可靠度的概论.docx
- 文档编号:18379447
- 上传时间:2023-08-16
- 格式:DOCX
- 页数:18
- 大小:31.57KB
可靠度的概论.docx
《可靠度的概论.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《可靠度的概论.docx(18页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
可靠度的概论
t
可靠度的概論
1.可靠度的定義:
將reliability譯成“可靠性”,也有以機率視之,譯成“可靠度”。
可靠度是以零件、裝置、系統等信賴水準,以機率來表示,其定義如下:
所謂的可靠度,是在某一規定的期間,某種規定的使用條件下,無故障地發揮功能的機率。
1.1可靠度的數學模式:
若可靠度為R(t),累積故障律為 F(t)的話,則:
R(t)+F(t)=1(1.1)
故障密度系數 f(t)
f(t)=-dR/dt=dF/dt(1.2)
故障率 λ(t)的定義如下
λ(t)=f(t)/R(t)=-dR(t)/dt/R(t)(1.3)
λ(t)是在到某一 t為止仍未故障的R(t)產品之中,在比一瞬間的故障機率。
-∫0λ(t)dt
R(t)=e(1.4)
R(t)=e
–λt
=e
–t/θ
θ是MTBF(meantimebetweenfailure),或者是MTTF(meantimetofailure)是故障時間的平均。
此外此一倒數便是故障率。
當t=θ時的可靠度,會降至36.8%,為其特色。
1.2可靠度的尺度:
1)
2)
可靠度R(t)
可靠度的函數型是用來表示指數分配、常態分配、卜氏分配等。
故障率λ(t)
在指數分配裏,λ(t)於時間上是一定的,可是在其他的情形下,是有時間的函數的,特別在某一時間的故事率,稱之為瞬時故障率。
故障率的單位在時間的場合裏,最常使用的是90/10
3
時間=
10
–5
/時間。
可是在可靠度變高,特別是對故障率很小的零件而言,
單位的使用是Fit(failureunit)=10
–9
/時間。
3)MTTF,MTBF
指數分配的場合,MTBF(θ)相當於1/λ,MTTF是一發生故障的話,就不能修理必須報廢的零件或材料的故障之平均時間。
而MTBF則是有修理可能的裝置或系統的故障,和故障之間的平均時間。
像指數分配這種已經知道故障時間的分配的情形,在求MTTF或MTBF時,是不必等待全部樣本之故障的,普通是採用在中途切斷觀測的中途切斷法。
4)
保全度M(t)
保全度是在某一定時間之內,完成保全的機率。
由於隨著時間,修理完了的機率增加了,對於時間,若以累積機率觀之,隨著時間,故障的機率增加,和F(t)是相同型態。
若M(t)是指數分配的話,M(t)=1–e
–μt
,μ是可靠度與故障率λ相
5)
對的東西。
我們稱為修理率,這個倒數是平均修理時間1/μ=MTTR(meantimetorepair),是與MTTF或MTBF相對的東西。
使用度(availability)
以一句話來說明availability的話,就是將可靠度和保全度合在一起的尺度。
如果除了依據可靠度之外,就算是故障了,還能修復使之回覆正常的機率,有這樣的裝置,其正常地使用的機率會增大的。
這些裝置或系統包括了保全的效果,這種正常的機率是使用度。
特別是由時間的平均所得到的利用率,稱之為時間使用度。
將這些裝置或系統因故障而停止的時間當作停機時間(downtime)(D),在動作的時間為運轉時間(uptime)(U),那就可得到下式
A=U/U+D
這些就相當於所謂的工作率。
如果可靠度、保全度和指數分配以
R(t)=e
–λ
,M(t)=1–e
–μt
來表示的話,就可能再導出
6)
7)
A=MTBF/(MTBF+MTTR)=μ/(μ+λ)
時間利用率A增加時,就算增加了可靠度的MTBF,而使保全度的MTTR減少也是好的,依情形需要,有時不用MTTR而代以MDT(meandowntime平均停機時間)。
有用壽命
就如前面所述,有時也稱為有效壽命。
系統有效度
是將利用率、可靠度、機能全都包括在一起的機率(或者是經密度),將其當作綜合機率來表示的尺度就是系統有效度。
8)
9)
重要度
在系統裡頭所發生的裝置故障,其對系統全體的故障是寄與多少呢?
這個係數就是系統設計的尺度。
某一裝置故障的系統故障之數/全裝置的故障次數
經濟的尺度
為了要將可靠度和成本取得一個平衡,就必須要重視經濟的尺度。
比如說:
一年裡頭的保全費/購入費
人力工資/物件費
(全費+操作費)/動作時間
MTBF/成本
=
成本比(CR,costratio)
有以上的各種等等,可依照各種情形來選擇最適當的比較。
2.可靠度淺談:
2.1導致可靠度降低的因素:
2.1.1
2.1.2
2.1.3
2.1.4
經驗不足裝置的複雜組織的複雜化人的錯誤
2.2可靠度管理
2.2.1系統設計
2.2.1.1考慮到可靠度的必要性
2.2.1.2環境條件的分析
2.2.1.3可靠度的預測
2.2.1.4系統的編組
2.2.1.4.1開發研究
2.2.1.4.1.1隨機故障的解析2.2.1.4.1.2故障型態的分析2.2.1.4.1.3選擇所使用的零件2.2.1.4.1.4人體工學2.2.1.4.1.5設計審查
2.2.1.4.2製作
2.2.1.4.2.1零件的鑑審
2.2.1.4.2.2品質管制
2.2.1.4.2.3日程計劃
2.2.1.4.2.4對製造,要恪守必要的機器、裝置2.2.1.4.2.5員工的訓練
2.2.1.4.3檢查和測試計劃
2.2.1.4.4管理的作業
2.2.1.4.4.1情報的交換
2.2.1.4.4.2達成規格說明書上的可靠度要求2.2.1.4.4.3承包商的管理
2.2.1.4.4.4教育訓練
2.2.1.4.4.5可靠度的管理
2.2.1.4.5可靠度是賺錢的
2.可靠度的技術:
3.1設計與可靠度:
3.1.1可靠度設計之目的
茲將一般設計對於產品的要求,列舉如下:
A.與產品之能力及價值相關者
性能,機能,正確度
重量,尺寸
形狀,style(最新型)
雜音,震動
B.與產品之實用性相關者
可靠度
保全性能
安全性能
操作性能
使用性能
C.與費用以及購入相關者
生產性
交期
以上雖然要看市場情況來決定,但也可能夠定量第制定出來。
必需要因應產品的種類和目的,使A、B、C三項中的各個特性加以協調。
再把協調後總成績最高者,在設計階段選出來。
3.1.2系統設計的手法
3.1.2.1構想–構想整體系統所該具有的型態,找出一般性的解決問題的方法。
3.1.2.2
3.1.2.3
選擇–比較各種構想,選擇其一。
解析-抽象的思考化為定量。
3.1.2.4
構成-把系統具體地製造成實物。
包括設計、製造、試驗等步驟。
3.1.3.
更具體地說,系統工程的程序可歸納如下:
3.1.3.1
3.1.3.2
3.1.3.3
3.1.3.4
3.1.3.5
問題的行程和確定
a)系統該完成的機能
b)運用系統的環境
c)系統的運用條件
d)系統必須滿足的特徵(如與別的系統同時使用之適合性及和其他現存的系統之間的關係等)
e)加諸於系統設計的限制(經濟性、開發期間、重量、尺寸、輪送法等等。
系統的綜合檢討與評價
a)針對問題、比較各種不同的方案
b)檢討實現的可能性(包括新構想)
c)決定子系統的種類
d)系統能力的預估
e)和參與系統中的機構設計者之間的合作
f)子系統和其購成品之間的關係
g)人體工學的適用
h)系統的可靠度的推測,和子系統的可靠度的配當。
i)檢討計劃的預定進度
系統計劃
a)系統設計
a1)針對性能要求,作成完整的規格書
a2)決定方針,以達成可靠度
a3)使人工操作減至最低限度
a4)作成子系統的規格書
a5)作成計劃預定法(包括決定重要事項的預定日期)a6)協力廠商的運用計劃
b)機器設計
b1)構成品的詳細設計
b2)把構成品、零件的試驗結果,像系統部門回饋b3)對系統性能,還有子系統的要求,作持續性的再
評價
試作和試驗
a)製作試作原型
b)試驗程序
c)試驗用的裝備,以及試驗用的計測器
系統評價
a)
b)
c)
d)
e)
系統性能之決定(測定系統的能力、活用模擬技術)解析系統的有效度
是否需要再設計
製造資料之完備(設計圖、規格書、工作方法、檢查基準等)
備好完整的技術資料,以便於運用 (手冊之類)
事實上,為管理這類system的開發,引用了PERT(programevaluationandreviewtechnique)和CPM(criticalpathmethod)。
大多使用電腦,採用這種手法會產生相當大的效果。
3.1.4.可靠度設計的重點
一般而言,設計分為準備設計和設計過程兩種,為促進系統工程之發展,尤其注重可靠度,再略作說明。
3.1.4.1.再準備設計階段,要留意下列事項:
3.1.2.4.1檢討系統以及機件的要求條件,確立會影響操作之所有變數。
還有,現在機器設計者,必須徹底了解有關環境、操作、保全等現場條件。
3.1.2.4.2問題的解決方面,普通是組合電氣、電子、機構、油壓以及氣壓之類的子系統。
而且,要檢討手動和自動方式,操作速度等要素,以便在可能範圍內,確定確實的動作,並儘可能地簡化機件,
3.1.2.4.3廣泛地收集技術性情報,以及運用方面的情報,從大處著眼,選擇最經濟,實際的設計。
3.1.2.4.4想要充分滿足性能,就無法滿足實際上的可靠度要求時;還有,性能上些微的變更,可以大大改善可靠度,可以使保全更容易,或者可以降低成本的話,都要和要求者協商,就最合適的折衷變法,慎重地達成協議。
3.1.2.4.5要收集預定使用的零件和構成品的可靠度資料,以便提高可靠度預測的精準度。
這類資料,來自零件製造者、使用者等。
3.1.2.5在設計過程中必須具有的設計要素:
3.1.2.5.1。
再滿足要求的範圍內,把零件的數量減到最低限度,儘可能簡化全體的構成,即設計單純化。
3.1.2.5.2使裝配和結合機構簡單確實,提昇組合的可靠度。
也包括減少調整個所。
3.1.2.5.3選擇迴路,最好是使用可靠的標準迴路。
這表示,從統計性觀點看來,迴路設計在技術性方面,必須顧慮到構成零件和電子材料的特性,經長期使用後,會產生變化。
3.1.2.5.4注意零件的選擇。
為顧及客觀環境條件和可靠度要求這兩方面,零件必須有適當的選擇。
原則上,最好是使用‘標準零件’。
3.1.2.5.5減輕使用量的負荷。
電器電子系中,稱之為derating
;相當於機器方面的強度部品所說的安全係數。
就是說,設計時要注意到,使用時絕對不會達到最高負荷量。
即使,因任何原因使得環境條件十分惡化,操作也不至於故障。
3.1.2.5.6雙重保護性的使用。
一般稱為複連(redundancy)。
可靠度預測的結果,如果機器可能無法達到必須的可靠度時,技術人員要設法改善設計,把其中的零件換上可靠度較高的零件,萬一無法獲得所要求的可靠度時,就必須運用複連技術。
3.1.2.5.7safelife和 failsafe。
二者主要應用在機械構造上。
再容易疲勞的部位,儘量減少應力集中,降低重複的最大應力,來為維持推斷面,確保安全。
這種設計就是safelife思想。
即使構造的一部份壞了,在某個期限內,還能承受所設計的載重量之相當比例的重量,能安全地持續操作下去,這樣的設計就是failsafe思想。
這兩種思想,適從飛機設計中發展出來的。
3.2可靠度預測:
3.2.1 可靠度預測的重要性
已經發現的可靠度預測的手法,主要是針對複雜且具有多種構成要素的產品。
對於零件個體,多半靠著試驗或實驗計劃來獲得改善,可靠度的指標,其預測手法還沒到達實用階段。
不過,零件製造者,還是必須留意機器的可靠度的預測手法。
使用零件的人,也就是機器設計者,作可靠度預測時,絕對少不了零件試驗的資料。
零件的資料表示法,以及零件可靠度試驗法,和可靠度預測法具有密切的關係。
3.2.2 系統可靠度的計算
把組合品 (由若干構成要素裝配而成)、機器、系統等統稱為系統;把構成要素稱為元件(component)。
構成系統的元件中,任何一個發生故障,都會使系統停擺,這樣的系統是串聯式的。
12n-1n
幾個元件行成的串聯式系統,如上圖,稱為“可靠度方塊圖”。
串聯式系統內的元件,再可靠度方塊圖上,即使任意變換次序,其意義仍然絲毫不變。
將各個元件的可靠度定為R1、R2、‧‧‧‧Rn,那麼,根據機率的
乘法定理,串聯式系統的可靠度
R
S
=R
1
‧R
2
‧‧‧‧R
n
。
不過要各個元件的故障發生情形為獨立事件,上式才能成立。
以時間t的函數來表示系統和各個元件的可靠度,他們都是按照相同的時間t 的過程來變動。
所以可以視為
RS(t)=R1(t)‧R2(t)‧‧‧‧Rn(t)
但是,當t=0時,就是元件成為系統的一部份,而發生作用的時刻,並不是造出元件的時刻。
3.3製造和可靠度:
3.3.1製造要素
製造的要素,就是所謂4M
Man(作業人員、管理者)
Material(材料、零件、購入品)
Method(工作法、作業程序、治工具)
Machine(用於各種工程的機器)
3.3.2 製造和品質管制、ZD(無缺點)運動
品質管制是一種經營的手段。
是為了管理從材料入場到產品出貨的整個活動範圍內,能影響品質的因素,確保品質完善,同時進行合乎經濟性的生產。
從初期的統計性品質管制(SQC,StatisticalQualityControl)到現在的全面品質管制(TQC,TotalQualityControl),其範圍和處理方法或有所變遷,但基本上的概念如下述各項,必須一產品的種類、數量、技術水準、製造業者的規模和組織等,選擇最適當的方式。
a)
b)
c)
d)
品質管制包括原料、零件的接收,以至於產品出貨的所有階段,以最經濟的水準,獲致合乎規格並滿足消費者需求品質的經營方式。
所謂品質,不是指技術性的“絕對的最高品質”,而是指實用性和價格條件上,能使消費者滿意的“比較優良的品質”。
品質管制並不是製品生產上的必要的技術性設計、良好的製作工程、嚴密的檢查等的替代方式,而是這些過程的輔助方法。
實施品質管制就可以做出優良的產品,因為實施了品質管制,能夠早期發現缺陷,再以固有技術來改善問體點,其結果當然產生優良的指品。
管制的進行方式是:
計劃─實施─檢查─改善行動,
e)
f)
g)
h)
週而復始。
品質管制的基本道理適用於所有的製造,但是依致品種類的不同,其手法也有若干差異。
大量生產的話,以製品本身為中心;少量生產則以工程為中心。
影響製品品質的要素有:
材料、機械、工程以及作業人員。
活用統計的方法。
從經營的主要部門開始,以至於作業人員,每個人都徹底關心品質問題。
品質管制才能成功。
企業的整個組織都得參加。
具體地說,和製造相關,該加以管制的品質要素如下:
●檢查程序
●設計圖及其變更
●測定器和試驗機器
●委外加工的物品
●工程中的檢查
●特殊工程
●成品工程
●抽樣檢驗
●檢查狀態的表示
●不良品的處理
●各種承認、保管、輸送
●品質紀錄
3.3.2.1.ZD(ZeroDefects)運動
ZD是‘零缺點’之意,是近來美國發起的運動。
企業全體人員,每依個人都設法除去錯誤的原因,避免差錯和失策。
從一開始就做正確的事。
努力消除產品的缺點。
3.3.2.2ZD運動的特徵如下:
1)ZD是ZeroDefects,但是零缺點並不意味著絕對的“0”。
以最終的‘零’為目標,努力達成這個目標後,再升高目標,繼續努力。
2)部要為了ZD,而特別增加多餘的人手,或挪用特別的時間去工作。
3)無論直接間階,適用於企業的整個組織。
4)向來,’沒有十全十美的人’的想法,造成了粗心大意或視而不見所引起的錯誤。
要下一番功夫,留意消彌這種錯誤。
5)ZD運動的目標,要經由ZD小組討論之後,合理、自主地選定。
6)ZD運動由做同樣工作的從業人員組成的ZD小組活動來進行。
7)為了達成目標,個人要反省自己的工作,探討錯誤的原因,提出如何消彌錯誤的意見。
8)
組織制度中的管理監督者,要佔在積極援助活動的立場上參
9)
3.3.2.3ZD
a)
b)
c)
d)
與活動。
為了達成ZD目標,要利用一切管理技術和方法。
運動的要素,有下列四個:
除去錯誤的原因,以及此類提案
提高對產品的認識
小組目標的設定及達成
表彰
3.3.3協力廠商之製造
現在的製造工業,每逢大量生產時,就會把50%以上的零件交給協力工廠去做,讓他們分擔製造。
這些轉包產品的可靠度,再通常的接收檢查時,想判定合格與否,簡直就不可就,因此,母廠對於品質保證方面,要注意子工廠再品質管制和可靠度方面的狀況,加以審查與指導。
3.3.3.1一般把委外廠商分成三類:
3.3.3.2.1轉包契約者
3.3.3.2.2階訂單的加工者
3.3.3.2.3專門業者
3.4
試驗、檢查和可靠度
3.4.1可靠度試驗有哪些種類
依進行場所,可區分為現場實地動作試驗和在工廠及試驗室中所做的模擬試驗。
所謂模擬試驗,就是模仿實際操作狀態,在工廠和實驗室中使其重視或者實施抽出。
產品和材料對於種種應力(stress),具有多大的抗力?
這種試驗,一般稱之為‘環境試驗’(environmentaltest)。
是針對溫度、衝擊、氣壓、鹽水噴霧、砂塵、霉、放射能、日射等應力(單獨、組合、反覆)而做的試驗。
有關電子零件和裝置方面的測定法,MIL-STD-202以及國際性的IECPb-68(國際電器標準會議,InternationalElectrotechnicalCommission,Publication–68)等機構,有所規定。
依照產品和材料所承受的應力的強度,試驗區分為多種:
超負荷試驗、界限試驗(marginaltest),正常動作試驗、加速試驗(強制劣化、促進、苛酷)試驗等等。
所謂‘界限試驗’,就是試驗樣本究竟能承受多少應力?
或者能否穩定地運轉?
依照應力的時間增加法,其試驗可區分為:
一定應力試驗、變動負荷(stepstress,cyclicstress,不連續stress)試驗、無負荷儲藏試驗等等。
依破壞程度不同,有破壞和非破壞之分。
還有後面將提到的抽樣試驗(檢查)和全數試驗(檢查),這是針對樣本所做的試驗。
由可靠度計劃來看,又可分為開發試驗、設計試驗、認定試驗、接收試驗、可靠度實證(demonstration)試驗等等。
3.4.2對象和規模
對象是便宜、小型的材料及零件、和對象是複雜昂貴的裝置,兩者相較下,樣本的數量、時間及增加的應力自有不同,因此所獲得的情報也各不相同。
3.4.3試驗上的注意事項
3.4.3.1要測定什麼?
特性值得測定條件、安定化的時間和處理、測定時間間隔、資料之處理法等,都要整理得很完善。
特別要明白確定和測定值關的故障定義、判定基準、重要度的判定、缺點分類等等。
同時,也得決定如何處理異常的資料或樣本。
知道特性值(分佈)的經時性變化的樣子,就能夠預知惡化的故障。
惡化故障和突發故障都是以故障時間的分佈(或可靠度函數),還有由此倒出來的故障間平均時間MTBF(或MTTF),以及故障率等型態來表達。
3.4.3.2
3.4.3.3
應力的選擇法
因為可靠度試驗是為了保證產品的品質,所以試驗條件必須能充分反映實地使用時的條件才行。
嚴格規定應力的水準,以縮短壽命,增加故障率。
所謂加速壽命(強制惡化)試驗,就是利用縮短壽命和增加故障率,以便能在最短的時間內,評價通常使用時的應力有各界限,所以不可以把高應力中的壽命值,無限制地擴展到低應力的領域來。
試驗系統的管理
像壽命試驗之類,成本高又費時的試驗,要妥善管理實驗的進行過程、營運本身,以避免浪費。
試驗數據要好好地整理,始能做有效的回饋(feedback)。
測定時間、操作及測定條件、測定器之校正、測定法、訓練、各種操作手冊的管理、數據紀錄方法、樣品和資料的保管、報告等等,都要多加管理,才能進行得很順利。
3.4.4
可靠度的抽樣檢查
抽樣檢查就是檢查部分產品和材料,由測定絕果來判斷產品和材料的品質。
特別是大量生產的產品之確定、接受等試驗,通常是從一整批(lot)裡面,隨機抽出一些樣品來做的。
這是由於和壽命相關的試驗。
具有破壞性,而且試驗成本很高的緣故。
如果是用少數的產品,不必破壞也可以輕易地測定出來的試驗,或者無論如何都得加以分門別類的,或許會採取全數檢查的方針。
可靠度之抽樣抽檢,其種類和應用在品質管制方面的種類,完全相同。
譬如:
計量抽檢、計數抽檢之區別,1次,多次,逐次抽檢等的區別,都和品質管制大同小異。
3.4.4.1
可靠度與品質管制相異的要點是
a)品質管制使用不良率,而可靠度方面則應用故障率、MTBF等尺度。
b)如果打算從試驗中的樣本中算出這些尺度,必須花費很長的時間去等待樣本全部故障,因此,常常使用中途截斷的方式。
也就是故障數達到某個定數時,就停止試驗的“一定個數方式’。
以及試驗時間達到一定的時間時,就停止試驗來判斷的“一定時間方式’。
有這兩種區別。
c)品質管制的基礎分佈是常態分配,依此設計抽樣檢查;而可靠度則是以指數分配為中心,主要是應用這種方式。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 可靠 概论