可靠性要求分为定量要求、定性要求和工作项目要求。定量要求规定产品的可靠性参数、指标和相应的验证方法。通常,用量化的方法进行可靠性设计分析,用增长或验证方法进行可靠性验证,从而保证产品的可靠性。定性要求用一种非量化的形式进行产品设计和评价,从而保证产品的可靠性。工作项目要求是为了落实定量要求和定性要求而采取的一系列可靠性管理、设计与分析及验证评价活动。可靠性的定性要求和定量要求应该是相辅相成的。定量要求是必需的,是验证的依据;定性要求是达到定量要求的必要条件和补充,是可靠性要求不可或缺的部分。
可靠性定量要求确定产品的可靠性参数、指标以及验证时机和验证方法,以便在设计、生产、试验验证、使用过程中用量化的方法评价或验证产品的可靠性水平。GJB 450B将可靠性定量要求分为4类,如表2-1所示。其中,基本可靠性要求和任务可靠性要求又可分为反映使用要求的可靠性使用要求(用使用参数和使用指标描述),以及用于产品设计和质量监控的可靠性合同要求(用合同参数和合同指标描述)。
表2-1 可靠性定量要求分类
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装备的可靠性定量要求首先是订购方根据使用要求提出的可靠性使用要求,即在实际使用保障条件下要求装备达到的可靠性水平,可靠性使用要求中有些因素是不能直接用于产品设计的,必须剔除那些非设计和制造因素,并将其转换为合同要求,这就是通常所说的,需要把可靠性使用要求转换为可靠性合同要求。
(1)用户的使用要求是导出可靠性使用要求的依据
装备系统战备完好性、任务成功性、维修人力费用和保障资源费用等是与可靠性密切相关的用户使用要求。要根据这些使用要求导出装备的可靠性使用要求,或者说装备可靠性要求与相关特性要求应能满足用户的上述使用要求。对于基本可靠性要求,理想的情况是建立某种使用要求与可靠性的关系式,以便导出可靠性要求。例如将使用要求表示为使用可用度( A 0 ),则可利用下式
式中: A 0 —使用可用度;
MTBM—平均维修间隔时间(可靠性使用参数);
MDT—平均不能工作时间。
可以利用任务可靠性与任务成功性的如下关系式导出任务可靠性要求
式中: D —任务成功性参数;
R M —给定任务剖面下的任务可靠度;
M O —给定任务剖面下的修复概率。
当给定 M O 时,即可根据要求的任务成功性 D 导出任务可靠度,当任务期间不能维修时( M O =0),任务成功性等于任务可靠度。另外,一些可靠性参数可从装备的使用要求直接得出。
(2)使用可靠性要求转换为设计(合同)可靠性要求
将可靠性使用要求转换为可靠性设计要求的目的是为生产方规定通过设计和生产可以控制的可靠性要求,达到了可靠性设计要求,意味着可靠性使用要求也就“自动”满足了,因此,这种“转换”就显得非常重要,如果转换不适当,“设计要求”达到了,而“使用要求”却不能满足,或者说“设计要求”过高了,增加了研制的成本。总之,在确定可靠性要求的过程中,“转换”是个很关键的问题。“转换”通常可通过两种途径来实现:一是建立使用可靠性和设计可靠性之间的关系模型,确定影响转换的各种因素,然后通过收集使用、维修和设计数据,验证这些模型;二是根据工程经验采用简单的“K系数”,建立使用可靠性与设计可靠性的关系。此外,使用参数指标转换为合同参数指标有两种情形:一种是同名参数的转换;另一种是异名参数的转换。同名参数的转换只是转换了指标要求的量值,异名参数的转换不仅改变了指标要求的量值,也改变了指标的含义。
不论是哪种情形的转换,一般都可用线性转换模型和非线性转换模型。
式中: Y —合同指标;
X —使用指标;
a 、 b —系统的复杂性、使用环境、保障条件和指挥管理水平等因素的转换系数。
(3)可靠性使用要求和可靠性合同要求的量值
可靠性使用参数是直接反映订购方对产品/系统使用需求的可靠性参数,其量值称为可靠性使用指标,可分为目标值和门限值;可靠性合同参数是在合同中描述订购方对系统的可靠性要求的参数,也是承包商在研制与生产过程中必须控制的参数,其量值称为可靠性合同指标,可分为规定值和最低可接受值。可靠性指标类型见表2-2。
表2-2 可靠性指标类型
在产品研制、生产和使用过程中,由于产品不断暴露和发现故障,不断采取改进措施完善设计、工艺和制造,从而使产品的可靠性不断得到提高。因此,产品的可靠性量值在不同的阶段是不一样的,且存在一定的时序关系。产品研制各阶段可靠性参数之间的时序关系如图2-1所示。
图2-1 产品研制各阶段可靠性参数之间的时序关系
可靠性定性要求是订购方从产品的使用效能和使用适应性出发,为了保证产品的可靠性对产品的设计提出的技术要求和具体的设计原则,以便通过设计、分析工作,保证产品的可靠性。例如采用成熟技术、简化设计、冗余设计和模块化设计等,主要的可靠性定性要求见表2-3。可靠性定性要求主要是对产品设计、工艺、软件等方面的非量化要求,并无确切的数值要求,在缺乏大量数据支持的情况下,提出定性要求并加以实现就显得尤为重要。对一个具体装备的可靠性定性要求应该是上述原则性定性要求的具体化。
表2-3 主要的可靠性定性要求
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注意,产品可靠性定性要求应考虑如下方面:
①不宜用定量指标来描述的可靠性要求,如紧固件锁紧时应牢固、可靠等要求;
②有关使用操作方面的可靠性要求,如操作件与人的因素有关的要求;
③对危及或可能危及产品安全的故障提出的保护或预防措施等要求;
④软件可靠性要求一般应高于所嵌入硬件的可靠性要求。
实施可靠性工作的目的是实现装备规定的可靠性定量和定性要求。根据GJB 450B的规定,可靠性工作项目分为可靠性要求及其工作项目要求确定、可靠性管理、可靠性设计与分析、可靠性试验与评价、使用可靠性评估与改进等五个类别,具体工作项目见表2-4。
表2-4 GJB 450B中规定的可靠性工作项目
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可靠性工作项目的选取应依据要求的装备可靠性水平、装备的复杂程度和关键性、装备的新技术含量、装备类型和特点、所处阶段以及费用、进度、现役相似装备的经验教训等因素进行。对具体的装备,必须根据上述因素选择若干适用的可靠性工作项目。订购方应提出工作项目的要求,并在合同工作说明中明确对每个工作项目要求的细节。