可靠性基本概念和参数体系
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
可靠性基本概念、参数体系及模型建立
主要内容 第三局部：可靠性模型建立
可靠性模型建立
概述
系统是由相互作用和相互依赖的假设干单元结合成的具 有特定功能的有机整体
系统的各种特性可以采用多种模型加以描述
原理图：反映系统及其组成单元之间物理上的连接与组 成关系
功能框图及功能流程图：反映系统及其组成单元之间功 能关系
可靠性模型：反映系统及其组成单元之间故障逻辑关系
常见：
合同参M T数B F M T B C F
定义：合同中使用的易于考核度量的可靠性要求，从产 品制造方的角度评价产品可靠性水平,采用固有可靠性值
常见：
可靠性参数体系
可靠性参数间的相关性：使用参数和合同参数之间进行转换
平均故障间隔时间和平均故障间隔飞行小时
产品工作时间 TBF/TMFHBF 飞行时间 =S/F
可靠性根本概念
寿命剖面与任务剖面
➢寿命剖面：产品从制造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
关键因素：事件、事件顺序、持续时间、环境和工作方式 包含一个或多个任务剖面，分为后勤和使用两个阶段 产品指标论证时就应提出
任务剖面：产品在规定任务这段时间内所经历的事件和环境的 时序描述
主要内容 第二局部：可靠性参数体系
可靠性参数体系
可靠性参数分类：从完成规定功能和减少用户费用角度 根本可靠性参数 定义：产品在规定条件下，无故障的持续时间或概率 含义：反映产品对维修人力费用和后勤保障资源的要求 要点：T B F统计T B M所有T M F H寿B F 命T B 单R 位和所有故障 常见： 任务可靠性参数 定义：产品在规T B定C F 的P任M C 务剖面中完成规定功能的能力 含义：反映产品完成任务的能力
Rt F t 1
可靠性参数及指标1基本概念2常用可靠性参数-Read
可靠性参数及指标1 基本概念(1) 可靠性参数可靠性参数是描述系统（产品）可靠性的量。
它直接与装备战备完好、任务成功、维修人力和保障资源需求等目标有关。
根据应用场合的不同，又可分为使用可靠性或合同可靠性参数两类。
前者是反映装备使用需求的参数，一般不直接用于合同；如确有需要且参数的所有限定条件均明确，也可用于合同，而合同参数则是在合同或研制任务书中用以表述订购方对装备可靠性要求的，并且是承制方在研制与生产过程中能够控制的参数。
(2) 可靠性指标可靠性指标是对可靠性参数要求的量值。
如“MTBF≥1000h”即为可靠性指标。
与使用、合同可靠性参数相对应，则有使用、合同可靠性指标。
前者是在实际使用保障条件下达到的指标；而后者是按合同规定的理想使用保障条件下达到的要求。
所以，一般情况下同一装备的使用可靠性指标低于同名的合同指标。
国军标GJB1909《装备可靠性维修性参数选择和指标确定要求》中，将指标分为最低要求和希望达到的要求，即：使用指标的最低要求值称为“门限值”，希望达到的值称为“目标值”；合同指标的最低要求值称“最低可接受值”，希望达到的值称“规定值”。
某装甲车辆可靠性参数与指标举例见表2-2。
表2-2 某装甲车辆可靠性参数与指标举例使用指标 合同指标参数名称目标值 门限值 规定值 最低可接受值 任务可靠度 0.66 0.61 － －致命性故障间任务里程 1200km 1000km 1500km 1250km平均故障间隔里程 250km 200km 300km 250km2 常用可靠性参数除前面介绍的)(tR，)(tλ可作为可靠性参数外，还有以下一些常用的可靠性参数。
应当根据装备的类型、使用要求、验证方法等选择。
(1) 平均寿命θ(meanlife)①定义。
产品寿命的平均值或数学期望称为该产品的平均寿命，记为θ。
设产品的故障密度函数为)(tf，则该产品的平均寿命，即寿命T(随机变量)的数学期望为∫∞= =0d)()(ttfTEθ对可修产品平均寿命又称平均故障间隔时间，可记为MTBF(Mean Time BetweenFailure)。
第五章 可靠性基础知识(1)可靠性的基本概念及常用度量
第五章可靠性基础知识第五章可靠性基础知识【考试趋势】单选3-4题，多选4-5题，综合分析1题。
考查方式以理解题和计算题为主。
总分值25-35分。
总分170分。
【大纲考点】基本脉络：可靠性概念——测量——模型——分析——试验——管理。
一、可靠性的基本概念及常用度量1．掌握可靠性、维修性与故障(失效)的概念与定义（重点）2．熟悉保障性、可用性与可信性的概念（难点）3．掌握可靠性的主要度量参数（难点）4．熟悉浴盆曲线（重点）5．了解产品质量与可靠性的关系二、基本的可靠性维修性设计与分析技术1．了解可靠性设计的基本内容和主要方法2．熟悉可靠性模型及串并联模型的计算（重点）3．熟悉可靠性预计和可靠性分配（难点）4．熟悉故障模式影响及危害性分析（重点）（难点）5．了解故障树分析（重点）6．熟悉维修性设计与分析的基本方法；三、可靠性试验三、可靠性试验1.掌握环境应力筛选（重点）2.了解可靠增长试验和加速寿命试验（重点）3.手续可靠性测定试验（难点）4.了解可靠性鉴定试验四、可信性管理1．掌握可信性管理基本原则与可信性管理方法（难点）2．了解故障报告分析及纠正措施系统（重点）3．了解可信性评审作用和方法第一节可靠性的基本概念及常用度量【考点解读】第一节可靠性的基本概念及常用度量学习目标要求：1、掌握可靠性、维修性与故障的概念与定义2、熟悉保障性、可用性及可信性的概念3、掌握可靠性的主要度量参数4、了解浴盆曲线5、了解产品质量与可靠性关系基本脉络是：可靠性——不可靠（故障）——可靠度——可靠度函数——常用指标——模型——地位意义（与质量的关系）典型考题典型考题：单选题22、下述设计方法中不属于可靠性设计的方法是（）。
a、使用合格的部件b、使用连续设计c、故障模式影响分析d、降额设计23、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、产品保修率一、故障（失效）及其分类一、故障（失效）及其分类1、故障定义：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。
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
可靠性基本概念与参数体系
由于 f (t) dR(t)
dt
，所以
(t)dt dR(t)
R(t)
t
(t)dt
0
Байду номын сангаас
ln
R(t)
|t0
t
R(t)eo(t)dt R(t) et
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26
故障率、可靠度与密度函数关系
R(t)
(t)
f(t)
早期 故障
偶然故障
耗损故障
t
产品典型的故障率、可靠度和密度函数曲线
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40
目标值-2
美空军AFR80-5-78将目标值定义为：既满足使 用要求又具有增长能力或保障费用最佳的R&M 值。
从上述定义可以发现，R&M目标值首先表示系统 投入外场使用，经过一段期间的使用，发现问 题并进行改进后达到成熟状态的R&M水平，这 种R&M水平必须满足预定的未来环境下的使用 要求，同时，R&M的目标值应使系统在外场的 使用和保障费用最低，而且应是通过增长可以 达到的R&M值。
可靠性基本概念与参数体系
主要内容
可靠性基本概念 可靠性参数体系
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Introduction to
2
Reliability_Conception & Parameter
可靠性基本概念—可靠性
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。
产品可靠性定义的要素是三个“规定”:
使用阶段 寿命剖面内的事件
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6
可靠性基本概念
基本可靠性 产品在规定的条件下，无故障的持续时间或 概率。 在没有后勤保障情况下系统工作能力的度 量 考虑所有需要维修保障的故障
可靠性工程的基本概念与模型
可靠性工程的基本概念与模型可靠性工程是一门应用工程学科，旨在提高产品、系统或服务的可靠性。
通过运用可靠性工程的原则和方法，可以降低故障率、延长使用寿命、提高性能稳定性，从而满足人们对产品可靠性的需求。
本文将介绍可靠性工程的基本概念和常用模型，帮助读者理解和应用可靠性工程。
一、可靠性工程的基本概念1.1 可靠性可靠性是产品或系统在特定环境下连续正常运行的能力。
它可以用概率来表示，通常以失效率来度量，即单位时间内发生失效的概率。
可靠性的增加可以提高产品的性能稳定性，减少故障对用户的影响。
1.2 故障故障是指产品或系统在特定条件下出现的不符合预期的功能、性能或质量的现象。
故障分为软故障和硬故障，软故障通常可以通过重启或软件升级来解决，而硬故障需要更换硬件部件或进行专业修复。
1.3 可靠性评估可靠性评估是可靠性工程的核心内容，旨在对产品或系统的可靠性进行量化分析。
通过搜集故障数据、运用统计学方法，可以计算出可靠性参数，如失效率、平均无故障时间等，从而为产品设计、改进和维护提供依据。
2.1 故障模式与失效分析（FMEA）故障模式与失效分析是一种常用的可靠性分析方法，通过识别产品或系统可能的故障模式和失效原因，评估其潜在风险和影响程度，从而采取相应的改进措施。
FMEA可以在设计阶段发现和解决潜在问题，提高产品的可靠性。
2.2 信赖度增长模型（RGA）信赖度增长模型是一种常用的可靠性增长预测方法，通过收集产品的实际寿命数据，对其进行分析和建模，预测未来产品的信赖度增长趋势。
RGA模型可以帮助制定产品维护策略、预防性维修计划，提高产品的可靠性和维修效率。
2.3 加速寿命试验（ALT）加速寿命试验是一种常用的可靠性验证方法，通过对产品在加速条件下的寿命试验，推断其在正常使用条件下的可靠性性能。
ALT模型可以帮助评估产品的可靠性指标，优化产品设计和制造工艺，提前发现潜在问题。
2.4 保障时间分析（MTA）保障时间分析是一种常用的系统可靠性分析方法，通过识别系统各个组成部件的失效模式和失效率，计算出系统的平均无故障时间（MTBF）、平均修复时间（MTTR）等指标。
机械可靠性设计的基本方法及其指标体系
机械可靠性设计太原理工大学机械工程学院主讲：刘混举机械可靠性设计第2讲机械可靠性设计的基本方法及其指标体系2.1可靠性基本概念⏹可靠性的概念及基本思想可靠性的经典定义：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。
⏹可靠性的基本思想任何参数均为多值的，且呈一定分布。
安全系数大的设备或产品不一定是百分之百的安全。
2.2可靠性定义可靠性的概念可靠性的经典定义：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。
产品：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、部件，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。
规定条件：一般指的是使用条件,环境条件。
包括应力温度、湿度、尘砂、腐蚀等，也包括操作技术、维修方法等条件。
规定时间：是可靠性区别于产品其他质量属性的重要特征，一般也可认为可靠性是产品功能在时间上的稳定程度。
规定功能：道德要明确具体产品的功能是什么，怎样才算是完成规定功能。
产品丧失规定功能称为失效，对可修复产品通常也称为故障。
可靠性的类型可靠性可分为固有可靠性和使用可靠性⏹固有可靠性是通过设计、制造赋予产品的可靠性；⏹使用可靠性既受设计、制造的影响，又受使用条件的影响。
一般使用可靠性总低于固有可靠性。
可靠性的类型及影响因素2.3可靠性特征量(可靠性指标)⏹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，一般记为R。
它是时间的函数，故也记为R（t）,称为可靠度函数。
⏹1）可靠度如果用随机变量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）如右图所示，若用t表示某一指定时刻，则该产品在该时刻的可靠度。
对于不可修复的产品，可靠度的观测值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区间开始时投入工作产品数之比，即:2）可靠寿命可靠寿命是给定的可靠度所对应的时间，一般记为t（R）一般可靠度随着工作时间t的增大而下降，对给定的不同R，则有不同的t（R），即t（R）=R-1（R）式中R-1——R的反函数，即由R（t）=R反求t4）平均寿命⏹平均寿命：平均寿命是寿命的平均值，对不可修复产品常用失效前平均时间，一般记为MTTP ，对可修复产品则常用平均无故障工作时间，一般记为MTBF 。
可靠性基本概念与参数体系
显然，以下关系成立：
R(t)F(t)1
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14
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：
取值范围 单调性 对偶性
R (t )
[0，1] 非增函数
1 F(t)
F (t)
[0，1] 非减函数
1 R(t)
2019/10/22
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首翻期、翻修间隔期和使用寿命
λ(t)
首次翻修期
翻修间隔期
规定 A 的故 障率
B λ(=1/MTBF)
使用寿命
t
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可靠性参数体系
可靠性参数是描述系统可靠性的度量。它直接与战备完好、 任务成功、维修人力和保障资源有关。
可靠性指标是可靠性参数要求的量值。
4
可靠性基本概念
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
11%
E 15% F 66%
?
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故障率与可靠度、故障密度函数的关系
(t)d(tr ) d(tr ) N 0(t)f(t)
N s(t)dtN 0(t)dtN s(t) R (t)
由于 f (t) dR(t)
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。
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。
可靠性基本概念与参数体系
可靠性参数的评估方法分类
基于概率的方法：如概率密度函数、 概率分布函数等
基于实验的方法：如可靠性实验、 加速寿命试验等
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
基于统计的方法：如统计分析、统 计推断等
基于仿真的方法：如计算机仿真、 数学模型仿真等
可靠性参数的评估步骤
确定评估目 标：明确需 要评估的可 靠性参数如 MTBF、 MTTR等。
维护阶段：通过可靠性参数制 定维护计划延长产品使用寿命
可靠性参数在产品维修中的应用
预测维修周期：通过可靠性参数预测产品的维修周期合理安排维修计划 评估维修成本：根据可靠性参数评估维修成本优化维修方案 确定维修策略：根据可靠性参数确定维修策略如预防性维修、预测性维修等 提高维修效率：通过可靠性参数提高维修效率减少停机时间提高生产效率
可靠性基本概念
可靠性的定义
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
包括产品的可靠性、 可用性、可维护性 和安全性等方面
衡量产品可靠性的 指标有MTBF（平 均无故障时间）、 MTTR（平均修复 时间）等
提高产品可靠性是 提高产品质量和竞 争力的重要手段
可靠性的重要性
确保产品或系统 的安全性和稳定 性
安全参数：如数据安全、网络安全、系统 安全等
经济参数：如成本、收益、投资回报率等
社会参数：如用户满意度、社会影响等
可靠性参数的选取原则
相关性：参数应与产品的可靠性密切相关 独立性：参数之间应相互独立避免重复计算 可测量性：参数应易于测量和量化 稳定性：参数应具有稳定性不易受外界因素影响 实用性：参数应具有实际应用价值能够指导产品设计和改进 综合性：参数应能够综合反映产品的整体可靠性水平
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)
可靠性参数体系
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2.2 可靠性主要指标
衡量产品可靠性的指标很多，各指标之间 有着密切联系，其中主要有：
可靠度函数R(t)； 累计故障分布函数F(t)； 故障密度函数f(t)； 故障率函数λ(t)。
北京交通大学·电子信息工程学院·刘中田
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2.2 可靠性主要指标（续）
可靠度函数R(t) 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。表示为：
北京交通大学·电子信息工程学院·刘中田
12
2.1 概述－可靠性基本概念
基本可靠性和任务可靠性区别
基本可靠性反映了产品对维修人力费用和 后勤保障资源的需求。确定基本可靠性指 标时应统计产品的所有寿命单位和所有的 故障。
任务可靠性是产品在规定的任务剖面中完 成规定功能的能力。确定任务可靠性指标 时仅考虑在任务期间那些影响任务完成的 故障(即致命性故障)。
tij —— 第i个产品的第j-1次故障到第j次故障的工作时 间
北京交通大学·电子信息工程学院·刘中田
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2.2 可靠性主要指标（续）
平均寿命估计要注意以下三点：
从整批产品中抽取样品要随机化，即整批产 品中每一个产品都可以同等的概率被抽到， 保证代表性，避免人为因素。
样品抽多少合适，需要从数量、经济和试验 设备等考虑：
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2.1 概述－可靠性基本概念
基本可靠性 产品在规定的条件下，无故障的持续时间 或概率。
在没有后勤保障情况下系统工作能力的度 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 通常等于或低于任务可靠性
北京交通大学·电子信息工程学院·刘中田
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2.1 概述－可靠性基本概念
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 系统完成任务能力的度量 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
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2009-9-28 Conceptions & Parameters of Reliability 10
寿命剖面内的事件
采 购
包 装
运 输
贮 存 检 测
运 输
发 送
使 用 贮 存 检 测
0 t
t
∞
R(t ) 、 F (t ) 与 f (t ) 之间的关系如图所示：
f ( t )
f ( t )
R(to) F(to)
to
图 R(t)、F(t)与f(t)关系
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t
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可靠性定量参数——故障率函数 工作到某时刻尚未故障的产品，在该时刻后单 位时间内发生故障的概率，称之为产品的故 障率。用数学符号表示为 dr (t ) λ (t ) = N s (t )dt 式中：
可靠性基本概念——寿命剖面
产品从制造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。
说明了产品在整个寿命期所经历的事件（如装卸、 运输、贮存、检测、维修、部署、执行任务等）以 及每个事件的顺序、持续时间、环境和工作方式。 包含一个或多个任务剖面。
寿命剖面、任务剖面在产品指标论证时就 应提出。
寿命剖面
寿命剖面对建立系统可靠性要求是必不可少 的。 一般装备大部分时间处于非任务状态，在非任 务期间由于装卸、运输、贮存、检测所产生的 长时间应力也会严重影响产品的可靠性。因 此，必须把寿命剖面中非任务期间的特殊状况 转化为设计要求。
表 2-1 任务与非任务时间比较
产品 某导弹电子设备 某飞机电子设备 寿命（年） 10~12 15 任务时间（小时） 30 4000 非任务时间（%） 99.97 96.87
运 输
任 务 剖 面
运 输
维 修
运 输
报 废
后勤阶段
使用阶段
图2-1
寿命剖面内的事件
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寿命剖面示例
生产 生产 阶段 阶段 运 输 运 输 后 勤 阶 段 后 勤 阶 段 储存/后勤阶段 储存/后勤阶段 准备阶段 准备阶段 主 主 动 动 段 段 发射段 发射段 使用阶段 使用阶段 任务阶段 任务阶段 惯性飞行段 惯性飞行段
故障率函数的工程计算
可按下式进行故障率的工程计算： Δr (t ) λ (t ) = N s (t )Δt
式中：
Δt ——所取时间间隔； Δr (t ) —— t 时刻后， Δt 时间内故障的产品数； N s (t ) ——残存产品数，即到 t 时刻尚未故障的产品数，
N s (t ) = N 0 r(t ) 。
可靠性基本概念——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。 规定条件：包括使用时的环境条件和工作条件。 规定时间：指产品规定了的任务时间。
时间单位： 期：年、月、日、时、分、秒…… 频：工作次数（继电器）、循环次数（发动机）…… 另：行使里程（车辆）……
要确定产品规定的环境条件和规定的任务时间，必须对产品的寿命剖面 和任务剖面进行分析研究。
可靠性定量参数——累积故障分布函数
产品在规定的条件下和规定的时间内，丧失规定功能的 概率称为累积故障概率（又叫不可靠度）。
F (t ) = P (ξ ≤ t )
工程上（以频率代概率）： r (t ) F (t ) = N0
R (t ) + F (t ) = 1
以上关系式均建立在两态性假设之上 ——仅考虑正常、故障2种状态
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故障及其分类(按其后果分) 致命性故障
使产品不能完成规定任务或可能导致人或物 重大损失的故障或故障组合。 影响任务的完成。
非致命性故障
不影响产品完成规定任务，不会导致人或物 重大损失的故障或故障组合。 不影响任务的完成，但会导致非计划的维 修和保障需求。
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故障及其分类(按其统计特性分) 独立故障
不是由另一产品故障引起的故障。
从属故障
由其他产品故障引起的故障。
在进行产品的故障次数统计时，只统计产品 本身的独立故障。
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可靠性定量参数——故障密度函数
由累积故障分布函数工程化表达式推导得出：
F (t) = =
令
r(t) N 0 1 dr ( t ) dt N 0 dt
∫
0
t
1 dr (t ) f (t ) = N 0 dt
书中（P.12）多“dt”
则有：
F (t) =
∫
0
t
f ( t ) dt
其中 f(t) 称为故障密度函数。
高 度 （ 公 里 ）
36o C 14 min 24s 30o C 10 20 min16s
41o C 20 min 16s 24o C 20 min 23s
温 度 （ ）
C
-20 -40 12 Ma=0.673 15min Ma=0.582 300m 19min48s 9150m 6
Ma=0.69 14min30s Ma=0.584 14000m 22min36s 1200m
dF ( t ) dR ( t ) f (t ) = = dt dt
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可靠度函数与累积故障分布函数的性质
由密度函数的性质 ∫0 f (t )dt = 1 可知：
∞
R(t ) = 1 F (t ) = 1 ∫ f (t )dt = ∫ f (t )dt
工作准 工作准 备阶段 备阶段
发射 发射 阶段 阶段
飞行阶段 飞行阶段 命中 命中 目标 目标
导弹处 调整 导弹处 发射后第 调整 于战斗 发射后第 状态 于战斗 一个动作 一个动作 状态 位置 位置
某导弹的寿命剖面
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可靠性基本概念与参数体系
Introduction to Conceptions & Parameters of Reliability
北京航空航天大学工程系统工程系
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Conceptions & Parameters of Reliability
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可靠性基本概念和参数体系
可靠性基本概念
失调型
如间隙不当、行程不当、压力不当等
堵塞或渗漏型
如堵塞、漏油、漏气等
功能型
如性能不稳定、性能下降、功能不正常等
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故障及其分类（按其规律分）
偶然故障
由于偶然因素引起的故障，只能通过概率统计方法来预测。 偶然故障的发生概率是由产品本身的材料、工艺、设计所决定 的。
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Conceptions & Parameters of Reliability
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可靠性基本概念——任务剖面
产品在完成规定任务这段 时间内所经历的事件和环 境的时序描述。 一般应包括：
产品的工作状态； 维修方案； 产品工作的时间与顺序； 产品所处的环境（外加的 与 诱发的）的时间与顺序； 任务成功或致命故障的定义。
渐变故障
通过事前的检测或监测可以预测到的故障。 由产品的规定性能随使用时间（循环、次数等）增加而逐渐衰 退而引起。 电子产品：漂移故障 预防为主：掌握故障发展规律，预防故障的发生。
必然故障
例如设计错误、材料选错、工艺不当、生产条件恶化等将导致 整批产品出现故障，即这种故障具有必然性。
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t（年） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 0 1 2 3 4 7 13 23 37 52 68 82 90 94 97 98 99 100
r (t ) ×1000（个）
Δr (t ) ×1000（个）
0 1 1 1 1 3 6 10 14 15 16 14 8 4 3 1 1 1 /
规定功能：指产品规定了的必须具备的功能及其技术指标。
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可靠性基本概念——故障及其分类（术语） 故障定义
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，称之为故障。 ——产品丧失了规定的功能。 不可修产品（如电子元器件）：失效
时间（分钟） 图 飞机投放炸弹事件的任务剖面示例
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可靠性定量参数——可靠度
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。 R (t ) = P (ξ > t )
ξ——产品故障前的工作时间；
故障模式
故障的表现形式。 例：机械产品故障模式类型
故障机理