设备的可靠性评估

设备的可靠性评估

可靠性是质量的一个重要组成内容，可靠性技术是提高产品质量的一种重要手段。

一、故障的相关术语

故障：产品或产品的一部分不能完成或将不能完成预定功能的事件或状态称为故障。例电视机出现故障。

失效：不可修复产品不能完成或将不能完成预定功能的事件或状态称为失效。例灯泡灯丝烧断。实际上故障是产品失效后的状态，也可能失效前就存在。

故障模式——故障的表现形式，如三极管的短路、开路和灯丝烧断

故障机理——引起失效的的内在原因（物理、化学的）例如电阻开路的失效机理可能是引线根部弯曲过大造成伤害以致断开，又如有的器件是对静电高度敏感的，把它装在塑料盒中或用手去接触就会造成静电损伤因而失效。

故障的分类：按故障规律分为偶然故障（偶然因素引起的）与耗损故障（产品的规定性能随时间增加逐渐衰退引起的，例如汽车行驶若干距离后因零件损坏而熄火）。前者只能通过概率统计方法预测，后者可通过预防维修延长产品寿命。

二、可靠性、可用性和可信性的定义

可靠性：产品在规定的条件下和规定时间内完成规定功能的能力。例电脑在正常工作条件下一年内始终正常运行的能力。条件包括使用时的环境条件和工作条件；时间是广义的，除时间外还可是里程、次数等。

可靠性分为固有可靠性和使用可靠性。前者是设计、制造中赋予的，后者还要考虑安装、操作使用和维修等因素。

可靠性还可分为基本可靠性和任务可靠性。前者是产品在规定条件下无故障的持续时间或概率，它反映产品对维修人力的要求；后者是产品在规定的任务期内完成规定功能的能力。

可用性（要用时就能用）：在要求的外部资源得到保证的前提下，产品在规定的条件下和规定时刻（时间区间）内处于可执行规定功能状态的能力（例如飞机在外部条件：驾驶员、燃油、机场配合等外部条件满足下能正常飞行的能力）。它是产品可靠性、维修性和维修保障的综合反映。可靠性从延长其正常工作时间来提高产品可用性，维修性从缩短因维修的停机时机来提高可用性。

可信性的含义是长期保持规定要求的能力，是一个集合术语，用来表示可用性及其影响因素：可靠性、维修性、维修保障。

三、可靠度函数

产品发生故障（失效）的时间T ：产品发生故障（失效）的时间，也称为寿命，它是随机变量。

可靠度函数：R(t)=P(T>t)称为产品可靠度函数，是t 的函数

一般产品的故障分布近似于指数分布，理论上可证明由多个零件组成的可修复产品寿命的分布通常是指数分布。

四、产品及设备的可靠性的评估指标 1、可靠度

可靠度：产品在规定条件下规定时间内完成规定功能的概率。例电脑在正常工作条件下一年内始终正常运行的概率。 可靠度：()()R t P T t =>

实测算法：若初始0N 件产品，工作到t 时刻，产品发生的故障数为r(t) ，则可靠度观测值：00

()()N r t R t N -=

例1 设t=0时，投入10000只灯泡工作，以天为单位，若90天内共坏了50个，则R(90)=0.995。 2、故障（失效）率

故障率)(t λ：工作到某时刻尚未失效的产品在该时刻后（的瞬间）单位时间内失效的

概率。

实用算法：设()s N t 表示时刻t 未发生故障的产品数，（t,t+t ∆）表示t 以后的某段时间（越短越好，但通常取为单位时间），)(t r ∆表示（t,t+t ∆）内失效的产品数，则

()()()s r t t N t t

λ∆=

∆

续上例，取t=1∆天，若90天内共坏了50个，第91天坏了2个，则(90)=2/9950λ。 3、平均失效（故障）前时间MTTF （Mean Time to Failure ）

对不可修复产品： 0

1

01MTTF N i i t N ==∑，i t 为第i 件产品寿命 注：对不可修复产品，平均失效前时间也即平均寿命。

例2设有5件不可修复产品进行寿命试验，失效时间分别为1000h ，1500h ，2000h ，2200h ，2300h ；则产品的平均失效前时间MTTF 为：

MTTF=（1000+1500+2000+2200+2300）/5=1800h

理论上0

MTTF=

T tf dt ∞

⎰

，其中T f 是寿命T 的概率密度。

产品寿命服从指数分布exp()λ时，0

MTTF 1/t

t t e dt e dt λλλλ∞

∞

--=

==⎰

⎰

4、平均故障间隔时间MTBF （现场实际中可用此公式估计设备的可靠度） 一件产品使用80天；修复1天，又工作75天；修复1天，又工作82天，坏了。 MTBF=（80+75+82）/3=79天。

设0N 表示故障次数，i t 表示持续工作时间，0

N i

i=1

01

MTBF=t

N ∑

对于完全修复产品，由于修复如新，因此

MTBF=MTTF=R(t)dt ∞

⎰

当产品寿命服从指数分布时，产品的故障率为常数λ，则1

MTBF=MTTF=λ

5、贮存寿命

产品在规定条件下贮存时，仍能满足规定质量要求的时间长度称为贮存寿命。 6、平均修复时间（MTTR ）

就是排除故障所需实际直接维修时间的平均值，其观测值是修复时间t 的总和与修复次

数之比：n

i=1

MTTR=

i

t

n

∑

其中 i t ——第i 次修复时间；n ——修复次数 五、浴盆曲线--故障率随时间变化的曲线

多数不可修复产品的故障率随时间变化的曲线像浴盆。分为3个阶段：

1、早期故障期：主要是设计与制造中的缺陷，如设计不当、材料缺陷、加工缺陷、安装调试不当等。可以通过加强质量管理及采用筛选等办法减少甚至消灭早期故障。

2、偶然故障期：是由偶然因素引起的。故障率近似为常数。偶然故障阶段是产品的主要工作期间。

3、耗损故障期：主要是由老化、疲劳、磨损、腐蚀等耗损性因素引起的。

产品使用寿命与产品规定条件和规定的可接受的故障率有关：规定的允许故障率高，产品的使用寿命就长，反之，使用寿命就短。