可靠性工程2015.1-2

3. 故障及其分类

故障—产品或产品的一部分不能或将不能 完成预定功能的事件或状态。

对于不可修产品：失效。即产品丧失了规 定的功能。
故障模式—故障的表现形式。 故障机理—引起故障的物理、化学变化的 内在原因。

按故障的规律分类：偶然故障和渐变故障 按故障的后果分类：致命性故障和非致命 性故障 按故障的统计特性分类：独立故障和从属 故障 间歇故障
ˆ (t ) n (t ) / n R s
对不可修复产品，指在规定时间区间（0,t）内，能完成规 定功能的产品数 ns (t ) 与开始工作的产品总数n之比。 对可修复产品，指一个或多个产品的无故障工作时间达到 或超过规定时间 t的次数 ns (t )与观测时间内无故障工作总 次数n之比。注意：最后一次无故障工作时间特殊！
到1000h失效52只，工作到2000h又失效28只。 求t=1000h和t=2000h时的可靠度和累积失效概 率。
2.2.3故障（失效）概率密度 f ( t )

定义：是累积故障（失效）概率F(t)对时间的 变化率，表示产品单位时间内故障（失效）的 dF ( t ) 概率。
f (t ) dt
例2-1：在规定条件下对12个不可修复产品进行 无替换试验，试验结果如图（a）所示；在某观 测时间内对3个可修复产品进行试验，试验结果 如图（b）所示。图中 均为产品出现故障时的 时间，t为规定时间，求以上两种情况的产品可 ˆ (t ) 靠度估计值 R
产品序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 产品序号 1 2 3 t t t t t
准备阶段 准备阶段 主 主 动 动 段 段 发射段 发射段 任务阶段 任务阶段 惯性飞行段 惯性飞行段
下降段 下降段
工作准 工作准 备阶段 备阶段 生 事件 生 事件 （使用方法）产 （使用方法）产 验 装卸和公 装卸和铁 验 装卸和公 装卸和铁 收 路运输 路运输 收 路运输 路运输 装卸和 装卸和 装卸和 装卸和 空运 船运 空运 船运

4.寿命剖面与任务剖面
寿命剖面
产品从交付到寿命终结或退出使用这段时间内 所经历的全部事件和环境的时序描述。它包含 一个或多个任务剖面。 通常把产品的寿命剖面分为后勤和使用两个阶 段。
寿命剖面示例
生产 生产 阶段 阶段
后 后勤 勤阶 阶段 段
运 运输 输 储存/后勤阶段 储存/后勤阶段
使用阶段 使用阶段

1.3 可靠性和可靠性工程的范畴
1.3.1 可靠性的研究内容和范围
人 可靠性工程 机 环
可靠性物理
可靠性数学
1.3.2可靠性工程范畴和理论基础
1.可靠性工程范畴 系统/产品的可靠性要求或目标 可靠性的设计分析 建模、预计、FMEA、FTA 风险分析等 可靠性试验与评价 环境应力筛选(ESS) 可靠性增长试验 可靠性验证试验等 可靠性信息 可靠性管理
某导弹的寿命剖面
任务剖面
产品在完成规定任务这段时间内所经历的事件和 环境的时序描述。 任务剖面一般应包括： 产品的工作状态； 维修方案； 产品工作的时间与顺序； 产品所处的环境(外加的与诱发的)的时间与顺序 任务成功或致命故障的定义。
任务剖面示例
2.2 可靠性特征量 2.2.1 可靠度 R(t)
R (t )
F (t )
取值范围 单调性 对偶性
[0，1] 非增函数
1 F (t )
[0，1] 非减函数
1 R (t )

例2-2 有110只电子元器件，工作500h时有10 只失效，工作到1000h时总共有53只失效，求 该产品分别在500h和1000h时的累积失效概率。

练习题：不可维修产品红外灯管100只，工作

定义：产品在规定条件和规定时间内完不成 规定功能（失效）的概率,又叫不可靠度。
F(t)= P(T t)=1- P (T>t) R(t)+F(t)=1 F(0)=0； F()=1

ˆ (t ) 估计值 F ˆ (t ) 1 R ˆ (t ) n (t ) / n F f n f (t ) n n s (t )
1.2.1质量与可靠性的关系（续）
（3）可靠性并不笼统的要求长寿命，而是强 调在规定的使用时间内能否充分发挥其功能。 （4）产品可靠性贯彻全寿命周期，发生故障 的时间是随机变量，但一批产品的可靠性符 合一定的统计规律。
可靠性是更深层次的与设计、工艺相关 的根本性问题。 在用户使用过程中，均是“可靠性”问 题。
性能特性 可靠性
质量特性
Hale Waihona Puke 维修性 可用性 安全性 经济性 …
1.2.1质量与可靠性的关系（续） 可靠性是产品的一个质量指标——产品 性能的稳定性。 可靠性是可以度量的质量指标。
可靠性指标的特点：
（1）3个规定的条件（时间、条件、功能） （2）狭义的质量：t=0; 从广义质量观看，质量涵盖可靠性： t>0 传统质量观念 ——“符合性” 当代质量观念 ——“适用性”

规定条件—包括使用时的工作、环境条件以及储存条件； 规定时间—产品规定了的任务时间； 规定功能—产品规定了的必须具备的各项性能指标。
2.可靠性的分类
1）狭义可靠性和广义可靠性
狭义可靠性 广义可靠性或有效性 维修性 综合全面评定可靠性 贮存寿命
可靠性的三大指标
2）固有可靠性和使用可靠性 固有可靠性（设计可靠性） 产品在设计、制造过程中赋予的固有属性。 产品的开发者可以控制。 使用可靠性（合同可靠性） 产品在实际使用过程中表现出的可靠性。 除固有可靠性的影响因素外，还要考虑安 装、操作使用、维修保障等方面因素的影 响。 3）硬件可靠性和软件可靠性

由概率密度函数性质


0
f (t ) 1
t
可知， R(t ) 1 F (t ) 1 0 f (t )dt t f (t )dt
R(t)
F(t)
0
2.2.4 失效（故障）率 ( t )
1.定义：表示工作到某时刻尚未失效（故障） 的产品，在该时刻后，单位时间内发生失效 （故障）的概率。
2.可靠性工程理论基础


交叉型学科 可靠性的理论基础 宏观：系统学、概率论、统计学 微观：其他学科、材料学、力学等 应用理论 系统工程 可靠性设计分析技术 可靠性试验技术 可靠性评估技术 可靠性信息管理 可靠性管理
1.4 可靠性学科发展史
（1）初期发展阶段（三十~四十年代） 最早的概念来源于航空。 （2）发展形成阶段（五十~六十年代） 美国先行，带动其他国家。 （3）国际化时代（七十年代至今） 各行各业广泛应用和研究。
2. 可靠性基本概念与表示 2.1可靠性基本概念 1.可靠性的定义
《可靠性、维修性术语》 （GB3187-1994） 可靠性：指产品在规定条件下和规定时间内 完成规定功能的能力。

请注意定义中的三个“规定”！
请注意定义中的三个“规定”！

产品—可以单独研究、分别试验的任何部件、组件、设 备或系统；
如：某品牌电冰箱用几十年不发生 故障；某系列轿车“皮实”。 ——可靠性高？
为什么要搞可靠性？
世界上没有“永动机” 产品故障会造成巨大的损失 经济损失 人员安全 武器装备丧失战斗力 政治、社会问题
1.2 可靠性的重要意义
1.2.1质量与可靠性的关系 产品质量—满足使用要求具有的所有特性。
用户是上帝
一个满意的顾客会告诉8个人， 一个不满意的顾客会告诉20个人， 高品质的产品才能带来长期效益和忠诚的顾客！
据统计，在欧洲，每年因产品安全问题导致 的死亡人数为1.5-3万人，受伤人数在400万500万人；在美国，伤亡人数为1.5万人，直 接经济损失为7000亿美元。 在我国，每年约有70万-80万人死于各种产品 伤害，占死亡总数的11%，居死因顺位第五 位，每年需急诊和住院治疗的伤害患者估计 可能超过2000万人。
t
F ( t )
F ( t ) f ( t )dt 0 ˆ (t ) 估计值 f n ( t t ) n F ( t t ) F ( t ) dF ( t ) F ( t ) f ˆ (t ) ˆ (t ) [ f f t n dt t F(t t ) F(t ) nf (t t ) nf (t ) 1 nf (t ) ˆ f (t ) [ ] / t t n n n t

……
本课程基本内容 （32学时）
1. 绪论 2. 可靠性基本概念和表示 3. 可靠性要求与分配 4. 可靠性建模与预计 5. 可靠性试验 6. 可靠性管理 7.可靠性应用
1.绪论
1.1可靠性研究的目的 什么是可靠性？为什么要搞可靠性？
可靠性—《可靠性、维修性术语》（GB3187-1994） 产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能 的能力。
4）基本可靠性和任务可靠性（按分析角度分类） 基本可靠性 产品在规定的条件下，规定时间内，无 故障工作的能力。
•基本可靠性反映了产品对维修人力费用和后勤保障 资源的需求。 •考虑所有需要维修保障的故障。
任务可靠性
–产品在规定的任务剖面内完成规定功能 的能力。
•系统完成任务能力的度量。 •只考虑引起任务失败的故障(即致命性故障)。
可 靠 性 工 程
Reliability Engineering
主讲：王若菌 E-mail: junandjun@ 电话：89723834 安全工程教研室307
参考书目



梁开武.可靠性工程.国防工业出版社.2014 刘品.可靠性工程基础（第三版）.中国计量出版社.2009 Dev G.Raheja, Michael Allocco.保证技术原理与实践.国 防工业出版社.2014 曾声奎.可靠性设计与分析.国防工业出版社.2011 赵廷弟.安全性设计分析与验证. 国防工业出版社.2011 张增照.电子产品可靠性预计.科学出版社.2007 姜兴渭. 陈晓彤.赵延弟等译.可靠性实用指南.北京航空 航天大学出版社.2005 金伟娅.可靠性工程.化学工业出版社.2005 肖生发，郭一鸣.汽车可靠性.人民交通出版社.2008