综合管理之下,以经济有效地实现预定的可靠性目标。
可靠性增长管理的基本内容有:确定可靠性增长目标、增长模型和制订可靠性增长计划以及对可靠性增长过程进行跟踪与控制。此外,还必须在可靠性增长试验前后进行评审。
1)可靠性增长过程
可靠性增长就是通过不断地消除产品设计或制造中的薄弱环节,使产品的可靠性随时间逐步提高的过程。可靠性增长是保证复杂系统投入使用后具有所要求的可靠性的一种有效途径,贯穿于系统寿命周期的各个阶段。不同的寿命阶段,可以通过不同的方法来实现可靠性的增长。
可靠性增长过程主要有四个阶段,如图2-4所示。
图2-4可靠性增长过程
a)研制过程中的可靠性增长:通过性能试验、环境试验、增长试验,以及相应的分析、改进工作,产品的可靠性可不断增长;
b)试生产过程中的可靠性增长:继续纠正样机阶段的薄弱环节,使可靠性得到增长;
c)批生产过程中的可靠性增长:通过“筛选”与“老炼”,改进生产工艺或制造工艺,使可靠性得到增长并达到规定的MTBF值;
d)使用过程中的可靠性增长;反馈外场使用信息,改进设计和制造工艺,并通过使用和维护熟练程度的提高,使产品可靠性进一步增长并在理想条件下达到产品的MTBF预计值。
综上所述,可靠性增长的过程,是一个反复试验、反复改进的过程,即“试验—分析—改进—再试验—再分析—再改进”(TAAF)。
2)可靠性增长管理
为了达到预定的可靠性指标,对时间和经费等资源进行系统的安排,并在估计值与计划值比较的基础上依靠重新分配资源对增长率进行控制。
《AMSAA Reliability Growth Guide,September 2000》中对可靠性增长管理的定义为“将可靠性指标看作时间和其他资源的函数进行系统的规划,并在计划值与估计值比较的基础上依靠重新分配资源对当前的增长率进行控制”。
在产品研制周期的各个阶段,合理地、有计划地实施可靠性增长管理,意义重大,具体体现在:
a)发现不可预料的缺陷。无论是含有许多高新技术的新研复杂系统、在已有产品基础上集成的新系统,还是成熟的系统应用于新的领域时,都不可避免地会遇到一些无法预料的问题,这些问题的发现和解决,一定程度上依赖于可靠性增长试验。
b)通过发现问题,来改进设计。有些问题可能可以预料,但其严重性却很难预料,原型机阶段的开发测试可以发现许多问题,针对问题改进设计,从而提高产品的性能和可靠性水平,最终达到可靠性目标值也是可靠性增长管理的内容。
c)降低最后验证的风险。实践证明,多数情况下,仅仅依赖最终的验证,产品的可靠性往往达不到设计要求的目标值。通过定量的可靠性增长使产品初期的可靠性接近最终验证的目标,可以大幅度提高验证时通过的概率,甚至可以取代最终的验证。
d)增加达到成熟期目标值的可能性。在可靠性试验过程中,制订阶段增长目标,并通过资源的整合来逐步达到目标值,是研发过程中可靠性增长管理的综合处理方法。
大量工程实践证明,可靠性增长试验是提高产品可靠性的重要途径。但是单纯依靠可靠性增长试验,对于某些复杂或高可靠性的产品往往是不现实的。原因为:
a)试验时间长(一般5~25倍MTBF最低可接受值);
b)耗费大量资源;
c)可靠性增长试验通常安排在研制阶段后期,此时重大的设计更改可能会带来更多的资金需求和研制周期的延长。
考虑到在产品研制过程中,不可避免地要进行诸如工程设计试验、性能试验、部分环境试验等许多试验,这些非可靠性试验本身往往含有大量的故障信息,这些信息在可靠性增长过程中是可以利用的。可靠性增长管理的目的就是充分利用研制过程中的这些资源与信息,将可靠性试验和非可靠性试验全部纳入到以提高产品可靠性为目的的综合管理下,实施科学的可靠性增长管理,在节约经费、缩短研制周期的前提下,尽可能快地使产品达到可靠性目标值。
综合来看,可靠性增长管理的内容包括:
a)提出增长规划,确定增长目标。可靠性增长目标,要根据工程需求以及产品的可靠性增长潜力来确定,无需盲目追求高的增长目标;不同的阶段,增长目标也不相同,特别是对于可靠性要求高的产品,要分阶段增长。另外,还应考虑同类产品的情况以及产品当前的可靠性预计值等进行综合确定。
b)制订增长计划,细化增长要求。
c)实施增长试验,进行增长评估。
d)控制增长过程,促进增长实现,其本质就是增长过程的计划、评价和控制。
产品的可靠性增长目标,应根据工程需要与现实的可能性,经过全面权衡来确定。一般情况下,可由研制总要求、研制合同中的可靠性规定值来确定产品可靠性目标。确定可靠性增长目标时,还需要考虑同类产品的国内外水平,产品的固有可靠性、产品的增长潜力以及产品的可靠性预计值等各种因素。
可靠性增长计划,是实施可靠性增长管理的依据。为了制订可靠性增长计划,通常需要根据产品的特性,选择合适的增长模型。制订可靠性增长计划,一般需进行如下工作:
a)分析以往同类产品的可靠性状况及可靠性增长情况,掌握它们的可靠性水平、主要故障及其原因和发生频度、可靠性增长规律以及增长率等信息;
b)分析本产品的研制大纲和可靠性工作计划,了解有多少项研制试验,掌握各项试验的环境条件、工作条件及预计试验时间等信息;
c)选择切合实际的增长模型,制订可靠性增长计划并绘制增长的理想曲线及计划曲线。
有了可靠性增长目标和可靠性增长计划后,需要对实际增长过程进行控制,以保证增长过程按增长计划进行。如有较大的偏差,则要在分析这些偏差原因和影响因素的基础上作出相应对策,使产品的可靠性能在预定的时间期限内增长到预定的目标。为了对可靠性增长过程实施有效控制,在增长过程中应及时掌握产品的故障信息,及时进行可靠性评估并绘制可靠性增长的跟踪曲线,跟踪曲线与计划曲线的对比为可靠性增长控制提供依据。
可靠性增长过程的控制是通过计划增长曲线与跟踪曲线的对比分析来实现的。当实际增长率低于计划增长率时,可通过提高纠正比、提高纠正有效性系数等来提高增长率。
试验的监控方法主要有图分析法和统计分析法两种:
a)图分析法
用杜安模型(Duane)将观测的累积MTBF点估计值画在双对数坐标纸上,作出拟合曲线并与试验计划曲线相比较。只要实际达到的可靠性增长曲线与试验计划曲线之间呈现出下列特性之一时,就可以认为可靠性增长试验是有效的。
①画出的观测的MTBF值处于试验计划曲线上或上方;
②最佳拟合曲线与试验计划曲线吻合或在试验计划曲线的上方;
③最佳拟合曲线前段低于试验计划曲线,但最佳拟合曲线从试验计划曲线与要求的MTBF水平线的交点左侧穿过要求的MTBF水平线。
否则,认为试验不可能达到计划的可靠性增长,应制订改正措施方案,可参阅GJB 140707附录A。
b)统计分析法
在试验过程中或试验结束时,可利用AMSAA模型对增长趋势进行统计分析,对试验中的MTBF进行估计,统计分析法分为定时截尾和定数截尾两种情况,可参阅GJB 1407附录B。
可靠性增长试验前评审包括如下内容。
a)可靠性增长试验方案;
b)可靠性增长试验程序;
c)可靠性预计和分析结果;
d)产品FMECA报告;
e)此前有关试验的结果,尤其是环境试验和功能测试结果;
f)已发现问题和故障情况汇总报告;
g) FRACAS准备情况;
h)专用测试设备和试验设备的测试结果和状态报告;
i)需要时,产品的热测定和振动测定报告;
j)产品技术状态说明;
k)为保证试验顺利进行的质量保证措施等。
可靠性增长试验中评审包括如下内容。
a)根据试验结果对当前可靠性增长的估计及预测;
b)对发生的问题和故障的研究及工程分析的结果;
c)对预防及纠正措施的建议以及由此引出的潜在的设计问题;
d)运行日志及测试项目的记录情况;
e)试验前指定工作项目的执行情况;
f)根据审查结果指定的工作项目。
可靠性增长试验后评审包括:
a)试验日志、试验设备测试记录、受试设备测试记录以及故障总报告和分析报告、纠正措施报告、可靠性增长试验报告的完整性和真实性;
b)当前杜安模型的评估值和AMSAA模型的区间估计值与计划值的符合性;
c)试验过程中故障的处理方式和故障诊断是否正确,采取的纠正措施是否有效;
d)试验结果分析的合理性,如果是提前结束试验,其依据是否充分;
e)尚未解决的问题和故障情况以及预计的改进措施;
f)根据前期评审结果指定的工作项目的完成情况;
g) FRACAS运行情况。
可靠性增长控制有如下两种基本模式,二者相辅相成,互相补充。
该模式在可靠性增长活动的早期或难于选择适当的增长模型时用,主要内容如下:
a)评审可靠性增长计划的执行情况,侧重在设计或再设计方面。如可靠性预计进展情况,发现的薄弱环节是否得到改进;FMEA进展情况,发现的设计、生产中的薄弱环节是否得到改进;
b)可靠性增长管理中的各项试验中所规定的要求是否得到执行;
c)检查产品的各组装等级的试验或筛选的执行情况;
d)评审各试验段起点产品的可靠性水平;
e)审查FRACAS的运行情况,各环节能否及时完成;
f)检查在增长过程中因重大设计改正而需要重新进行可靠性预计和FMECA的执行情况。
在可靠性增长活动过程中,一旦取得足够的试验信息,就应根据已测得的数据,选择适当的统计模型,对产品的可靠性增长特性进行评估,绘出跟踪曲线,通过跟踪值与计划值的对比分析,找出差距,分析原因,做出管理决策,以此实现可靠性增长率的定量控制。
可靠性增长管理是科学合理地安排可靠性增长计划,系统地安排所具有的时间与资金,依据已得的数据信息对产品进行可靠性增长评估,在分析比较理论值与观察值的基础上预测潜在的可靠性水平,依靠重新分配资金来控制增长率。即可靠性增长管理的重点是以定量分析为手段,为管理者在工作进度、费用及计划方面及时做出决策。
可靠性增长管理的主要程序如下:
1.准备阶段:包括制订可靠性增长计划,让工作人员熟悉受试产品,进行必要的培训,建立FRACAS,在试验人员之间建立信息联络网等。
2.试验分析与纠正阶段:包括制订试验计划,确定试品数量与试验应力,对元器件可以适当增加试品数量,应采取规范所允许的最严酷的环境和强化使用条件,使之能暴露出潜在的薄弱环节,但不得引入使用中不典型的故障模式。进行系统性故障分析,找到原因后,随即采取改进措施。
3.报告阶段:应有可靠性增长报告,并应包括:日常记录、故障报告、故障分析报告及阶段报告等。
可靠性增长计划是进行可靠性增长管理的依据,可靠性增长计划曲线是可靠性增长计划的主要部分。绘制计划增长曲线需要考虑可靠性增长模型、可靠性增长理想曲线以及阶段划分等问题。
可靠性增长过程中,产品的可靠性是在不断变动的。产品在各个时刻的故障数据,不是来源于同一母体,因此需要应用变动统计学的原理来建立产品的可靠性增长模型。产品的可靠性增长模型反映了产品可靠性在变动中的增长规律。利用可靠性增长模型可以及时评定产品在变动中任意时刻的可靠性状态。可靠性增长模型的另一重要用途是制订可靠性增长理想曲线。可靠性增长是一项有计划、有目标的工作项目,其中极其重要的是确定试验时间,它直接影响可靠性增长所需的资源。任何可靠性模型都含有未知参数。当为了制订增长计划选用模型,而不是仅仅为了对变动可靠性做出评估时,模型的参数应当含有工程意义,即能根据产品硬件的特性、试验条件和承制方管理水平,比较准确地选择这些参数值。否则增长计划曲线远离实际增长规律,可靠性增长过程的控制不仅失去意义,而且会使组织工作引入歧途。
在可靠性增长管理中,最常用的模型是杜安模型及AMSAA模型。
a)杜安模型及AMSAA模型
杜安模型:在产品的研制过程中如果不断地纠正故障,则产品的累积故障数 N ( t )除以累积试验时间t的商,相对于累积试验时间,在双对数纸上趋近于一条直线,其数学表达式为:
AMSAA模型指出:产品在区间(0, t )内的累积故障数 n ( t )的数学期望为
实际上把式(2-5)中的累积故障数 N ( t )换成随机变量 n ( t )的数学期望就成了AMSAA模型的式(2-6)。在这两个模型中, a 称为尺度参数, b 称为形状参数, m 称为增长率。
在制订可靠性增长计划时,可直接使用杜安模型,而当需要对实际增长过程进行精确地统计分析和评估时,则需要用AMSAA模型。
b)累积故障率与瞬时故障率
累积故障率λ ∑ ( t )是指产品试验到t时刻的累积故障数 N ( t )除以累积试验时间 t, 即λ ∑ ( t )= N ( t ) / t 。
累积故障率是可靠性增长中特有的技术术语,它不是产品在t时刻的故障率,但包含产品增长过程的信息和产品在t时刻故障率的信息。对于杜安模型,其累积故障率为:
瞬时故障率λ( t )是指试验到 t 时刻时的瞬时变化率,即λ( t )=d N ( t )/d t 。
瞬时故障率是产品增长过程中在 t 时刻可靠性水平的真实度量。如果产品试验到 t 时刻之后不再纳入纠正措施,即可靠性不再增长,那么在杜安模型假设条件下,产品今后所具有的可靠性水平将是不再变化的瞬时故障率λ=λ( t )。在杜安模型情况下,其瞬时故障率表达为:
对于AMSAA模型,其瞬时故障率为:
1 b >0时,呈现正增长趋势; b 1时,呈现负增长趋势; b =1时,无增长现象。 b 与杜安模型中的 m 之和等于1,即 b + m =1。
杜安模型通常采用图解的方法分析可靠性增长规律。根据杜安模型绘制的可靠性参数曲线图,可以反映可靠性水平的变化,并得到相应的可靠性点估计值。杜安模型适用于不断提高可靠性的试验过程。如图2-5所示,1 / a 是杜安模型累积MTBF曲线在双对数坐标纸纵轴上的截距,反映了产品进入可靠性增长试验的初始MTBF水平; m 是杜安曲线的斜率(增长率),它是累积MTBF曲线和瞬时MTBF曲线的斜率,表征产品MTBF随试验时间逐渐增长的速度。在双对数坐标纸上,瞬时MTBF曲线是一条直线,平行于累积MTBF曲线,向上平移-ln(1- m )。
图2-5双对数坐标和线性坐标上的杜安曲线
a)理想增长曲线
理想增长曲线是描述可靠性增长过程的总轮廓线,它是根据所选增长模型结合可能获得的有关信息而绘制出来的。计划增长曲线的绘制,计划曲线中各阶段目标值的建立,是以理想增长曲线为基准的。
b)理想增长曲线公式
由于产品MTBF为故障率的倒数,则有累积MTBF为 θ ∑ ( t )=1/λ ∑ ( t) ,瞬时MTBF为 θ ( t )=1/λ( t )。杜安模型可表达为:
设第一试验段的MTBF为 θ I ,试验时间为 t I ,则由 有:
将第一试验段(0, t I ]纳入公式后,杜安模型可表示为:
此为杜安模型的理想曲线公式,式(2-14)用瞬时MTBF表示,通常用于制定可靠性增长计划;式(2-15)用累积MTBF表示,通常用于连续增长试验段的增长过程的定量控制。
可靠性增长的跟踪和控制按计划曲线所制订的阶段,分阶段实施。不同的试验段可以根据产品的特点与试验特点采取不同的纠正方式,一般有以下三种纠正方式,如图2-6所示:
一是即时纠正。产品故障的纠正措施在本试验段内实施,纠正的有效性也在本试验段内得到验证。该段内增长曲线近似不断递增的平滑曲线。
二是延缓纠正。产品故障的纠正措施在本试验段结束后,下一试验段开始之前集中采取纠正措施。该段内增长曲线是水平的,而在两个试验段之间会有一个阶跃。
三是部分即时和延缓纠正。产品故障的纠正措施在本试验段,一部分采取即时纠正,一部分采取延缓纠正。该段内增长曲线为递增平滑曲线,在两个试验段之间也会有一个阶跃。
图2-6不同纠正方式的增长曲线
增长过程对产品进行跟踪评估与各试验段的纠正方式有关。
a)即时纠正的试验段跟踪评估
即时纠正方式试验段的跟踪评估分为试验段内跟踪评估和试验段结束时的跟踪评估。试验段内的跟踪常用图估计法进行评估,试验段结束时的跟踪评估既可用图估计法也可用统计分析法,如符合AMSAA模型,可用AMSAA统计分析评估。
b)延缓纠正试验段的跟踪评估
这种纠正方式是产品在试验段内出现故障时,只记录故障,暂不纠正,因此产品的可靠性维持在同一水平上,只有当试验结束时采取了有效纠正措施后,可靠性才会有一个阶跃,评估可采用延缓纠正预测值估计式(2-23)。
c)含延缓纠正试验段的跟踪评估
这种纠正方式的评估分两部分进行,在试验段结束前可用即时纠正方式中的方法进行评估,而试验段结束时,对延缓纠正的故障进行纠正,使产品可靠性产生阶跃,这时可再采用延缓纠正方式中的方法进行评估。跟踪评估方法可参见GJB/Z 77《可靠性增长管理手册》。
计划增长曲线是根据理想增长曲线的总体轮廓线绘制的。计划曲线中各阶段目标值以理想曲线上的对应值为基准,根据工程经验做必要的修改而得出。
根据受试硬件的特点和试验的特点,为每个试验段选定纠正方式,由于各种不同的试验段可以有不同的纠正方式,因此计划曲线的形状可以是三种不同纠正方式曲线的组合。根据每一试验段的纠正方式和理想曲线相应段的可靠性水平来确定进入点和结束点的可靠性水平。这些可靠性值可以根据工程经验做必要修正。经过上述计划工作后,计划曲线在各试验段上可能会与理想增长曲线有较大的差别,但其总的趋势应与理想增长曲线一致,即允许在理想增长曲线的上下波动,而不能偏离过大。当然,计划曲线应当达到或超过最终增长目标。
可靠性增长计划的编制说明中,至少应包括如下内容:
a)同类产品的历史资料和国内外水平;
b)产品研制计划和可靠性计划中有关部分及其进度表;
c)纳入可靠性增长管理的各项试验的有关信息;
d)所选用的增长模型及其依据;
e)理想增长曲线的确定或选择其参数的依据;制订计划增长曲线时考虑过的主要问题,如:试验段的划分,纠正方式的选取,阶段目标值,各试验段进入点和结束点可靠性目标值的修正等。
可靠性增长计划除了资源计算,除了一些重要活动和准备工作(如:可靠性设计、FMEA、FRACAS、重要的评审点等)需列详细规定外,其主要内容都体现在可靠性增长计划曲线中。
计划增长曲线含有5个参数:
a)可靠性增长的总目标 M obj ;
b)达到总目标的总累积试验时间 T ;
c)可靠性增长的初始水平 M I ;
d)起始试验时间 t I ;
e)可靠性增长率 m 。
绘制增长曲线的关键是要确定以上五个参数。只要确定了其中任意四个参数,就可以推导出另外一个参数,计算公式如下:
1)确定增长目标
通常,增长目标 M obj 是由合同或研制任务书规定的。为了能够高概率地通过可靠性试验,可靠性增长的目标值 M obj 应稍高于合同或研制任务书中的规定值 M 0 ,即 M obj M 0 。
如果合同或研制任务书中没有具体规定,可综合考虑国内外同类产品的可靠性水平、产品的可靠性预计值以及产品的增长潜力等各种因素来确定增长目标。
2)确定起始点( t I ,M I )
通常采取下述办法来确定试验计划曲线的起始点:
a)根据以往类似产品试验信息确定起始点的纵坐标 M I ;
b)为满足规定的要求,必须达到的最低可靠性水平为起始点的纵坐标 M I ;
c)对设计和以往研制试验的数据进行工程上的估计定出起始点的纵坐标 M I ;
d)尽量利用与起始点有关的信息,若实际信息不足以确定起始点时,可参照以下方法确定:
根据设备的可靠性水平和工程经验,纵坐标 M I 也可放宽到0.2 M obj 。
3)确定增长率 m
增长率 m 应综合考虑研制计划、经费与技术水平等因素来确定。增长率的范围一般为0.3~0.6。增长率在0.1~0.3之间,表明改正措施不太有力;增长率在0.6~0.7之间表明在实施增长试验过程中,采取了强有力的故障分析和纠正措施。
4)确定总试验时间
工程实践经验表明,总试验时间T一般为增长目标值 M obj 的5~25倍。借助较高的增长率,有助于适当减少总试验时间。但是,总试验时间太少,将会增大可靠性增长试验达不到预期增长目标的风险。
5)绘制计划增长曲线
可靠性增长试验前,应先选定增长模型,根据增长模型绘制计划增长曲线,作为监控试验的依据。计划增长曲线的绘制可按照以下步骤进行:
a)在对数坐标纸上,以累积试验时间为横坐标,以MTBF为纵坐标,将要求的MTBF值 M obj 画成一条水平线;
b)绘出计划增长曲线的起始点( t I ,M I );
c)从起始点( t I ,M I )开始,按所选的增长率 m ,画出累积MTBF曲线;以累积MTBF曲线作为基准线,向上平移-ln(1- m )绘制出瞬时MTBF曲线;
d)瞬时MTBF曲线与要求MTBF线交点的横坐标,代表要求的总试验时间T的近似值。(试验计划曲线绘制可参阅GJB 14707中5.6.3条。)
a)累积试验时间与日历时间
累积试验时间是指纳入增长管理下各项试验的时间总和。累积试验时间可以用小时、公里、开关次数或循环次数来表示。
可靠性增长计划应当与产品研制计划的日历时间相呼应。计算可靠性增长计划的日历时间除了要将各试验段的试验时间折合为日历时间外,还必须考虑情况分析、故障纠正、行政管理(如:零件加工、器材申请、零配件供应、试验设备与测试仪器仪表的监测维修与其他等待时间等)、反馈、评审、批准等各种工作所需日历时间。
b)资源计算
可靠性增长计划中应计算可靠性增长管理中所需全部资源,如果可靠性增长计划中包含专门的可靠性增长试验、可靠性测定试验,则试验所需资源应列入资源计算中。纳入可靠性增长的非可靠性试验费用原则上不列入资源计算,但为了实现可靠性增长而增加的内容,如故障检测、故障分析与纠正等所需资源应当计算在内。另外,因可靠性增长管理而需加强的工作项目,如可靠性预计、FMECA、FRACAS等,其所需增加的资源应列入资源计算。可靠性增长过程比较复杂,有许多因素难以预测,因而在增长控制过程中常常会有一些重大决策,如延长某项试验的试验时间、追加一些试验项目,所以在资源计算中要留有备用资源。
c)专门可靠性增长试验
已纳入可靠性增长管理的其他研制试验的环境工作条件与专门可靠性增长试验的条件并不一致,专门可靠性增长试验一般模拟实际使用环境条件,因此,环境工作条件造成的评估上的差异难以消除,所以,可在可靠性增长管理下,在增长计划的后期安排进行一段专门可靠性增长试验。由于已进行了一定试验时间的可靠性增长,所以,专门可靠性增长试验的进入点可靠性水平较高,所需试验时间会比没有可靠性增长管理的单一的专门可靠性增长试验的试验时间少。
影响可靠性评估的故障数据是责任故障,应先将责任故障进行分类,具体如下。
a)系统性故障,由某一固有因素引起的,以特定形式出现的故障。它只能通过修改产品设计、工艺、生产过程设计、操作程序或其他关联因素来消除。系统性故障可以通过模拟故障原因来诱发。无改进措施的修复性维修通常不能消除系统性故障的故障原因。系统性故障如不进行纠正,在试验过程中和产品使用过程中会重复出现。
b)残余性故障:除系统性故障外,由于某些偶然因素而随机出现的故障。残余性故障也称偶然性故障一般难以重复出现。因其不具备普遍性也无法纠正。
c) A类故障:由于经费、时间、技术条件被限制或其他原因,由管理者决定不进行纠正的系统性故障以及所有的残余性故障。
d) B类故障:在试验过程中必须进行纠正的系统性故障。
纠正比是指B类故障率与产品初始故障率之比,记初始故障率λ I =λ A + λ B ,则纠正比K λ =λ B /λ I ,对于采取了纠正措施的B类故障,应考虑降低这些故障对评估结果的影响,因此引入纠正有效性。纠正有效性系数指某个或某类故障在纠正后其故障率被减小的部分与纠正前的故障率之比,它表征纠正措施的有效程度。记B类故障纠正前的故障率λ B ,纠正后的故障率 则纠正有效性系数为 假设产品共有K种B类故障B i ( i=1,2,…, K),若纠正前B i 的故障率为λ i ,纠正后B i 的故障率为(1-d i )λ i ,则称d i 为B i 的纠正有效性系数。当故障B i 被彻底纠正时,d i =1。但是,或受当前技术水平的限制,或因设计中相互矛盾的因素制约,并非所有的B类故障都被彻底纠正。对于B类故障总体而言,若纠正前的故障率为λ B ,纠正后的故障率为(1-d)λ B ,则称d为B类故障的总体平均纠正有效性
系数,它是B类故障的单个纠正有效性系数 d i 的加权平均值 一般来说,要逐个地对 B i 的纠正系数 d i 进行估计是比较困难的,但对于产品的整个B类故障而言,估计总体纠正有效性系数 d 却是可能的。 d 的取值范围一般为0.55~ 0.85(在没有历史数据的情况下可选用经验数据的平均值0.7)。
为了估计纠正有效性系数,需有相邻两个试验段。前一阶段含延缓纠正,后一阶段采用延缓纠正,具备这两个试验段数据后,按下式估计:
式-中,λ 1A 、λ- 1B —前一阶段的A、B类故障率; M —前一阶段B类故障的种类数; N 2 —后一阶段中的累积关联故障数; T 1 、 T 2 —分别是前后阶段的试验时间。
采取纠正措施后,若B类故障的单个纠正有效性系数为 d i ,总体纠正有效性系数为 d ,则其延缓纠正可靠性纠正预测值可按如下公式估计:
延缓纠正试验段内的可靠性验证值为:
式中, T ☆ = T (时间截尾)或 T ☆ = t n (故障截尾); K A —试验段内观测到的A类故障次数; K B —观测到的B类故障的总次数。 M 为B类故障的种类数; 为 M 种B类故障首次故障时间按AMSAA模型进行参数估计后,其形状参数 b 的估计值。形状参数 b 的估计如下:
a)时间截尾
当 n =1,可用极大似然估计:
b)故障截尾
当 n =2,可用极大似然估计: