质量管理与可靠性(可靠性)要点

第十章 可靠性 设计与分析
本 章 重 点
1、了解可靠性的基础知识 2、熟悉可靠性特量 3、掌握可靠性设计手法
可靠性基础
本 章 内 容
可靠性特征量 可靠性设计
可靠性管理
可靠性设计与分析
一、可靠性的发展

1.可靠性基础


始于20世纪30-40年代 ,当时飞机、舰艇等武器装备，常因电子设备 发生故障失去了应有的战斗能力，而贻 误战机。人们开始注意这些 “意外”事故并研究其发生的规律，这就是可靠性问题的提出。 可靠性发展的标志 1952年美国国防部成立电子设备可靠性咨询组。1957年发表了《军 用电子设备可靠性》报告。 可信性工程——发展为包括维修性工程、测试性工程、保障性工程 在内的可信性工程。
独立故障：由产品本身原因引起而又不能成为引起其它器件故障原 因的故障。 从属故障：其它产品故障引起的故障。 d.评价可靠性的故障统计原则 在评价产品可靠性时只统计独立故障。
习题:关于故障（失效），以下理解错误的是（ A.C ） A.故障指产品或产品的一部分不能完成规定功能的事件或状态 B.失效是指产品终止或丧失完成规定功能的能力 C.故障在产品失效后才表现出来 D.故障也可能在失效前就存在
2.可靠性特征量
（三）f(t)、R(t)及F(t)之间的关系
f(t) f(t) F(t) 0 R(t) t
图
f(t)与R(t)、F(t)的关系
二、失效率
2.可靠性特征量
（一）失效率函数

失效率是产品正常工作t时刻后，单位时间失效的概率
λ(t ) =

失效率通常的单位是：“10-3/h”、“10-5/h”。 [例] 假设产品寿命服从指数分布，试求其失效率。 [解] 产品寿命的分布函数为 f (t ) = λe-λt , t ≥ 0 ∞ ∞ 其可靠度函数为 R(t ) = t f (u)du = t λe-λu du = e-λt 由式，其失效率为
对不可修复产品而言 例：投影仪与灯泡
对可修复产品而言
故障通常是产品失效后的状态，但也可能失效前就存在。 b.故障模式、故障机理的定义 故障的表现形式称为故障（失效）模式。例：投影仪不出影象。 引起故障的原因称为故障（失效）机理。 例：1、灯泡故障；2、电源变压器故障；3、主电路板故障等
1.可靠性基础
寿命过程得到充分体现。
习题：以下说法错误是（ B.C ） A.维修性是产品的固有特性 B.维修性是可以使产品达到使用前状态的特性 C.产品的维修性就是指产品出现故障后进行维修 D.产品的维修性与可靠性密切相关，都是产品重要的设计特性
可靠性设计与分析
一、可靠性的概率度量
2.可靠性特征量
（一）可靠度
假定产品规定的时间为t，随机变量X的分布函数为： F(t)=P{X≤t},t≥0 F(t)是产品失效的概率函数，称为故障分布函数，也称故障 概率。 产品在规定时间t内不发生故障的概率为： P{X＞t}=1-F(t)=F (t) 通常称其为无故障概率，或称可靠度函数，简称可靠度，记 为R(t)，即R(t)=1-F(t)= F (t) 可靠度和故障分布函数之和恒等于1 R(t)＋F(t)≡ 1
耗损故障可以统计监测，可以通过预防维修，延长使用寿命。
注意：浴盆曲线揭示了产品的早期、偶然以及耗损故障期。其中早期故 障指由于设计和制造过程（人为）的缺陷引起的故障，可以通过设计与 过程质量改进加以消除，通常不作为出现故障的规律来划分。

致命性故障：完全丧失完成规定功能的能力，并可能造成人或物的 重大损失。 非致命性故障：不影响任务的完成，但会导致非计划的维修。

2.可靠性特征量
（一）可靠度

可靠度R(t)与故障分布函数F(t)具有以下性质：
1、R(0)=1, F(0)＝0，这表示产品在开始时处于良好的状态； 2、R(t)是非负的递减函数，F(t) 是非负的递增函数，说明随着时间的 增加产品发生故障或失效的可能性增大，可靠度变小； 3、R(∞)＝0，F(∞)＝1这表示只要时间充分长，产品终究都会失效； 4、0≤R(t)≤1，0≤F(t)≤1,即可靠度和 故障分布函数之值介于0和1之间。 F(t)

可靠度R(t)、故障分布函数 F(t)与时间t的关系
0
F(t)
R(t)
图ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
F(t)、R(t)与t的关系
t
2.可靠性特征量
（二）故障分布密度函数

时刻t后单位时间发生故障的概率，并称其为故障 分布密度函数
f (t ) = F (t )

如果已知故障数据，且产品数N相当大，则可求 出每个时间间隔Δt内的故障数Δr(t)，从而得到平 均经验故障密度 Δr (t ) ΔF (t ) ˆ f (t ) = = N0 Δt Δt
1.可靠性基础
b.维修性的性质 维修性是产品质量的一种特性,即由产品设计赋予其维修简便、迅速和
经济的固有特性。 产品可靠性与维修性密切相关，都是产品的重要设计特性。在产品的论 证阶段就应对可靠性和维修性提出要求，并通过设计、分析、试验、评定等
活动将要求落实到产品的设计中，使要求在产品生产、使用和维护阶段的全
c.故障的分类依据：

1、按出现故障的规律分：偶然故障和耗损故障 2、按故障的结果分：致命性故障和非致命性故障

3、按故障的统计特性分：独立故障和从属故障
d.不同故障的基本概念
偶然故障：由于偶然因素引起的故障。偶然故障是随机的，无法 控制，只能通过概率统计方法来预测。
耗损故障：是由于产品的规定性能随时间增加而逐渐衰退引起的。


二、可靠性的定义
（一）狭义定义 产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能 力。 （二）广义可靠性 产品在规定条件下，在整个寿命周期内完成规定功能的 可能性。

1.可靠性基础
a.故障（失效）的定义

故障：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。
失效：产品终止规定功能。
1.可靠性基础
三、维修性 a.维修性定义

维修性的定义：产品在规定的条件下和规定时间内，按规定的程序 和方法，保持和恢复执行规定状态的能力。
维修含义包括维护和修理两个方面：1）维护：也称预防性维修，是
根据产品功能随时间的衰减特性以及对已掌握的故障规律采取的预防性
措施，以延长产品寿命的过程。2）修理是产品发生故障后，使其尽可能 恢复故障前的状态。 维修性概念不能等同于维修活动，前者是在产品设计中赋予产品可 接受维修并便于维修的能力，是产品本身所具备的固有属性。后者是针 对可维修产品具备的维修特性必要时所采取的活动。