可靠性基础
可靠性基础知识
进一步的理论(书中没有,供参考)
2013-11-8
16
瞬时故障(失效)率 （T表示寿命，它是一个随机变量）
F (t t ) F (t ) P (t T t t | T t ) R (t ) (t ) lim lim t 0 t 0 t t F (t t ) F (t ) F ' (t ) t lim t 0 R (t ) R (t ) P ( AB ) P ( B | A) P ( A) P ( AB ) F (t t ) F (t ) P( A) R(t ) F ' (t ) (t ) R (t )
第五章
可靠性基础知识
第一节 可靠性的基本概念 一、故障（失效）及其分类 1. 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 失效：对于不可修复的产品，故障也称为失效 严格讲，故障是指产品不能执行规定功能的状态
故障（失效）模式：故障的表现形式
故障（失效）机理：引发故障的原因
第一节 可靠性的基本概念 2．产品故障分类 按故障的规律 偶然故障：偶因引起，风险可忽略； 耗损故障：性能随时间衰退引起，可统计预测， 通过预防维修防止其发生，延寿。 按故障的后果 致命性故障：引发人、物的重大损失或任务失败 非致命性故障：不影响任务完成，导致非计划维修 按故障的统计特性 独立故障：自发性，评价产品可靠性只统计独立故障 从属故障: 诱发性
在相同的条件下，F(t)是t的一元函数
3. 可靠度函数与不可靠度函数的关系
R t F t 1
3．故障密度函数：f(t)
dF t f t dt
t 0t f udu F
R( t ) t f ( u )du （三者关系图见P201 图5.1-2）
可靠性理论基础知识
可靠性理论基础知识可靠性理论基础知识1.可靠性定义我国军用标准GIB 451A-2005《可靠性维修性保障性术语》中，可靠性定义为：产品在规定的条件下，规定的时间内，完成规定功能的能力。
“规定条件”包括使用时的环境条件和工作条件。
“规定时间”是指产品规定了的任务时间。
“规定功能”是指产品规定了的必须具备的功能及其技术指标。
可靠性的评价可以使用概率指标或时间指标，这些指标有：可靠度、失效率、平均无故障工作时间、平均失效前时间、有效度等。
典型的失效率曲线是浴盆曲线，其分为三个阶段：早期失效期、偶然失效期、耗损失效期。
早期失效期的失效率为递减形式，即新产品失效率很高，但经过磨合期，失效率会迅速下降。
偶然失效期的失效率为一个平稳值，意味着产品进入了一个稳定的使用期。
耗损失效期的失效率为递增形式，即产品进入老年期，失效率呈递增状态，产品需要更新。
1.1可靠性参数1、失效概率密度和失效分布函数失效分布函数就是寿命的分布函数，也称为不可靠度，记为)(t F 。
它是产品或系统在规定的条件下和规定的时间内失效的概率，通常表示为)()(t T P t F ≤=失效概率密度是累积失效概率对时间t 的倒数，记为f(t)。
它是产品在包含t 的单位时间内发生失效的概率，可表示为)()()('t F dtt dF t f ==。
2、可靠度可靠度是指产品或系统在规定的条件下，规定的时间内，完成规定功能的概率。
可靠度是时间的函数，可靠度是可靠性的定量指标。
可靠度是时间的函数，记为)(t R 。
通常表示为?∞=-=>=t dt t f t F t T P t R )()(1)()(式中t 为规定的时间，T 表示产品寿命。
3、失效率已工作到时刻t 的产品，在时刻t 后单位时间内发生失效的概率成为该产品时刻t 的失效率函数，简称失效率，记为)(t λ。
)(1)()()()()()(''t F t F t R t F t R t f t -===λ。
可靠性基础知识
质量人员必读----- 可靠性基础知识1. 平均故障间隔时间；可维修的产品，其可靠性主要的参数是MTBF（Mean Time Between Fail ），即平均故障间隔时间，也就是两次维修间的平均时间；不可维修的产品，用MTTB（Mean Time To Fail ）;两个参数的计算没有区别，下文只提到MTBF。
MTBF越大，说明产品的可靠性越高。
可以用以下理想测试来精确测试一批产品的MTBF;即将该批产品投入使用，当该批产品全部出现故障以后（假如第1个产品的故障时间为t1，第2个产品的故障时间为t2，第n个产品的故障时间为tn ），计算发生故障的平均时间，则由上式可以看出，理想测试就是用全部的时间和全部的故障数来算出精确的MTBF;2、失效密度入另外一个常用的参数是入，它是指在产品在t时刻失效的可能性，是失效间隔时间的倒数，也就是：入=1/MTBF。
对某一类产品而言，产品在不同的时刻有不同的失效率（也就是失效率是时间的函数），对电子产品而言，其失效率符合浴盆曲线分布（如下图）：浴盆曲线，分为三部份（I、II、III 三部份）：第I部份是早期失效阶段。
这段时间内，从外形上看，在失效率从一个很高的指标迅速下二降；从物理意义上理解，由于少数产品在制作后，存在一些制程、运输、调试等问题，产品有比较明显的缺陷，在投入使用的最初期，这缺陷很快就显露出来，随着时间的增长，这些明显的缺陷越来越少，也就形成了失效率迅速下降”的现象；第II部份是中期稳定阶段。
这段时间内，产品的失效率稳定在一个较低水平；从物理意义上理解，当少数产品的明显缺陷显露出来后，剩下的就是正常的产品，这部份产品可以较稳定、持久地工作，所以失效率也稳定在一个较低水平；第III部份是后期失效阶段；这段时间内，产品的失效率迅速上升；从物理意义上理解，到了后期，产品经过长时间的工作、磨损、老化，慢慢接近寿命终点，随着时间的增加（Tmax 以内），到达寿命终点的产品越来越多，失效率也就随之上升；知道了入，就可以找到产品连续工作了t时间后、还正常的概率为R（t）=e-t , 此时已经失效的概率为F（t）= 1-R（t）= 1 —e-& #61548;t 。
可靠性基础知识
1. 可靠性的基本概念1.1 可靠性（Reliability）：产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力称为产品的可靠性。
1.2 广义可靠性（Dependability）:广义可靠性是可靠性性能、可维护性性能和维护支持性能的综合描述。
1.3 可维护性（Maintainability）:当在给定条件下和使用规定程序及资源进行维护时，产品保持或恢复到执行规定功能的能力。
1.4 维护支持性（Maintenance support performance）:维护机构在规定条件下，按照给定的维护方针为产品提供维护所需资源的能力。
1.5 评定产品可靠性时的注意事项：(a) 产品的可靠性与规定条件分不开，在评价产品的可靠性时，尤其应注意其工作条件与所规定的条件是否一致。
(b) 产品的可靠性与规定时间密切相关。
(c) 产品的可靠性与规定功能有关，它要对产品的所有技术性能指标作出综合性评价。
2. 可靠性常用指标2.1 平均故障间隔时间MTBF(Mean Time Between Failure)指相邻两故障间正常工作时间，也叫平均无故障工作时间，它是衡量产品可靠性的主要指标。
华为公司的质量方针提出“实现产品无故障工作2000天”，这是个高标准要求，要靠我们大家共同努力来实现。
2.2 平均故障前时间MTTF(Mean Time To Failure)指系统从开始工作到失效这一段时间的平均值。
所谓失效是指产品执行规定功能能力的终止。
2.3 平均修复时间MTTR(Mean Time To repair)对产品实施修复所需时间的平均值，它反映了产品的可维护性。
2.4 可用度A(Availability)产品工作时间与总时间之比。
若不考虑产品的储存时间和闲置时间，可用度A可用如下公式表示：A＝MTBF/（MTBF＋MTTR）可用度取决于一个产品的可靠性性能、可维护性性能和维护支持性能的综合状况，所以要提高产品的可用度，应尽可能同时改善产品的可靠性和维修性。
1.7系统可靠性基础
1.7系统可靠性基础考什么?一、基本概念（1）系统的可靠性：从它开始运行（t=0）到某时刻t这段时间内能正常运行的概率，用R(t)表示。
（2）失效率：单位时间内失效的元件数与元件总数的比例，通常用λ表示。
当λ为常数时，可靠性与失效率的关系为：R(t)=e-λt。
（3）平均无故障时间（MTBF）：两次故障之间系统能正常工作的时间的平均值。
它与失效率的关系为：MTBF=1/λ。
（4）平均失效前时间（MTTF）：从故障发生到机器修复平均所需要的时间。
而通常用平均修复时间（MTTR）来表示计算机的可维修性，即计算机的维修效率。
（5）可用性：计算机的使用效率，它以系统在执行任务的任意时刻能正常工作的概率A来表示：A=MTBF/(MTBF+MTTF)。
二、系统可靠性模型（1）串联系统：假设一个系统由N个子系统组成，当且仅当所有的子系统都能正常工作时，系统才能正常工作，如图1-6(a)所示。
（2）并联系统：假如一个系统由N个子系统组成，只要有一个子系统正常工作，系统就能正常工作，如图1-6(b)所示。
（3）N模冗余系统：由N个（N=2n+1）相同的逻辑线路和一个表决器组成，只要有n+1个或n+1个以上能正常工作，系统就能正常工作，输出正确的结果，如图1-6(c)所示。
各系统的可靠性和失效率的计算公式如表1-3所示。
表1-3 系统的可靠性和失效率的计算公式注：是从N个元素中选i个元素的组合数，值为当N＝3时，怎么考【试题1-30】 2007年11月真题1若某计算机系统由两个部件串联构成，其中一个部件的失效率为7×10－6/小时。
若不考虑其他因素的影响，并要求计算机系统的平均故障间隔时间为105小时，则另一个部件的失效率应为（1） /小时。
解析：平均无故障时间与失效率的关系为：MTBF=1/λ，则计算机系统的总失效率为系统平均故障间隔时间的倒数，即小时。
对于串联系统，计算机系统的总失效率为各部件失效率的和。
可靠性基础理论
有效性 availability-可以维修的产品在某时刻 具有或维持规定功能的能力。
耐久性 durability-产品在规定的使用和维修条 件下，达到某种技术或经济指标极限时，完 成规定功能的能力。
失效（故障） failure-产品丧失规定的功能。 对可修复产品通常也称故障。
失效模式 failure mode-失效的表现形式。
品寿命单位总数与该产品计划和非计划维修时间总 数之比）。
任务可靠性的定义：“产品在规定的任务剖面内完 成规定功能的能力”。它反映了产品的执行任务成 功的概率，它只统计危及任务成功的致命故障。常 见的任务可靠性参数有任务可靠性，MCSP （Mission Completion Success Probability，完成任 务的成功概率，其度量方法为：在规定的条件下和 规定的时间内系统完成规定任务的概率），MTBCF （Mission Time Between Critical Failure，致命故障 间的任务时间，其度量方法为：在规定的一系列任 务剖面中，产品任务总时间与致命性故障数之比） 等。
任何产品只要有可靠性要求就必须有故障判 据。故障判据需要根据下面的依据进行确定。 1）研制任务书；2）技术要求说明书；3）由 可靠性人员制定。
（2）可靠度
可靠度就是在规定的时间内和规定的条件下 系统完成规定功能的成功概率。一般记为R。 它是时间的函数，故也记为 R(t)，称为可靠性 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，其概率密度为 f(t) 如下图 所示：
② 偶然失效期，也称随机失效期 (Random Failures) 。失效率曲线为恒定型，即t0到t1间 的失效率近似为常数。失效主要由非预期的
过载、误操作、意外的天灾以及一些尚不清
可靠性基础知识
可靠性基础知识
——产品的失效
1、功能性失效
致命失效、漂移性失效、间歇失效 ➢ 致命失效：是指产品完全失去规定功能能力的一类失效。 ➢ 漂移性失效：是指产品的一个或几个参数超过规定值所引起的
一类失效，漂移性失效在产品使用中有时是允许的 ➢ 间歇失效：是指产品在使用或试验过程中呈现时好时坏一类的
失效。
e x
f
(x)
x0
0
x0
当故障率f(t)服从指数分布时：
f(t) λ
0
t
指数分布的概率密度函数
F(t)
t e xdx
t (e x )dx
t
e x
1 e t
0
0
0
R(t)
e xdx
e x e t
展。
概述
——可靠性定义
产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的 能力（概率），就叫做电子产品的可靠性。
可靠性试验是对产品可靠性进行调查、分析和评价 的一类试验。
主要内容
一．概述 二．可靠性基础知识 三．环境试验
可靠性基础知识
——基本知识和术语
可靠性试验与环境试验
可靠性试验是对产品进行评价的各种试验如增长、筛选、验证 、验收、统计等。
可靠性基础知识
主要内容
一．概述 二．可靠性基础知识 三．环境试验
主要内容
一．概述 二．可靠性基础知识 三．环境试验
概述
——可靠性的重要性
1. 关系到企业的生存和壮大。 2. 关系到使用者的安全。 3. 提升形象，减少维护费用。 4. 是军事产品中重要的技术指标。
概述
——可靠性的发展历史
可靠性基础知识
第一章 可靠性基础知识●可靠性的概念。
●可靠性参数体系、常用可靠性参数及可靠性常用分布。
当你准备购买一件电子产品时，你关注的是它的哪些方面？其中最关注的是什么？我们除关注产品的功能和性能外，在谈论某品牌的产品“好”的时候，所隐含的意思就是该品牌产品的质量与可靠性高。
质量与可靠性是我们最为关注的产品质量特性。
随着新材料、新技术的发展与应用使得产品性能得到迅速提高，但随着产品性能的提高，其复杂程度也增加，故障频繁。
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。
本章将在介绍可靠性的基本概念、可靠性术语、可靠性参数体系及常用可靠性参数、可靠性常用分布等知识的基础上，讲解造成产品故障的主要原因，以及可靠性的重要意义。
第一节 可靠性基本概念1．可靠性的概念可靠性的概念，可以说，自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情。
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，则说它是可靠的；而当人们要求它工作时，它有时工作，有时不工作，则称它是不可靠的。
最早的可靠性定义由美国AGREE在1957年的报告中提出，1966年美国又较正规地给出了传统的或经典的可靠性定义：“产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力”。
它为世界各国的标准所引用，我国的可靠性定义也与此相同。
这里的产品是泛指的，它可以是一个复杂的系统，也可以是一个零件。
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，才能和其他质量指标一起，对产品质量做全面的评定。
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。
公共基础知识可靠性基础知识概述
《可靠性基础知识综合性概述》一、引言在当今科技飞速发展的时代，各种产品和系统的可靠性成为人们关注的焦点。
从日常生活中的电子产品到工业领域的大型设备，从交通运输工具到航天航空系统，可靠性都起着至关重要的作用。
可靠性不仅关系到产品的质量和性能，还直接影响着人们的生命财产安全和社会的稳定发展。
因此，深入了解可靠性基础知识，对于提高产品和系统的质量、降低风险、保障安全具有重要的意义。
二、可靠性的基本概念1. 定义可靠性是指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。
这里的“规定条件”包括使用环境、操作方法、维护保养等；“规定时间”是指产品的使用寿命或工作时间；“规定功能”则是产品设计时所确定的功能和性能指标。
2. 指标（1）可靠度可靠度是产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。
通常用 R(t)表示，其中 t 为时间。
可靠度是可靠性的一个重要指标，它反映了产品在一定时间内保持正常工作的可能性。
（2）失效率失效率是指产品在某一时刻 t 后的单位时间内发生失效的概率。
通常用λ(t)表示。
失效率是衡量产品可靠性的另一个重要指标，它反映了产品在使用过程中的失效速度。
（3）平均寿命平均寿命是指产品的寿命的平均值。
对于不可修复产品，平均寿命是指产品从开始使用到失效的平均时间；对于可修复产品，平均寿命是指产品在两次相邻故障之间的平均时间。
三、可靠性的核心理论1. 可靠性模型可靠性模型是用于描述产品或系统的可靠性结构和关系的数学模型。
常见的可靠性模型有串联模型、并联模型、混联模型等。
（1）串联模型串联模型是指产品或系统由多个子系统组成，只有当所有子系统都正常工作时，整个产品或系统才能正常工作。
串联系统的可靠度等于各个子系统可靠度的乘积。
（2）并联模型并联模型是指产品或系统由多个子系统组成，只要有一个子系统正常工作，整个产品或系统就能正常工作。
并联系统的可靠度等于 1 减去各个子系统失效率的乘积。
（3）混联模型混联模型是指产品或系统由串联和并联子系统组成的复杂结构。
(一)可靠性基础
可靠性可靠性基础基础Xie Meng-xian. (电子科大，成都市)半导体器件和集成电路的可靠性评估（即失效率预测，failure rate prediction ）是一个重要的问题。
可靠性评估实际上也就是采用通过寿命试验而得到的失效的数据、来估算出器件和集成电路的有效使用寿命。
有效使用寿命即为器件和集成电路能够正常工作的平均平均平均使用使用使用时间时间（MTTF ，mean time tofailure ）；与此密切相关的概念是失效率失效率失效率、可靠性指标可靠性指标可靠性指标等可靠性参量。
因为通过寿命试验而获得的失效数据，往往遵从某种统计规律的分布函数——可靠性函数，所以根据这些试验数据，由可靠性函数规律出发，即可估算出器件和集成电路的MTTF和失效率等参量。
（1）失效的失效的模式模式模式：：半导体器件和集成电路会由于各种原因而失效，但是失效率往往与使用时间有关。
若在经过时间t 之后未失效器件的数目为R(t)，则通过寿命试验可以获得大致如图1所示的三种失效模式的函数关系：①早期失效模式；②偶发失效模式；③磨损失效模式。
在数学上可用来描述这些失效模式的函数即称为可靠性函数。
对于偶发失效的模式，比较符合实际的可靠性函数是指数函数；由此可知偶发失效的失效率是一个常数，即不管经过多长时间，器件失效的几率都是一样的；根据这种可靠性函数，可较容易地进行分析。
比偶发失效更早发生的失效称为早期失效。
大多数半导体器件和集成电路所出现的失效都属于早期失效模式。
对于这种很快就会发生失效的器件和电路，一般都可以在使用之前、通过例行试验（即采用一定条件的筛选工艺）来去除掉，以免带来后患。
磨损失效也称为疲劳失效，其特点是开始阶段的故障少，然后故障不断增加。
（2）可靠性函数可靠性函数——————统计分布统计分布统计分布：：可靠性函数都是一些统计分布函数。
从统计角度来看，统计数据的分布函数有许多种，常用的有如指数分布、Gauss 分布、Γ分布、对数正态分布和Weibull 分布，它们的功能各有千秋。
可靠性基础知识介绍
表1：电子元件累计失效统计
序号 失效时间范围h 失效数 累计数r(t) 仍在工作数Ns R(t) F(t)
10
0
0
110
1
0
2 0～400
6
6
104
0.945 0.055
3 400～800
28344 800～来自2003771
5 1200～1600 23
94
6 1600～2000 9
103
7 2000～2400 5
382
=
=4.33/h
3
平均修复时间MTTR，是度量产品维修性的重 要指标。
8、贮存寿命 产品在规定条件下存储时，仍能满足规定质量 要求的时间长度，称为贮存寿命。产品出厂后 即使不工作，在规定的条件下存贮，产品也有 一个非工作状态的偶然故障率，非工作的偶然 故障率比工作故障率小的多，但贮存产品的可 靠性也在不断下降，因此，储存寿命是度量产 品存储可靠性的一个不可忽视的度量参数。
=1000+1500+2000+2200+2300 5
=1800h
λ(t)= 1 = 1 =0.00056/h
MTTF 1800
R(t)
e= 0.000561800 = e1
例：有100个不可修复的电子产品进行试验， 在500小时内，3个坏掉了，到600小时时，又 有2个坏掉了，求λ(t)在500小时这个时刻的故 障率？ 已知：t=500h, △t=600-500=100，△r(t)=2，
故障率趋于常数，A、B区是耗损期到来之前产 品的主要使用期。 出现的偶然故障，只能通过统计方法来预测。 ③耗损故障期 产品使用很长一段时间后，故障迅速上升，直 至极度。此时的故障主要由产品的老化、疲劳、 磨损、腐蚀等原因引起。 对耗损故障可通过实验数据分析耗损期到来的 起始拐点，并通过预防维修来延长产品的寿命。
产品可靠性基础知识
（五）贮存寿命 产品在规定条件下贮存时，仍能满足规
定质量要求的时间长度。
（六）平均修复时间（MTTR） MTTR ∑n ti / n
i 1
式中ti：第i次修复时间 n：修复次数
七、浴盆曲线 1．早期故障期 2．偶然故障期 3．耗损故障期
A 规定的故障率
使用寿命
B
维修后故 障率下降
早期故障
偶然故障
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
应力分析法预计公式：
（1）p b E K
n
（2） s N ipi i 1
（3） MTBFS
1
S
四、故障模式、影响及危害分析
1. FMECA 2. FMECA包括FMEA和CA
FMEA CA 3. 故障模式 4. 故障影响
可靠性的概率度量称为可靠度 定义中的“三个规定”是理解可靠性概念 的 产核品心是。指硬件和流程性材料等有形产品及
软件等无形产品。可大到一个系统，小到 一个零件。
2．产品可靠性分类：
可靠性
固有可靠性 使用可靠性
可靠性
基本可靠性 任务可靠性
三、维修性
产品在规定的条件下和规定的时间内，按规 定的程序和方法进行维修时，保持或恢复执行规 定状态的能力。
可靠性增长试验 可靠性测定试验 可靠性鉴定试验 可靠性验收试验
一、环境应力筛选试验 二、可靠性增长试验 三、加速寿命试验 四、可靠性测定试验 五、可靠性鉴定试验 六、可靠性验收试验
第五节 可信性管理
（一）可信性管理应遵循的原则
（1）可信性设计与性能设计同步进行 （2）将可信性管理纳入统一计划 （3）遵循预防为主、早期投入的方针 （4）重视和加强信息工作与故障报告、分析、
第2章 可靠性的理论基础
第2章 可靠性的理论基础
例2-6：有100个零件，其中正品为96个，次品为4个， 现从 中任取5个，求取到次品的概率？ 解：取到次品和全取到正品是互补事件，全取到正品 的事件 的概率：
取到次品的概率：
第2章 可靠性的理论基础
2) 条件概率 事件A的发生不仅与其自身条件有关，还须在另 一事件 B发生的前提条件下，则事件A的发生概率 是在事件B发生 概率的前提下的条件概率，记作 P(A|B)。
若产品的失效概率密度为f(t)，则产品的平均寿命为：
第2章 可靠性的理论基础
说明： ①不可修复产品的平均寿命，是指从开始使用到发生 失效 的平均时间，用MTTF(Mean Time To Failure)表 示。 ②可修复产品的平均寿命，是指相邻两次故障之间工 作时 间的平均值，用MTBF(Mean Time Between Failure)表示。 ③若只考虑首次故障，平均寿命是指从开始使用到第 一次 发生故障的平均时间，用MTTFF(Mean Time To First Failure)表示。
(有用寿命期)
耗损失效期 —老化、耗损后期 电子产品： λ(t) =常数，指数寿命
R( t ) e t
机械产品、工程结构： λ(t) ≠常数，寿命较复杂
Rt 、F t 、f t 、 t 之间的关系
第2章 可靠性的理论基础
例2-2 有1000个相同零件，已知其工作到3、4、5年 末时失效 零件数分别为10个、30个、60个，试计算 这批零件在第 3、4年末时的失效率。 解：时间以年为单位，则Δt=1年
第2章 可靠性的理论基础
2.2 可靠性特征量
定性的概念 故障：产品丧失规定的功能。 失效：不可修复或不予修复产品出现的故障。 维修：保持或恢复产品完成规定功能而采取的技术 管理措 施。 维修性：可维修产品在规定时间内，按照规定的程 序或方法 进行维修，使其恢复到完成规定功能的可 能性。 可用性(可利用度或有效度)：可维修产品在某时刻 所具有 的，或能维持规定功能的可能性。
可靠性基础知识
Yuntong Forever
4
规定条件
规定条件
环境条件
工作条件
温度
工作应力
振动
工作负荷
湿度
循环周期
盐雾
….
Yuntong Forever
5
环境应力对产品可靠性的影响
环境越恶劣可靠性越差 • 温度应力会提高产品的故障率 • 振动应力会加速产品的疲劳 • 湿度和化学应力会缩短产品的寿命
环境应力和可靠性一般是指数关系： • 温度－ Arrhenius • 振动－ Coffin-Manson • 湿度和其他－ Eyring
Yuntong Forever
16
（续前）
1960s，可靠性工程的系统化
• 阿波罗项目全面采用的可靠性工程技术，极大地推动了可靠性技术
在全世界的推广
• 可靠性工程已经成为系统工程的一部分，日益系统化 • 可靠性统计试验逐步完善
1970s，进入可靠性保证阶段
• 可靠性管理的作用突出显现，美国将可靠性管理作为质量管理的核
世界可靠性工程发展： 1940s年，起源于美国
• 重点在于电子管和真空管的可靠性研究 • 成立AGREE，电子设备可靠性顾问委员会
1950s年，推广发展
• 美国制定了一系列军用可靠性标准 • AGREE在1957年发表的《军用电子设备的可靠性》报告成为后来全世
界可靠性工作的指南
• 前苏联、日本、英国等国家开始介入可靠性研究 • 可靠性由电子设备拓展到电力、机械、动力等方面
易修
» 修得快 － 定位快、维修快、确认快 » 修得好 － 修如旧、修如新
Yuntong Forever
12
1.3 可用性
可用性（Availability）
质量管理学--可靠性基础知识讲义PPT(45张)
第12章 可靠性基础知识
12.1.5 可靠性与产品质量的关系 质量： 性能特性——容易评价 专门特性——可用性、难于直观判断 安全性——难于直观判断 经济性——容易判别、比较 时间性——容易判别、比较 适用性——容易判别、比较
第12章 可靠性基础知识
12.1.6 可靠性发展历史 二战：雷达 军事→电子→机械→其它、民用 可靠性—维修性—维修保障性—安全性 宏观→微观. 定性→定量. 手工→计算机 统计试验→工程试验、筛选、强化. 以可靠性为中心的全面质量管理 可靠性与性能最大区别：看不见、测不到。 但可以统各个阶段对可靠性的影响大小： 设计 40～50% 制造 20～30% 固有可靠性 使用 20～30% 使用可靠性 实际过程中表现出的能力 —— 使用可靠性， 与安装、操作使用、维修保障有关。 还可分为：基本可靠性、任务可靠性。 在规定任务剖面内完成规定的功能的能力。
第12章 可靠性基础知识
产品的特征寿命 产品寿命：可靠寿命、使用寿命、总寿命、 贮存期限 可靠寿命：t R 一定可靠度下的寿命 使用寿命：t r 一定故障率下的寿命 总寿命：投入使用到报废的总工作时间 贮存期限：在规定条件下，产品能贮存的 日历持续时间→启封使用能满足规定要求。
第12章 可靠性基础知识
第12章 可靠性基础知识
浴盆曲线
第12章 可靠性基础知识
①早期故障阶段
机械：跑合期（磨合期）、设计缺陷、 加工缺陷、安装缺陷 ②偶然：偶然因素，操作、负荷
③耗损：老化、疲劳、磨损、腐蚀。可 通过维修、更换
第12章 可靠性基础知识
故障率与可靠度及故障密度函数的关系 四个函数之间的关系： R(t) F(t) λ (t) f(t)
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可靠性定义
产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。 产品
指零件，元器Байду номын сангаас，部件，设备或系统。
规定的条件
工作条件：电压，负载，使用方法，维修方法，输出功率等。 环境条件：温度，湿度，压力，振动，冲击，电场，磁场等。 储存条件：运输，保管等。
规定的时间
失效分析
失效的分类
MTBF计算及评估
MTBF---Mean Time Between Failure
平均无故障间隔时间, MTBF是衡量一个产品（尤其是电器产品）的可靠 性指针, 单位为“小时”。它反映了产品的时间质量，是体现产品在规定时 间内保持功能的一种能力。具体来说，是指相邻两次故障之间的平均工作 时间，也称为平均故障间隔。它仅适用于可维修产品。 MTTF—Mean Time to Failure,表示不可维修产品的平均寿命,称为失效前 的平均工作时间
MTBF计算及评估
阿氏计算公式参考:
资料参考:
思考:我们目前使用的OP-02-205中的计算方式是否合理?
可靠性测试
HALT & HASS & ORT
HASS – Highly Accelerated Stress Screening 高加速应力
筛选 -（用在生产制造量产阶段）
目的是在极短的时间内发现量产成品是否有工艺品质上的不 良存在
ORT – On-going Reliability Test 可靠性测试 （用于大量生产制造阶段）
通过试验发现产品潜在失效模式 (Failure Mode) 探求失效机理 (Failure Mechanism) 优化研发设计，工艺流程 (Optimize design and process) 监控原材料，工艺流程的改变 (Monitor raw material and process)
指产品的生命周期（如交换机寿命20年，手机寿命5年等）
规定的功能
指产品标准或产品技术条件中所规定的各项技术性能（技术指标）。
可靠度
指产品在规定的条件下，在规定的时间内，完成规定功能的概率。
可靠性概念
可靠性基本术语
故障
指产品不能执行规定功能的状态。 应力 – 外界各种环境对产品的破坏力 气候应力：高温，低温，潮湿，干燥，气压，日光，盐雾等。 机械应力：跌落，振动，冲击，离心加速度等。 生物及化学环境应力：昆虫，霉菌，工业大气，化学溶剂等。 电气应力：电压，电流，静电，电磁场，射线等。
监控生产制程和来料的质量稳定性
可靠性测试
可靠性测试项目
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14.
高温运行和贮存 低温运行和贮存 温度冲击 交变湿热 盐雾实验 淋雨实验 耐化学品实验 冷启动实验 开关电实验 附着力实验 振动实验 跌落实验 (Free Fall Test and Random Fall Test) EMC（Electric Magnetic Capability） 其他试验……
MTBF（Mean Time Between Failures）
指产品相邻两次故障之间的平均工作时间-平均故障间隔（可维修）。
失效率 l 维修性
指产品在 t 时刻失效的可能性，是失效间隔时间的倒数 l =
1 MTBF
在规定条件下并按规定程序和手段实施维修，产品在规定使用条件 下保持或恢复执行规定功能状态的能力。
可靠性测试
可靠性测试目的
研发阶段：对试样进行可靠性测试，找出产品在原材料， 结构，工艺，环境适应性等方面所存在的问题，而加以改进 ，经过反复试验与改进就能提高产品的可靠性指标。 试产阶段：当新产品定型后，根据产品技术条件进行鉴定 试验，以便全面考核产品是否达到规定的可靠性指标。 量产阶段：监控产品质量的稳定程度（监控原材料质量变 差或性能下降和工艺流程失控）。 目的总结
MTBF分为CMTBF和DMTBF
即Calculating Mean Time Between Failure 计算的平均无故障工作时间 Demonstration Mean Time Between Failure 实证的平均无故障工作时间
MTBF计算及评估
失效率的基本概念：
λ，它是指在产品在t时刻失效的可能性，是失效间隔时间的倒数，也就是： λ＝1/MTBF。对某一类产品而言，产品在不同的时刻有不同的失效率）：
可靠性测试
HALT & HASS & ORT
HALT – Highly Accelerated Life Test 高加速寿命试验
（用在研发设计阶段）
利用阶梯应力方式加诸于产品，来早期发现产品缺陷及操 作设计边际及结构强度极限的方法 利用此测试可迅速找出产品设计和制造的缺陷，改善设计 缺陷，增加产品可靠度，同时可建立设计能力、产品可靠 度的基础资料，及日后研发的重要依据 作为HASS规格制定之参考 试验共分为四个主要试程：温度应力（temp step stress),高 速温度传导（rapid thermal transitions），随机振动（ random vibration），温度及振动复合应力（combine environment of temprature and vibration)
失效分析
• 失效的定义
失效为一件装备、组件或结构发生任何形状、尺度或材料性质的变化， 造成这些物品处于无法充分地执行其特定的功能的状态。
• 失效的现象
实体破坏，操作功能的中止，功能的退化或不稳定
• 失效的分类
通常将失效依照其应用目的或特性进行分类，例如失效发生的原因、 时间、范围程度、综合性的考量、造成实效的来源、及造成实效的错 误类别等 如下图所示：
MTBF计算及评估
浴盆曲线，分为三部份
第I部份是早期失效阶段。这段时间内，从外形上看，在失效率从一 个很高的指标迅速下降；从物理意义上理解，由于少数产品在制作后， 存在一些制程、运输、调试等问题，产品有比较明显的缺陷，在投入 使用的最初期，这缺陷很快就显露出来，随着时间的增长，这些明显 的缺陷越来越少，也就形成了“失效率迅速下降”的现象； 第II部份是中期稳定阶段。这段时间内，产品的失效率稳定在一个较 低水平；从物理意义上理解，当少数产品的明显缺陷显露出来后，剩 下的就是正常的产品，这部份产品可以较稳定、持久地工作，所以失 效率也稳定在一个较低水平； 第III部份是后期失效阶段；这段时间内，产品的失效率迅速上升；从 物理意义上理解，到了后期，产品经过长时间的工作、磨损、老化， 慢慢接近寿命终点，随着时间的增加（Tmax以内），到达寿命终点 的产品越来越多，失效率也就随之上升； 知道了λ，就可以找到产品连续工作 了t时间后、还正常的概率为 R(t)=e-λt，此时已经失效的概率为F(t)＝1-R(t)＝1－ e-λt 。