可靠性工程概论08
《可靠性工程基础》课件
集成化：将多个 子系统集成为一 个整体，提高系 统可靠性
模块化：将系统 划分为多个模块， 提高系统可靠性 和可维护性
标准化：制定统 一的标准和规范， 提高系统可靠性 和可移植性
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可靠性工程基础 PPT课件大纲
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目录
01
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可靠性工 程概述
可靠性 工程基 础概念040506来自可靠性工 程的基本 原理
可靠性工 程中的关 键技术
可靠性工 程的应用 案例
风险矩阵分析
风险矩阵分析的 概念：一种评估 风险等级的方法
风险矩阵分析的 步骤：确定风险 等级、评估风险 概率、计算风险 值
风险矩阵分析的 应用：在可靠性 工程中用于评估 系统或设备的可 靠性
风险矩阵分析的 优点：直观、易 于理解、便于决 策
可靠性分配与优化技术
目的：提高系统可靠性
关键技术：可靠性建模、可靠性 分析、可靠性优化
目的：验证产品 的可靠性和性能
方法：通过模拟 实际使用环境和 条件进行试验
评估指标：包括 故障率、平均无 故障时间等
应用：在产品设 计、生产、使用 和维护等阶段进 行可靠性试验与 评估
PART 5
可靠性工程中的关键技术
故障模式与影响分析
影响分析：分析故障对系 统功能和性能的影响程度
预防措施：制定预防故障 发生的措施和方案
化工产品可靠性工程案例
化工产品生产过程中的可靠性问题 化工产品可靠性工程的应用 化工产品可靠性工程的实施步骤 化工产品可靠性工程的效果评估
可靠性工程概述
可靠性工程概述内部资料注意保密课程时间：大概要1.5小时课程目的：1、了解可靠性工程的发展历程和国外可靠性的开展情况2、熟悉可靠性的基本概念3、对可靠性工程有一个整体认识4、了解公司可靠性设计流程及可靠性工作在公司的情况课程主要内容：1、国外的可靠性发展现状及可靠性工程所涉及到的一些基本概念。
2、可靠性工程系统简要介绍3、公司的可靠流程的基本介绍目录可靠性的发展历程接受、21790年年代需要解决的问题国外可靠性开展情况－－国际可靠性专业协会国外可靠性开展情况－－朗讯美国FCC自动报告管理信息系统（ARMIS）发布的联邦服务质量数据朗讯5ESS交换机，每年由于供应商原因造成的故障（中断）时间只有10秒，可靠性性能比竞争者高出三至四倍，比5ESS自己去年的记录高出50%以上，也是历史上唯一连续4年保持每个系统每年中断时间小于30秒的交换机，其可靠性达到6个9，即99.9999%。
系统年故障时间的行业标准是“五个9”，即正常工作时间达到99.999％，相当于每个系统每年故障时间5分钟。
国外可靠性开展情况－－CISCO系统可用度：99.999%～99.9999%年中断时间：5min～0.5min严重故障的检测率：100％主备板的倒换成功率：90％～99％Always-On Availability for Multiservice Carrier Networks，，1999国外可靠性开展情况－－BELL试验室相关可靠性标准国外可靠性开展情况－－BELL对交换机可靠性的指标要求目录可靠性基本概念－－质量与可靠性的关系可用性可靠性维修性可用性（Availability ）：要用时就可用。
是在要求的外部资源得到保证的前提下，产品在规定的条件下和规定的时间区间内可执行规定功能状态的能力。
可用度A ＝MUT MUT ＋MDT其中：MUT －－mean up time 平均可用时间 MDT －－mean down time 平均中断时间年中断时间Downtime ＝（1－A ）×8760×60（min/year ）TSD －Total System Downtime ，全部系统停机时间PSD －Patial System Downtime ，局部系统停机时间ILD －Individual Line Downtime，每条用户线的停机时间ITD －Individual Trunk Downtime ，每条中继停机时间LFR －Line Failure Rate ，用户线故障率TFR －Trunk Failure Rate ，中继故障率可靠性基本概念－－软件可靠性可靠性基本概念－－维修性维修性（Maintainability ）：指的是产品维修的难易程度，通常定义为产品在规定的时间和规定的人员技术水平下，用规定的程序与方法、在给定的维修级别下，进行维修时能保持或恢复规定状态的能力。
可靠性工程第8讲
College of Nuclear Science and Technology
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第三章 系统可靠性设计
可靠性分类表 设备类型 机载，电子管式 机载，晶体管式 地面，电子管式 地面，晶体管式 移动，电子管式 移动，晶体管式 导弹，电子管式 导弹，晶体管式 船载，电子管式
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第三章 系统可靠性设计
（二）确定现有相似设备
以前国内未有燃气轮机动力装置的舰船，可参考的国外 商船的燃气轮机动力装置的组成与该系统也不相同，不存
在相似的燃气轮机动力装置，由各系统来考虑。
燃油系统，某舰用蒸汽动力装置的燃油系统采用与现
在系统同样的混联方式，组成相同，功能特性相同，工作
环境条件也相同，同为舰船舱室，只是供油不同，所有设 备也同样由有关厂家生产，船厂总装，因此，可把某舰用 整齐装置的燃油系统作为燃油系统的相似设备。
条件是密切相关的。
College of Nuclear Scienc可靠性设计
二、相似复杂性法定义
将设备（系统）的故障率与有源器件数和使 用环境关联起来的图解方法，这种方法建立在 大量的统计数据基础上，将所有的无源器件的
故障率归并到有源器件的失效率上，从而用有
-4-
第三章 系统可靠性设计
早期方案论证阶段
系统可靠性设计的目的：是比较各种系统方
案的可靠性指标，与成本指标、费用、后勤保 障等一同进行权衡，选择最优的系统设计方案， 并为制定系统整体可靠性指标提供依据。
特点：该阶段只有分系统和主要设备的有关
数据，所采用的可靠性预计方法有相似设备法，
相似复杂法和功能预计法。
性指标；
假设相似设备具有相似的可靠性指标，得到 新设备的可靠性指标，推出所设计系统的可靠 性指标。
第八章可靠性工程基础
可靠性工程的发展
总的来看，可靠性工程的发展可以粗略 地划分为四个阶段：
1. 第一阶段，调查准备阶段 2. 第二阶段，统计试验阶段 3. 第三阶段，可靠性物理阶段 4. 第四阶段，可靠性保证阶段
可靠性工程的发展：第一阶段
第一阶段，是调查准备阶段，主要特点 是提出可靠性问题，进行基础理论研究， 提出工程技术与管理方面的要求。
维修策略等因素，用于描述产品在计划 的环境中使用的可靠性水平。
可靠性—从设计的角度出发
基本可靠性 —考虑要求保障的所有故障的影响，用于度量 产品无须保障的工作能力，包括与维修与供应 有关的可靠性，用平均故障间隔时间MTBF （Mean Time Between Failure）来度量；
任务可靠性 —仅考虑造成任务失败的故障影响。用于描述产
故障率曲线分析
(b)正常工作期：在此期间产品故障率低而且 稳定，是设备工作的最好时期。在这期间内产 品发生故障大多出于偶然因素，如突然过载、 碰撞等，因此这个时期又叫偶然失效期。
可靠性研究的重点，在于延长正常工作期 的长度。
故障率曲线分析
(c)损耗时期：零件磨损、陈旧，引起设备故障 率升高。如能预知耗损开始的时间，通过加强 维修，在此时间开始之前就及时将陈旧损坏的 零件更换下来，可使故障率下降，也就是说可 延长可维修的设备与系统的有效寿命。
称为可靠度函数。
0≤R (t)＜1
可靠性特征量—故障密度
故障密度函数f (t) 如果N0是产品试验总数，△N f是时刻t→t+△t
时间间隔内产生的故障产品数，△N f (t)／ (N0△t)称为t→t+△t时间间隔内的平均失效(故 障)密度，表示这段时间内平均单位时间的故障 频率，若N0→∞，△t→0，则频率→概率。
可靠性工程师考试主要科目概览
可靠性工程师考试主要科目概览可靠性工程师考试涉及的考试科目通常涵盖了可靠性工程领域的多个方面，以确保考生具备全面的可靠性工程知识和技能。
根据中国质量协会（简称中质协）举办的CRE考试认证的相关资料，考试科目可以大致归纳为以下几个主要方面：一、可靠性基础理论●可靠性概论：包括可靠性工程的重要性、发展概况、基本概念、故障及失效的基本概念、产品可靠性度量参数、可靠性要求确定、产品故障率浴盆曲线等。
●可靠性数学基础：涉及概率论基础知识、可靠性常用的离散型分布（如二项分布、泊松分布）和连续型分布（如正态分布、指数分布、对数正态分布、威布尔分布）、可靠性参数的点估计和区间估计等。
二、可靠性设计与分析●可靠性建模：熟悉可靠性建模方法，包括各种可靠性模型的构建和应用。
●可靠性预计与分配：掌握常用可靠性预计和分配方法，确保产品在设计阶段就具备预期的可靠性水平。
●失效模式与影响分析：包括潜在失效模式影响及危害性分析（FMEA）、失效树分析（FTA）等，用于识别产品设计和制造过程中的潜在失效模式及其影响。
●可靠性设计准则：熟悉各种可靠性设计准则，如降额设计、热设计、耐环境设计等，以提高产品的可靠性。
三、可靠性试验与评价●可靠性试验基本概念：了解不同类型的可靠性试验，包括环境应力筛选试验（ESS）、可靠性增长试验（TAAF）、寿命试验和加速寿命试验（ALT）等。
●可靠性鉴定与验收试验：掌握可靠性鉴定试验和验收试验的方法和流程，确保产品满足规定的可靠性要求。
四、软件可靠性与人-机可靠性●软件可靠性：包括软件可靠性的基本概念、失效原因、设计方法及验证等。
●人-机可靠性：涉及人-机可靠性基本概念、人为差错概念及人-机可靠性设计基本方法等。
五、数据收集、处理与应用●数据类型与收集：熟悉数据类型、来源及收集方法。
●数据处理与评估：掌握数据的处理与评估技术，以支持可靠性分析和决策。
●数据管理及应用：了解数据管理的基本原则和应用场景。
可靠性与维修性工程概论课程设计
可靠性与维修性工程概论课程设计一. 课程设计背景介绍可靠性与维修性工程是现代工程领域的一个重要分支，旨在确保工程系统或设备能够保持其预期的可靠运行状态和最小的可能故障时间。
因此，这门课程旨在培养学生对于工程系统可靠性和维修性的认识，以及对于如何实施相关技术和方法的掌握，使他们能够在未来的工作岗位上做好预防性维护和故障排除工作。
二. 课程设计目标•让学生了解现代工程系统可靠性和维修性的概念和背景•让学生掌握工程可靠性分析和维修性设计的基础知识和技能•让学生能够应用可靠性和维修性理论和技术来分析和解决工程问题•让学生了解现代维修保养技术的发展和应用，以及与其相关的职业道德和法规三. 课程设计主要任务在本次课程设计中，我们将主要探讨以下问题：1.工程可靠性的基本概念及其相关理论和方法2.工程维修性设计的基本原则及其相关方法3.工程可靠性分析和维修性设计的实际操作技能4.现代维修保养技术的发展、应用及其与职业道德和法规的关系四. 课程设计流程1. 确定课程设计题目首先，我们需要根据课程设计目标和任务，确定本次课程设计的题目为：“应用可靠性和维修性理论与技术解决xxx设备的故障问题”。
2. 收集相关资料然后，我们需要收集关于xxx设备的相关资料，包括其设计参数、使用情况、维修保养记录等。
同时，我们还需要收集关于可靠性和维修性理论的相关资料，包括文献、教材和课堂笔记等。
3. 分析设备故障问题我们需要根据收集到的资料对xxx设备的故障情况进行分析，找出故障原因，并确定故障的严重程度和影响范围。
4. 进行可靠性分析和维修性设计基于可靠性和维修性理论和方法，我们需要针对xxx设备的故障问题进行可靠性分析和维修性设计，确定预防性维修计划和故障排除方案。
5. 撰写课程设计报告最后，我们需要根据分析和设计结果撰写课程设计报告，并进行口头展示和答辩。
五. 结语通过本门课程的学习和设计，我们可以对工程可靠性和维修性理论和技术有更深入的了解和掌握，能够在实际工作中更好地进行预防性维护和故障排除，提高工作效率和经济效益。
可靠性工程师全部课程
可靠性增长模型
描述产品可靠性随时间和改进活动的增长趋势的模型，通过可靠性增 长试验数据进行拟合和预测。
04
维修性与保障性技术
维修性概念及意义
1 2
维修性定义 阐述维修性在产品设计、生产和使用过程中的重 要性，以及维修性与其他性能指标的关系。
工艺控制
优化生产工艺流程，提高生产过程中的 质量控制水平，确保产品质量的稳定性。
筛选与老化
通过筛选试验剔除早期故障产品，利用 老化试验加速产品潜在故障暴露，提高 产品整体可靠性。
维修与保障
建立完善的维修保障体系，对故障产品 进行及时有效的维修，恢复其使用功能。
产品寿命周期管理理念和方法
全寿命周期管理
通过改进产品设计，如采用标 准化零部件、提高产品互换性 等，降低维修难度和成本。
完善维修保障体系
建立健全的维修保障体系，包 括完善的维修设施、专业的维 修队伍和高效的维修流程，确 保产品能够得到及时、有效的 维修保障。
加强培训和技能提升
采用先进的维修技术和工 具
加强对维修人员的培训和技能 提升，提高其维修能力和效率， 减少维修过程中的失误和延误。
积极采用先进的维修技术和工 具，如远程故障诊断技术、智 能化维修辅助系统等，提高维 修的准确性和效率。
05
故障模式、影响及危害性 分析（FMECA）
FMECA基本原理和步骤
FMECA定义
阐述FMECA的基本概念、目的和重要性。
FMECA流程
介绍实施FMECA的步骤，包括准备、分析、评估和报告等阶段。
从产品的设计、生产、使用到报 废全过程进行统一管理，确保产 品在整个寿命周期内保持较高的 可靠性。
第1-1可靠性工程概述
平均失效率是指在某一规定时期内失效率的平均值。如图1- 所示，在（t1，t2）内失 效率的平均值为
1 (t ) t 2 t1
t2
t1
(t )dt
（1-12）
平均失效率的观测值，对于不可修复的产品是指在一个规定的时期内失
效数与累积工作时间之比。对于可修复的产品是指某个观测期间一个或 多个产品的故障发生次数与累积工作时间之比：
Failures
质量改进
Cost
Defect Rate
Cost of Control
3s 4s 5s 6s
Quality improvement
1.2 可靠性工程发展历史
德国学者最先提出了可靠性问题。 可靠性学科是第二次世界大战后从电子产品领域发展起来的。在机械工程领域，A.M. Freudenthal于1947年提出了著名的应力-强度干涉模型。至今为止，应力－强度干 涉模型仍是机械可靠性设计中使用的最基本的模型。 干涉分析的基本思想是，在可靠性设计中，将应力和强度均作为随机变量，这两个 随机变量一般有“干涉”区存在。分别用h(s)和f(S)表示它们的概率密度函数，借 助于应力-强度干涉分析，可以得出如下形式的零件的可靠度R的计算公式：
（3）可靠性试验－环境应力筛选试验、可靠性增长试验、可靠性鉴定试验、可靠性验 收试验等。
（4）可靠性评价－对零件及系统的失效模式、影响及危害性分析、故障树分析、概率 风险评价等。
可靠性-寿命周期费用(传统观点/现代观点)
可靠性工作的各项活动可能是成本很高的。右上图是在 可靠性活动方面所付出的成本的理论“费用-效益”关系 的一般表述。尽管它看起来很直观并在有关质量和可靠
《可靠性工程》复习总结
《可靠性工程》复习总结一、名词、术语解释（1）可靠性的概念（经典定义；“狭义可靠性”）: 产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力；这种能力以概率表示, 故可靠性又称: 可靠度。
（2）有效性: 可维修产品在某时刻具有维持规定功能的能力。
（3）维修性：在规定条件下使用的产品在规定的时间内, 按规定的程序和方法进行维修时, 保持或恢复到能完成规定功能的能力。
（4）上述（1）、（3）合起来称为（2）。
（5）贮存寿命: 在规定的贮存条件下, 产品从开始贮存到丧失其规定功能的时间。
（6）可靠性三大指标: 狭义可靠性、有效性、贮存寿命。
（7）产品的可靠性：指产品全寿命周期的可靠性, 与设计、制造、使用密切相关。
（8）各个阶段对可靠性的影响大小: 1）设计: 50%——60%；2）制造: 20%——30%（固有可靠性）；3）使用: 20%——30%（使用可靠性: 与安装、操作使用、维修保障有关）。
（9）综合性: 包括耐久性、无故障性、维修性、可用性、保障性、经济性。
（10）故障树分析法（FTA）：由上而下, 假设系统失效, 分析其可能的原因。
FTA以顶事件（系统不希望发生）为分析目标, 逐层向下推溯所有可能的原因, 且每层推溯其直接原因, 从而找出系统内可能存在的元件失效、环境影响、人为失误以及程序处理等硬件和软件因素（各种底事件）与系统失效（顶事件）之间的逻辑关系, 并用倒立树状图形表示出来。
再定性分析各底事件对顶事件发生影响的组合方式和传播途径, 识别可能的系统故障模式, 以及定量计算这种影响的轻重程度, 算出致使系统失效的概率。
故障树分析法（FTA）的优缺点:优点：加深对系统的全面了解, 能用于研究特殊的故障问题；可研究环境及人为失误等因素的影响；是一种图示的分析方法, 是逻辑推理方法；可进行定性与定量分析；能给设计、使用及维修提供改进、故障诊断的工具。
缺点: 工作量大, 时间、经济消耗大；结果不易检查, 容易有疏忽或遗漏；对多态事件难以处理, 对储备和可修复系统难以分析。
可靠性概论
HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING题目学生姓名专业班级学号系（部）指导教师年月摘要可靠性工程是表征产品（系统·元件·器件等）无故障工作能力的指标，是产品的重要内在属性之一，是衡量产品质量的重要指标之一。
可靠性是一门与产品故障作斗争的新兴学科，它涉及的范围广泛，是一门综合了系统工程、管理工程、价值工程、人机工程、电子计算机技术、产品测试技术以及概率、统计、运筹、物理等多种学科成果的应用科学。
可靠性工程起源于军事领域，经过半个多世纪的迅速发展，现在已成为涉及面非常广的综合性学科。
虽然可靠性研究和很多学科一样起源于军工企业，但随着科技发展，用户对民用产品的要求也越来越高，不仅要求价格便宜，功能齐全，而且要求产品安全可靠，经久耐用。
因此产品借助可靠性预计技术来标明产品可靠性指标，将有利于增强自身竞争力，也能让用户放心购买。
所以可靠性研究对于现代企业来说有着弥足重要的作用，可以说可靠性已经扩展到我们生活和生产的方方面面。
本文试图就可靠性进行一个比较全面概括的描述，使人能够对可靠性有一个比较基本的认识。
关键词：可靠性FMEA 故障树概率论风险分析AbstractReliability Engineering is an indicator of the abili ty to work to characterize the product ( System • Components • devices, etc. ) without failure, is one of the important intrinsic properties of the product, is an important indicator of product quality. Reliability is a fault with the product to combat emerging discipline , it involves a wide range , is a comprehensive systems engineering , project management , value engineering , ergonomics , computer technology , product testing techniques and probability , statistics, multidisciplinary applied science achievement logistics, physics , etc. . Reliability Engineering originated in the military field , after half a century of rapid development , has now become involved in a very wide comprehensive discipline . Although the reliability of the study and , like many disciplines originated in military enterprises , but with technological development , user requirements for consumer products are increasingly high demand not only cheap, functional, and requires the product safe, reliable, durable. With technology so the product is expected to indicate the reliability of product reliability indicators will help enhance their competitiveness , but also allows users to rest assured purchase. Therefore, the reliability of research for modern enterprise has an important role Surrounded can say reliability has been extended to all aspects of our lives and production . This article will attempt to summarize the reliability of a more comprehensive description of the reliability of people can have a more fundamental understanding.Key：Reliability FMEA Fault Tree Analysis Risk Probability Theory目录前言 (3)第一节可靠性的历史 (3)第二节定义与基本概念 (4)第三节可靠性模型与分析 (5)第四节FMEA FCA FTA (7)第五节可靠性设计 (8)第六节可靠性试验 (9)第七节总结 (10)参考文献 (11)前言随着科学技术的进步和产品质量意识的提高，可靠性工程在质量控制中的地位逐渐被企业认同。
质量管理学 第八章 可靠性工程
R(t)=1F(t)=1(z)
/2 3.t=e+² 4.v(T)=t² ² [e 1]
例:某产品的寿命T服从对数正 态分布, ㏑TN(,² )。已知:
=12h =0.32h 求此产品工作 105h的可靠度(105),失效率(105) 及可靠度为0.95时的可靠寿命 t0.95。
(二)正态分布(略) (三)对数正态分布 产品寿命T的对数值服从正态分布，即 ㏑TN(,² (㏑t)² ) 1 1.ƒ(t)= t2 e 2²
F(t)= 0 tƒ(t)dt=(z)
(z)/t 2.(t)= 1z
/2 = 0z1/2ez² dz 其中z=(㏑t ) /
i=1
=10.1³ =0.999 2/3表决系统可靠度为： RS= 3R ² 2R³ =3² 0.9² =0.972 一般公式：n中取k系统的可靠度可 按二项式分布计算 n n R(t)=Pn(i)= Cni Ri Fn-i
i=k i=k
例：2/4表决系统RA=RB =RC=RD=0.9, 求 RS=? 解： RS= C4i 0.9i 0.14-i
第八章 可靠性工程
一、常用的失效分布函数 产品寿命T的分布主要有指数分布、 正态分布、对数正态分布和威布尔 分布等,对于较复杂的系统在稳定工 作时期的偶然失效时间随机变量一 般服从指数分布,在耗损期则近似于 正态分布,机械零件的疲劳寿命往往 是对数正态分布或威布尔分布。
(一)指数分布 ƒ(t)=et (t>0) —失效率为常数是指数分布的重要 特征值 1.可靠度和失效分布函数 R(t)=t et dt= et F(t)=1 R(t)= 1 et 1 et= 1 2.平均寿命 t =0 et dt= 3.寿命方差和寿命标准偏差 1 t² 0 (t )et dt = 1 1 [- et ]0= 1 = t=
可靠性原理及工程应用的讲稿
第一章 可靠性工程概论1.1 可靠性的定义可靠性它是衡量产品质量的一个重要指标。
可靠性理论在其发展过程中形成了3个主要领域（或称3个独立学科）： 1、 可靠性数学：研究与解决各种可靠性问题的数学方法和数学模型，属应用数学范畴，涉及概率论、数理统计、随机过程、运筹学及拓扑科学等，应用于可靠性的数据收集、分析、系统设计及寿命试验等方面。
2、 可靠性物理：又称失效物理，研究失效的物理原因与数学物理模型、检测方法、纠正措施的一门可靠性理论。
它使可靠性工程从数理统计方法发展到以理化分析方法为基础的失效分析方法，它是从本质上，机理上探究产品不可靠因素，从而为研究高可靠性的产品提供科学依据。
3、 可靠性工程：是对产品的失效及其发生概率进行统计分析，对产品进行R 设计、R 预计、R 试验、R 评估、R 检验、R 控制、R 维修、R 管理等的一门包含了许多工程技术的边缘性的工程学科。
本课程主要研究的是可靠性工程的相关问题。
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。
产品：可以是系统、子系统、设备、元件、部件等规定的条件：使用条件，运输、储存、使用时的环境条件（温度、压力、湿度、载荷、振动、腐蚀、磨损等等），使用方法、维修水平等规定的时间：R 是t 的函数，t 可以是时间、起落次数、里程等 规定的功能：故障、不能工作、参数漂移，要有故障判据 可靠性分为：固有R ：在生产工程中已经确立了的可靠性使用R ：使用环境、操作水平、保养与维修等因素基本R ：产品在规定条件下，无故障的持续时间或概率。
反映维修人力和后勤保障等要求任务R ：产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能力 1.2 可靠性特征量1、 可靠度与不可靠度可靠度： R=R （t ）=P(E)=P(T ≥t ) t ≥0 E ：“产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能”这一事件 T ：“产品正常工作时间”这一随机变量 t ：指定某一时间不可靠度：)()(1)(t T P t R t F <=-= (不可靠度函数或失效概率函数) 由此式可知：)(t F 是随机变量T 的分布函数，其密度函数为 dtt dR dt t dF t f )()()(-==（此处也叫失效密度函数或故障密度函数） 由上式：)(t F =⎰tdt t f 0)( 由此可知，)(t F 为累积失效密度函数)(t R =-1)(t F =-1⎰tdt t f 0)(=⎰∞tdt t f )(用观测值表示R （t ），F （t ）设有N 个同型号产品，开始工作t=0,到任意时间t 时，有n （t ）个失效，则有N-n （t ）个能正常工作)(t R =N t n N )(- )(t F =Nt n )(R （0）=1，R （∞）=0；F （0）=0，F （∞）=1 变化规律：2、 失效率λ（t ）工作到某时刻t 时尚未失效或故障的产品，在t 时刻以后的下一个单位时间内发生失效或故障的概率。
可靠性工程基础知识
精品资料
基本概念（续）
设备(shèbèi)失效物理 过程及失效机理，材料 性能及老化数据
8
精品资料
基本概念（续）
9 精品资料
基本概念（续）
10 精品资料
基本概念（续）
浴盆 (yùpén)曲 线(t)
规定的 A 故障率
早期 故障
b<0
使用寿命
偶然故障
b=0
B 维修后故 障率下降
耗损故障 t
b>0
16 精品资料
可靠性工程发展(fāzhǎn)历史 （续）
迅速发展期（20世纪60 ～70年代）
20世纪60年代是美国航空及航天工业迅速发展时期（宇航时
代），1965年美国宇航局（NASA）开展了机械可靠性研究。
国际上首个可靠性工程专业学术杂志IEEE Transaction on
Reliability于1963年问世。同时，美国在许多武器装备中推行
21 精品资料
可靠性分析方法（续）
故障树分析：以故障树的形式进行分析的方法。它用于确 定哪些组成部分的故障模式或外界事件或它们的组合可能导 致设备的一种已给定的故障模式。
优点(yōudiǎn)：能明确表达组成部分之间逻辑关系
适用于成败型部件
通过最小割集找出系统全部可能的失效状态
缺点：无法模化多重状：
-26 精品资料
目录(mùlù)
一．基本概念 二．可靠性工程发展历史 三．可靠性分析方法 四．可靠性分配(fēnpèi)方法 五．结语
27 精品资料
可靠性分配(fēnpèi)方法
可靠性分配技术在工业界早有发展。目前工业界发展了许多可 靠性分配技术，大体上分为无约束条件限制的可靠性分配方法和 有约束条件限制的可靠性分配方法两类。 无约束条件可靠性分配----所设计的产品满足规定的可靠性指标 为目标，除了可靠性指标之外没有其它约束条件。 有约束条件可靠性分配----在工程应用中，在成本、重量、体积 (tǐjī)、功耗等限制条件下，使所设计产品的任务可靠度最高，或 者把任务可靠度维持在某一指标以上作为限制条件，而使系统的 其它参数达到最优化。
可靠性工程概论
可靠性工程
可靠性工程技术 可靠性管理
日本以民用产品为主，大力推进机械可靠性的应用研究。
可 靠 性 工 程 的 基 本 内 容
1、 可 靠 性 基 本 理 论
2、 可 靠 性 设 计
3、 可试 靠验 性
4、 制造
集合论与逻辑代数； 图论与随机过程； 系统工程与人素工程学； 环境工程学与环境应力分析； 试验及分析基础理论。
热设计、 防潮、腐蚀、盐雾、
机械可靠性研究的历史
1980年， E.B.Haugen出版了比较全面的概率机械设计专 著。
20世纪70年代，美国将可靠性设计技术引入汽车、发电 设备、拖拉机和发电机等机械产品中。
20世纪70、80年代，Cambou等人提出了概率有限元法 计算复杂结构强度。
20世纪80年代，引入模糊数学描述强度—应力的关系， 计算模糊可靠度。
可靠性工程概论
质量的定义
质量：产品、过程或服务满足规定要求 的特征和特征的总和。
1°产品的性能是否达到满足功能要求 的各项技术指标。
2°在工作中能否继续满足功能要求， 即技术指标保持程度和产品损坏情况。
质量与可靠性关系
从广义质量观看，质量涵盖可靠性 从狭义的质量观看，就是“符合性质量”
可靠性毕竟与狭义的质量管理还是有很大区别的，质量 出了问题，往往批次性很强
可靠性是更深层次的与设计、工艺相关的根本性 问题。
有些企业对于可靠性工程有一种错误观念，认为可靠性 工程是质量部门的事情，而设计部门却很少人员参与。
产品的可靠性是在设计阶段就已经决定了 在用户使用过程中，均是“可靠性”问题
迫切需要研究可靠性的原因
1．产品的可靠性与企业的生命、国家的安全紧 密相关。 2．产品性能的优化、结构的复杂化要求有很高 的可靠性。 3．产品更新速度的加快，使用场所的广泛性、 严酷性，要求有很高的可靠性。 4．产品竞争的焦点是可靠性。 5．大型产品的可靠性是一个企业、一个国家科 技水平的重要标志。
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8.1.1应力-强度分布理论及干涉模型
8.1.1.1 概率密度函数联合积分法
R g ( )[ f ( S )dS ]d P( S )
F [1 Fs ( )]g ( )d
S
——工作应力； ——强度。
8.1.1应力—构系统可靠性分析
8.1.4.1将结构看成一个系统，从系统的观点来分析 结构可靠性问题，即结构系统可靠性分析。 结构系统可靠性分析根据系统组成可以分为串联 系统可靠性分析、并联系统可靠性分析、混联结 构系统。 8.1.4.2 结构系统可靠性的界值计算 一般来说，精确计算复杂系统的可靠性失困难的， 其数值的计算常常非常复杂费时。通过估算结构 系统的破坏概率的上下限，对于系统可靠性计算 非常有帮助。
ln ln S R 1 ( z ) 2 2 ln ln S
8.1.2已知应力与强度分布的可靠度计算
当应力 S 和强度
均为指数分布时，
s S2 1 2 exp (2s S2 ) R 1 2 S
8.2.2 以可靠度指标为约束条件的机械强 度可靠性优化设计
数学模型：
设计变量：取强度及应力的均值和标准 差 u ， ， S ， s 为设计变量。 目标函数：目标函数取总费用为最小，即 约束条件为：
min CT C1 ( ) C2 ( ) C3 (S ) C4 ( S )
RR
*
8.2.2 以可靠度指标为约束条件的机械强 度可靠性优化设计
当应力和强度均为正态分布时，由联结方程
可以求解出即
S z 2 2 S
可以给出约束条件为
s * 2 s2
式中
可以由规定的可靠度指标 R*查出。
的机械产品在规定的条件下和规定的使用时 间内完成规定的功能的概率，确保产品的可 靠性指标的实现，但它不能确保产品具有最 佳的工作性能和参数匹配，最小的结构尺寸 和质量，最低的成本和最大的效益。因此要 将可靠性设计理论和最优化技术结合起来， 即采用可靠性最优化设计方法。
8.2.1以可靠度最大为目标的可靠性优化设计
所以，按照传统的机械设计方法只进行安全
系数的计算是不够的，还需要进行可靠度的 计算。这个是可靠性设计有别于传统常规设 计的最重要的特点。
8.1.1应力-强度分布理论及干涉模型
应力、强度分布发生干涉时的失效概率和可 靠度的一般表达式计算方法有：
概率密度函数联合积分法 强度与应力之差的概率密度函数积分法
1
8.2.1以可靠度最大为目标的可靠性优化设计
当求得全域最优解后，把最优解代入目标函
数中，求出相应的 （可靠性系数）或 ， 查表即可求得该约束条件下的可靠度最优解。
z
8.2.2 以可靠度指标为约束条件的机械强 度可靠性优化设计
若已知应力 S 和强度 均为正态分布，且相互
C 独立；要求满足的可靠度指标为 R R*； T 总 C 费用，1 ( )，2 ( )分别为强度均值和标准差成 C C C 本函数；3 (S ) ，4 ( S )分别为应力均值和标准 差的成本函数，则可以建立数学模型。
*
8.2.3典型零部件的可靠性优化设计
主要步骤：
设计要求 建立数学模型
8.1.1.2 强度与应力之差的概率密度函数积 分法 令 y S 则
R 0
0
0
g ( y S ) f ( S )dSdy
F s g ( y S ) f ( S )dSdy
8.1.2已知应力与强度分布的可靠度计算
当应力
S 和强度 均为正态分布时， 令 y S ， y为其均值， y为其标准差，并且 令 z y y ，则
8.1.1应力——强度分布理论及干涉模型
对于机械产品，零件（部件）是否正常或失效决定 于强度和应力的关系。当零件（部件）的强度大于 应力时，能够正常工作；当零件（部件）的强度小 于应力时，则发生失效。因此，要求零部件在规定 的条件下和规定的时间内能够承载，必须满足以下 条件： S 或 S 0 S ——工作应力； ——强度。
若已知应力 S 和强度
均为正态分布，且相互
独立；规定总费用 Cr r r 为给定的投资费 ， 用；设可靠度 R 为最大时的最优解 * * * S , * , * ,则可以建立如下的数 为 R , S , 学模型。
8.2.1以可靠度最大为目标的可靠性优化设计
u S 目标函数： min z 2 2 S 约束条件为：
8.1.5结构系统可靠性设计
因此，结构系统可靠性设计是以结构整体来
考虑的，有关的整个结构的可靠性设计准则 为 *
Rs Rs
其中 Rs 和 Rs * 分别为结构系统的可靠性与 结构系统的可靠性要求（或称可靠性指标）。
8.2 机械可靠性优化设计
概述
机械可靠性设计虽然可以确保或预测所设计
CT C1 ( ) C2 ( ) C3 (S ) C4 ( S ) r 其中 C ( ) ——强度均值的成本函数； C2 ( ) ——强度标准差的成本函数； C3 (S ) ——应力均值的成本函数； C4 ( S ) ——应力标准差的成本函数。
8.1.5结构系统可靠性设计
a) b)
c) d)
通常结构系统的可靠性设计不能采用电子系统的可靠度指 标分配法，主要因为： 结构系统通常不能把它看成由串联、并联逐级组合而成的。 结构系统在有若干元件达到临界时，必须考虑这些元件达 到临界后对结构系统个元件内力的影响，即有内力重分配 问题。 在计算结构系统的可靠性时，必须考虑结构元件间的相关 性以及各破坏模式之间的相关性。 结构系统的破坏是由出现任何一种破坏模式引起的，形成 一个破坏模式通常需有一系列元件达到临界；尽管各破坏 模式之间是串联的，但需要考虑模式相关性；一个破坏模 式所涉及的若干个临界元件不存在简单的并联关系，需要 考虑内力重分配。
第八章 机械可靠性优化设计
8.1 机械可靠性设计原理 8.2 机械可靠性优化设计
8.1 机械可靠性设计原理
概述
可靠性设计理论的基本任务，是在可靠性物
理学研究的基础上结合可靠性试验及可靠性 数据统计及分析，提出可供实际设计计算的 物理数学模型和方法，以便在产品设计阶段 就能规定其可靠性指标，或估计、预测机器 及其主要零、部件在规定条件下的工作能力 状态或寿命，保证所设计的产品具有所需要 的可靠度。
S z 2 2 ………联合方程或耦合方程 S
1 R 2
y
y y
z2 exp[ ]dz 2
8.1.2已知应力与强度分布的可靠度计算
当应力 S
和强度 均为对数正态分布时，
ln ln S z 2 2 ln ln S
8.1.1应力——强度分布理论及干涉模型
S
常 规 设 计 最 初 安 全 度
实 际 安 全 裕 量
衰减曲线
t0
强度分布 g ( )
t1
t
应力分布 f (S )
8.1.1应力-强度分布理论及干涉模型
从上图中可以得出：
如图中所示的相交的区域，即干涉区域，就是产
品可能发生故障的区域。 即使在安全系数大于1的情况下仍然会存在一定 的不可靠度。
8.1.3机械静强度的可靠性设计
主要是把应力、强度分布和可靠度在概率的
意义下联合起来，构成一种设计计算的依据。 主要是根据联结方程或耦合方程，进行计算。
8.1.3机械静强度的可靠性设计
基本步骤：
1. 确定结构零部件的可靠性指标
根据零部件的功能、复杂程度、重要程度、使用条件、生产难以 程度、相似产品失效的历史数据以及当时的研制水平等确定可靠 性指标。 2. 确定失效模式 明确零部件失效模式，如屈服、失稳、断裂、过量变形等。 3. 确定载荷均值和标准差 载荷的均值可以由名义值确定，标准差由载荷变异系数给定。 4. 确定材料强度的均值和标准差 目前材料的统计特性数据还缺少公开的资料，可根据经验确定。 5. 应用联结方程确定零部件的设计参数