可靠性工程技术(北航可靠性研究所培训资料)220页

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(任务剖面:产品在完成规定的任务这段时间内所经历的全部事件和 环境的时序描述。)
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表1 基本可靠性与任务可靠性
基本可靠性 在规定条件下产品无故
障工作能力的度量 考虑所有需要维修保
障的故障 采用冗余,降低基本
可靠性 通常低于或等于任务
可靠性
主要参数:平均故障间隔时间(MTBF)
任务可靠性 产品完成规定任务能力
不可修复产品的一种基本可靠性参数。其度量方法为:在 规定的条件和规定的期间内,产品寿命单位总数与故障产品总 数之比。
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2.1.2 可靠性定量要求——主要指标参数
d.平均首次故障前时间 mean time to first failure (MTTFF) 可修复产品的一种基本可靠性参数。其度量方法为:在规
2.1.2 可靠性定量要求——主要参数特征量
a. 可靠度 可靠性的概率度量,其符号为R(t) 例如: R(t)=0.95,0.99等。
b. 平均故障间隔时间 mean time between failures (MTBF) 可修复产品的一种基本可靠性参总次数 比。 c. 平均故障前时间 mean time to failures (MTTF)
1 可靠性和可靠性工程概述 1.1 可靠性工作的基本原则
f. 尽可能通过规范化的工程途径, 开展各项可靠性 工作;
g. 必须加强对研制和生产过程中可靠性工作的监督 和控制;
h. 应充分重视使用阶段的可靠性工作, 以尽快达到 可靠性的目标值;
i. 在选择可靠性工作项目时, 应根据各种因素对工 作项目的适用性和有效性进行分析, 以选择效费 比高的工作项目。
a.目的 通过制定并贯彻产品可靠性设计准则,把有助于保证、提高
产品可靠性的一系列设计要求设计到产品中去。 b. 可靠性设计准则文件的基本内容 产品可靠性设计准则是在产品设计中能够直接贯彻实施的可
靠性设计要求细则与保证措施,可靠性设计准则文件基本内容 包括:概述、目的、适用范围、依据、可靠性设计准则。
(寿命周期:产品从论证、研制、生产、使用、退出使用所经历的整个时 间)
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1.4 可靠性工程的实质
可靠性工程是与故障作斗争的一门科学,其实 质是研究产品故障的发生、发展、在故障发生后 的诊断、修理、保障, 以及如何预防产品故障的发 生,直至消灭故障的规律。可靠性设计是可靠性 工程的基础。
表5 可靠性设计(定量)工作内容
1 建立可靠性模型 2 可靠性(指标)分配设计 3 可靠性预计
4 元器件选用设计 5 降额设计 6 热设计等 下面简要介绍前三项可靠性定量工作具体内 容,后三项在元器件选用中介绍。
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2.2.1 建立可靠性模型 目的:
用于定量分配、计算和评价产品的可靠性。 可靠性模型的含义 :
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1.2 名词术语
a.基本可靠性:产品在规定的条件下和规定的时间 内,无故障工作的能力。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。
(寿命单位:产品使用持续期的度量单位。如工作小时、次数等。) (关联故障:在解释试验结果或计算可靠性值时必须计入的故障。)
b.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。
效能
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可靠性是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。
维修性是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,保持或恢复到其规定状态的能力, 即反映产品是否易修的能力。
测试性是产品能及时、准确地确定其工作状态(工作、 不可工作或工作性能下降)并隔离其内部故障的能力。
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发展简述 国外可靠性发展概述 国内可靠性发展概述
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可靠性发展与产品质量的特性关系
产品质量的固有特性包含了产品的性能特性、专门特性、经济性、 时间性、适应性等方面,如图所示。
产品质量的固有特性
性能特性
专门特性
经济性 时间性 适应性
可 安 维 保 测 寿命 靠 全 修 障 试 周期 性 性 性 性 性 费用
n
Rs (t) Ri (t) =R1×R2×…×Rn i 1
n
s
i =λ1 +λ2 +……+λn
i 1
此时,系统的故障率λs为单元的故障率λi 之和:
式中: Ri、 λi——单元的可靠度、故障率(1/h); Rs、λs——系统的可靠度、故障率(1/h)。
系统的平均故障间隔时间为:
1
1
TBFS
s

n
i
i 1
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2.2 可靠性设计工作内容 按可靠性要求开展设计工作 。
表4 可靠性设计(定性)工作内容
1 成熟设计 2 简化设计 3 余度设计 4 环境防护设计 5 按可靠性设计准则设计 6 软件可靠性设计 7 包装、贮存、运输设计等
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可靠性设计准则的制定与贯彻(按可靠性设计准则设计)
串联模型的可靠性框图如图所示。
1.3 可靠性工程的含义
可靠性工程(Reliability Engineering)是研究产品 寿命周期全过程中同产品故障作斗争的一门科学。
从产品的整体及其同外界环境的辩证关系出发,用 实验研究、现场调查、故障和故障分析等方法,研究 产品寿命和可靠性与外界环境的相互关系,研究产品 故障的发生、发展及其预防和维修、保障直至消灭的 规律,以及增进可靠性一系列技术和管理活动。
(可修复)
(不可修复)
R(t)或MTBF R(t) 或MTTF
P(S)或P(F)
分系统 设备
R(t)或MTBF
R(t)或λ
P(S)或P(F)
组件
λ
元器件
λ
P(F)
注: R(t):可靠度 P(S):成功概率
P(F):故障概率
MTBF:平均故障间隔时间 MTTF:平均故障前时间
λ:故障率
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可靠性设计指标参数的关系(串联模型)
戴慈庄 北京航空航天大学可靠性工程研究所
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前言
可靠性是产品重要的质量特性。提高产品 的 可靠性,是提高产品完好性和工作成功性、减 少维修和寿命周期费用的重要途径。在产品研 制过程中深入开展可靠性工程,对提高产品可 靠性具有十分重要的意义。
可靠性工程是指为了达到产品的可靠性要求 所进行的一系列技术与管理活动,贯穿了产品 的论证、方案、工程研制、生产和使用等寿命 周期过程。
用通俗的话来说,可靠性系统工程是在研究产
品“防病、治病”的规律。这与研究人类生命过
程以及同疾病作斗争的医学系统工程颇有相似之
处。
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2 可靠性设计
2.1 可靠性要求——设计、分析、试验和验收的依据。 可靠性设计要求可分为:定性要求; 定量要求。
定性要求内容有: 遵守一般可靠性设计和准则等。
(4)可靠性设计准则是研制经验的总结与升华
可靠性设计准则是以往产品研制经验的结晶,用于指导设计人员进行可 靠性设计,保证实现产品合同规定的可靠性要求。制定并实施可靠性设计 准则不仅有益于企业经验和知识的传承,还能为年轻设计人员的成长提供 帮助。
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2.2 可靠性设计工作内容
按可靠性要求开展设计工作 。
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e.其他名词术语
产品: 一个非限定性的术语,用来泛指元器 件、 零部件、组件、设备、分系统或系 统。可以指硬件、软件或两者的结合。
故障: 产品不能执行规定功能的状态。 失效: 产品丧失完成规定功能的能力的事件。 可靠性特征量: 表示产品总体可靠性高低的各
种可靠性参数指标。
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可靠性模型指的是可靠性框图及数学模型。 可靠性框图是用方框表示产品各单元的故障
如何导致产品故障的逻辑关系。
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可靠性模型的分类:
产品的可靠性模型按用途分为基本可靠性模型和 任务可靠性模型。
基本可靠性模型是将产品组成单元进行全串联 的模型,用以估计产品及其组成单元引起的维修及 综合保障要求。
a. 应确保可靠性要求合理、科学并可实现 ; b. 必须遵循预防为主、早期投入的方针; c. 在研制阶段可靠性工作必须纳入产品的研
制工作, 统一规划, 协调进行; d. 必须遵循采用成熟设计原则; e. 应采用有效的方法和控制程序, 减少制造中对可
靠性带来的不利影响,保持设计的可靠性水平;
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足 产 品 使 用 使用需求,是确 的合同指标, 达到的合同指
需求,又可使 定 最 低 可 接 受 它是承制方进 标,它是进行
产 品 达 到 最 值的依据,也是 行可靠性设计 厂内考核或验
佳的效费比, 现 场 验 证 的 依 的依据
证的依据
是确定规定 据
值的依据
*下面列出可靠性常用的设计指标参数
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产品的固有可靠性是设计和制造所赋予,设计人员在设计中遵循可靠性 设计准则,可避免一些不该发生的故障,从而提高产品的固有可靠性。
(3)贯彻可靠性设计准则是实现可靠性与产品性能设计同步的有效方法
设计人员只要在设计中贯彻可靠性设计准则,就可以把可靠性设计到产 品中去,使产品的性能设计和可靠性设计相互有机地结合。
定的条件下,产品从开始使用到出现首次故障时产品寿命单 位总数与产品首次故障总数之比。
e. 故障率 产品可靠性的一种基本参数。其度量方法为:在规定的
条件下和规定的期间内,产品的故障总数与寿命单位总数之 比。
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表3
产品层次
装备
可靠性常用的设计指标参数的应用
产品使用特征量
连续或间歇工作 连续或间歇工作 一次性使用
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2.1.1 可靠性定量要求——使用指标和合同指标
表2 使用指标和合同 指标
使用指标
合同指标
目标值
门限值
规定值
最低可接受值
期 望 产 品 达 产 品 必 须 达 到 合同和研制任 合同和研制任
到 的 使 用 指 的使用指标,它 务书中规定的 务 书 中 规 定
标,它既能满 能 满 足 产 品 的 期望产品达到 的、产品必须
这是属可靠性设计(定性)的工作内容,很重要。
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c.可靠性设计准则的作用与特点
(1)可靠性设计准则是进行可靠性定性设计的重要依据
为了满足规定的可靠性设计要求,必须采取可靠性设计技术,贯彻可 靠性设计准则是其中一项重要内容, 在设计中必须逐条予以实施。
(2)贯彻可靠性设计准则可以提高产品的固有可靠性
保障性是产品设计特性和计划的保障资源满足平时使用 和利用率要求的能力,包括维修保障能力和使用保障能力 (相当于家用电器售后服务能力)。
安全性是产品所具有的不导致人员伤亡、产品毁坏,不 危及人员健康和环境的能力。产品的故障可能导致安全性事 故的发生。
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介绍的内容
主要介绍有关可靠性方面的一些重要的专题 1. 可靠性和可靠性工程概述 2. 可靠性设计 3. 可靠性分析 4. 可靠性试验 5. 元器件选用与控制
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1 可靠性和可靠性工程概述
可靠性
(Reliability)
可靠性工程
(Reliability Engineering)
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 靠性的概率度量称为 可靠度。
为了达到产品的可靠性 要求所进行的一系列技 术和管理活动。
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1 可靠性和可靠性工程概述 1.1 可靠性工作的基本原则
的度量 只考虑引起任务失败的
故障 通过冗余提高任务可靠
性 通常高于基本可靠性
主要参数:致命故障间的任务时 (MTBCF)
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c.固有可靠性:设计和制造赋予产品的, 并在理想的使用和保障条件下所具有的可 靠性。 d.使用可靠性:产品在实际的环境中使用 时所呈现的可靠性,它反映产品设计、制 造、使用、维修、环境等因素的综合影响。
定量要求内容有: 使用与合同 参数和指标。
使用参数和指标:直接与产品完好性、任务成功性、 维修人力和保障资源费用有关的一种度量。其度量值 称为使用指标(目标值与门限值)。
合同参数和指标:在合同中表达订购方要求的,并 且是承制方在研制和生产过程中可以控制的参数。其 度量值称为合同指标(规定值和最低可接受值)。
任务可靠性模型较复杂,它用于描述在完成任 务过程中产品各单元的预定用途。
产品的可靠性模型基本结构类型主要包括串联、 并联、混联、桥联、旁联、表决等。先介绍此类型。
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串联模型
系统的所有组成单元中任一单元的故障都会导致整个系统的故障,称为串联模 型。串联模型是最常用和最简单的模型之一,既可用于基本可靠性建模,也可用 于任务可靠性建模。
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