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浅析“可靠性工作项目”(偏工程性)

众所周知,军方和军工行业对武器装备的可靠性非常重视,但因为可靠性本身的复杂性,除了可靠性的专业人员,很多企业的设计人员对可靠性工作不理解,对可靠性的工作项目不熟悉。最近在学习质量体系成熟度评价时,深受触动,借机把GJB 450A-2004《装备可靠性工作通用要求》重新学习,把其中的可靠性工作项目进行梳理,供大家参考。根据GJB 450的规定,可靠性工作项目分为5大类,以下逐一进行说明。

一、确定可靠性及工作项目要求(100系列)

100系列共有101、102两个工作项目,规定了可靠性要求和工作要求,是后续开展可靠性工作的指导

1)确定可靠性要求(工作项目101)

可靠性要求是指可靠性的定性和定量要求,其中定性要求是对产品设计、工艺、软件及其他方面提出的非量化要求,如采用成熟技术、简化、冗余和模块化等设计要求、有关元器件使用、降额和热设计方面的要求等。

可靠性定量要求包括任务可靠性要求(平均致命性故障间隔时间MTBCF、任务可靠度R(t)等)、基本可靠性要求(平均维修间隔时间MTBM、平均故障间隔时间MTBF等)、贮存可靠性要求(贮存可靠度等)和耐久性要求(使用寿命、贮存寿命等)。

2)确定可靠性工作项目要求(工作项目102)

订购方(注意,在军标中订购方一般指军方机关)明确可靠性工作项目,并把可靠性工作项目纳入合同或相关文件;承制方应正确理解可靠性工作项目,并把可靠性工作项目纳入可靠性工作计划,作为后续工作的指导。当然,实际操作过程中,很多合同没有明确可靠性工作项目,承制方应结合项目实际,和甲方沟通确认可靠性工作项目,并纳入可靠性工作计划。

二、可靠性管理(200系列)

200系列包括201∽207共七个工作项目,规定了可靠性管理的要求,是后续开展可靠性管理的依据,可以结合项目实际进行取舍。

1)制定可靠性计划(工作项目201)

可靠性计划是订购方针对装备全寿命周期制定的可靠性计划,是针对装备型号的总体可靠性要求,是承制方制定可靠性工作计划的依据。

2)制定可靠性工作计划(工作项目202)

可靠性工作计划是承制方根据合同要求(包括订购方的可靠性计划),针对装备系统/分系统/设备(不是型号总体)制定的可靠性工作计划,是承制方开展可靠性工作的依据。注意,“可靠性计划”和“可靠性工作计划”两者之间,只差“工作”二字,但前者是由军方针对型号总体制定的可靠性计划,后者是由承制方依据合同要求(含订购方的可靠性计划)针对系统/分系统/设备(非型号)制定的可靠性工作计划。

3)对承制方、转承制方和供应方的监督和控制(工作项目203)

该项目是指合同甲方对乙方可靠性工作的监督和控制,工作内容一般包括:可靠性要求的传递、参与可靠性评审、参与可靠性鉴定和验收、参与可靠性试验监督、收集可靠性信息等工作。

4)可靠性评审(工作项目204)

可靠性评审是对可靠性工作计划、可靠性设计分析报告、FMEA分析报告、可靠性试验大纲等内容的评审把关,可参照GJB/Z 72-95《可靠性维修性评审指南》开展。实际工作中,可靠性评审可结合方案评审、技术设计评审、试验大纲评审、状态鉴定和列装定型等工作同步开展。

5)建立故障报告、分析和纠正措施系统(工作项目205)

所有通过GJB 9001C-2017《质量管理体系要求》认证的单位都应该参照GJB 841-1990《故障报告、分析和纠正措施系统》建立FRACAS系统,实施故障(含质量问题)记录、分析和纠正程序,提升设计水平,防止故障的重复出现,从而使产品的可靠性得到增长。

6)建立故障审查组织(工作项目206)

故障审查组织是与FRACAS紧密相关的,负责审查重大故障、故障发展趋势、纠正措施的执行情况和有效性。在实际工作中,可综合考虑故障审查组织、不合格品审理系统、质量问题归零小组等相关机构,统筹考虑是否可以统一,因为这几项工作之间高度相关。

7)可靠性增长管理(工作项目207)

应在研制早期按GJB/Z 77-95《可靠性增长管理手册》确定可靠性增长目标,制定可靠性增长计划,对关键的分系统/设备实施可靠性增长管理,并将各项试验纳入试验、分析与改进(TAAF)的可靠性增长管理轨道。

注意,“可靠性增长”不同于“可靠性增长试验”,“可靠性增长”是通过逐步改正产品设计和制造中的缺陷,不断提高产品可靠性的过程,“可靠性增长试验”只是实现可靠性增长的一种方法,其他方法还包括FMEA、FTA、环境试验、环境应力筛选等。

三、可靠性设计与分析(300系列)

300系列包括301∽313共十三个工作项目,规定了可靠性设计与分析的要求,是可靠性工作的主体内容,可以结合项目实际进行取舍。

1)建立可靠性模型(工作项目301)

采用GJB 813-90《可靠性模型的建立和可靠性预计》规定的程序和方法建立以产品功能为基础的可靠性模型,包括可靠性框图和相应的数学模型。

2)可靠性分配(工作项目302)

将可靠性定量要求分配到规定的产品层次(包括软件),作为可靠性设计和提出外协、外购产品可靠性定量要求的依据,可靠性分配值应列入相应的技术规范。

3)可靠性预计(工作项目303)

利用工作项目301建立的可靠性模型,采用GJB/Z 299C-2006《电子设备可靠性预计手册》、GJB/Z 108A-2006《电子设备非工作状态可靠性预计手册》规定的方法和相关数据,对装备、分系统和设备进行可靠性预计,作为设计决策的依据。如不同设计方案的选择、元器件质量等级的确定、降额系数和安全系数的选择等。

4)故障模式、影响和危害性分析(工作项目304)

在规定的产品层次上进行FMEA或故障模式、影响及危害性分析(FMECA),确定元器件、零部件、设备、软件在设计和制造过程中所有可能的故障模式,以及每一故障模式的原因及影响,以便找出潜在的薄弱环节,并提出改进措施。

5)故障树分析(工作项目305)

参照GJB/Z 768A-98《故障树分析指南》,以灾难或致命的故障事件作为顶事件,进行故障数分析(FTA),确定潜在的硬件、软件的设计缺陷,以便采取改进措施。

6)潜在分析(工作项目306)

潜在分析是指在假定所有元件、器件均正常工作的情况下,分析可能出现的异常状态或不应有的潜在通路(参照GJB 450附录B的线索表),并根据其危害程度采取更改措施。根据所分析对象不同可分为:针对电路的潜在电路分析(SCA)、针对软件的潜在分析和针对液/气管路的潜在通路分析。

7)电路容差分析(工作项目307)

参照GJB/Z 89-97《电路容差分析指南》提供的方法和程序,分析电路的组成部分在规定的使用维度范围内其参数偏差和寄生参数对电路性能容差的影响,并根据分析结果提出相应的改进措施。

8)制定可靠性设计准则(工作项目308)

根据合同规定的可靠性要求,参照标准和手册,在总结经验基础上制定专用的可靠性设计准则(包括硬件和软件),主要包括以下方面:采用成熟的技术和工艺、简化设计、合理选择/使用元器件/零部件和原材料、参照GJB/Z

35-93《元器件降额准则》明确降额设计准则、容错/冗余和防差错设计、电路容差设计、防瞬态过应力设计、参照GJB/Z 27-1992《热设计标准》明确热设计准则、环境防护设计、人因设计、参照GJB/Z

102A-2012《软件可靠性标准》明确软件可靠性设计准则等。

9)元器件、零部件和原材料的选择与控制(工作项目309)

依据GJB 3404-1998《电子元器件选用管理要求》对元器件选择、采购、监制、验收、筛选、报关、使用(含电装)、故障分析及相关信息进行全面管理,必要时进行破坏性物理分析(DPA)。

10)确定可靠性关键产品(工作项目310)

通过FMECA、FTA或其他分析方法来确定可靠性关键产品,列出清单并对其实施重点控制,还应专门提出可靠性关键产品的控制方法和试验要求。统筹可靠性关键产品和特性分析结果,最终确定关键特性和重要特性,形成关键特性(件)、重要特性(件)项目明细表,并按要求实施控制。

11)确定功能测试、包装、贮存、装卸、运输和维修对产品可靠性的影响(工作项目311)

制定并实施测试和分析程序,评价或估计功能测试、包装、贮存、装卸、运输、维修对产品可靠性的影响,进而确定允许测试的次数,确定包装、贮存、装卸、运输要求和修复计划,还可用于预计产品的故障率和设计权衡等。

12)有限元分析(工作项目312)

在确定设计方案和材料时,应对安全和任务关键的机械结构件和产品进行有限元分析(FEA),对机械强度和热特性进行分析和评价,尽早发现承载结构和材料的薄弱环节及产品的过热部分,及时采取设计改进措施。

13)耐久性分析(工作项目313)

应尽早对关键零部件或已知的耐久性问题进行耐久性分析,发现可能过早发生耗损故障的零部件,确定故障的根本原因和可能采取的纠正措施。

四、可靠性试验与评价(400系列)

400系列包括401∽407共七个工作项目,规定了可靠性试验与评价的要求,是对前期设计和分析结果的验证,可以结合项目实际进行取舍。

1)环境应力筛选试验(工作项目401)

参照GJB 1032A-2020《电子产品环境应力筛选方法》对电子产品的电路板、组件和设备层次100%进行环境应力筛选(ESS),以便发现和排除不良元器件、制造工艺和其他原因引入的缺陷造成的早期故障,详见本公众号的《学习|环境应力筛选(ESS)》内容。

2)可靠性研制试验(工作项目402)

可靠性研制试验通过对产品施加适当的环境应力、工作载荷,寻找产品中的设计缺陷,以改进设计,提高产品的固有可靠性水平,对试验中发生的故障应纳入FRACAS。根据试验的直接目的、所处的阶段和施加的应力水平,可靠性研制试验可分为可靠性增长摸底试验(或可靠性摸底试验)、可靠性强化试验(RET)或高加速寿命试验(HALT)等,也包括结合性能试验、环境试验而开展的可靠性研制试验。

3)可靠性增长试验(工作项目403)

按照GJB 1407-1992《可靠性增长试验》的要求开展可靠性增长试验,暴露产品中的潜在缺陷并采取纠正措施,详见本公众号的《学习|可靠性增长试验》内容。

4)可靠性鉴定试验(工作项目404)

有可靠性指标要求的产品,特别是任务关键的或新技术含量较高的产品,应按照GJB 899A-2009《可靠性鉴定和验收试验》要求进行可靠性鉴定试验,以验证产品的设计是否达到了规定的可靠性要求,详见本公众号的《学习|可靠性鉴定和验收试验》内容。

5)可靠性验收试验(工作项目405)

按照GJB 899A-2009《可靠性鉴定和验收试验》要求进行可靠性验收试验,受试产品应从批生产产品中随机抽取,详见本公众号的《学习|可靠性鉴定和验收试验》内容。

6)可靠性分析评价(工作项目406)

针对样本量较少的复杂产品,通过综合利用与产品有关的各种信息,评价产品是否满足规定的可靠性要求,可靠性分析评价应在设计定型阶段完成。

7)寿命试验(工作项目407)

对有寿命要求的产品应进行寿命试验,验证产品在规定条件下的使用寿命和贮存寿命。为缩短试验事件,在不改变失效机理的条件下可采用加速寿命试验方法。

五、使用可靠性评估与改进(500系列)

500系列包括501∽503共三个工作项目,规定了使用可靠性评估与改进的要求,这部分的工作主要以订购方和使用单位(一线部队)为主,工业部门配合完成。

1)使用可靠性信息收集(工作项目501)

订购方组织制定使用可靠性信息收集计划,使用单位按规定的要求和程序收集、分析、传递和贮存使用可靠性信息,及时报告装备的重大故障或隐患。使用可靠性信息包括装备在使用、维修、贮存和运输等过程中产生的信息,主要有工作小时数、故障和维修信息、监测数据、使用环境信息等。

2)使用可靠性评估(工作项目502)

订购方组织制定使用可靠性评估计划,规定评估对象、评估参数和模型、评估准则、样本量、统计的时间长度、置信水平以及所需资源等。使用可靠性评估应以部队实际的使用条件下收集的各种数据为基础,必要时也可组织专门的试验,包括初始使用可靠性评估和后续使用可靠性评估两部分。

3)使用可靠性改进(工作项目503)

针对装备使用中暴露的可靠性问题,订购方组织制定使用可靠性改进计划,通过改进设计、制造工艺、使用与维修方法、保障系统及保障资源等进行改进,提升装备的使用效能。

六、最后的话

可靠性实质上是对影响装备系统可靠性薄弱环节的不断发现和改进的过程。为了提高系统的可靠性,延长系统的使用寿命,降低维修费用,在装备系统规划、设计、制造和使用的各个阶段都要贯彻以可靠性为主的质量管理,并且需要多单位的协作配合。以可靠性工作项目为例,订购方需要参与100、500系列工作项目,使用方需要参与500系列工作项目,承制方参与各系列工作项目,多方配合之下,才能有效提升装备可靠性,生成战斗力。

作者:赵渊博

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