2 可靠性基本概念及其度量(精选)
可靠性的基本概念
由于周期（交变）作用力引起的 低应力破坏
高温
由于两物体接触表面在接触应力 作用下有相对运动造成材料流失 所引起的一种失效方式
由于有害环境气氛的化学及物理 化学作用所引起
（2）按失效的时间特性，可分为突然失效和渐变失效。
（3）按失效原因，可分为早期失效、偶然失效和耗损失效。
Rˆ (t1
t2
|
t1 )
Ns (t1 t2 ) Ns (t1)
例：某批电子器件有1000个，开始工作至500h内有 100个 损坏，工作至1000h共有500个损坏，求该批 电子器件工作到500h和1000h的可靠度。
2.失效率 (t)
失效率（Failure Rate）又称为故障率，其定义为“工作到某
理解这一定义应注意以下几个要点：
（1）产品：即可靠性的对象，包括系统、机器、零部件等。 （2）规定的条件：一般是指产品使用时的环境条件，如载荷、
温度、压力、湿度、辐射、振动、冲击、噪声、磨损、 腐蚀等等。 （3）规定的时间：机械产品可靠性明显的与时间有关，产品 的可靠性应对使用期限有明确的规定。 （4）规定的功能：在设计或制造任何一种产品时，都赋予它 一定的功能。例如机床的功能是进行机械加工。 （5）概率：概率是故障和失效可能性的定量度量，其值在0～ 1之间，如可靠度为99.9%或99.99%等。
不可修复产品：失效=报废
失效分类
（1）机械零部件的失效按失效形式划分为：变形失效、断 裂失效和表面损伤失效三大类型。
序号
1 2
3
失效类型 变形失效
断裂失效
表面损伤 失效
表2-1 失效形式分类
具体失效形式 过量弹性变形
第2章 可靠性的基本概念及其度量概要
我国国家标准和GJB451A： 产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功 能的能力。
产品可靠性定义的要素包括三个“规定”、一个“能力”：
“规定条件”、“规定时间”、“规定功能”
可靠性与智能维护-第二章
3
可靠性基本概念-分类
基本可靠性 产品在规定的条件下，无故障工作的持续 时间或概率。 反映产品对维修的要求 考虑所有需要维修保障的故障。不局限于 发生在任务期间或危及任务成功的故障 •采用冗余，会降低基本可靠性 •通常等于或低于任务可靠性
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累积故障分布函数
可靠度函数与累积故障分布函数的性质
R(t)与F(t)的性质如下表所示：
R(t ) F (t )
取值范围 单调性 对偶性
P
[0，1] 非增函数
1 F (t )
[0，1] 非减函数
1 R(t )
F(t)
R(t) O
t 可靠性与智能维护-第二章
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累积故障分布函数
可靠度函数与累积故障分布函数的性质
不可修产品（如电子元器件）：失效
产品的故障按其故障的规律可以分为两大类：
偶然故障
渐变故障
可靠性与智能维护-第二章
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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。
通常把产品的寿命剖面分为后勤和使用两个阶段。
贮 存 检 测 任 务 剖 面
使用可靠性
产品在实际的环境使用时所表现出的保持性能的能 力。
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。
可靠性与智能维护-第二章
第二章__可靠性的基本概念
2.3 可靠性尺度
表示产品总体可靠性水平高低的各种可靠性指
标称为可靠性尺度。
2.3.1 可靠性概率指标及其函数 1. 可靠度与失效概率
可靠度可定义：产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规 定功能的概率，通常以“R”表示。考虑到它是时间的函数，又 可表示为R（t） ，称为可靠度函数。 如果用随机变量T表示产品从开始工作到发生失效或故障的 时间，则该产品在某一指定时刻t的可靠度为：
tr
r
失效率是产品可靠性常用的数量特征之一，失效率愈高，则 可靠性愈低。失效率的单位用单位时间的百分数表示。例如：
1 -1。比如，某型号滚动轴承的失 效率为 % 10 3 h 1 , km，次 λ(t)=5*10-5/h，表示105个轴承中每小时有5个失 效，它反映 了轴承失效的速度。
f (t ) F (t ) R(t ) f (t ) d ln Rt (t ) R(t ) R(t ) R(t ) 1 F (t ) dt
0 R(t ) e
( t ) dt
t
——可靠度函数R(t)的一般方程
说明：
(1)R(t)，F(t)，f (t)，λ(t)可由1个推算出其余3个。 (2)R(t)，F(t)是无量纲量，以小数或百分数表示。 f(t)， λ(t)是 有量纲量。 当λ(t)为恒 定值时：
① 早期失效
一般为产品试车跑合
λ(t )
早期失效期
偶然失效期
阶段。由于材料缺陷、制造工艺缺 陷、检验差错等引起。出厂前应进 行 严格的测试，查找失效原因，并 采取 各种措施，发现隐患，纠正缺 ② 正常运行期
损耗失效期
机械产品
λ=常数
电子产品
tm t
可靠性知识
A0 UT UT UT TT UT NT UT MT DT
将分子、分母除以此段时间内的出故障从而进行维修的次数n，则由于MTBF=UT/n， MTTR=MT/n,MDT=DT/n,得：
产品的可靠性是产品的性能随时间的保特能力。要 长时间地保持性能不出故障，出了故障要能很快维 修。
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第二节
可靠性维修性的常用参数 及浴盆曲线
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可靠性维修性常用度量参数
可靠度及可靠度函数
产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率称为可靠 度，用R(t)表示：
产品的累积故障概率是时间的函数，一般用F(t)表示： F(t)=P(T≤t) 由于产品故障与不发生故障是两个对立事件，所以显然有 R(t)+F(t)=1 F(t)=1-R(t)
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故障密度函数
故障密度函数f(t)是累积故障分布函数的导数。
dF (t ) f (t ) dt
一个可修复产品在使用过程中发生了N0故障，每次故障修复 后又重新投入使用，测得其每次工作持续时间为t1、t2……、 t No。其平均故障间隔时间（MTBF）为：
1 N0 T MTBF ti N N0 i 1 0
其中，T为产品总的工作时间。对于完全修复产品，因修复后 的状态与新产品一样，一个产品发生了N0次故障相当于N0个新 产品工作到首次故障。因此：
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可靠性--基础知识1
在规定的可控条件下进行的可靠性验证或测定试验。试验条件可以模拟现场条件，也可与现场条件不同。
现场可靠性试验field reliability test
在现场使用条件下进行的可靠性验证或测定试验。
筛选试验screening test
可靠度reliability
产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率。
可靠度的观测值observed reliability
a．对于不可修复的产品，是指直到规定的时间区间终了为止，能完成规定功能的产品数与在该时间区间开始时刻投入工作的产品数之比。
b．对于可修复产品是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的次数与观察时间内无故障工作的总次数之比。
2. 可靠性物理基本知识和基本概念
2.1 可靠性的基本理论知识
2.1.1可靠性的概念
可靠性的概念，可以说，自古以来从人类开始使用工具起就已经存在。然而可靠性理论作为一门独立的学科出现却是近几十年的事。可靠性归根结底研究的还是产品的可靠性，而通常所说的“可靠性”指的是“可信赖的”或“可信任的”。一台仪器设备，当人们要求它工作时，它就能工作，则
出厂检验合格的产品，在使用寿命期内保持其产品质量指标的数值而不致失效，这就是可靠性问题。因此，可靠性也是产品的一个质量指标，而且是与时间有关的参量。只有在引进了可靠性指标后，才能和其它质量指标一起，对产品质量作全面的评定。所谓产品是指作为单独研究和分别试验对象的任何元件、设备或系统，可以是零件也可以是由它们装配而成的机器，或由许多机器组成的机组和成套设备，甚至还把人的作用也包括在内。在具体使用“产品”这一词时，其确切含义应加以说明。例如汽车板簧、汽车发动机、汽车整车等。
产品可靠性基础知识
一、故障（失效）及其分类
1. 故障：丧失完成规定功能的状态 2. 故障分类
按故障的规律 早期故障、偶然故障、耗损故障
按故障引起的后果 致命性故障、非致命性故障
按故障的统计特性 独立故障、从属故障
二、可靠性
1．可靠性：产品在规定的条件下和规定的 时间内，完成规定功能的能力。
可靠性模型
—— 串联模型：组成产品的所有单元中任一单 元发生故障都会导致整个产品
故障
—— 并联模型：组成产品所有单元同时工作时， 只要有一个单元不发生故障，产 品就不会故障，亦称贮备模型
式中Ri(t)与λi(t)——第i单元的可靠度与故障率； Rs(t)与λs(t)——第i单元的可靠度与故障率；
六、维修性设计
（1）简化设计 （2）可达性设计 （3）标准化、互换性与模块化设计 （4）防差错及识别标志设计 （5）维修安全性设计 （6）故障检测设计 （7）维修中的人的因素工程设计
第三节 可靠性试验
可靠性试验的概念 —— 可靠性试验：实验室试验，现场试验
可靠性试验
工程试验 统计试验
环境应力筛选试验
演讲完毕，谢谢
三、建立故障报告、分析和纠正措施系统 （FRACAS）
1．故障报告 2．故障分析（调查；核实；工程分析；统
计分析） 3．故障纠正
4．故障报告、分析和纠正措施系统是一个闭 环系统
四、可信性评审
监控的一种管理手段 组织由非直接参加设计的同行专家和有
关代表评审 可靠性设计评审是最重要的一种评审 可靠性评审的作用 一种正规审查程序 应分阶段进行
常用方法：元器件计数法；应力分析法
元器件计数法预计公式：
n
s N iGi Qi i 1
可靠性的基本概念及常用度量
可靠性的基本概念及常用度量一、单项选择题(每题的备选项中，只有1个最符合题意)1. 下述各参数中，不是度量产品可靠性的参数。
A.平均故障间隔时间B.产品的功耗C.故障率D.可靠度答案：B[解答] 可靠性与维修性的常用度量参数有：可靠度、故障(失效)率、平均失效(故障)前时间(MTFF)、平均故障间隔时间(MTBF)、贮存寿命和平均修复时间(MTFR)。
2. 若产品的寿命服从指数分布，则故障率的倒数是。
A.平均维修时间B.平均故障间隔时间C.失效概率D.系统可靠性答案：B[解答] 当产品的寿命服从指数分布时，产品的故障率为常数A，则平均故障间隔时间MTBF=MTFF=1/λ。
3. 产品故障率浴盆曲线中，偶然故障的特征是。
A.故障率随时间递增B.故障率随时间递减C.故障率近似为某个常数D.故障率先增后恒定答案：C[解答] 在偶然故障期，产品的故障率可降到一个较低的水平，且基本处于平稳状态，可以近似认为故障率为常数。
在这个时期产品的故障主要是由偶然因素引起的，偶然故障阶段是产品的主要工作期间。
4. 产品使用寿命与有关。
A.早期故障率B.规定故障率C.耗损故障率D.产品保修率答案：B[解答] 产品的使用寿命与产品规定条件和规定的可接受的故障率有关。
规定的允许故障率高，产品的使用寿命就长，反之，使用寿命就短。
5. 产品终止规定功能称为。
A.故障或失效B.失效C.故障D.待维修答案：A[解答] 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称为故障。
对于不可修复的产品也称失效。
故障的正式定义为终止或丧失完成规定的功能。
6. 规定的允许故障率______，产品的使用寿命就长，规定的允许故障率______，产品的使用寿命就短。
A.高；低B.低；高C.大；小D.小；大答案：A[解答] 参见第4题解析。
7. 是由于产品的规定功能随时间增加而逐渐衰退引起的。
A.早期故障B.偶然故障C.独立故障D.耗损故障答案：D[解答] 早期故障是指在产品投入使用的初期的产品故障，具有故障率较高，迅速下降的特征；偶然故障是由于偶然因素引起的故障，其重复出现的风险可以忽略不计，只能通过概率统计方法来预测；独立故障是指不是由于另一个产品故障引起的故障。
2 可靠性基本概念及其度量
dR(t ) f (t ) (t ) R(t ) R(t )
R(t ) exp[ (t )dt ]
o
t
(t )dt ln R(t ) |
0
t
t 0
f(t)
f (t ) (t ) exp[ (t )dt}
0
f(t) R(to) F(to)
t
R(t ) exp(t ) F (t ) 1 exp(t ) f (t ) exp(t )
n(t t ) n(t ) n ˆ f (t ) N t N t
F (t ) f (t )dt
0 t
单位时间内产品寿命 在t到t+Δt的产品数占 总产品数的百分比。
2.3可靠性函数
• 4 故障率 工作到t 时刻尚未失效的产品，在该时刻 t 后的单位时 间内发生失效的概率，称之为产品的故障率。 设t=0时有 N个产品正常工作，到t 时刻有 N-n(t) 个产品 正常工作，至t+△t时刻，有N-n(t+△t)个产品正常工作
2.4可靠性寿命特征
如果仅考虑首次失效前的一段工作时间，那么可将 不可修和可修产品统称为平均寿命，记作θ。若产品失 效密度函数f(t)已知，由概率论中数学期望的定义，有：
tf (t )dt
0
tf (t )dt
0
tdF (t ) tdR(t )
0 0
t
i 1
N
i
2.4可靠性寿命特征
• 平均寿命能够说明一批产品寿命的平均水平，而寿命方差 和寿命标准差则能够反映产品寿命的离散程度。产品寿命 方差的定义为：
(t- ) f (t )dt t 2 f (t )dt 2
可靠性定义及其度量指标(精)
可靠性定义及其度量指标【大纲考试内容要求】：1、了解机械失效三个阶段和维修度、有效度、平均无故障工作时间；2、熟悉可靠性、故障率、可靠性预计、人机界面设计要点。
【教材内容】：第四节机械的可靠性设计与维修性设计一、可靠性定义及其度量指标(一)可靠性定义所谓可靠性是指系统或产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定功能的能力。
这里所说的规定条件包括产品所处的环境条件(温度、湿度、压力、振动、冲击、尘埃、雨淋、日晒等)、使用条件(载荷大小和性质、操作者的技术水平等)、维修条件(维修方法、手段、设备和技术水平等)。
在不同规定条件下，产品的可靠性是不同的。
规定时间是指产品的可靠性与使用时间的长短有密切关系，产品随着使用时间或储存时间的推移，性能逐渐劣化，可靠性降低。
所以，可靠性是时间的函数。
这里所规定的时间是广义的，可以是时间，也可以用距离或循环次数等表示。
(二)可靠性度量指标1．可靠度可靠度是可靠性的量化指标，即系统或产品在规定条件和规定时间内完成规定功能的概率。
可靠度是时间的函数，常用R(t)表示，称为可靠度函数。
产品出故障的概率是通过多次试验中该产品发生故障的频率来估计的。
例如，取N个产品进行试验，若在规定时间t内共有Nf(t)个产品出故障，则该产品可靠度的观测值可用下式近似表示：R(t)≈[N—Nf(t)]／N (4—7)与可靠度相反的一个参数叫不可靠度。
它是系统或产品在规定条件和规定时间内未完成规定功能的概率，即发生故障的概率，所以也称累积故障概率。
不可靠度也是时间的函数，常用F(t)表示。
同样对N个产品进行寿命试验，试验到瞬间的故障数为Nf(t)，则当N足够大时，产品工作到t 瞬间的不可靠度的观测值(即累积故障概率)可近似表示为：F(t)≈Nf(t)／N (4—8)可靠度数值应根据具体产品的要求来确定，一般原则是根据故障发生后导致事故的后果和经济损失而定。
2．故障率(或失效率)故障率是指工作到t 时刻尚未发生故障的产品，在该时刻后单位时间内发生故障的概率。
可靠性的基本概念知识
可靠性的基本概念知识一、可靠性产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力称为可靠性。
可靠性的概率度量称为可靠度。
这里的产品指的是新版ISO)9000中定义的硬件和流程性材料等有形产品以及软件等无形产品。
它可以大到一个系统或设备，也可以小至一个零件。
产品终止规定功能就称为失效，也称为故障。
产品按从发生失效后是否可以通过维修恢复到规定功能状态，可分为可修复产品和不可修复产品。
如汽车属于可修复产品，日光灯管属不可修复产品。
习惯上，终止规定功能，对可修复产品称为故障，对不可修复产品称为失效。
可靠性定义中的“三个规定”是理解可靠性概念的核心。
“规定条件”包括使用时的环境条件和工作条件。
产品的可靠性和它所处的条件关系极为密切，同一产品在不同条件下工作表现出不同的可靠性水平。
一辆汽车在水泥路面上行驶和在砂石路上行驶同样里程，显然后者故障会多于前者，也就是说使用环境条件越恶劣，产品可靠性越低。
“规定时间”和产品可靠性关系也极为密切。
可靠性定义中的时间是广义的，除时间外，还可以是里程、次数等。
同一辆汽车行驶1万公里时发生故障的可能性肯定比行驶1千公里时发生故障的可能性大。
也就是说，工作时间越长，可靠性越低，产品的可靠性和时间的关系呈递减函数关系。
“规定的功能”指的是产品规格书中给出的正常工作的性能指标。
衡量一个产品可靠性水平时一定要给出故障(失效)判据，比如电视机图像的清晰度低于多少线就判为故障要明确定义，否则会引起争议。
因此，在规定产品可靠性指标要求时一定要对规定条件、规定时间和规定功能给予详细具体的说明。
如果这些规定不明确，仅给出产品可靠度要求是无法验证的。
产品的可靠性可分为固有可靠性和使用可靠性。
固有可靠性是产品在设计、制造中赋予的，是产品的一种固有特性，也是产品的开发者可以控制的。
而使用可靠性则是产品在实际使用过程中表现出的一种性能的保持能力的特性，它除了考虑固有可靠性的影响因素之外，还要考虑产品安装、操作使用和维修保障等方面因素的影响。