可靠性工程基本概念整理
可靠性工程基本理论
可靠性工程基本理论1可靠性（Reliability）可靠性理论是从电子技术领域发展起来，近年发展到机械技术及现代工程管理领域，成为一门新兴的边缘学科。
可靠性与安全性有密切的关系，是系统的两大主要特性，它的很多理论已应用于安全管理。
可靠性的理论基础是概率论和数理统计，其任务是研究系统或产品的可靠程度，提高质量和经济效益，提高生产的安全性。
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功能的能力。
产品可以是一个零件也可以是一个系统。
规定的条件包括使用条件、应力条件、环境条件和贮存条件。
可靠性与时间也有密切联系，随时间的延续，产品的可靠程度就会下降。
可靠性技术及其概念与系统工程、安全工程、质量管理、价值工程学、工程心理学、环境工程等都有十分密切的关系。
所以，可靠性工程学是一门综合性较强的工作技术。
2可靠度（Reliablity）是指产品在规定条件下，在规定时间内，完成规定功能的概率。
可靠度用字母R表示，它的取值范围为0≤R≤1。
因此，常用百分数表示。
若将产品在规定的条件下，在规定时间内丧失规定功能的概率记为F，则R=1－F。
其中F称为失效概率，亦称不可靠度。
设有N个产品，在规定的条件下，在规定的时间内，有n个产品失效，则F=n/NR=(N-n)/N=1－F可靠度与时间有关，如100个日光灯管，使用一年和使用两年，其损坏的数量是不同的，失效率和可靠度也都不同。
所以可靠度是时间的函数，记成R（t），称为可靠度函数。
图5-1是可靠度函数R（t）和失效概率F（t）变化曲线。
图5-1可靠度3失效率（Failurerate）失效率是指工作到某一时刻尚未失效的产品，在该时该后，单位时间内发生失效的概率。
在极值理论中，失效率称为“强度函数”；在经济学中，称它的倒数为“密尔（Mill）率”；在人寿保险事故中，称它为“死亡率强度”。
失效率是衡量产品在单位时间内失效次数的数量指标；它也是描述产品在单位时间内失效的可能性。
可靠性工程
分布函数 ：设X为随机变量，对任意实数χ，则称函数 F （χ）=P{X≤χ} 为随机变量X的分布函数。
二、可靠性统计基础知识
可靠性统计基础知识
1. 概率基础知识 2. 随机变量及其分布 3. 统计基础知识 4. 参数估计 5. 假设检验
1、概率基础知识
随机事件及其概率
随机实验:满足下列三个条件的试验称为随机试验； （1）试验可在相同条件下重复进行；（2）试验 的可能结果不止一个，且所有可能结果是已知 的；（3）每次试验哪个结果出现是未知的；随 机试验以后简称为试验，并常记为E。
失效率：失效率是工作到某时刻尚未失效的产品， 在该时刻后单位时间内发生失效的概率。一般记 为λ,它也是时间t的函数,故也记为λ(t),称为失效率 函数,有时也称为故障率函数或风险函数；它反映t 时刻失效的速率,也称为瞬时失效率。
一、可靠性工程概述
（三）浴盆曲线 对某一类产品而言，产品在不同的时刻有不同的失 效率（也就是失效率是时间的函数），对电子产品 而言，其失效率符合浴盆曲线分布 （如下图）：
威布尔分 布(Ⅲ型 极值分 布)W(k,a
,b)
3、统计基础知识
研究对象的全体称为总体或母体，组成总体的每个基本单位 称为个体。
（1）按组成总体个体的多寡分为：有限总体和无限总体；
（2）总体具有同质性：每个个体具有共同的观察特征，而 与其它总体相区别；
（3）度量同一对象得到的数据也构成总体，数据之间的差 异是绝对的，因为存在不可消除的随机测量误差；
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
可靠性工程基本理论
可靠性工程基本理论可靠性工程是一种工程学科，主要涉及如何对产品和系统的可靠性进行评估、设计和管理等。
可靠性工程的基本理论包括可靠性的定义、可靠性的特征、可靠性的评估方法、可靠性的设计原则和可靠性预测方法等。
1. 可靠性的定义可靠性是指产品或系统在规定条件下保持正常运行的能力。
从概率学的角度来看，可靠性是指产品或系统在规定时间内不出现故障的概率。
具体来说，可靠性可以用以下公式来表示：可靠性= (正常运行时间)/(正常运行时间+故障时间)2. 可靠性的特征可靠性具有以下几个特征：（1）可度量性：可靠性可以通过概率和统计方法进行量化和评估。
（2）时效性：产品或系统的可靠性是随着时间变化的，需要及时进行检测和更新。
（3）风险性：可靠性与风险直接相关，风险越高，可靠性要求越高。
（4）系统性：可靠性需要从整个系统的角度考虑，而非单个组成部分的可靠性。
3. 可靠性的评估方法可靠性评估方法主要包括故障模式和效应分析（FMEA）、故障树分析（FTA）、可靠性增长法（RAM）和可靠性试验等。
（1）故障模式和效应分析（FMEA）是一种从设计阶段就开始进行的预防性可靠性评估方法。
其主要思想是通过对每个零部件的故障模式和故障后果进行识别、分类和评估，推断出产品或系统的可靠性并采取相应的预防措施。
（2）故障树分析（FTA）是一种基于逻辑的可靠性评估方法。
它将故障模式和事件之间的因果关系表示为一棵树状结构，通过逐层分析和推断出故障的原因，进而评估产品或系统的可靠性。
（3）可靠性增长法（RAM）是一种逐步提高产品或系统可靠性的方法。
通过在产品或系统的使用过程中收集和分析故障数据，以修正设计和制造过程中不足之处，最终提高产品或系统的可靠性。
（4）可靠性试验是通过对样品进行一系列可靠性测试，从而评估产品或系统的可靠性。
常见的可靠性试验方法包括加速寿命试验、高温试验、低温试验、振动试验、冲击试验等。
4.可靠性的设计原则可靠性的设计原则包括下列几个方面：（1）原则上应对可能引起故障的所有因素（如环境因素）进行评估和控制。
可靠性工程技术基础
2.1.2 可靠性定量要求——主要指标参数
d.平均首次故障前时间 mean time to first failure (MTTFF) 可修复产品的一种基本可靠性参数。其度量方法为：在规
定的条件下，产品从开始使用到出现首次故障时产品寿命单 位总数与产品首次故障总数之比。
e. 故障率 产品可靠性的一种基本参数。其度量方法为：在规定的
表5 可靠性设计（定量）工作内容
合同和研制任 务书中规定的 期望产品达到 的合同指标， 它是承制方进 行可靠性设计 的依据
合同和研制任 务书中规定 的、产品必须 达到的合同指 标，它是进行 厂内考核或验 证的依据
*下面列出可靠性常用的设计指标参数
8 可靠性工程技术基础
2.1.2 可靠性定量要求——主要参数特征量
a. 可靠度 可靠性的概率度量，其符号为R(t) 例如: R(t)=0.95，0.99等。
条件下和规定的期间内，产品的故障总数与寿命单位总数之 比。
10 可靠性工程技术基础
表3
产品层次
可靠性常用的设计指标参数的应用
产品使用特征量
连续或间歇工作 连续或间歇工作 一次性使用
(可修复)
(不可修复)
装备
R(t)或MTBF R(t) 或MTTF
P(S)或P(F)
分系统 设备
R(t)或MTBF
R(t)或λ
1 可靠性工程技术基础
可靠性发展与产品质量的特性关系
产品质量的固有特性包含了产品的性能特性、专门特性、经济性、 时间性、适应性等方面，如图所示。
产品质量的固有特性
性能特性
专门特性
经济性 时间性 适应性
可 安 维 保 测 寿命 靠 全 修 障 试 周期 性 性 性 性 性 费用
可靠性工程基础知识
t
b<0
b=0
b>0
Duane可靠性增长模型
lnC(t)=a+blnt
dN ( t ) dC( t ) t a b t (b 1)e t dt dt
11
基本概念（续）
软件与硬件可靠性问题对比
特征 失效原因 磨损 硬件 物理原因（如失真、断裂、 漂移） 会受到磨损 软件 主要为设计缺陷 无磨损 开发或升级后失效率随时间 单调下降 可靠性基本不受影响 无法由物理知识预测 采用冗余设计应保证冗余软 件的高度独立性，否则无助 于可靠性提高
17
可靠性工程发展历史（续）
深入发展期（20世纪80年代以后） 可靠性向更广泛和更深入的方向发展，将可靠性、维修性 和保障性有机结合在一起，形成可靠性系统工程。进入21 世纪以来，几乎所有工业领域都应用了可靠性技术。可靠 性工程的研究主要体现在集成化、协同化、系统和精确化。
全寿命周期可靠性管理 状态监测、维修决策和综合保障 高复杂系统可靠性研究 精确评估和控制 可靠性和经济性的协同化
从广义质量观看，质量涵盖可靠性；从狭义质量观看，质 量只是“符合性”。 传统质量管理是以制造过程的程序化、规范化为目标，试 图通过使工序稳定来提高质量。而可靠性则是研究消除故 障的对策，要在论证、设计、工艺中就采取措施防止缺陷 的发生，产品的可靠性是在设计阶段就已经决定了。
质量管理更多考虑“今天质量”，可靠性侧重于考虑“明 天的质量”。质量概念没有考虑时间因素，控制的是产品 出厂时是否合格以及质保期内故障情况，对于质保期之后 发生故障不能保证，可靠性问题关注产品的寿命、疲劳、 老化。
时间相关性 失效率为常数 环境因素 振动、冲击、腐蚀、温度、 湿度等影响可靠性 故障处理的一般手段，适当 冗余可以提高可靠性，大量 冗余受共因因素影响
可靠性工程基本理论
编号：SY-AQ-01799( 安全管理)单位：_____________________审批：_____________________日期：_____________________WORD文档/ A4打印/ 可编辑可靠性工程基本理论Basic theory of reliability engineering可靠性工程基本理论导语：进行安全管理的目的是预防、消灭事故，防止或消除事故伤害，保护劳动者的安全与健康。
在安全管理的四项主要内容中，虽然都是为了达到安全管理的目的，但是对生产因素状态的控制，与安全管理目的关系更直接，显得更为突出。
1可靠性（Reliability）可靠性理论是从电子技术领域发展起来，近年发展到机械技术及现代工程管理领域，成为一门新兴的边缘学科。
可靠性与安全性有密切的关系，是系统的两大主要特性，它的很多理论已应用于安全管理。
可靠性的理论基础是概率论和数理统计，其任务是研究系统或产品的可靠程度，提高质量和经济效益，提高生产的安全性。
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功能的能力。
产品可以是一个零件也可以是一个系统。
规定的条件包括使用条件、应力条件、环境条件和贮存条件。
可靠性与时间也有密切联系，随时间的延续，产品的可靠程度就会下降。
可靠性技术及其概念与系统工程、安全工程、质量管理、价值工程学、工程心理学、环境工程等都有十分密切的关系。
所以，可靠性工程学是一门综合性较强的工作技术。
2可靠度（Reliablity）是指产品在规定条件下，在规定时间内，完成规定功能的概率。
可靠度用字母R表示，它的取值范围为0≤R≤1。
因此，常用百分数表示。
若将产品在规定的条件下，在规定时间内丧失规定功能的概率记为F，则R=1－F。
其中F称为失效概率，亦称不可靠度。
设有N个产品，在规定的条件下，在规定的时间内，有n个产品失效，则F=n/NR=(N-n)/N=1－F可靠度与时间有关，如100个日光灯管，使用一年和使用两年，其损坏的数量是不同的，失效率和可靠度也都不同。
可靠性系统工程管理的基本概念
通过制订各种标准、规范、指南，建立实施程序，指导和控制各项可靠性系统工程工作的开展。设立一系列检查、控制点，使产品的研制、生产、使用过程均处于受控状态。建立闭环的R&M&S信息系统，及时反馈、分析和平价产品的R&M&S状况，制订改进措施并对其有效性进行监控。
3.全寿命周期管理的概念
如果说可靠性设计主要针对的是产品开发阶段，那么可靠性管理应该是指产品全寿命周期的管理。从国外的有关资料了解到，在通讯可靠性领域，可靠性的概念已得到进一步扩展。从一般意义上的“系统质量和可靠性”（包括硬件、软件可靠性等），增加了“网络质量和可靠性”以及“服务质量和可靠性”两大块。另外，从可靠性工程本身来说，它也是渗透到产品全寿命周期的各个阶段，所以进行全寿命周期R&M&S管理是非常必要的。
3．标准
可靠性标准是可靠性工作的依据，是指导可靠性工作，使其规范化、优化的保证。可靠性标准包括基础标准、管理标准、产品标准、设计标准、工艺标准、检验标准、试验标准、认证标准、认定标准、安全标准以及安装规范、使用规范、维修规范。
采用国际标准是加速我国产品标准化，迅速提高产品质量和可靠性水平的重要途径。美国军用可靠性标准（MIL)是国际上较完整、严密的标准体系，世界各国普遍引用用，也是我国军用可靠性标准的主要依据。国际电工委员会可靠性标准(IEC)低于美国军用标准，是国际上可以接受的标准，是我国出口产品的重要依据。经过多年努力，我国借鉴国，其中有的直接采用，有的等效采用了美国军用标准和国际电工委员会的标准，对我国可靠性工作起了重要指导作用。广义地说，国家各级行政领导机关部门制订的各种条例、办法等行政管理规定，也起了标准的作用。
4．技术
可靠性专业技术是实现可靠性的技术手段。可靠性工程不但选用SQC(Statistical Quality Control)技术，而且有许多专业技术，包括设计、工艺、使用维修、试验、分析等5个方面：
可靠性工程基本理论
可靠性工程基本理论引言在现代工程领域中，可靠性是一个非常重要的概念。
可靠性的定义是指一个系统在一定时间内能够正常运行的概率。
为确保系统的可靠性，可靠性工程的理论和方法在许多领域内得到了广泛的应用。
本文将介绍可靠性工程的基本理论。
可靠性在讲解可靠性工程之前，我们需要先了解什么是可靠性。
可靠性是指一个系统在一定时间内能够正常运行的概率。
可靠性是通过一些统计方法和数学模型来计算的，其计算结果可以用可靠性曲线来表示。
可靠性曲线描述了系统在一定时间内能够正常运行的概率随时间的变化情况。
可靠性曲线通常可以分为三个阶段：启动期、寿命期和衰期。
启动期是指系统刚开始运行时，其可靠性较低。
寿命期是指系统运行过程中的稳定期，系统的可靠性比较高。
衰期是指系统即将达到设计寿命时，其可靠性开始逐渐降低。
为提高系统的可靠性，我们需要采取一些措施，如增加备用部件、使用高质量材料、提高制造工艺、增加维护保养等等。
通过这些措施，可以使系统的寿命期更长，同时减少衰期出现的概率。
可靠性分析可靠性分析是指通过对系统的结构和运行过程进行分析，确定系统的故障模式和影响因素，进而选择适当的维护保养策略，不断提高系统的可靠性。
可靠性分析一般包括以下几个方面：故障模式及其原因分析故障模式及其原因分析是可靠性分析的重要组成部分。
它是通过对系统的故障情况进行分析，找出故障模式及其原因，以确定系统的关键故障因素，从而采取相应的维护保养措施。
维护保养策略分析维护保养策略分析是指根据系统的故障模式及其原因分析结果，选择适当的维护保养方式和维护周期，从而延长系统的使用寿命，提高系统的可靠性。
维护保养策略的选择需要综合考虑系统的运行情况、故障严重程度、维修难度和成本等因素。
可靠度评估可靠度评估是指通过对系统的结构设计、材料工艺、运行管理等方面进行定量分析，来确定系统的可靠性，并根据评估结果制定相应的改进措施。
可靠度评估需要进行可靠性指标的计算，如可靠度、失效率、可维修性等指标。
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。
可靠性工程基础
第二节 可靠性特征量
4 失效率单位 失效率常用的单位有％／h， ％／kh，菲特
等。 5 失效率等级 按照GB1772-1979《电子元器件失效率试
验方法》规定，我国电子元器件失效率分7级。 五 产品的寿命特征 在可靠性工程种，规定了一系列与寿命有关的指
标：平均寿命，可靠寿命，特征寿命和众位寿命。 总称为可靠性寿命特征。
7 中位寿命 只要将r＝0.5带入上式即可得到中位寿命值。
19
第三节 常用失效分布
二 威布尔分布 威布尔分布在可靠性理论种是适用范围较广的一
种分布。它能全面描述浴盆失效率曲线的各个阶段。 当威布尔分布中的参数不同时，它可以蜕化为指数 分布，瑞利分布和正态分布。 1 实效概率密度函数f(t)
20
第三节 常用失效分布
m——形状参数 η——尺度参数 δ——位置参数 2 累积失效概率函数F(t)
21
第三节 常用失效分布
3 可靠度函数R(t) 4 失效率函数
22
第三节 常用失效分布
5 三个参数的意义 (1)形状参数m 威布尔分布的实效概率密度曲线，累积实效
概率曲线，可靠度曲线以及失效率曲线的形状 都随m的不同而不同，故称为形状参数。 当m<1时，f(t)曲线随时间单调下降 当m=1时，f(t)曲线为指数曲线 当m>1时，f(t)曲线随时间增加出现峰值 而后下降 当m=3时，f(t)曲线已接近正态分布。 23
12
第二节 可靠性特征量
三 失效概率密度f（t） 1 失效概率密度的定义 失效概率密度是累积失效概率对时间的变化
率，记作f（t）。 2 失效概率密度的估计值
13
第二节 可靠性特征量
四 失效率
1 失效率的定义
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。
可靠性基本概念(术语)
以下是可靠性术语第一部分-基本概念1、基本概念
以下是可靠性术语第二部分-故障2、故障
以下是可靠性术语第三部分-维修3、维修
以下是可靠性术语第四部分-时间4、时间
以下是可靠性术语第五部分-可靠性和维修性参数5、可靠性和维修性参数
以下是可靠性术语第六部分-可靠性和维修性管理6、可靠性和维修性管理
以下是可靠性术语第七部分-可靠性和维修性设计7、可靠性和维修性设计
以下是可靠性术语第八部分-可靠性和维修性试验8、可靠性和维修性试验
以下是可靠性术语第九部分-其他术语9、其他术语。
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。
质量管理第8章可靠性
质量管理第8章可靠性
第一节 可靠性工程概述
质量管理第8章可靠性
一、可靠性基本概念
可靠性
可信性
维修性
保障性
可用性
测试性
质量管理第8章可靠性
可靠性（R）
产品在规定条件下和规定的时 间内，完成规定功能的能力。
故障
质量管理第8章可靠性
固有可靠性
可 靠 性
使用可靠性
质量管理第8章可靠性
耗损故障 退引起的故障
通过事前检测或监测
可预测
质量管理第8章可靠性
使产品不能完成规定任务
致命性故障 或可能导致人或物的重大
故
损失、最终使任务失败
障
后
果
非致命性故障 不影响任务完成，但会
导致非计划的维修
质量管理第8章可靠性
故
独独立立故故障障
不是由于另一个产品故障 引起的故障
障
统
计
特
性
从属故障
由于另一个产品故障引起 的故障
F (t) nf (t)
n
质量管理第8章可靠性
失效分布概率密度函数f(t)
lim f(t) nf(tt)nf(t)
t 0
nt
dF (t)F(t)R(t) dt
质量管理第8章可靠性
F(t)、F(t)、R(t)之间关系：
t
F(t)0 f (t)dt
t
R(t)t f (t)dt10 f (t)dt
质量管理第8章可靠性
2、平均失效率
能工作时 累 间计直接维修 累时计间延误时
A0UU TNTT U TM U T TDT
质量管理第8章可靠性
理想状态：MDT=0，固有可用性：
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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。
广义可靠性：产品在整个寿命周期内完成规定功能的能力。
包括狭义可靠性和维修性。
可靠性数学是可靠性研究的最重要的基础理论之一，主要研究解决各种可靠性问题的数学模型和数学方法，属于应用数学的范畴。
应用于可靠性的数据收集、数据分析、系统设计及寿命试验等方面。
可靠性物理即失效分析，是研究失效现象及其机制和检测方法的学科，使可靠性工程从数理统计方法发展到以理化分析为基础的失效分析方法。
从微观角度研究零部件（元器件）的失效发展过程和失效机理，从本质上、从机理方面探究产品的不可靠因素，为研制、生产高可靠性产品提供科学的依据。
可靠性工程是对产品（零部件、元器件、设备或系统）的失效及其发生概率进行统计、分析的一门边缘性学科，主要内容是运用系统工程的观点和方法论从设计、生产和使用等角度来研究产品的可靠性，包括对产品进行可靠性设计、可靠性预计、可靠性试验、可靠性评估、可靠性检验、可靠性控制、可靠性维修及失效分析。
实施可靠性工程应重视可靠性数据的收集与分析3. 可靠性设计应用可靠性理论、技术和设计参数的统计数据，在给定的可靠性指标下，对零件、部件、设备或系统进行的设计，称为可靠性设计。
通过预计、分配、分析、改进等一系列可靠性工程活动，把可靠性定量要求设计到产品的技术文件和图样中去，从而形成产品的固有可靠性。
系统可靠性设计零件可靠性设计系统可靠性设计的目的，就是要使系统在满足规定可靠性指标，完成预定功能的前提下，使系统的技术性能、重最、成本、时间等各方面取得协调，求得最佳设计；或是在性能、重量、成本、时间和其它要求的约束下，设计能得到实际高可靠度的系统。
系统可靠性设计常用的方法系统可靠性框图;故障模式影响与危害度分析FMECA;故障树分析FTA;马尔科夫过程研究可靠性的重要意义保证和提高产品的可靠性水平;提高经济效益;提高市场竞争能力第二章可靠性数学基础定义：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称为可靠度。
可靠度的观测值是指直到规定的时间终了为止，能完成规定功能的产品数与该区间开始时刻投入工作产品数之比。
定义：产品在规定的条件下和规定的时间内，丧失规定功能概率称为累积故障概率（又称不可靠度）剩余寿命：若产品用到t时刻仍然完好，称为产品的年龄。
具有年龄t的产品从t时刻开始继续使用下去直到失效为止所经历的时间，称为具有年龄t的产品的剩余寿命。
定义：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。
故障率浴盆曲线早期故障期；偶然故障期；耗损故障期可靠寿命：给定的可靠度所对应的产品工作时间。
中位寿命：产品的可靠度等于0.5时的可靠寿命。
平均寿命：产品寿命的平均值。
对于不可修产品，平均寿命就是平均故障前时间；对于可修复产品，平均寿命就是平均故障间隔时间。
可用性是系统可靠性与维修性的综合表征。
定义：可修复产品，在规定的条件下使用，在规定维修条件下修复，在规定的时间具有或维持其规定功能处于正常状态的概率。
瞬时有效度使用有效度极限有效度瞬时有效度是产品在某一时刻所具有或维持其规定功能的概率。
平均有效度是在某规定时间内有效度的平均值。
极限有效度是当时间趋于无限大时，瞬时有效度的极限值。
∙随机试验具有以下特点：重复性随机性明确性第3章典型系统可靠性模型系统由相互作用和相互依赖的若干单元结合成的具有特定功能的有机整体。
系统包含“单元”，其层次高于“单元”系统按其可否修复分为不可修复系统和可修复系统两类定义组成系统的所有单元中任一单元的故障都会导致整个系统故障的称为串联系统。
串联系统是最常用和最简单的模型之一。
组成系统的所有单元都发生故障时，系统才发生故障。
并联系统是最简单的冗余系统（有贮备模型）。
系统由n个单元组成，若系统中有r个或r个以上单元正常，则系统正常，这样的系统称作n中取r表决系统。
组成系统的各单元只有一个单元工作，当工作单元故障时，通过转换装置接到另一个单元继续工作，直到所有单元都故障时系统才故障，称为旁联系统，又称非工作贮备系统。
非工作贮备的优点是能大大提高系统的可靠度。
缺点是：（1）由于增加了故障监测与转换装置而提高了系统的复杂度；（2）要求故障监测与转换装置的可靠度非常高，否则贮备带来的好处会被严重削弱。
贮备系统按贮备单元在贮备期间的失效情况可分为三类∙冷贮备（无载贮备）贮备单元在贮备期间失效率为零；∙热贮备（满载贮备）贮备单元在贮备期间失效率与工作单元失效率一样；∙温贮备（轻载贮备）贮备单元在贮备期间失效率大于零而小于工作单元失效率。
维修度：对可能维修的产品在发生故障或失效后，在规定的条件下和规定的时间内完成修复的概率。
修复率：维修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复的概率。
可用性：当需要时，可维修产品保持正常使用状态或功能的能力。
其度量指标是可用度。
第4章可靠性分配与预计可靠性分配系统可靠性分配就是将使用方提出的，在系统设计任务书(或合同)中规定的可靠性指标。
，从上而下，由大到小，从整体到局部，逐步分解，分配到各分系统，设备和元器件。
可靠性预计系统的可靠性预计是在系统的设计阶段根据组成系统的元器件等在规定条件下的可靠性指标、系统的结构、系统的功能以及工作方式等来推测系统的可靠性。
是一个由局部到整体、由小到大，由下到上的一种综合过程。
可靠性分配的目的是使各级设计人员明确其可靠性设计要求，根据要求估计所需的人力、时间和资源，并研究实现这个要求的可能性及办法。
可靠性预计的目的：将预计结果与要求的可靠性指标相比较，审查设计任务书中提出的可靠性指标是否能达到。
在方案论证阶段，通过可靠性预计，根据预计结果的相对性进行方案比较，选择最优方案。
在设计阶段，通过预计，发现设计中的薄弱环节，加以改进。
为可靠性增长试验、验证试验及费用核算等方面的研究提供依据。
通过预计给可靠性分配奠定基础。
可靠性分配与可靠性预计的关系：可靠性分配结果是可靠性预计的依据和目标；可靠性预计相对结果是可靠性分配与指标调整的基础。
相互制约，相辅相成，使系统的设计满足要求。
可靠性分配与可靠性预计的作用: 提高产品的固有可靠性;降低产品全寿命周期的费用;为可靠性增长计划提供科学依据.在新产品从开发研制一直到定型生产之前，一艇要经设计——试制——试验——修改设计——小批生产——检验——改进——定型生产这一过程，在这一过程中，产品可靠性水平在不断提高，称为可靠性增长。
可靠性分配的程序:明确系统可靠性参数指标要求;分析系统特点;选取分配方法（同一系统可选多种方法）;准备输入数据;进行可靠性分配;验算可靠性指标要求;可靠性分配的无约束分配方法：等分配法;评分分配法；再分配法；比例分配法；AGREE方法等分配法又称为平均分配法。
当系统中个单元具有近似的复杂程度、重要性以及制造成本时，可用等分配法分配系统各单元的可靠度。
评分分配法含义：在可靠性数据非常缺乏的情况下，通过有经验的设计人员或专家对影响可靠性的几种因素评分，对评分进行综合分析而获得各单元产品之间的可靠性相对比值，根据评分情况给每个分系统或设备分配可靠性指标。
评分因素与原则：（1）复杂度最复杂的评10分，最简单的评1分。
（2）技术发展水平: 水平最低的评10分，水平最高的评1分。
(3)工作时间:单元工作时间最长的评10分，最短的评1分。
(4)环境条件 :单元工作过程中会经受极其恶劣而严酷的环境条件的评10分，环境条件最好的评1分。
可靠性指标分配的模糊数学模型:(1)建立评价因素集;(2)建立评价因素权重集;(3)建立因素评价集（等级）及相应分值集;(4)构建模糊综合评判矩阵;(5)计算各单元综合评价分值;(6)可靠性指标分配3.再分配法如果系统可靠性预计结果小于规定的系统可靠度，则须重新进行可靠度分配。
4.比例分配法使系统中各单元的容许失效率与该单元预计失效率成正比。
5. AGREE法考虑了组成系统各单元的复杂度、重要度、工作时间以及它们与系统之间的失效关系，又称为按照单元的复杂度及重要度的分配法。
适用于各单元工作期间的失效率为常数的串联系统。
可靠性预计目的、用途:评估系统可靠性，审查是否能达到要求的可靠性指标。
在方案论证阶段，通过可靠性预计，比较不同方案的可靠性水平，为最优方案的选择及方案优化提供依据。
在设计中，通过可靠性预计，发现影响系统可靠性的主要因素，找出薄弱环节，采取设计措施，提高系统可靠性。
为可靠性分配奠定基础。
分类根据战术技术中可靠性的定量要求 :基本可靠性预计由于产品不可靠导致对维修和保障的要求。
任务可靠性预计估计产品在完成任务的过程中完成其规定功能的概率。
从产品构成角度分析：单元可靠性预计（元件、部件或设备等）系统可靠性预计可靠性预计基本方法及用途：系统可靠性预计：数学模型法；边值法；故障树分析法设备可靠性预计：数学模型法；相似分析法；元器件计数法；应力分析法元器件可靠性预计：应力分析法数学模型法：根据组成系统的各单元间的可靠性数学模型，按概率运算法则，预计系统的可靠度的方法，是一种经典的方法。
相似设备法：将新设计的产品和已知可靠性数据的相似设备进行比较，从而简单估计出新产品可能达到的可靠性水平。
相似产品法考虑的相似因素一般包括：产品结构、性能的相似性；设计的相似性；材料和制造工艺的相似性；使用剖面(保障、使用和环境条件) 的相似性相似复杂性法：将新设计产品的与相似产品相比较，考虑新产品的相对复杂性，建立新、老产品可靠性之间的函数关系。