65064舰船设备可靠性设计程序 标准 CB 1198-1988.pdf

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1、C日 中国船舶工业总公司部标准 CB 11 98一 88 舰 船 设 备 可 靠 性 设 计 程 序 1 9 8 8 一 1 2 一 3 0 发布 1 9 8 9 一 1 2 一 O 1 实施 中国船舶工业总公司 发 布 中国船舶工业总公司部标准 C B 11 98一 88 分 类 号 :u 例 舰 船 设 备 可 靠 性 设 计 程 序 本标准是G B 6 9 9 3 系统和设备研制生产中的可靠性程序 在舰船系统和设备( 以下简称设备) 研 制中进行可靠性设计的实施细则 主题 内容与适用范围 本标准规定了舰船设备可靠性设计的管理、 基本要求和评审。 本标准适用于舰船电工电子系统和设备研制中的

2、可靠性设计 引用标准 G B G J B U J B 系统和设备研制生产中的可靠性程序 电子设备可靠性预计手册 装备研制与生产的可靠性通用大纲 可靠性设计的管理 3 . 1 对于有可靠性要求的舰船设备， 使用方或总体设计部门应在合同和研制任务书中提出可靠性指标 要求及其验收方法， 作为承制方开展可靠性设计的依据。 3 . 2 从设备的方案论证到样机的设计定型( 鉴定) ， 都应按照本标准规定的程序开展可靠性设计。 3 . 3 设备设计者应承担可靠性设计任务 在可靠性要求较高的复杂系统和设备的研制中， 应设主管可 靠性 工程师 。 可靠性设计文件列入设备设计技术文件， 经审查后归档。 在签订合同

3、和制订研制计划时， 应保证可靠性设计所需的经费。 之甘7d 4总要求 4 . 1 可靠性设计应与设备整个设计工作一道进行。 在设备的研制任务确定阶段， 确定设备的可靠性要 求， 制汀可靠性指标; 在方案论证与审定阶段， 进行总体方案的可靠性论证; 在技术设计阶段， 进行可靠 性技术设计和分析; 在样机试制阶段， 进行环境应力筛选、 可靠性增长试验和设备的可靠性验证与评估 4 . 2 根据设备的功能方块图( 原理图) 作出可靠性框图， 建立设备的可靠性数学模型; 然后. 根据可靠性 框图和设备的可靠性指标进行可靠性分配; 根据分配指标进行可靠性设计; 设计完成后进行可靠性预 计。 当预计的.,

4、f 旅性达不到设计指标要求时， 应修改设计， 或改变可靠性分配、 以至设备的可靠性方案。 4 . 3 在制汀可靠性指标和进行可靠性方案论证时， 都要进行可靠性的初步预计， 可靠性分配也以可靠 性预计为基础 在可靠性设计中， “ 预计一分配一再预计” 有可能反复多次。 技术设计后期较精确的可靠 性预计达不到要求时， 不能转入施工设计和加工试制。 4 . 4 可靠性设计只有通过试验和使用才能得到验证。 试制样机在完成性能试验、 环境应力筛选和环境 试验之后， 应作可靠性增长试验 ， 最后进行可靠性鉴定与验收。 4 . 5 舰船设备可靠性设计一般程序的框图如附录A( 补充件) 所示。 中国船舶工业总

5、公司1 9 8 8 一 1 2 一 3 0 批准 1989 一 12 一 O1 实施 l CB 1 1 98 一8 8 具体 要求 5 . 1 可靠性指标的制订 5 . 1 . 1 可靠性指标的制订应经充分的研究、 论证， 应在设备功能、 成本、 研制进度等因素之间权衡， 选取 最佳值 。 5 . 1 . 2 设备可靠性指标应选择合适的可靠性特征量 设备的可靠性指标还应考虑与维修性指标间的最 佳组合。 舰船设备常用可靠 性指标有: 平均寿命( M T B F 和M T T F ) 、 可靠度 R ( t ) ) 、 成功概率( P ( S ) ) 、 平均 有效度( A) 等， 常用维修性指标

6、有平均修复时间( MT T R ) 5 . 1 . 3 写入合同和任务书中的可靠性指标要求应包括: 明确可靠性指标要求的对象。 可靠性指标要求可以针对设备的所有组成部分， 也可以只指设备 的基本组成部分， 或者对不同部分分别提出指标要求; b . 选定合适的可靠性特征量值 设备的可靠性指标要求一般为最低可接收的值。 如在一定置信水 平下的单侧区间估计 M T B F下限值 当不具备可靠性试验条件时， 经双方商定， 可采用限定条件下的可 靠性预计值作为设备的可靠性指标要求; 确定可靠性指标的鉴定、 验收方法。 可按相应的国家标准选取试验方案.x商定其他的 鉴定、 验收方法。 合同和任务书中应明确

7、设备的故障判据、 判断风险或置信水平。 5 . 2 可靠性方案论证 5 . 2 . 1 应在设备总体方案论证的同时， 进行总体方案的可靠性论证， 确定设备的可靠性方案。 5 . 22 应绘制设备的可靠性框图， 建立设备的可靠性数学模型 5 . 2 . 3 根据设备各分机的重要性、 复杂性等因素， 将设备可靠性指标合理地分配到各分机。 5 . 2 . 4 为实现设备的可靠性指标， 应开展关键技术的预先研究和设备的故障分析， 进行可靠性预计。 5 . 2 . 5 应编写设备可靠性方案论证报告和含有可靠性指标的分机设计任务书， 并按 G B 6 9 9 3 制订相应 的可靠性技术文件。 5 . 3

8、可靠性分配 5 . 3 . 1 可靠性分配应根据待分配单元的复杂性、 重要性、 维修性和环境条件等因素， 按照可靠性框图， 把设备的可靠性设计指标逐级分配到分机、 部件、 模块， 直至零件和元器件。 维修性指标也应逐级分配 5 ， 3 . 2 可靠性分配方法通常有 。 . 等分配法， 又称平均分配法。 适用于服从指数分布的复杂性和重要性相近似或相同的串联系 统， 或用于设计初期的粗略分配。 其分配公式见附录B ( 补充件) ; b . 代数分配法 主要考虑重要性因子和复杂性因子， 适用于服从指数分布的串联系统。 其分配公 式见附录B ( 补充件) ; 工程加权法。 以系统中某一单元为标准单元，

9、 取其分配加权因子为1 ， 其他单元与标准单元相比 较， 按其复杂性、 重要性、 环境条件、 维修性、 标准化程度以及元器件质量等因素， 分别选取各影响因素的 加权因子口 其分配公式见附录 B ( 补充件) 。 5 . 4 可靠 性设计 为实现给定的可靠性指标， 有许多的可靠性设计方法 这些方法有些是相互制约的， 必须根据具体 情况， 灵活运用。 基本的可靠性设计方法如下。 5 . 4 . 1 简化。 简化是最有效的可靠性设计方法。 在满足荃本性能要求的前提下， 应尽量使设备简单， 减 少组成部分 如依靠软件功能减少硬设备; 减少零件、 元器件的品种规格和数量; 压缩电源品种与数量; 简化电路

10、设计; 为了保证设备的可靠性 ， 必要时应重新考虑设备的功能要求， 取消其次要功能， 以降低设 备的复杂性 5 . 4 . 2 正确选择和使用零部件和元器件， 编制零部件和元器件优选手册; 确定禁用的零部件和元器件 的种类 ; 尽量选 用标准的 、 集成度高的元器 件 ; 在关键部位选 用高可靠的零部件 和元器件 ; 元 器件使用前 CB 1 198 一8 8 应按规定进行老化筛选 5 . 4 . 3 减额设计。 参数设计中， 为达到给定的可靠性， 应使零部件和元器件在低于其额定应力条件下工 作， 即减额使用。 减额设计要考虑设备质量、 体积和成本的限制， 同时应注意不是所有元器件都可以减额

11、使用的。 电子元器件的减额因子可在有关的可靠性设计手册中选取 5 . 4 . 4 容差设计( 漂移设计) 。 应对电子元器件和电路由于外界因素影响而产生的性能漂移， 进行参数 选择 、 裕度设计和最坏情况设计 5 . 4 . 5 冗余设计 当设备某单元可靠性不满足要求， 而提高其可靠性又有困难时， 可采用冗余设计 从 体积、 质量和成本上考虑， 元器件的冗余优于分机和设备的冗余; 从提高可靠性的效果上考虑， 般冷冗 余优于热冗余， 但冗余单元数不宜过多。 5 . 4 . 6 电磁兼容性设计。 实现电磁兼容性的设计技术， 一方面是抑制电磁千扰源， 另一方面是提高杭干 扰能力和隔离电磁干扰。 主要

12、方法是从电磁兼容性角度正确选择元器件和电路， 采取屏蔽、 接地、 滤波和 布局等技术。 5 . 4 . 了 环境防护设计。 根据舰船环境条件， 进行热设计， 缓冲、 减震设计， 以及防潮湿、 防盐雾和防霉菌 的设计和防辐射设计等。 5 . 4 . 8 容错设计 容错就是在出现故障时， 通过自动检测和诊断， 实现故障隔离和掩蔽， 以至自动改变 结构， 使系统仍能正确执行规定的功能。 主要的容错设计有贮备、 逻辑重复、 时间冗 余、 奇偶校验和使用 J性容错技术等。 5 . 4 . 9 维修性设计 维修性设计是提高设备有效性的重要措施。 其主要设计方法有模块化设计、 故障检 测、 报弊与诊断， 以

13、及维修可接近性、 可更换性设计等。 5 . 4 . 1 0 人机工程设计。 人机工程是根据人的能力和容许限度来确定设备的设计、 操作和工作环境的一 种 技术。 人机工程设计 包括操作控 制器、 显示器的设计 ， 设备外型 、 颜色 和操作 面板的设 计， 以及有关的 软件设计口 5 ， 5 可靠性预计 5 . 5 . 1 可靠性预计( 可靠性预测) 就是根据所掌握的元器件( 零部件) 失效率数据等有关可靠性资料， 来 预计部件、 分机、 设备和系统可能达到的可靠性。 5 5 2基本 方法 相似法 根据与相似设备、 电路、 功能等的比较来对新设备可靠性进行预计的方法。 相似法用于 方案论证和初期

14、设计阶段 分为相似设备法、 相似电路法和相似功能法等; b . 元件计数法。 用于早期设计阶段的一种粗略预计方法， 应按 G J B 2 9 9 的规定进行; 应力分析法 适用于设计后期的一种较精确的预计方法， 应按G J B 2 9 9 的规定进行。 5 . 6 可if 性分析 5 . 6 . 1 在可靠性设计过程中， 应进行失效模式、 效应分析( F ME A) ， 失效模式、 效应及危害度分析( F M E- C A ) 和失效树分析( F T A ) 等叮靠性分析。 5 . 6 . 2 F M E A和F ME C 八是在设备 一 定层次系统地考虑所有可能的失效模式、 每种失效模式的原

15、因及 其彩响， 发现和确定设计中可能存在的可靠性薄弱环节， 以便提出预防措施。 F ME A和 F ME C A通常是 以表格形式表现的， 其典型 L 作表格见附录C ( 参考件) 口 5 . 7 环境j 、厂 力筛选 ( E S S) 5 . 7 . 1 环境应力筛选应按G J B 4 5 0 的有关规定进行。 5 . 7 . 2 环境应力筛选并不取代设备的环境试验( 例行试验) ， 也不是设备的可靠性鉴定与验收试验， 而 是 在性 能试验 之后 ， 在 一定环境应力 条件下 ， 为暴 露不 良零件 、 元器件及工 艺缺陷所进行 的试验 ， 并采取 改进借施， 以提高设备的可靠性。 5 .

16、8 可靠性增长试验 5 . 8 . 1 可 靠性增长试验 应按 GJ B 4 5 0 的规定进 行 C D 11 98一 88 5 . 8 . 2 可 靠性 增长试验 的方法是将设备置 于一足环境条件1经堂 试验 ， 以暴 露由于设计和制适 的原囚 所造成的故障， 通过分析研究， 实施改进措施并加以验证。 试验前应制订可靠性增长试验计划， 正确选择 增长模型和增长率， 确定试验设备、 试验项目和进度等. 59 可靠性验证与评估 5 . 9 . 1 设备设计定型( 鉴定) 时应按有关国家标准或合同规定进行可靠性鉴定。 可靠性鉴定试验可以与 设备的鉴定试验结合在一起进行。 5 . 9 . 2 根据

17、有关国家标准， 对于研制数量少、 复杂而昂贵的设备， 难于进行可靠性鉴定试验时， 允许用 低一层次的产品试验结果来推算出设备的可靠性。 若早期试验或现场观测数据足够完整时， 利用这些验 证数据也可以对设备的可靠性进行评估。 5 . 9 . 3 利用验证数据进行可靠性评估， 常采用指数分布下平均寿命的单边区间估计公式( 定时截尾试 验下限 ) : 2 T 氏一x + “ , 式中:O L 设备的平均寿命下限， h ; T设备的试验时间， h ; Z设备的累计故障数; ， 置信度; x “ r 自由度为7 . ， 二 的 x 2 分布下侧分位数。 6 可靠性设计评审 6 1 1 可靠性设计评审应按

18、 G J B 4 5 0 的规定进行。 可靠性设计评审可随设备方案论证评审、 技术设计评 审等一道进行， 亦可单独进行。 62 可靠性设计评审至少应在设备方案论证、 技术设计和设计定型( 鉴定) 三阶段， 分阶段进行; 其阶段 评审未通过， 不得开展下阶段设计工作。 6 . 3 设备的可靠性设计评审应由可靠性管理机构( 或质量管理机构) 组织设计、 生产、 使用各部门的代 表组成评审机构 ， 按照事先确定的评审内容或评审表进行。 6 . 4 应提供可靠性设计评审的主要技术文件: a . 可靠性方案论证报告; b . 可靠性框图和可靠性数学模型; 可靠性指标分配; d . 可靠性预计; 可靠性分

19、析; f可靠性试验大纲、 可靠性试验报告及可靠性评估报告。 C B 11 98一 88 附录n 舰船设备可靠性设计一般程序框图 ( 补充件) 可靠性验证与if ft 附录B 可靠性分配公式 ( 补充件) B 1 等分配法 l R ; = R丁 B , = n 0 式中:R系统的可靠度; n 系统的平均寿命( MT B F或 M T T F ) , h ; R待分配单元的可靠度; n 待分配单元的平均寿命; : 串联单元数 B 2代数分配法 ( B I ) 又 BZ CB 1 198 一88 NW.t n( 一 l n R) ( B 3 ) 式中R系统的可靠度; 0 , 第， 单元的平均寿命(

20、MT B F或 M T T F ) , h ; N系统标准单元总数; ，一 一 第， 单元的标准单元数; t; 第， 单元的任务时间， h ; 环 一 一 重要性因子。 重要性因子 W定义为系统中第 ， 个单元发生故障时， 导致系统发生故障的概率， 即: 由第 ; 单元故障导致系统发生故障的次数 第! 单元故障次数 ( 0 镇W毛 1 ) 复杂性因子 K 。 定义为第: 单元标准单元数与系统标准单元总数之比， 即 K = rz ; 二泥 文 。 ( B4 ) 式中:。串联单元数 标准单元是一种归 一化的基本单元 可以是有一定复杂程度的功能单元、 有源器件组或某种有源器 件和元件。 在电子设备中

21、， 通常以某一有源器件的失效率为基准， 将所有元器件、 甚至包括接插点、 焊点 在内折算成标准单元， 以计算其标准单元数， 又称标准有源器件数。 B 3 工程加权分配法 全 K ; n ; 一 K ; N . . . . . . . . . 式中:凡一 一 第; 单元的加权因子， 系各影响因素加权因子K 之积 即 K= 1 1 K， 式中。为影响因素的个数; 1l , 一一 第 : 单元的平均寿命( M T B F或M T T F ) , h ; n 组成 系统的单元数 。 C B 1 19 8一 88 附录C 失效模式 、 效应及危害度分析表 ( 参考件 ) 附加说明: 本标准由中国船舶工业总公司六0三所提出。 本标准由中国船舶工业总公司七0七所起草， 六0 - - 所参加。 本标准主要起草人刘玉明。