GB/T29821-2013
工业过程测量和控制系统用仪表可靠性技术报告编写导则
Rulesfordraftingreliabilitytechnicalreportofindustrialprocessmeasurementandcontrolsystemmeter
- 中国标准分类号（CCS）N10
- 国际标准分类号（ICS）25.040.40
- 实施日期2014-03-15
- 文件格式PDF
- 文本页数16页
- 文件大小447.44KB
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工业过程测量和控制系统用仪表可靠性技术报告编写导则
国家标准 GB/29821一2013 工业过程测量和控制系统用仪表 可靠性技术报告编写导则 Rlesfordraftingreliabilitytechniealreportof industrialprocessmeasurementandcontrolsystemmeter 2013-11-12发布 2014-03-15实施 国家质量监督检监检疫总局 发布 国家标准花管理委员会国家标准
GB/T29821一2013 目 次 前言 范围 规范性引用文件 术语和定义 技术报告编写要求 技术报告内容 附录A(资料性附录》某仅表可靠性预计,分配应用示例 附录B(资料性附录)机械零部件可靠性计算
GB/T29821一2013 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草 请注意本文件某些内容可能涉及专利
本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任
本标准由机械工业联合会提出
本标准由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会(SAC/TC124)归口
本标准负责起草单位:重庆工业自动化仪表研究所
本标准参加起草单位;重庆川仪自动化股份有限公司、中环天仪股份有限公司、北京远东仪表有限 公司、上海威尔泰工业自动化股份有限公司,福建顺昌虹润精密仪器有限公司、上海自动化仪表股份有 限公司,杭州自动化技术研究院、上海工业自动化仪表研究院、昆山双桥传感器测控技术有限公司,重庆 前卫仪表有限责任公司、深圳市标利科技开发有限公司、重庆市科学技术研究院 本标准主要起草人;孙怀义、刘琴、刘小莉
本标准参加起草人;黄毅普,季锋、王悦,陆孝孟,陈志扬、钮松年,昌春放、卜琐、谢亚莲、王冰,王文 襄、司洪萍、李江华,陈汝、任军民,贺孝珍,刘兴莉,李春霞
GB/T29821一2013 工业过程测量和控制系统用仪表 可靠性技术报告编写导则 范围 本标准规定了工业过程测量和控制系统用仪表以下简称产品)可靠性技术报告的编写内容和 要求
本标准适用于产品在方案论证阶段、研制阶段可靠性技术报告的编写
自动化控制系统可靠性技术报告的编写可参照使用
规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的
凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 件
GB/T2900.13电工术语可信性与服务质量 GB/T4888故障树名词术语和符号 可靠性、维修性与有效性预计报告编写指南 GB/T7289 系统可靠性分析技术失效模式和影响分析(FMEA)程序 GB/T7826 可靠性预计程序 GB/T7827 GB/T7829故障树分析程序 术语和定义 GB/T2900.13和GB/T4888界定的以及下列术语和定义适用于本文件
3.1 产品可靠性技术报告(以下简称报告 productsreliailitytechnicalreport 产品在方案论证阶段,研制阶段中所开展的可靠性分析与评价报告(包括对产品进行的可靠性预 计、可靠性分配故障分析、可靠性设计技术应用等内容的总称).它能为产品鉴定或验收提供可靠性评 估依据
3.2 基本可靠性basiereliabilty 产品在规定的条件下和规定的时间内无故障工作的能力
基本可靠性反映产品对维修资源的要 求
确定基本可靠性值时,应统计产品的所有寿命单位和所有的关联故障
3 33 任务可靠性nmissionreiability 产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能力
任务可靠性反映了对产品任务成功性的要求
确 定任务可靠性参数时仅考虑在任务期间那些影响完成任务的故障 3 可靠性要求reliabhilityrequirement 产品在合同或研制任务书中明确规定的可靠性定性和(或)定量要求
GB/T29821一2013 3.5 规定值speifed Value 合同或研制任务书中规定的期望产品达到的指标,它是研制方进行可靠性、维修性设计的依据
3.6 最低可接受值 minimum yale epabe 合同或研制任务书中规定的产品应达到的指标,它是进行考核或验证的指标,是转人下一阶段的判 定依据 可靠性特征量reliabilitycharacteristievalue 衡量产品可靠性的定量化尺度,描绘产品可靠性特性的参数
技术报告编写要求 可靠性技术报告是产品成套技术文件的组成部分,也是产品鉴定验收的主要内容和产品投人生产 和应用选型的依据
可靠性技术报告编写应满足以下要求 可靠性技术报告应能反映报告的任务阶段和系统层次的可靠性工作和可靠性技术的真实 情况; b)报告科学可信,论据充分; 报告层次清晰,数据准确,文字,图表翔实; c d)可靠性技术报告的内容应满足第5章的要求,根据任务阶段及系统层次的要求,经有关各方协 商一致,可根据需要对某些内容进行裁剪,裁剪原因及裁剪情况应在报告中予以说明
技术报告内容 5.1报告的构成 可靠性技术报告一般由概述部分(见5.2,正文部分(见5.2一5.8),附件(见5.9)组成
5 概述部分 在报告的概述部分阐述产品研制任务的来源与要求,可靠性工作概况;说明所提供的报告适用于何 种阶段(方案论证阶段,研制阶段等)
可靠性水平分析 比较国内外同类产品可靠性水平,提出改进措施及方向
5 可靠性特征量确定 5.4.1明确可靠性要求 将用户定性和定量的可靠性要求转化为设计要求
在产品寿命期的不同阶段(即研制生产、使用 可提出相应的可靠性要求
可靠性技术报告应明确 a 设计目标要求(即规定值); b验证要求(即最低可接受值)
GB/T29821一2013 5.4.2可靠性目标值确定依据 可靠性目标值应根据需要与可能,经综合权衡后确定 国内外同类产品使用经验和使用技术要求得到的可靠性数据; a b)用户使用要求和产品的实际情况提出的可靠性要求; 当前技术发展水平,成本费用及实现的可能性 d 相似产品的可靠性资料; 产品的可靠性摸底试验和现场使用统计的有关资料
可靠性技术报告应明确论述产品可靠性目标值确定的依据
可靠性特征量选用 5.4.3 合理选择产品的可靠性特征量
可靠性特征量可选用可靠度(R)、平均故障间隔时间(MITBF)或失效 率(a)等(见GB/T2900.13)
工业过程测量和控制系统用仪表推荐优先选用平均故障间隔时间MTBF 5.5可靠性预计 5.5.1目的 可靠性预计是为了估计产品在给定工作条件下的可靠性而进行的工作,其主要目的是 a)将预计结果与要求的可靠性指标相比较,审查研制任务书或合同提出的可靠性指标是否达到 在方案论证阶段通过预计,根据预计结果的相对性进行方案比较,选择最优方案; b 在研制阶段通过预计,发现设计中的薄弱环节,加以改进; c) 为可靠性增长试验、验证试验及费用核算等研究提供依据 d 可靠性技术报告应明确提出产品可靠性预计的目的
5.5.2可靠性数据来源 元器件、零部件的可靠性数据是产品可靠性预计的基础,主要数据来源于: a)参考国内外同类产品数据加以修正; b) 查阅有关可靠性数据手册; 其他数据包括实验室数据,现场数据、经验数据等
c 5.5.3方法 在产品研制过程的不同阶段,参照表1选择预计方法
可靠性预计程序见GB/T7827,预计示例 参见附录A和附录B 表1不同阶段可靠性预计方法的选择 阶段 可靠性预计方法 方案论证阶段(可行性预计 性能参数法、相似产品法 初步设计阶段(初步预计 专家评分法,元件计数法、修正系数法、相似产品类比论证法 研制阶段 详细设计阶段(详细预计 失效率法、应力分析法 5.5.4基本信息与要求 可靠性预计的基本信息与要求包括
GB/T29821一2013 a进行产品简介,绘制工作原理框图; b)列出产品的失效判据,以及产品内各单元的失效定义 确定每个部件所经受的环境条件和工作应力信息,通过估计、计算或测试确定应力比,选用适 当的修正因子,计算应用失效率; 具体要求见GB/T7289
5.5.5 可靠性框图 应根据产品中各单元之间的功能关系,用串联、并联及组合方式,绘制可靠性框图,表现产品应满足 的可靠性要求
在建立可靠性框图时采用以下假设 考虑方框所代表的功能单元的可靠性特征值 a 所有连接方框的线只代表单元的功能关系; b c)每一个方框表示的功能单元的故障概率是相互独立的 当产品的某一部分没有纳人产品的可靠性框图时,认为其是安全可靠的
d 5.5.6可靠性数学模型 可靠性数学模型可表示出产品及其单元之间的可靠性逻辑关系和数量关系,用数学公式表达各单 元的可靠性与产品可靠性之间的函数关系,预计或估算产品的可靠性 5.5.7预计结果 按选用的可靠性特征量提供数值结果和结论,可靠性预计值应大于产品成熟期的规定值
5.6可靠性分配 5.6.1分配原则 可靠性分配是根据产品研制任务书或合同中规定的可靠性指标,按一定的方法分配给组成该产品 的功能单元和元器件
为提高分配结果的合理性和可行性,在进行可靠性分配时应遵循以下原则 a)对复杂度高的单元和元器件分配较低的可靠性指标; b) 对技术尚不成熟的单元和元器件分配较低的可靠性指标 c)对在恶劣环境条件下工作的单元和元器件分配较低的可靠性指标 d 对重要度高的单元和元器件分配较高的可靠性指标 5.6.2分配方法 产品在研制过程中的不同阶段可选择的分配方法见表2
选择可靠性分配方法时应遵循: a)考虑实现的可能性; b考虑部件的复杂性、,对产品的重要性; 综合考虑目标函数和约束条件
表2不同阶段可靠性分配方法的选择 阶段 可靠性分配方法 方案论证阶段 等分配法 初步设计阶段 工程加权分配法,比例组合法 研制阶段 详细设计阶段 重要度和复杂度分配法,可靠度再分配法,相对失效率分配法
GB/T29821一2013 5.6.3分配要求 选用可靠性特征量为MTBF或R时 a)产品的分配目标值应大于其可靠性设计目标值; b)产品中下一级的分配值由上一级分配确定; 各单元的分配值原则上应小于其预计值 c 选用可靠性特征量为入时 产品的分配目标值应小于其可靠性设计目标值 a b)产品中下一级的分配值由上一级分配确定; 各单元的分配值原则上应大于其预计值
c 5.7故障分析 5.7.1分析目的 对发生或可能发生故障的产品及其组成单元进行分析,鉴别其故障模式,分析故障原因,估计其影 响,以便采取措施,提高产品的可靠性
5.7.2分析方法 故障分析通常采用三种方法,即 a)故障模式及影响分析法(FMEA; b)故障模式,影响及危害性分析法(FMECA) c)故障树分析法(FTA a),b)两种方法依据GB/T7826进行,分析步骤见图1
e)方法依据GB/T7829进行,分析步骤见图2 机械零部件推荐采用FMEA方法,以便定性了解各零部件潜在的各种故障模式及其产生原因,明 确各故障模式对产品完成规定功能的影响程度
故障模式及影响分析FEA FMECA 报 严严 鲁 影 响 CA 说明在具备数据的条件下,确定事件危害度等级,估计失效模式发生的概率,填写FMECA表
图1FME(C)A步骤
GB/T29821一2013 定性分析 定量计算 FTA 简化故障树 顶事件发生概率 2
找最小制集 底事件重要度 最小割集定性 分析 比较 图2IA步骤 5.7.3分析内容 FMECA报告应包括以下内容 a)产品描述; b 可靠性框图; 分析方法; c D 基本准则和假设; 引用的数据来源 分析的结论和建议; FMECA表格; I、I类故障模式清单; 单点故障模式清单 FTA报告应包括以下内容: 产品描述及功能框图; 建树的基本规则与假设 b 选择顶事件的原则 建立的故障树; d 数据来源， 定性或定量分析结论与建议
f 5.8采用的可靠性设计技术和维修性设计技术 报告应根据所设计产品的实际情况和特点,论述采用的可靠性设计技术(如可靠性指标的确定、产 品的简化设计方法,冗余设计、参数漂移设计、降额设计、,热设计,电磁兼容设计等)和维修性设计技术 如维修性指标的确定、,故障诊断设计和结构维修性设计等)的方案及其效果
5.9附件 根据需要,可靠性技术报告可设置附件
GB/T29821一2013 附录A 资料性附录 某仪表可靠性预计、分配应用示例 A.1概述 某仪表(以下简称产品)的可靠性目标值按照合同,要求其平均故障间隔时间MTBF>10万h
产品工作原理框图如图A.1所示
电源 信号检测 信号预处理 隔离电路 接口电路 DA转换 微处理器 AD转换 说明 A 电源; B -信号调理卡 -智能卡
图A.1产品工作原理框图 A.2可靠性预计 A.2.1预计依据 a)计算方法;元器件应力分析预计法; 数据来源 b) 1进口电子元器件,查阅美国军用手册MIL-HDBK-217《电子设备可靠性预计手册》 2 国产电子元器件,查阅国家军用标准GJB/Z299(电子设备可靠性预计手册》 机械零部件,查阅《非电子零部件可靠性数据(NPRD3) 3 使用环境;现场仪表
环境温度;-25一70C; d 故障判据 通电后,无输出; 1 输出误差超差; 2 3) 自动控制功能失常; 通信功能失常
4 A.2.2可靠性框图及数学模型 假设产品及各功能单元的寿命服从指数分布
GB/T29821一2013 产品可靠性框图如图A.2所示 a 图A.2产品可靠性框图 b 产品可靠性数学模型,见式(A.1),式(A.2)和式A.3): A.1 R=R
RR A.2 入s=入A十入B十入e MTBF;=1/A A.3 式中: R -产品s及各相应A,B,C功能单元的可靠度; -产品S及各相应A,B,C功能单元的故障率; MTBF -产品的平均故障间隔时间
A.2.3产品及各功能单元可靠性预计结果 根据产品及各功能单元的可靠性数学模型,得到相应的可靠性预计值,汇总于表A.1
表A.1产品及各功能单元预计结果汇总表 代码 名称 放障率入/(10-"/h) 平均故障间隔时间MTBF/10'h S 产品 6.8665 14.563 电源 1.0000 100.000 B 信号调理卡 3.7375 26.756 46.970 智能卡 2.1290 产品的平均故障间隔时间MTBF预计值为14.56万h,大于合同要求的可靠性指标
A.3可靠性分配 把产品设计目标值MTBF>10万h提高到15万即入=6.25×10-6/h)进行分配,使之更清楚 地暴露出产品的薄弱环节,为进一步改进设计提供依据
选择相对失效率分配法进行分配: 单元重要度因子计算见式A.4). o=入;/入、=入 A.4 式中: 单元重要度因子 w -单元总数 单元应用失效率; 产品应用失效率
入s 各功能单元的可靠性预计值为 入我=l.0000×10“/h
GB/T29821一2013 A=3.7375×10"/h 入c
=2.1290×10"/h 产品的可靠性预计值为: A、=6.8665×10-"/h 根据式(A.4)确定单元失效率在产品失效率中的重要度因子 o=入/A=1.0000/6.8665=0.1456 on=入w/A
=3.7375/6.8665=0.5443 =入e/入=2.1290/6.8665=0.310o w b)根据式”=wAs,计算分配到各单元的失效率入 入=wx入=0.1456X6.25X10-有=0.910×10-"/h 入;=on入=0.5443×6.25×10-"=3.402×10-"/h A=o入=0.3100×6.25×10-"=1.938×10-"/h -分配到;单元的失效率
入 验算结果 A;=(0.910十3.402+1.938)×10=6.35×10/) 入s= MTBF、=1/入、=1/(6.25×10-")=1.5×10'h 则 各功能单元分配结果符合提高目标要求
GB/T29821一2013 B 附 录 资料性附录 机械零部件可靠性计算 经验证明:在机械零部件的可靠性分析计算中,只要没有充分的根据说明其强度及寿命的分布是何 种分布状态时,通常假设它为正态分布
B.1机械零部件静强度的可靠性概率计算 B.1.1可靠性预计程序 机械零部件可靠性预计参照以下步骤进行 a)进行零部件受力情况分析,找出危险断面 根据机械工程公式,写出计算危险断面所受随机应力的特征方程， b e)根据误差传递法则,导出零部件所受应力的统计量(均值)及标准差的计算公式; d)根据已知条件,求出载荷及零部件尺寸的均值与标准差,并根据正态分布函数的代数运算公 式推导出应力的均值与标准差; 根据材料手册查出所用材料的强度极限(对塑性材料)或屈服极限(对脆性材料)的均值及其标 准差; 根据上述步骤求出的零部件应力均值与标准差、材料的强度均值与标准差,代人方程(B.l),求 出可靠性系数 一从s Z=- B.1 /G 式中 可靠性系数 强度均值 " 应力均值; Ms -强度标准差; o
应力标准差
o 根据可靠性系数Z,查标准正态分布表,得到零部件的可靠度
一圆形拉杆,承受正态分布的随机变量,其载荷(均值,标准差)为(4 示例:一 ,,)=(170,2.6kN,直径d(均 值,标准差)为(4a))=(25,0.175)mm.材料拉伸强度h(均值,标准差)为(Aa)=(400,l1MPa,预 计拉杆的可靠度R
拉杆断面承受的随机应力特征方程见式(B.2) (B.2 S一 " 式中: S -应力; 载荷; -拉杆圆截面面积
导出应力的均值、标准差计算见式(B.3) 2 应力均值: 从=" (B.3) 厉 10
GB/T29821一2013 应力标准差见式(B.4); -.干. (B.4) s 一 33) 根据已知条件求出面积的均值、标准差,进一步得到应力的均值、标准差: 已知拉杆承受的载荷、直径,可得其面积的均值和标准差(4a,); 从-叫-于 ×25mm)?=490.875mm mm×0.175tmm=6.87mm -子2a才-于x2x饭 a 求应力的均值和标准差(,a,) ' 170kN =346.3MPad " 490.87mm " d十 示 v70NX6.87mm+490.875mmX2.6N 490.875mm" =7.18MPa 4 将应力和强度代人可靠性系数方程 400MPa一346.3MPa =4.09 V保 PIR 查标准正态表得可靠度R=0.999978
5) B.1.2可靠性设计程序 机械零部件强度的可靠性设计就是明确载荷(应力)及零部件强度的分布规律,合理建立应力与强 度之间的数学模型,严格控制零部件发生失效的概率,在满足设计可靠性要求的基础上,确定机械零部 件设计变量的具体参数(如轴径的设计值、齿轮的模数等 机械零部件可靠性设计步骤如下 a进行零部件受力情况分析; b 根据机械工程公式,导出与要求设计的儿何尺寸有关的特征方程 根据误差传导法则,导出零部件受力的统计量(均值)及标准差的计算公式 d)根据已知条件,导出待设计零部件几何尺寸的标准差(均值的相对值); 将得到的载荷均值与标准差、待设计几何尺寸均值与标准差代人特征方程中,算出相对于设计 几何尺寸均值与标准差; f 根据“材料的机械性能及用途表”,决定零部件材料并查取零部件材料的均值与标准差; g根据要求的可靠度(R)查标准正态分布表,得到可靠性系数(Z); h)将上述结果代人可靠性系数方程[见式(B.1] 根据几何尺寸均值,计算其标准离差,进而决定公差值
示例:设计一拉杆,已知作用于拉杆上的拉力载荷P(4,d,)=60000,2000)N,拉杆材料抗拉强度h(4p,a =(1076,42.2 MuPa
给定拉杆的可靠度R>0.,.设计此拉杆的半径，应为多大？? 设此拉杆半径r的均值、标准差为(丝,,a)mm.
拉杆断面承受的随机应力特征方程见式(B2),其中 A=T厂 导出应力的均值、标准差计算公式见式(B.3)和式(B4). 2 11
GB/T29821一2013 3) 根据已知条件导出拉杆面积A的均值、标准差(a); M=T aA=2T,”o 考虑制造中半径的公差,行士0.015
因为正态分布有一重要特性,即数据偏离三倍标准差的可能性很小 概率为0.3%)几乎可以忽略,所以一般在强度设计中,假设;公差4,=3X呀,所以 0,0154 “=0.00 拉杆半径标准差;o,- 05从 拉杆面积标准差;a=2T4o,=0.01x 将上述各值代人式(B.3)和式(B.4),得拉杆应力s的均值和标准差(,a): 60000N19098.5 MP 1Ms T/4 十然 /60w0NX.4X0N 可 =665.3 MP 5)将应力和强度代人可靠性系数方程 首先查标准正态表，给定可靠度R=0.999的可靠性系数为Z=3.09023,即 19098.5 1076MPa一 MP A =3.09023 /十d (42.2MPa)'十665.3一MPa 化简上式得如下方程 从'一38.0284"十316.0352=0 解得(取正值): =4.57mm和 =3.88mm 4从 " 代人可靠性系数方程验算,舍去从=3.88mm,取从=4.57mm. 所以 a,=0,0054,=0,023mm =4.57mm士0.069mmm r-从,十4, 因此为保证设计的拉杆具有R=0,999的可靠度,其半径应为4.57mm士0.069mm. B.2利用现场统计数据的可靠度预计方法 由现场收集零部件的失效数据,进行统计分析处理得到零部件的可靠性特征量,以此作为产品可靠 性预计的基础,某零部件在使用到任务时间时的可靠度R()如式(B.5)所示: n一r( R(t B.5 2 式中 零部件总数; 从开始工作到'时刻失效的零部件数目; r(t 任务时间
B.3利用经验数据进行可靠性预计 在工程实践中,根据使用经验,在正常工作阶段的机械零部件的使用失效率入
如式(B.6)所示: 12
GB/I29821一2013 B.6 入
=k 式中: 环境修正系数; -通用失效率
AG 各种机械部件的通用失效率,可从有关可靠性设计手册中获得,也可通过使用寿命的经验数据(如 使用年限,动作次数等)获得
环境修正系数在实验室条件下取1;地面设备取10;车船设备取2030.; 飞行设备取50l000.
工业过程测量和控制系统用仪表可靠性技术报告编写导则GB/T29821-2013
随着科学技术的不断发展，现代工业生产越来越依赖于精准的测量和控制系统。而这些仪器设备的可靠性直接影响到工业生产的效率和质量。因此，在选用和使用仪表设备时，必须特别注重仪表设备的可靠性问题。
《工业过程测量和控制系统用仪表可靠性技术报告编写导则GB/T29821-2013》标准是针对工业过程中仪表可靠性技术报告的编写而制定的。该标准主要包括以下内容：
- 术语和定义：为了使得标准的理解更加准确，该标准首先对与仪表可靠性有关的术语进行了明确定义。
- 报告编写原则：根据仪表可靠性的特点，该标准给出了报告编写的基本原则。
- 报告内容：该标准详细规定了仪表可靠性技术报告应包括的内容，包括仪器设备的基本情况、使用环境、经验数据等。
- 报告评估：该标准还对仪表可靠性技术报告的评估方法进行了说明。
通过严格遵循《工业过程测量和控制系统用仪表可靠性技术报告编写导则GB/T29821-2013》标准，企业可以更好地保证仪表设备的可靠性，降低生产过程中的风险，提高生产效率和质量。
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