可靠性概念
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
可靠性的基本概念知识
可靠性的基本概念知识一、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称为可靠性。
可靠性的概率度量称为可靠度。
这里的产品指的是新版ISO)9000中定义的硬件和流程性材料等有形产品以及软件等无形产品。
它可以大到一个系统或设备，也可以小至一个零件。
产品终止规定功能就称为失效，也称为故障。
产品按从发生失效后是否可以通过维修恢复到规定功能状态，可分为可修复产品和不可修复产品。
如汽车属于可修复产品，日光灯管属不可修复产品。
习惯上，终止规定功能，对可修复产品称为故障，对不可修复产品称为失效。
可靠性定义中的“三个规定”是理解可靠性概念的核心。
“规定条件”包括使用时的环境条件和工作条件。
产品的可靠性和它所处的条件关系极为密切，同一产品在不同条件下工作表现出不同的可靠性水平。
一辆汽车在水泥路面上行驶和在砂石路上行驶同样里程，显然后者故障会多于前者，也就是说使用环境条件越恶劣，产品可靠性越低。
“规定时间”和产品可靠性关系也极为密切。
可靠性定义中的时间是广义的，除时间外，还可以是里程、次数等。
同一辆汽车行驶1万公里时发生故障的可能性肯定比行驶1千公里时发生故障的可能性大。
也就是说，工作时间越长，可靠性越低，产品的可靠性和时间的关系呈递减函数关系。
“规定的功能”指的是产品规格书中给出的正常工作的性能指标。
衡量一个产品可靠性水平时一定要给出故障(失效)判据，比如电视机图像的清晰度低于多少线就判为故障要明确定义，否则会引起争议。
因此，在规定产品可靠性指标要求时一定要对规定条件、规定时间和规定功能给予详细具体的说明。
如果这些规定不明确，仅给出产品可靠度要求是无法验证的。
产品的可靠性可分为固有可靠性和使用可靠性。
固有可靠性是产品在设计、制造中赋予的，是产品的一种固有特性，也是产品的开发者可以控制的。
而使用可靠性则是产品在实际使用过程中表现出的一种性能的保持能力的特性，它除了考虑固有可靠性的影响因素之外，还要考虑产品安装、操作使用和维修保障等方面因素的影响。
第二章 可靠性基本概念
式中 (t) ——故障率； n(t)——t 时刻后，t 时间内故障的产品数；
Nn(t)—残存产品数，即到t时刻尚未故障的产品数。
失Hale Waihona Puke 率问题• 失效率是概率值么？ • 失效率有量纲么？ • 失效率和失效密度之间有什么关系？
失效率的单位
对于低故障率的元部件常以 109 /h 为故障率的单位，称之为菲 特（Fit）。
命。
• 解：由题意知：N＝100，n(1000)=5,
t 2 h , 0 n ( 1 0 ) 0 1 , T 0 1 6 h 0 0
根据前面公式： R(100)0950.95 F(100)0 5 0.05
100
100
f(10) 001 515 0/h (10 )01 0 5.2 6 1 50 /h
– 为了保持产品的可靠性而采取的措施 – 实际的维修工作，包括检查、修理、调整和更
换零部件等
可靠性与经济性的关系
• 经济性
– 主要指研制产品的投资费用 – 可靠性越高，投资费用越高 – 可靠性越高，维修费用和停工损
失越少 – 考虑成本的极小值
可靠性指标
可靠性指标：衡量可靠性的定量化尺度，也是描绘产品可 靠性特性的参数
能的事件或状态，称之为故障。
故障的表现形式，叫做故障模式。 引起故障的物理化学变化等内在原因，叫做故障机理。
• 不可修产品（如电子元器件）：失效
• 产品的故障按其故障的规律可以分为两大类：
–偶然故障 –渐变故障
可靠度及可靠度函数
• 可靠度R(t)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。依定义可知，可靠度 函数R(t)为：R(t)到t时试 刻验 仍的 在产 正品 品 常总 工 数 N数 作 Nn(的 t)
第二章 可靠性基本概念
n(t) — 在0到t时刻的工作时间内，产品的累计故障数。
例：有50个在恒定载荷条件下运行的零件，运行记 录如表所示，求这批零件在100小时，400小时时 的可靠度。
寿命方差和寿命标准差
• 平均寿命只能够说明一批产品寿命的平均水平， 而寿命方差和标准差反映产品寿命的离散程度
n 1 2 ( t ) i n 1 i 1
可靠寿命、中位寿命和特征寿命
• 由可靠度反求相应的工作寿命(时间) – 可靠寿命
• 指可靠度等于给定值r时产品的寿命
– 中位寿命
– 取决于设计技术、制造技术、零部件材料和结构等
– 产品的开发者可以控制
• 使用可靠性
– 产品在实际使用过程中表现出的可靠性
– 包括使用维修方法、操作人员的技术水平等 – 除固有可靠性的影响因素外，还要考虑安装、操作使用、维修保 障等方面因素的影响
可靠性基本概念—维修性
• 维修性
– 在规定条件下使用的产品，在规定时间内，按 规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到 完成功能的能力
• r=50%时产品的可靠度寿命
– 特征寿命 1 r e 0.368时的可靠寿命 •
可靠性指标间的关系
例子2
• 已知某产品的失效率为常数， (t ) 0.25 10 4 / h 可靠度函数 R(t ) e t ，求可靠度为99%的可 靠寿命，以及中位寿命和特征寿命 • 解：对可靠度函数两边去对数，即
• 有时也用与其相当的“动作次数”、“转数”、 “距离”等的倒数
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
可靠性相关概念
可靠性相关概念一、什么是可靠性？可靠性的定义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。
“三个规定”是理解可靠性概念的核心。
二、可靠性的分类固有可靠性：产品在设制造中赋予的可靠性。
使用可靠性：产品在使用中表现出的一种能力特性，它与固有可靠性、安装、操作、维修等有关。
基本可靠性：产品在规定条件下无故障的持续时间或概率。
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。
三、与可靠性有关的因素故障：产品不能或将不能完成规定功能的事件或状态称为故障。
故障分类：按故障规律分：偶然故障和耗损故障。
按故障后果分：致命性故障和非致命性故障；按故障统计规律分：独立故障和从属故障。
维修性：产品在规定条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复规定状态的能力。
可用性：产品在规定的条件下和规定时间内，处于可执行规定功能状态的能力。
可靠性是从延长其政常工作时间来提高产品可用性，而维修性是从缩短其停机时间来提高可用性。
平均无故障工作时间（MTBF）；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。
同时也规定产品在总的使用阶段累计工作时间与故障次数的比值为MTBF。
四、可靠性与产品质量的关系产品质量是产品的一组固有特性满足顾客和其他相关方要求的能力。
顾客购买产品时对产品一组固有特性的要求是多方面的，其中包括性能特性、专门特性、时间性、适应性等。
性能特性用性能指标表示，时间性指的是产品的开发和供应者能否及时提供给顾客需要的产品，也就是产品的交货期，这也是顾客能直观地做出决策的。
产品适应性也是顾客可以直观得出结论的。
在质量特性中唯独是顾客最关心，但也是顾客难于直观判断的。
所谓专门特性包括可靠性、维修性和保障性等。
总之，产品可靠性是产品性能随时间的保持能力，换名话说，要长时间的保持性能就是不要出故障，不出故障或出了故障能很快维修是产品很重要的质量特性。
失效率（故障率）：是指某产品（零部件）工作到时间之后，在单位时间内发生失效的概率。
可靠性的经典定义
可靠性的经典定义可靠性作为一个重要的概念，被广泛应用在不同领域的工程和科学研究中。
它通常用于描述一个系统、设备或过程在特定条件下能够保持正常运行的能力。
可靠性的经典定义是指一个系统在规定时间内以预定的概率正常运行的程度。
在工程学中，可靠性常用于评估各种设备、构件或系统在特定环境中的稳定性和信赖性。
它可以通过多种方式度量，例如平均无故障时间（MTBF）、失效率（Failure Rate）、失效间隔时间（MTTF）等。
这些指标提供了评估系统可靠性的定量指标，帮助工程师预测设备的寿命和性能。
可靠性的经典定义涉及两个重要的概念：时间和概率。
时间是指系统正常运行的时间，可以是小时、天、月或年。
概率是指系统在规定时间内以预定的概率正常运行的可能性。
这意味着可靠性是一个在特定时间范围内的概念，它描述了系统在该时间范围内的性能和可信度。
一种常用的方式是使用失效率来度量可靠性。
失效率是指单位时间内系统失效的概率。
它通常用每百万小时（Mh）的单位表示。
失效率的计算可以基于系统失效的历史数据，或通过实验和测试来估计。
在实际应用中，可靠性的经典定义对于工程师和决策者来说是非常重要的。
它可以帮助工程师确定系统的设计参数和要求，预测设备的寿命和可用性。
对于决策者来说，可靠性的评估可以帮助他们选择最可靠的系统，并制定风险管理和维护计划。
总的来说，可靠性的经典定义是一个描述系统在规定时间内以预定的概率正常运行的概念。
它涉及到时间和概率这两个重要的概念，并可以通过各种度量指标来评估和衡量。
对于工程和科学研究领域来说，可靠性的经典定义是一个重要的参考指标，它对于设备设计、性能评估和决策制定都有着深远的影响。
可靠性的概念
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。
在具体使用“产品”这一词时，其确切含义应加以说明。
例如汽车板簧、汽车发动机、汽车整车等。
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。
因此以数学形式表示的可靠性各特征量都是时间的函数。
这里的时间概念不限于一般的年、月、日、分、秒，也可以是与时间成比例的次数、距离。
例如应力循环次数、汽车行驶里程。
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。
怎样才算是失效或故障，有时很容易判定，但更多情况则很难判定。
当产品指的是某个螺丛，显然螺栓断裂就是失效；当产品指的是某个设备，对某个零件损坏而该设备仍能完成规定功能就不能算失效或故障，有时虽有某些零件损坏或松脱，但在规定的短时间内可容易地修复也可不算是失效或故障。
若产品指的是某个具有性能指标要求的机器，当性能下降到规定的指标后，虽然仍能继续运转，但已应算是失效或故障。
究竟怎样算是失效或故障，有时要涉及厂商与用户不同看法的协商，有时要涉及当时的技术水平和经济政策等而作出合理的规定。
能力：只是定性的理解是比较抽象的，为了衡量检验，后面将加以定量描述。
产品的失效或故障均具有偶然性，一个产品在某段时间内的工作情况并不很好地反映该产品可靠性的高低，而应该观察大量该种产品的工作情况并进行合理的处理后才能正确的反映该产品的可靠性，因此对能力的定量需用概率和数理统计的方法。
按产品可靠性的形成，可靠性可分为固有可靠性和使用可靠性。
可靠性的概念
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。
在具体使用“产品”这一词时，其确切含义应加以说明。
例如汽车板簧、汽车发动机、汽车整车等。
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。
因此以数学形式表示的可靠性各特征量都是时间的函数。
这里的时间概念不限于一般的年、月、日、分、秒，也可以是与时间成比例的次数、距离。
例如应力循环次数、汽车行驶里程。
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。
怎样才算是失效或故障，有时很容易判定，但更多情况则很难判定。
当产品指的是某个螺丛，显然螺栓断裂就是失效；当产品指的是某个设备，对某个零件损坏而该设备仍能完成规定功能就不能算失效或故障，有时虽有某些零件损坏或松脱，但在规定的短时间内可容易地修复也可不算是失效或故障。
若产品指的是某个具有性能指标要求的机器，当性能下降到规定的指标后，虽然仍能继续运转，但已应算是失效或故障。
究竟怎样算是失效或故障，有时要涉及厂商与用户不同看法的协商，有时要涉及当时的技术水平和经济政策等而作出合理的规定。
能力：只是定性的理解是比较抽象的，为了衡量检验，后面将加以定量描述。
产品的失效或故障均具有偶然性，一个产品在某段时间内的工作情况并不很好地反映该产品可靠性的高低，而应该观察大量该种产品的工作情况并进行合理的处理后才能正确的反映该产品的可靠性，因此对能力的定量需用概率和数理统计的方法。
按产品可靠性的形成，可靠性可分为固有可靠性和使用可靠性。
可靠性定义
一、可靠性定义产品的可靠性是指：产品在规定的条件下、在规定的时间内完成规定的功能的能力。
从定义本身来说，它是产品的一种能力，这是一个很抽象的概念；我们可以用个例子（100个学生即将参加考试）来理解这个定义，可靠性就是指：100个学生的考分的平均是多少？对这个平均分的准确性有多大把握？分数越高、把握越大，可靠性就越高。
我国的可靠性工作起步较晚，20世纪70年代才开始在电子工业和航空工业中初步形成可靠性研究体系，并将其应用于军工产品。
其他行业可靠性工作起步更晚，差距更大，与先进国家差距20～30年，虽然国家已制订可靠性标准，但尚未引起所有企业的足够重视。
对产品而言，可靠性越高就越好。
可靠性高的产品，可以长时间正常工作（这正是所有消费者需要得到的）；从专业术语上来说，就是产品的可靠性越高，产品可以无故障工作的时间就越长。
二、可靠性的重要性调查结果显示（如某公司市场部2001年调查记录）：“对可靠性的重视度，与地区的经济发达程度成正比”。
例如，英国电讯（BT）关于可靠性管理/指标要求有产品寿命、MTBF报告、可靠性框图、失效树分析（FTA）、可靠性测试计划和测试报告等；泰国只有MTBF和MTTF的要求；而厄瓜多尔则未提到，只是提出环境适应性和安全性的要求。
产品的可靠性很重要，它不仅影响生产公司的前途，而且影响到使用者的安全（前苏联的“联盟11号”宇宙飞船返回时，因压力阀门提前打开而造成三名宇航员全部死亡）。
可靠性好的产品，不但可以减少公司的维修费用，而且可以很快就打出品牌，大幅度提升公司形象，增加公司收入。
随着市场经济的发展，竞争日趋激烈，人们不仅要求产品物美价廉，而且十分重视产品的可靠性和安全性。
日本的汽车、家用电器等产品，虽然在性能、价格方面与我国彼此相仿，却能占领美国以及国际市场。
主要的原因就是日本的产品可靠性胜过我国一筹。
美国的康明斯、卡勃彼特柴油机，大修期为12000小时，而我国柴油机不过1000小时，有的甚至几十小时、几百小时就出现故障。
可靠性的名词解释
可靠性的名词解释在现代社会，我们经常会遇到有关可靠性的讨论，尤其是在科技、工程和商业等领域。
但是，可靠性这个词往往在使用过程中缺乏清晰的定义。
本文将通过对可靠性的名词解释，探讨其内涵、应用和对我们社会的意义。
一、可靠性的定义可靠性可以被定义为一项系统、设备、过程或人的特质，即其在给定条件下连续有效运行的能力。
要理解可靠性的含义，我们可以将其拆解为两个关键概念：连续有效运行和给定条件。
首先，连续有效运行意味着系统、设备、过程或人能够在所要求的时间范围内正常运行，不受到无法预测的中断或故障的干扰。
无论是一个生产线、一个网络服务器还是一个人工智能算法，所有这些都需要连续有效运行以实现其预期的功能。
其次，给定条件表示可靠性的依赖性。
每个系统或设备在操作时都有它们运行的特定条件。
例如，一个交通信号灯只有在通电的情况下才能正常工作。
这里的给定条件可以包括供电、温度、湿度等环境因素以及系统操作设定等。
二、可靠性的应用可靠性的概念广泛应用于各个领域，如科技、工程、制造、军事、航空航天和医疗保健等。
在科技领域，可靠性是衡量电子设备或计算机系统是否稳定和持久运行的关键指标。
例如，一台可靠的计算机服务器需要在长时间运行中保持稳定的性能和网络连接，以避免在关键时刻导致数据丢失或服务中断。
在制造业中，可靠性也被广泛应用于产品设计和生产过程中。
制造商需要确保他们的产品在正常使用条件下能够稳定运行并达到设计寿命。
一项可靠性高的产品不仅能够提高用户的满意度，还可以减少售后问题和维修成本。
在军事领域，可靠性是确保武器系统、通信设备和战术指挥能够在恶劣环境和极端条件下正常运作的重要因素。
在战场上，对于军事装备和作战计划的可靠性要求至关重要，使军队能够有效执行任务并保护国家安全。
在医疗保健领域，可靠性对于医疗设备和医疗流程的正常运行至关重要。
可靠的医疗设备和流程可以确保患者得到准确而安全的诊断和治疗，从而提高医疗质量和患者的生命质量。
可靠性基本概念及其度量
24 C 20 min 23s
高度（公里）
12
Ma=0.673 6 15min Ma=0.582
300m 19min48s 9150m
Ma=0.69 14min30s
14000m
Ma=0.584 22min36s
1200m
时间（分钟） 飞机投放炸弹事件的任务剖面示例
2.3可靠性函数
1.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
(t) lim n(t t) n(t) lim n(t)
N (N n(t))t N (N n(t))t
t 0
t 0
ˆ(t) n(t)
(N n(t))t
2.3可靠性函数
• 4 故障率
• 失效率λ(t)是一个非常重要的特征量，它的单位通常用时 间的倒数表示。但对目前具有高可靠性的产品来说，就需 要采用更小的单位来作为失效率的基本单位，因此失效率 的 基 本 单 位 用 菲 特 (Fit) 来 定 义 ， 1 菲 特 =10-9/h=10-6 /1000h，它的意义是每1000个产品工作106 h，只有一 个失效。
F(t) 0 f (t)dt
单位时间内产品寿命 在t到t+Δt的产品数占 总产品数的百分比。
2.3可靠性函数
• 4 故障率 工作到t时刻尚未失效的产品，在该时刻t后的单位时
间内发生失效的概率，称之为产品的故障率。 设t=0时有N个产品正常工作，到t时刻有N-n(t)个产品
正常工作，至t+△t时刻，有N-n(t+△t)个产品正常工作
第2 章 可靠性基本概念及其度量
2.1可靠性的概念
• 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。
可靠性概论
= 10 /110 = 9.09％
= 53 /110 = 48.18％
35
1.2 可靠性特征量
三、失效概率密度 f（t）
1、失效概率密度——是累积失效概率对时 间的变化率，记作f（t）。它表示产品寿命落在 包含t的单位时间内的概率，即产品在单位时间 内失效的概率。 其表示式为:
dF (t ) f (t ) F (t ) dt
（3）规定的时间，是指产品的工作时间，也称任务时间。
例 如 ， 某 种 家 电 ， 规 定 90% 设 备 无 故 障 工 作 时 间 为
15000h，那么在15000h之内，这一批产品绝大部分不会发
生故障；但超过15000h，则不能保证完好工作的百分比。 规定时间的单位可以是分、秒、小时、天、月、年， 也可以是周期、次数、里程等。如继电器等用触点开关的 次数表示。
包括了狭义可靠性和维修性两个方面的内容。
维修性: 是指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，保持或恢复到能完成规定功 能的能力。
11
1.1 可靠性基本概念
广义可靠性实质上就是产品的有效性。
有效性（也称有用性）是指可维修产品在某时刻具
有或保持规定功能的能力。
实际上，有效性是将一个可维修产品的可靠性和维 修性有机地结合起来，用一个统一的尺度来评价产品在 全部使用过程中能有效工作的程度和比率。 它表示产品 正常工作的能力。
国家标准《可靠性、维修性术语》（GB 3187—1994）
把可靠性定义为：
产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的 能力（或概率）。
4
1.1 可靠性基本概念
（ 1 ）产品，是指可以单独研究、分别试验的任何部件、组
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第一部分产品可靠性基本概念编讲杨志飞1 质量定义为了某个目的而进行的单项具体工作叫“活动”。
活动需要“资源”，资源包括人员、设施、设备、技术、资金和时间。
将输入转化为输出的一组关联的资源和活动称“过程”。
产品：ISO 9000定义为“活动或过程的结果”。
产品可包括：硬件、流程性材料、软件、服务或它们的组合；产品可以是有形的(如组件或流程性材料)，也可以是无形的(如知识或概念)或是它们的组合；产品可以是预期的(如提供给客户的)或非预期的(如污染物或不愿有的后果)。
(国内曾经把产品定义为：是指任何元器件、零部件、组件、设备、分系统或系统，可以指硬件、软件或者两者的结合。
)硬件，是有形的、不连续的、具有特定形状的产品，通常由制造的、建造的和装配的零件、部件或(和)组件组成。
流程性材料，是由固体、气体、液体或由它们的组合所组成，经转换形成的产品(最终产品或中间产品），通常由管道、桶、袋、罐或以卷的形式交付。
软件，是通过支持媒体表达的信息所构成的一种智力创作。
服务，是为满足顾客的需要，供方和顾客之间接触的活动以及供方内部活动产生的结果。
整机：是指产品的部分内涵，即产品中设备以上的部分。
系统：能够完成某项工作任务的设备、人员及技术的组合。
一个完整的系统应包括在规定的工作环境下，使系统的工作和保障可以达到自给所需的一切设备、有关的设施、器材、软件、服务和人员。
分系统：在系统中执行一种使用功能的组成部分。
如数据处理分系统、制导分系统等。
请注意：组件多数可以看作整机，有时也当作元器件，在高度集成的器件中，往往包含了整机的模块，现代的部件往往也做成组件。
因此很难划清它们的界线。
实体，是可以单独描述和考虑的事物，可以是某项活动和过程、某个产品、某个组织、体系或人或他们的任何组合。
特性，是帮助识别和区分各类实体的一种属性。
属性包括物理、化学、外观功能或其它可识别的性质。
其描述的量叫“特性参数”。
反映实体满足规定和潜在需要能力的特性之和叫“质量”。
潜在需要是用户未在合同或定单中明确提出但实质上有的需要。
质量是实体的一项最重要的特性，包括：性能、适用性、可信性、安全性、环境、经济性、美学。
可信性，是描述可用性和它的影响因素包括可靠性、维修性、维修保障性的集合性术语。
2故障定义产品终止最终完成规定功能的能力的事件称“失效”。
产品不能执行规定功能的状态叫“故障”。
丧失功能的准则叫故障判据。
相对于给定的规定功能，有故障的产品的一种状态叫“故障模式”。
形成故障的物理、化学(可能还有生物)变化等内在原因称为“故障机理”。
产品在规定的条件下使用，由于其本身固有的弱点而引起的失效，称为“本质故障”，不按规定条件使用产品而引起的失效称为“误用故障”。
产品设计应包括减少误用故障的设计过程。
产品由于制造上的缺陷等原因而发生的故障称为“早期故障”；而由于偶然因素发生的故障称为“偶然故障”，一般在事前不能测试或监控，属于“突然故障”。
产品由于老化、磨损、损耗或疲劳等原因引起的故障称为“耗损故障”。
通过事前的测试或监控可以预测到的故障称为“渐变故障”。
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叫“致命性故障”。
3 可靠性概念可靠性：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。
可靠性的概率度量叫可靠度。
寿命是指产品使用的持续期。
以“寿命单位”度量。
在规定的条件下和在规定的时间内，产品故障的总数与寿命单位总数之比称为“故障率”(λ)。
故障率λ是可靠性基本参数，其倒数为平均故障间隔时间(MTBF)。
可靠性分为固有可靠性和使用可靠性。
固有可靠性用于描述产品的设计和制造的可靠性水平，使用可靠性综合考虑了产品设计、制造、安装环境、维修策略和修理等因素。
从设计的角度出发，把可靠性分为基本可靠性和任务可靠性，前者考虑包括与维修和供应有关的可靠性，用平均故障间隔时间(MTBF)表示；后者仅考虑造成任务失败的故障影响，用任务可靠度(MR)和致命性故障间隔任务时间(MTBCF)表示。
对多数企业主要关心产品的固有可靠性和基本可靠性。
对可修产品用平均故障间隔时间表示，对不可修产品用平均失效率表示，对一次性使用产品用平均寿命表示。
4维修性为保持或恢复产品处于能执行规定功能的状态所进行的所有技术和管理，包括监督的活动叫“维修”。
在规定的条件下，按规定的程序和手段实施维修时，产品在规定的使用条件下保持或恢复能执行规定功能状态的能力叫“维修性”。
维修性的概率度量称“维修度”。
根据维修工作的需要，产品被划分成的级叫“维修约定级”。
在一个具体的维修约定级上的维修活动的安排叫“维修等级”。
平均修复时间（MTTR）估计值的度量方法为：在规定的条件下和规定的时间内，产品在某一规定的维修等级上，总修复性维修时间与在该级别上被修复产品的故障总数之比。
5可用性现代质量管理体系对可靠性的要求日益提高，发展成用户最关心的“可用性”的概念，其定义是：设备在任一随机时刻需要和开始执行任务时，处于可工作或可使用状态的程度。
通常用可用度(A)表示，它把可靠性、维修性、测试性、保障性等等产品的设计特性综合成为用户所关心的使用参数。
可用性的概率度量叫“可用度”。
固有可用度AI ＝TBF/(TBF+MCT)其中：TBF 为平均故障间隔时间(小时), MCT为平均修复时间(小时)。
使用可用性A=累计工作时间/（累计工作时间+累计不能工作时间）累计不能工作时间包括累计直接维修时间和累计维修保障延误时间MLDT。
故：A=MTBF/（MTBF+MTTR+MLDT）6保障性系统设计特性和计划的保障资源能满足平时完好性和工作使用要求的能力叫“保障性”。
7 可靠性的经典语言可靠性是产品质量的内涵，是产品技术性能的时间表征。
因此它是一种统计量，不能用仪表去计量产品的可靠性量值，而应通过对时间统计结果进行处理后才能获得可靠性定量值。
可见，不同产品的可靠性数据有着不同的分布规律，如电子产品多数符合指数分布规律，即著名的“浴盆曲线”。
产品可靠性是全寿命周期的指标，是由设计决定的，即首先要有良好的设计，还要有良好的元器件(材料)、良好的工艺、良好的维护保养。
用形象的语言来表达就是：产品可靠性是设计出来的(“优生”)，是制造出来的(“优育”)，是管理出来的(“优教”)，是维护保养出来的(“优养”)。
可靠性设计工作要遵循简单、成熟的原则。
可靠性管理工作在企业内部要重点抓树“里程碑”和建立闭环控制系统等工作；在外部要抓对转承制方和供应方的监督与控制。
可靠性工作要从产品论证阶段开始做起，及早投入，及早受益。
现代产品的研制开发工作都必须正规化，必须依据有关标准。
对还没有制定标准的新型产品，要由根据用户需求以合同技术条件或研制任务书的形式给承制方提出明确的产品各项指标，并作为产品出厂检验的依据。
产品的各项指标中应包括可靠性和维修性指标。
8 可靠性工程的发展萌芽阶段：二次世界大战期间，德国在研制V1火箭中提出了系统可靠性的基本理论，据此V1火箭的可靠度达到75%。
在朝鲜战争时期，美国60%的机载电子设备运到远东后不能使用，50%的电子设备在储存期间就失效。
美国海军有16、7万台电子设备，每年需更换100万个电子元件，其中电子管的更换率比其他元件高5倍。
1943年美国成立了“电子管研究委员会，专门研究电子管的可靠性问题。
1949年美国无线电工程师学会成立了可靠性技术组——第一个可靠性专业学术组织诞生了。
可靠性工程创建阶段：20世纪50年代美国在朝鲜战争中发现，不可靠的电子设备影响战争的进行，而且需要大量的维修费用，每年的维修费是设备采购费用的2倍！军方和制造公司及学术界都卷入了可靠性的研究工作。
1950年12月美国成立了“电子设备可靠性专门委员会”，到1952年3月便提出了有深远影响的建议：从现场可以获得设备和元件失效率数据；可靠的元件是可靠设备的基础；应对设备和元件建立定量的可靠性要求；在批准产品批生产前应进行可靠性试验和评估；建立永久性可靠性委员会。
1952年8月美国国防部接受上述建议，成立了“电子设备可靠性顾问委员会”。
1957年6月，该委员会分布了“军用电子设备的可靠性”报告，明确了产品的可靠性是可以建立、分配和验证的，成为可靠性工程的构架。
报告研究了最低可接受的可靠性水平、可靠性模型、可靠性分配、效益费用比、可靠性验证几储存运输可靠性等问题。
提出要制定可靠性大纲和加强可靠性教育。
1958年美国国防部成立“导弹可靠性特设委员会”，研究可靠性管理，起草设计、研制几生产的可靠性管理大纲。
次年，美国空军出版《弹道导弹及航天系统的可靠性大纲》、《航宇系统、分系统及设备的可靠性大纲要求》、《电子设备可靠性保证大纲》。
期间对飞机电子分系统提出了MTBF最小为300小时的定量指标要求。
苏联在20世纪50年代后期开始了寿命和可靠性的试验工作。
1958年日本科学技术联盟成立了“可靠性研究委员会”，举办可靠性训练班。
可靠性工程全面发展阶段：20世纪60年代，随着航空航天工业的迅速发展，可靠性设计和试验方法被接受和应用于航空电子系统中，可靠性工程得到迅速发展。
主要表现在：改善可靠性管理，建立了可靠性研究中心，美国于1965年颁发了《系统与设备的可靠性大纲要求》，可靠性工程活动与传统的设计、研制和生产相结合，获得了较好的效益。
罗姆航空发展中心组建了可靠性分析中心，从事与电子设备有关的电子与机电、机械件及电子系统的可靠性研究，包括可靠性预计、可靠性分配、可靠性试验、可靠性物理、可靠性数据采集、分析等。
制定可靠性试验标准，发展可靠性试验方法。
主要研究设计了统计试验方案及抽样方案，颁发了《失效率抽样方案和程序》、《可靠性试验，指数分布》（1967年修改为《可靠性设计鉴定试验及产品验收试验（指数分布）》）、《寿命和可靠性试验抽样程序和表格》等。
发展可靠性预计技术，颁发可靠性预计手册标准。
在收集了大量现场和试验的失效数据后于1962年颁发了《电子设备可靠性预计手册》，次年修改后作为飞机、导弹、卫星及电子设备研制各阶段可靠性定量预计的标准。
建立了有效的数据系统。
数据采集系统、可靠性数据中心、安全中心、相继在美国军队和科研机构建立，并且于1966年形成了全国数据交换网络。
重视维修性研究。
20世纪50年代中美国每年用于武器系统维修的费用90亿美圆，占国防预算的1/4。
罗姆航空发展中心在50年代末开始了3年的维修性研究计划，研究影响维修的因素、发展维修性验证和预计技术。
1966年颁发了《维修性大纲要求》、《维修性鉴定、验证及评估》、《维修性预计》等标准。
各国相继开展全面的可靠性工程研究。
20世纪60年代初，苏联从技术上、组织上采取措施促进了可靠性工程的发展，1962年出版了较完善的教科书《可靠性及质量控制的统计方法》，建立了由总工程师领导的可靠性组织机构和有关的试验室，研究成果K-S统计检验法和马尔可夫过程为国际公认，采用余度技术、降额技术、提高原材料和专门电路等措施保证产品的可靠性，弥补了电子元器件的不足。