安全系统工程_第四章可靠性分析汇总

F (t ) Pr T t
F (0) 0 可靠度 R(t) 为
R (t ) 1 F (t ) R ( 0) 1 R ( ) 0
故障时间密度函数 f (t)
当故障时间分布函数可微分时，则故障概率 密度函数或故障时间密度函数为：
dF (t ) f (t ) dt
《安全系统工程》
系统可靠性分析
西安建筑科技大学安全工程教研室
《安全系统工程》
问题的提出
如何定义可靠性？ 什么叫系统的可靠性？系统的可靠性和系统组 成元素的可靠性有什么关系？ 系统可靠性与安全的关系？ 人的可靠性？ 如何提高系统的可靠性？
《安全系统工程》
1. 可靠性
1.1可靠性的定义
0
t 0
R(t ) e
( t ) dt
0

t
F (t ) 1 R(t ) 1 e
( t ) dt
0

t
《安全系统工程》
小结-故障时间分布
可靠度
故障发生概率
R(t ) e
( t ) dt
0

t
F (t ) 1 R(t ) 1 e
早期故障阶段 随机故障阶段 磨损故障阶段
浴盆曲线(Bathtub curve)
3 常用故障时间分布函数
初期故障
随机故障
系统受随机应力的 作用
预防性维修保养 无效； 故障时间呈指数 分布
磨损故障
机械零部件磨损 、疲劳造成的故障
材料、部件的机械 磨损、疲劳、老化
预防性维修保养 有效； 预防性维修保养 冗余有效但不经 济
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2.4 故障时间分布函数与可靠度
设系统、设备、元件等在 t=0 时刻投入运行， 到 t 时刻发生故障的概率（又称故障时间分 布函数）记为 F (t )
t
dF (t ) d 1 R(t ) dR(t ) (t ) dt R(t ) dt R(t ) R(t )dt
ln R(t ) ln R(0) ln R(t )
故障率描述系统、设备、元件发生故障的难易
(t )dt ln R(t )
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浴盆曲线
故障率：正常工作到某时点的客体，在此后单位时间里发 生故障的比率。 故障率随运行时间而变化。按故障率随时间变化的趋势随 时间变化的趋势有减少、一定和增加三种情况。
故障分为初期故障、随机故障和磨损故障。
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2. 3 不同故障发生的原因及防止对策
故障类型 现象 新产品投产初期 的故障； 闲置一段时间后 故障减少； 小毛病往往引起 重大事故 多元素组成系统 的典型故障； 许多电子元件的 故障 原因 设计错误； 制造不良； 使用方法错误； （制造责任的可能性 特别大） 对策 设计审查， FMEA，FTA； 通过老化筛选等 方法排除； 明确使用基准并 告诉用户 采用冗余设计； 增加投资； 采用高可靠度元 件、材料； 正当使用 备注 预防性维修保养 无效； 检修不彻底也会 发生这种现象
F (t ) f (t )dt
0 t
f(t)dt表示在时间间隔 （t,t+dt)内发生故障的 概率
100万人口的死亡率曲线
故障率
故障率函数λ(t) ：正常运行到某时刻t 的客体在此后（t,t+dt)的单位时间里发 dF (t ) 生故障的比率 f (t ) dt
f (t ) (t ) R(t )
狭义可靠性：狭义的“可靠性”是产品在使用期间没
有发生故障的性质。例如一次性注射器，在使用的时间 内没有发生故障，就认为是可靠的；再如某些一旦发生 故障就不能再次使用的产品，日光灯管就是这类型的产 品，一般损坏了只能更换新的。
广义可靠性=狭义可靠性+维修性
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1.3可靠性指标体系
可靠度：系统或元素在规定的条件下和规定的 时间内，完成规定的功能的概率
R(t ) e 0
寿命
( t ) dt
t
故障率
维修率 可用度……
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1.4 可靠性的意义Hale Waihona Puke Baidu
是产品质量的保证
是安全生产的保证 提高经济效益 影响国家的安全和声誉
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( t ) dt
0

t
故障时间密度函数 f (t ) dF (t ) dt 故障率函数
f (t ) (t ) R(t )
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3.常用故障时间分布函数
实践证明，大多数设备的故障率在产品从投入到报废为 止的整个寿命期间中的变化是时间的函数，典型故障曲 线称之为浴盆曲线。
失效（Fault）：无实现预定功能的能力。 故障（Failure）是失效（Fault）的原因 本课将二者统称为故障（Failure）
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2. 2 故障类型
按故障影响的大小： 灾难性故障 危险故障 被检测的危险故障 未被检测的危险故障 重大故障 安全故障（轻微故障） 其他： 硬件随机故障 系统性故障 共因故障 按故障时系统或元素功能低下程度： 部分故障 完全故障 按故障发生原因： 原生故障 次生故障 指令故障 按故障发生阶段： 初期故障 随机故障 磨损故障
可靠性(Reliability) ：
系统或系统元素在规定的条件下和规定的时间内，完 成规定的功能的能力。 系统或系统元素
规定的条件： 规定的时间： 规定的功能：
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1.2可靠性分类
广义可靠性：在规定的条件下和规定的时间内，元器
件（产品）、设备或者系统稳定完成功能的程度或性质。 例如，汽车在使用过程中，当某个零件发生了故障，经 过修理后仍然能够继续驾驶。
1.5可靠性与安全
不可靠是不安全的原因。
系统本身不可靠导致事故 危险源控制系统不可靠导致事故。
系统安全分析的基础是可靠性分析
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2. 故障的基本概念
2.1故障的定义
故障（Failure）：系统、设备、元件等在运行过 程中因为性能低下而不能实现预定的功能的现象。
F (t ) 1 R(t )