可靠性基本概念与参数体系
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可靠性的基本概念
由于环境介质、应力共同作用引 起的低应力破断
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
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
可靠性工程第二讲
产品对象
指标
复杂系统, 设备,民用
产品 设备中损耗 零件,材料
灭火器保险 丝过载继电
器等
可靠度,MTBF,MTTFF,故 障率,可用寿命,维修度,可 用度,重要度,成本费用等.
可靠度,故障率,故障时间分 布,MTTF,特征值的稳定性
该指标从故障的性质侧面衡量可靠性，可作 为产品或系统设计的指标。
42
经济性指标
目的：使可靠度与成本相平衡。 主要指标： 费用比（CR）＝全年维修费/购置费
MTBF / 成本 (维修费＋使用费)/工作时间 劳动工资费用/物资费用 设计时需要权衡选择各个指标。
43
与人为差错有关的可靠性指标
自动化水 平提高
关系？
18
人类健康曲线
19
产品故障的浴盆曲线
大多数产品的故障率随时间的变化曲线形似 浴盆，称之为浴盆曲线。由于产品故障机理 的不同，产品的故障率随时间的变化大致可 以分为三个阶段：
20
对故障发生规律认识的变化
A B C D E F
21
故障发生规律的六种模式
六种模式所占比率
美国联航公司统计
航天产品统计数据
R(t) = P(T > t) = ∫ ∞ f (t )dt0 ≤t ≤∞ t
11
可靠度R（t）
可靠度R（t）与不可靠度（故障概率分 布函数F（t）为互补关系
R (t ) +F (t) = 1
100%
F(t)，不可靠度
R(t) F(t)
R(t)，可靠度
t/h
可靠度与不可靠度函数曲线
12
可靠度函数与累积故障分布函 数的性质
产品典型的故障率、可靠度和密度函数曲线 25
RAMS培训教材之一RAMS概念及参数
技术规范
规定功能常用故障判据逆向 表达
性能界限
过应力 设计裕度 正常工作区
第四页，共54页。
故障类别－EN50126
序号 故障分类 系统故障模式
运行影响
1
重大
完全失效
铁路产品不运行 1 效
3
较小
非致 命性功能 紧急运行 2 失效
可以 忽略的功 正常运行
4
轻微故障
能失效
修复性维修－处理故障的维修 ，是非计划性的，常称为修理 或修复。
准备
启动
检验
调整
隔离
分解
更换 结合
第八页，共54页。
1.3
可用性
可用性（Availability）
可用性是产品在任意一个随机时刻处于可用状态的能 力。
可用性常用可用时间占总时间的比值来描述，即：
Þ 可用性＝可用时间/（可用时间＋不可用时间）
RAMS 的参数和指标
RAMS 参数是产品RAMS定量化描述的数学属性，RAMS 参数体系 是某种产品RAMS 的参数的集合；
RAMS指标是产品某一RAMS 参数的要求值，RAMS指标体系是 所有RAMS 参数的要求值。
第三十三页，共54页。
4.1
铁路产品可靠性参数体系
参数
符号
量纲
备注
平均故障间隔时间 MTBF
计算：故障次数除以总工作时间
是MTBF 的倒数：
1
MTBF
第三十七页，共54页。
浴盆曲线
早期失效期
偶然失效区
浴盆曲线
耗损失效区
失效率
制造缺陷
工艺缺陷
元件缺陷
第三十八页，共54页。
固有缺陷
耗损故障
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。
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
可靠性基础理论
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，（ ，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），（ ，
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。
、可靠性常用参数
产品一般都有多个可靠性参数描述。衡量产品 可靠性水平有好几种标准，有定量的，也有 定性的，有时要用几种标准（指标）去度量 一种产品的可靠性， 下面根据和有关（国际 电工委员会）标准，介绍最基本、最常用的 几个可靠性特征量。
个人简介
博士、教授，曾留学瑞士；从事锅炉节能与 优化、燃烧技术、新能源利用研究；
华北电力大学新能源教研室主任； 著作《火电厂锅炉系统及优化运行》、《燃
烧理论与技术》、《可再生能源》、《电站 锅炉空气预热器》等部； 《发电设备》杂志编委； 发表论文多篇，专利项。
目录
可靠性基本概念 以可靠性为中心的检修技术 可靠性技术 故障诊断技术
在实际应用中人们逐步感到了传统的可靠性定义的 局限性，因为它只反映了任务成功的能力。在进行 可靠性设计时需要综合权衡完成规定功能和减少用 户费用两个方面的需求，于是美国于年颁发的－－ 按照指令（国防重要武器系统采办指令）将可靠性 分为基本可靠性和任务可靠性。把可靠性概念分为 两种不同用途的可靠性概念，是美国国防部对可靠 性工作实践经验总结和对这一问题认识的深化。这 无疑是一个新的重要发展。我国年颁布的军标－就 引用这两种新的可靠性定义。
管理 13％
产品的故障
制造 10％
其它 7％
据美国空军可靠性分析中心（）的可靠性数 据库，造成产品故障的因素分布为：
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
27.04.2021
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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27.04.2021
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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
27.04.2021
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
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 。
可靠性参数及指标
表 2-2 某装甲车辆可靠性参数与指标举例
参数名称
使用指标
目标值
门限值
合同指标 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
250km
2 常用可靠性参数
除前面介绍的 R(t) ， λ (t) 可作为可靠性参数外，还有以下一些常用的可靠性参数。应
对于缺乏历史经验数据的新研制装备，目标值和门限值可以相差大些；而对于可靠性情 况掌握比较多的装备，门限值和目标值的差别应当小些。
③要体现指标的完整性 指标的完整性是指要给指标明确的定义和说明，以分清其边界和条件；否则只有单独的 名词和数据，是很难检验评估的，也是没有实际意义的。为了做到指标的完整性，必须明确 下列问题： ·给出参数的定义及其量值的计算方法； ·明确给出装备的任务剖面和寿命剖面，指出该项指标适合于哪个(或几个)任务剖面； ·明确故障判据准则，哪些算故障应当统计，哪些不算故障可不统计。例如：若需要评 价装备基本可靠性，则应统计装备的所有寿命单位和所有故障，而不局限于发生在任务期间 的故障，也不局限于危及任务成功的故障。若需评价装备的任务可靠性，则只统计那些在任 务期间影响任务成功的故障； ·必须给出验证方法。若在研制生产阶段验证，则必须明确试验验证方案和依据的标准、
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。
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
2可靠性基本概念参数培训
RAMS参数体系—④ 铁路产品维修性参数体系
参数
平均修复时间
MTTR
量纲
时间
√
平均维修时间
MTTM 时间
平均维修间隔 时间
MTBM 时间，距 离，周期
备注
当量纲取距离时，也可以用 MDBF表示
当量纲取周期时，也可以用 MCBF表示
当表示平均预防性维修时间 时，用MTTMp表示
当量纲取距离时，也可以用 MDBM表示
RAMS参数体系—① 参数及指标
¾ RAMS 参数是产品RAMS定量化描述的数学属性，RAMS 参数体系是某种产品RAMS 的参数的集合；
¾ RAMS指标是产品某一RAMS 参数的要求值， RAMS指标 体系是所有RAMS 参数的要求值。
内容安排
1 参数及指标 2 影响RAMS的因素 3 铁路产品可靠性参数体系 4 铁路产品维修性参数体系 5 铁路产品可用性参数体系 6 铁路产品安全性参数体系
R(t) 无量纲
RAMS参数体系—③ 铁路产品可靠性参数体系
¾ MTBF(Mean Time Between Failures) ：平均故障间隔时间，
是铁路产品主要的可靠性参数，适用于铁路产品的整车系统及下 属各级产品，为累积工作时间除以累积故障次数。
¾ 计算公式如下：
MTBF=
n
∑tci
i=1
ra
λ (t) = Δr(t)
N s (t) ⋅ Δt
\ 其中： Δr（t）指t时刻后， Δt时间内故障的产品数； Δt指所取时间间隔； Ns（t）指残存产品数。
RAMS参数体系—③ 铁路产品可靠性参数体系
λ（Failure Rate）：故障率
当λ为常数时，为MTBF 的倒数： λ= 1 MTBF
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)。
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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：
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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
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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
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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
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)
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有遮蔽存贮， 帐篷，圆屋
顶
无遮蔽 存储
调整 状态
导弹处 于战斗
位置
发射后第 一个动作
命中 目标
某导弹的寿命剖面
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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。任务剖面一般应包括： 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。
可靠性基本概念与参数体系
Introduction to Reliability_Conception & Parameter
北京航空航天大学工程系统工程系
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主要内容
可靠性基本概念 可靠性参数体系
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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。
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任务剖面示例
温度（C）
36 C
14 min 24s 30C
10
20 min16s
-20 -40
41 C 20 min16s
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
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时间（分钟） 飞机投放炸弹事件的任务剖面示例
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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
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累积故障分布函数
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 f(t)dt1可 知 ： 0
t
R(t)1F(t)10f(t)dtt f(t)dt
因 此 ，R(t)、F(t)与f(t)之 间 的 关 系 如 图 所 示 。
f(t)
f(t)
F(to)
R(to)
to
t
图 R(t)、F(t)与f(t)关系
后勤阶段
使用阶段 寿命剖面内的事件
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寿命剖面示例
生产 阶段
运输
后勤阶段 储存/后勤阶段
使用阶段
准备阶段
任务阶段
主 动 段
发射段
惯性飞行段 下降段
事件 生 （使用方法）产
验 收
装卸和 公路运
输
装卸和 铁路运
输
工作准
发射
备阶段
阶段
飞行阶段
装卸 和空 运
装卸和 船运
装卸和后勤 支援运输 （最坏路线）
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故障率函数
可按下式进行工程计算：
(t) r(t)
Ns(t)t
式中r(t) —— t 时刻后，t 时间内故障的产品数；
t ——所取时间间隔； N s (t) ——残存产品数。
对于低故障率的元部件常以109 /h （Fit）。
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故障率函数
故障率
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：
(t) dr(t)
Ns (t)dt
式中 (t)
——故障
率； dr(t) ——t 时刻后，dt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。
产品可靠性定义的要素是三个“规定”:
“规定条件”、“规定时间”、“规定功能”
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故障及其分类
故障及其分类 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。
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：
使用可靠性
产品在实际使用过程中表现出的可靠性。 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。
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可靠度及可靠度函数
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。依定义可知，可靠度函数R(t)为：
R(t) N0 r(t) N0
式中 N0 — t = 0时，在规定条件下进行工作的产品数； r(t) — 在0到t时刻的工作时间内，产品的累计故障
数。
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累积故障分布函数
累积故障概率
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）。 依定义可知，产品的累积故障概率是时间的函数，即
偶然故障 渐变故障
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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
F(t) r(t) N0
显然，以下关系成立：
R(t)F(t)1
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可靠度函数与累积故障分布函数的性质
R(t) F (t与) 表 所示：
的性质如下
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)
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寿命周期与寿命剖面
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。它包含一个或多个任务剖面。
通常把产品的寿命剖面分为后勤和使用两个阶段。
贮 采包运存运发 购装输检输送
测
使
任
检用 运 务 运 维 运 报
测贮 输 剖 输 修 输 废
存
面
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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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可靠性基本概念
固有可靠性
产品在设计、制造过程中赋予的固有属性。 产品的开发者可以控制。