第1讲_绪论

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提高可靠性能够产生经济效益
可靠性的提高能够降低维修保养费。
20世纪60年代末，美军用电子设备的保障费用 相当于采购费，而到1977年，保障费是采购费 的1.5倍。 70年代末，上海生产电视机的年平均返修率高 达86.9%，维修费高达几千万元。
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以可靠性为中心的发展战略
日本小松制作是生产铲土机和推土机等工 程机械的企业。60年代美国卡特匹勒公司 和三菱公司合营后，垄断了日本工程机械 的进出口贸易。小松涉于倒闭。遂以“产 品可靠性超过卡特匹勒”为战略目标， 由经理领导全公司展开可靠性活动，使推 土机的可用度提高了4%~8%，平均无故障 工作时间提高了3倍，维修费用降低了2/3， 出口率从不足20%上升到40%~50%。
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提高可靠性能够节约资源
美国通用电气(GE)发表研究报告表明，如 果美国燃煤和核能电站的可用率提高5%， 其效益为：每年节省84亿美元开支；相当 亿美元 于多装机3400万千瓦；年节省发电耗油90 万桶。设备可靠性提高1%，即使成本提高 10%也是合算的。除发电设备外，对于冶金、 矿山、运输等连续作业设备，提高可靠性 均有此效。
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提高可靠性能够引领国家的振兴
第二次世界大战前，日本的商品是“价廉、 劣质”的代名词。二战后，日本引入了可 靠性技术，通过消化吸收，使其适合国情， 从而开发出优质、高可靠性的产品，满足 顾客需求。在各个领域中扩大市场占有率， 形成了进出口贸易的巨额顺差，保持了产 品质量的领先地位，保证了日本经济的不 断发展。
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我国可靠性工程的发展
我国于20世纪50年代在广州筹建了亚热带环境适应性试验 基地，从事电子产品环境试验和热带防护措施研究。 60年代，我国在雷达、通信机、电子计算机等方面提出了 可靠性问题，并着手采取措施。 70年代，出于国家重点工程的迫切需要，特别是航天及中 日海底电缆对高可靠元器件的需要，发展了电子元器件 “七专”产品及对元器件验证试验。 1973年开始，原国防科委及四机部连续召开可靠性工作会 议，提出重点研究解决国家重点工程用元器件的可靠性问 题。 1978年提出并实施《电子产品可靠性“七专”质量控制与 反馈科学实验》计划。经过10年努力，使我国的军用元器 件可靠性提高两三个数量级。
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可靠性问题可引发灾难性事故
1975年发射的先锋号卫星，由于一个价值2 美元的零件失效，造成发射失败，损失220 万美元。
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可靠性问题可引发灾难性事故
1986年1月28日，美国航天飞机“挑战者号” 由于1个密封圈实效，起飞76秒后爆炸，7 名宇航员丧生，造成12亿美元的经济损失。 亿美元
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提高可靠性能够避免灾难性事故的发生， 从而最大限度的减少损失，以及对公众安 全造成的不良影响。
维修性（Maintainability）：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。
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维修性包括两个方面：
维护—也叫预防性维修，是一种日常的 可靠性控制过程，表现为预先检查和试 验 修理—产品发生故障后，使其恢复完成 规定功能的工作
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可靠性的基本概念
可靠性（Reliability）：产品在规定条件
下，在规定时间内，完成规定的功能 在规定时间内， 的能力。 的能力。
产品：指可以单独研究、分别试验的任何 部件、组件、设备或系统。
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系统实例
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规定的条件：指产品使用时的应力条件,环境条件 及储存条件等，如载荷、温度、湿度、腐蚀介质 等。此外还包括操作技术、维修保养条件等。 规定的时间：指产品的工作时间。
可靠性工程
第一章 绪论 Introduction
聂 斌
工业工程系 管理与经济学部
binnie@tju.edu.cn
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参考资料
Charles E. Ebeling, An Introduction to Reliability and Maintainability Engineering, 清华大学出版社, 2008. 卢明银，徐人平，系统可靠性 系统可靠性，机械工业出版社， 系统可靠性 2008 曹晋华，程侃，可靠性数学引论 可靠性数学引论，高等教育出版 可靠性数学引论 社，2006。 期刊：
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提高可靠性能够为公民带来收益
以国产电视机为例，1980年年产200万台， 如果按年平均增长15%，修理一次平均费用 以10元计算，当电视机平均无故障时间为 500小时时，用户在1980~1990年间付出的 修理费为19.6亿元。当电视机的平均无故 亿元 障时间为10000小时时，则只要付出2.3亿 亿 元，节约17.3亿元。 亿元
Quality and Reliability Engineering International
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汉语的解释
可靠：
① 可以信赖，可以相信 ② 真实可信
可靠性：
① 真实可信方面的性能特点
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可靠性是衡量产品质量的重要指标
“不怕摔”的诺基亚手机
诺基亚产品可靠性实验室，实验项目 包括自由和循环跌落试验、电磁兼容 性试验、极端条件试验、温湿度试验、 强光试验、老化试验等。 严格的可靠性试验使产品潜在的可靠 性问题得以早期发现，并为新产品设 计提供了重要的资料。一旦手机无法 通过可靠性测试，工厂会停止该生产 线的运作，并且立刻分析检查原因， 分析报告将会提交全球诺基亚的项目 组负责部门。
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五十年代
美国于1950年成立“电子设备可靠性专门 委员会”。1952年国防部成立“电子设备 可靠性顾问委员会”(AGREE) 。1957年 AGREE发表的“军用电子设备可靠性”报 告，明确产品可靠性是可定量的、可分配 的、可验证的，从而建立可靠性的框架， 奠定了可靠性的基础。
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六十年代
60年代是美国可靠性工程全面发展的阶段。 在这10年中对重点武器装备系统开始了可靠 性管理，形成了一套可靠性设计、试验和管 理标准。 1965年颁布MIL-STD-785军标是显 著成果。英国1961年成立“可靠性与质量全 国委员会”，1966年开展“全国质量与可靠 性年”活动。法国1962年成立“可靠性中 心”。日本从美国引进可靠性技术，在民用 电子产品中取得世界领先地位。
维修性反映了可维修产品可以接受维修的能力。 在产品的论证阶段、研制阶段、使用阶段和处 理阶段的全寿命过程，都应重视维修性要求。
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可用性（有效性）
可用性（Availability）：可以维修的产品在 某时刻具有或维持规定功能的能力。 可用性将可修产品的可靠性和维修性有机的 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。 可用性表示产品正常工作的能力。
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七十年代
70年代是可靠性发展步入成熟阶段。主要 特点是建立集中统一的可靠性管理机构， 负责组织协调国防部范围内的可靠性政策、 标准、手册和重大研究课题等，成立全国 数据网。工业部门和各企业也纷纷成立可 靠性管理组织机构。从产品可靠性指标分 配、预计、可靠性设计、可靠性分析、可 靠性试验、数据交换等进行系统化管理， 形成了系统性“线条”式管理，将“单点” 管理系统串联起来。
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八十年代
80年代以来可靠性工程向着更深、更广的方向发 展。在管理上，加强集中统一管理，强调可靠性 及维修性管理制度化，在技术上深入开展软件可 靠性、机械可靠性，全面推广计算机辅助设计 (CAD)技术在可靠性工程中应用，积极采用模块 化、综合化、容错设计、光导纤维和超高速集成 电路等新技术来全面提高现代武器系统的可靠性。 1985年美国空军推行了“可靠性及维修性2000年 行动计划”(R&M2000)更进一步加强可靠性管理 和制度化。为了保证可靠性、维修性、保障性及 武器装备作战能力，使武器装备达到战备完好性、 使用可用性及任务成功性，在管理上大力推行 “矩阵式”管理，纵向到位，横向到边。
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提高可靠性能够增加财政收入
以一个功率为300万千瓦的发电机组为例，日发电 量为0.72亿千瓦时，如果可靠性提高1%，意味着 每年多发电2.628亿千瓦时。假设每千瓦时能给 亿千瓦时 电厂带来0.05元利润，电厂本身就创利0.1314亿 亿 元。对于用电部门，按我国平均水平，每千瓦时 带来产值4.9元，假设其中利润0.49元，税收0.71 元，则用电部门就能增加产值12.877亿元，增加 亿元 利润1.287亿元，增加税收1.866亿元。 亿元 亿元
任何一种产品经过一段时间的稳定性工作之后，随时 间的延长，可靠性就会下降，就会越来与频繁的出现 故障，最后报废。如，某家电规定90%的无故障工作时 间为15000小时。表明在15000小时以内，绝大部分产 品不会发生故障；但超过15000小时，则不能保证完好 工作的百分比。规定时间的单位可用分、秒、小时、 月、年、周期、次数、里程等
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1978年，原国家计委、电子工业部及广播电视工 业总局陆续召开了有关提高电视机质量工作会议， 对电视机等产品明确提出了可靠性、安全性要求 和可靠性指标，组织全国整机及元器件生产厂开 展了大规模的以可靠性为重心的全面质量管理。 在5年时间内，使电视机平均故障间隔时间提高了 一个数量级，MTBF由300小时提高到3000小时， 配套元器件使用可靠性也提高了一至二个数量级。
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只有可靠的产品才能带来长期效 益和忠诚的顾客
一个满意的顾客会将这种满意告诉8个人； 一个不满意的顾客会将wenku.baidu.com种不满意告诉20 个人。
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产品复杂性的提高对可靠性提出更 高的要求
随着系统复杂性的增加，可靠性迅速下降。 以串联系统为例，若系统由10万个部件组 成，当单个部件的可靠性为99.999%时，系 统的可靠性只有36.79%。 波音747客机有450万个部件。 1969年发射的阿波罗宇宙飞船由710万个零 件组成。
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可靠性工程的历史回顾
从第二次世界大战开始，纳粹德国使用火箭和美 国使用原子弹，开始了热兵器的成熟期。由于纳 粹德国发射的V-1、V-2火箭的不可靠及美国运往 远东的航空无线电设备有60％不能工作，引起了 对可靠性问题的认识。1944年纳粹德国用V-2火箭 袭击伦敦，有80枚火箭没有起飞就在起飞台上爆 炸，还有不少火箭没有达到伦敦就掉进英吉利海 峡。当时，美国海军统计，电子设备在规定使用 期内仅有30％的时间能有效地工作。在此期间， 因可靠性问题损失飞机2100架，是被击落飞机的 1.5倍。通过大量现场调查和故障分析，采取了对 策，诞生了可靠性这门学科。
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能力：定性的理解比较抽象，为了衡量 检验，需加以定量描述。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 力的定量描述通常用概率的方法。
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维修性
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九十年代
90年代美国废除大量的军用标准，大力推 行健壮设计和并行工程及IPPD管理。因此， 用“网络化”管理取代“矩阵式”管理。 首先在美国海军及其相关工业部门广泛推 广“网络化”管理。通过大量标准、规范 引入和支持，为“网络化”管理提供依据 和指导，实施程序化、规范化、系统化的 “网络化”管理，
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当时德国在V-1火箭研制后期，提出并运用了串联 系统理论，得出火箭系统可靠度等于所有元器件、 零部件乘积的结论。根据可靠性乘积定律，计算 出该火箭的可靠度达0.75。因此，V-1火箭成为第 一个运用系统可靠性理论的飞行器。美国对运往 远东的航空无线电设备的可靠性问题进行了调查 统计分析，找出主要原因是电子管的可靠性太差。 于是，在1943年成立了电子管研究委员会，专门 研究电子管的可靠性问题。20世纪40年代被认为 是可靠性萌芽时期。
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可靠性问题可引发灾难性事故
1974年3月3日，土耳其航 空公司的一架美制DC-10 客机从法国首都巴黎附近 的奥利机场起飞。飞机载 着 335 名旅客、 11 名机组 人员和大量行李升入4000 米高空，飞往英国的伦敦。 8分钟之后，一声爆炸毁 灭了这个庞然大物及全部 机上人员，造成当时最大 的空难。调查表明，飞机 失事是由于行李舱的舱门 设计有误造成的。
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规定的功能：指产品应具有的技术指标。
明确、清晰 产品丧失规定功能称为失效或故障。
对不可修产品称失效； 对可修产品称故障。
明确产品的失效模式、失效机理、失效判据。
有些产品的失效判据比较难以确定。如电视机的失效 需要从很多方面加以鉴别，如光栅、图像质量、伴音 质量、灵敏度、白平衡、消色能力等数据。