可靠性工程每章基本概念及复习要点

复习要点：❖可靠性❖广义可靠性❖失效率❖MTTF（平均寿命）❖MTBF（平均事故间隔）❖维修性❖有效性❖修复度❖最小路集及求解❖最小割集及求解❖可靠寿命❖中位寿命❖特征寿命❖研究可靠性的意义❖可靠性定义中各要素的实际含义❖浴盆曲线❖可靠性中常见的分布❖简述串联系统特性❖简述并联系统特性❖简述旁联系统特性❖简述r/n系统的优势❖并－串联系统与串－并联系统的可靠性关系❖马尔可夫过程❖可靠性设计的重要性❖建立可靠性模型的一般步骤❖降额设计的基本原理❖冗余(余度)设计的基本原理❖故障树分析优缺点广义可靠性：包括可靠性、维修性、耐久性、安全性。

可靠性:产品在规定时期内规定条件规定的时间完成规定功能能力。

耐久性：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，完成规定功能能力。

安全性：产品在一定的功能、时间、成本等制约条件下，使人员和设备蒙受伤害和损失最小的能力可靠度R(t)：产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的概率累积失效概率F(t)：也称不可靠度，产品在规定条件下和规定时间内失效的概率失效概率密度f(t)：产品在包含t的单位时间内发生失效的概率失效率λ(t):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。

基本：实验室条件下。

应用：考虑到环境，利用，降额和其它因素的实际使用环境条件下。

任务：元器件在执行任务期间，即工作条件下的基本不可修产品平均寿命MTTF：指产品失效前的平均工作时间可修MTBF：指相邻两次故障间的平均工作时间，称为平均无故障工作时间或平均故障间隔时间维修性：在规定的条件下使用的可维修产品，在规定的时间内，按规定的程序和法进行维修时，保持或恢复到能完成规定功能的能力维修度M(t)：是指在规定的条件下使用的产品发生故障后，在规定的时间(0，t)内完成修复的概率。

修复率μ(t)：修理时间已达到某一时刻但尚未修复的产品在该时刻后的单位时间内完成修理的概率。

平均修复时间MTTR：可修复的产品的平均修理时间，其估计值为修复时间总和和修复次数之比。

有效性：可维修产品在规定的条件（工作条件和维修条件）下使用时具有维持规定功能的能力。

有效度(可用度)：可维修的产品在规定的条件下使用时，在某时刻具有或维持其功能的概率。

瞬时：在某一特定瞬间，可能维修的产品保持正常工作使用状态或功能的概率。

平均：可维修产品在时间区间【0，t】内的平均有效度指瞬时有效度A（t）在【0，t】内的平均值。

稳态：胃泰有效度或称为时间有效度，又可叫工作时间比，它是时间T趋于正无穷时瞬时有效度的极限。

旁联系统：为提高系统可靠度，除了多安装一些单元外，还可以储备一些单元，以便当工作单元失效时，能立即通过转换开关使储备单元逐个去替换，直到所有单元都故障为止，系统才失效，这种系统称为旁联系统。

最小路集：如在一条路集的弧序列中，任意除去其中的一条弧后，它就不再是一条路集最小割集：如在一条割集的弧序列中，去掉任一条弧后，它就不再是割集研究可靠性的意义：1可防止故障和事故的发生，尤其是避免灾难性的事故发生，从而保证人民生命财产安全。

2总费用降低3减少停机时间，提高可用率，一台设备可以顶几台设备的工作效率。

这样，在投资成本相近时，可发挥几倍效益。

4改善企业信誉，增强竞争力，扩大产品销路，提高经济效益。

(5)减少产品责任赔偿案件的发生，以及其他处理产品事故费用的支出，避免不必要的经济损失可靠性定义中各要素：产品（作为单独研究和分别试验的对象的系统、子系统、设备、元器件、人员）；规定的条件（产品所处的使用环境与维护条件，包括机械条件、气候条件、生物条件、物理条件和使用维护条件）；规定的时间（产品执行任务的时间，t可以是时间、起落次数、里程等）；规定的功能（产品设计文件上对产品规定的技术性能）；能力（可以完成规定的功能）可靠性中常见的分布：1二项:一次实验只出现两种结果的场合，如命中与未命中，次品与合格品2泊松：如某段时间内纺纱机上线的断头数，电话总机接到的呼唤数，顾客数3指数:如产品的寿命4正态：各种误差，材料特性，磨损寿命，疲劳失效5截尾正态：数据不能取负值时6对数：疲劳腐蚀失效；7威布尔：因某一局部失效或故障引起的全局机能停止运行的原件设备系统等的寿命。

浴盆曲线：1早期失效期，递减型，原因：由于设计，原料和制造过程中的缺陷造成。

2偶然失效期，失效率较低，且较稳定，恒定型。

原因:由多种而又不太严重的偶然因素引起，通常是产品设计余度不够，造成产品随机失效。

3耗损失效期,失效率随时间延长而急速增加，递增型。

原因：由带全局性的原因造成的，说明元件的损伤已经严重，寿命即将终止。

串联系统特性:(1)系统可靠度低于该系统的每个单元的可靠度，且随着串联单元数量的增大迅速降低（各单元可靠度乘积）(2)系统失效率大于该系统的各单元失效率（各单元失效率之和）(3)串联系统的各单元寿命服从指数分布时，该系统寿命也服从指数分布。

(4)串联的单元数越多，系统的可靠度越低。

并联系统特性:(1)系统的失效概率低于各单元的失效概率；（为各单元失效概率之积)(2)系统的可靠度高于各单元的可靠度 (3)系统的平均寿命高于各单元的平均寿命。

(4)系统的各单元服从指数寿命分布，该系统不再服从指数寿命分布旁联系统特性:1与并联系统的区别：并联系统中每个单元一开始就同时处于工作状态，而旁联系统中仅用一个单元工作，其余单元处于待机工作状态。

2储备单元均完全可靠的旁联系统：系统的可靠度为1-各单元F的卷积；系统的寿命为所有单元寿命之和3储备单元不完全可靠的旁联系统：（服从参数为μ的指数分布）当μ＝0，即储备单元在储备期内不失效时，这就是两单元在储备期内完全可靠的旁联系统；当μ＝λ2时，该系统为两单元的并联系统。

r/n系统的优势；在工程实践中，对许多要求较高工作可靠度的系统来说，平均寿命并不是十分重要的可靠性指标，用户更感兴趣的，或者说至关重要的可靠性指标应是达到一定要求的可靠水平的可靠寿命。

当可靠水平大于一定的值时，r/n系统的可靠寿命高于一个单元系统的可靠寿命，且可靠水平越接近l，采用r/n系统结构对提高可靠寿命的效果越显著。

马尔可夫过程：在一个随机过程中，如果在某一时刻，由一种状态转移到另一种状态的转移概率只与现在处于什么状态有关，而与在这时刻以前所处的状态完全无关，即这种转移概率只与现在状态有关，与有限次以前的状态完全无关可靠性设计的重要性：1规定固有可靠性。

系统设计阶段没认真考虑其可靠性，以后无论怎样注意制造、严格管理、精心使用，也难保产品可靠性要求2现代科学技术的迅速发展，使同类产品间的竞争加剧。

需企业不断引进新技术，开发新产品，且研制周期要短。

在产品的全寿命周期中，只有在设计阶段采取措施，提高产品的可靠性，才会使企业在激烈的市场竞争中取胜，提高企业的经济效益。

3在设计阶段采取措施，耗资最少，效果最佳。

4此外，我国开展可靠性工作的经验证明，在产品整个寿命周期内，对可靠性起重要影响的是设计阶段。

可靠性设计原则：1明确的可靠性指标和可靠性评估方案2贯穿于功能设计的各个环节，在满足基本功能的同时，要全面考虑影响可靠性的各种因素3针对故障模式设计，最大限度的消除或控制产品寿命周期内可能出现的故障4设计时在继承以往成功经验基础上，采用先进的设计原理和技术5进行产品可靠性设计时，应对产品的性能，可靠性，费用时间等各因素进行权衡以便最初最佳设计方案。

建立可靠性模型步骤：1确定产品的有关定义。

确定任务功能，规定性能参数及容许限，建立相应的任务可靠性框图和故障标准。

2按照产品各部分的功能关系建立功能框图3在功能框图的基础上，经过分析，确定各部分之间的可靠性逻辑关系，建立起可靠性结构模型4根据可靠性结构模型建立相应的数学模型指标分配:据系统设计任务书中规定可靠性指标，按一定分配原则和方法，合理分配给各分系统设备单元元器件，并将写入相应设计任务书或经济技术合同。

可靠性预计：在产品可靠性结构模型的基础上，根据同类产品在研制过程及使用中所达到的可靠性水平，或预测产品在特定的应用中符合规定功能的概率。

降额设计：使元器件或设备工作时所承受的工作应力（电应力和温度应力），适当低于元器件或设备规定的额定值，从而达到降低基本故障率、提高使用可靠性的目的。

冗余设计：在系统或设备完成任务起关键作用的地方，加一套以上相同功能的通道、单位或元件。

当该部分出现故障时，系统仍能正常工作，以减少系统或设备的故障率提高其可靠性。

通过增加多余资源以换取可靠性故障树分析优缺点：优点：1）系析者通过建树过程可全面了解系统组成及工作情况，并能专门研讨某些系统特殊的故障问题2）一切外部环境影响及人为失误等故障事件都可以考虑在故障中3）可以利用演绎法帮助寻找故障原因所在4）图示模型可给设计、使用和维修管理人员提供一种修改设计和故障诊断的有效工具5)故障树便于人们对系统进行定性和定量评价，且有选择评价目标和方法的自由。

缺点：1）工作量大，既不经济又费时间2）容易疏忽或遗漏某些有用信息，另一方面某些失效数据又不能充分利用3）结果不易检查4）由于只考虑系统和元部件的成功与故障两种状态，对于多态事件较难处理5）处理共因故障工作量大，对从属和相依故障难处理6）一般条件下对待机储备和可修系统难分析每章概念第一章绪论可靠性是指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”：产品的使用条件、维护条件、环境条件。

“规定时间”：产品必须达到的任务时间。

如应力循环次数和车辆的行驶里程。

“规定功能”：产品必须具备的功能及其技术指标。

可靠性定义分为任务可靠性和基本可靠性。

两者都强调无故障完成任务。

任务可靠性强调完成规定的功能是界定在“任务剖面”的范围内。

基本可靠性强调的持续时间是界定在寿命剖面的范围内。

一个寿命剖面包含一个以上的任务剖面。

度量任务可靠性时只考虑危及任务成功的致命故障，与该任务无关的故障可以不考虑。

基本可靠性则涉及整个寿命周期内的所有故障。

任务剖面：产品完成规定任务的时间内所经历的时间和环境的描述。

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。

寿命周期与寿命剖面：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。

可靠性的定义固有可靠性：产品在生产过程中确立的可靠性。

生产厂在模拟实际工作标准环境下，对产品进行检测并给以保证的可靠性。

使用可靠性：与产品的使用条件密切相关，受到使用环境、操作水平、保养与维修、使用者的素质等因素的影响。

维修性：产品在发生故障或失效后，能迅速修复以维持良好而完善的状态的难易性。