可靠性工程师考试资料

一、可靠性概论

1.1 可靠性工程的发展及其重要性1、可靠性工程起源与第二次世界大战（日本，齐藤善三郎）。20 世纪60 年代是可靠性全面发展的阶段，20 世纪70 年代是可靠性发展步入成熟的阶段，20 世界80 年代是可靠性工程向更深更广的方向发展。2、1950 年12 月，美国成立了“电子设备可靠性专门委员会”，1952 年8 月，组成“电子设备可靠性咨询组（AGREE），1957 年6 月发表《军用电子设备可靠性》，标志着可靠性已经成为一门独立的学科，是可靠性发展的重要里程碑。3、可靠性工作的重要性和紧迫性：①武器装备的可靠性是发挥作战效能的关键，民用产品的可靠性是用户满意的关键②成为参与国际竞争的关键因素③是影响企业盈利的关键④是影响企业创建品牌的关键⑤是实现由制造大国向制造强国转变的必由之路。4、可靠性关键产品是指一旦发生故障会严重影响安全性、可用性、任务成功及寿命周期费用的产品、价格昂贵的产品。1.2 可靠性定义及分类1、产品可靠性指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。概率度量成为可靠度。2、寿命剖面是指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，包含一个或几个任务剖面。任务剖面是指产品在完成规定任务这段时间内所经历的事件和环境的时序描述。3、产品可靠性可分为固有和使用可靠性，固有可靠性水平肯定比使用可靠性水平高。产品可靠性也可分为基本可靠性和任务可靠性。基本可靠性是产品在规定条件下和规定时间内无故障工作的能力，它反映产品对维修资源的要求。任务可靠性是产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能力。同一产品的基本可靠性水平肯定比任务可靠性水平要低。

1.3 故障及其分类

1、故障模式是指故障的表现形式，如短路、开路、断裂等。故障机理是指引起故障的物理、化学或生物的过程。故障原因是指引起故障的设计、制造、使用和维修等有关的原因。

2、非关联故障是指已经证实未按规定的条件使用而引起的故障，或已经证实仅属某项将不采用的设计所引起的故障，关联故障才能作为评价产品可靠性的故障数。1.4 可靠性常用度量参数1、故障率λ(t)是工作到某时刻尚未发生故障的产品，在该时刻后单位时间内发生故障的概率。

单位为10-9/h，称为菲特。2、故障率是故障的一个相对率，与样本量无关。3、MTTF 平均失效前时间，描述不可修复产品。在规定的条件下和规定的时间内产品寿命单位总数与失效产品总数之比。4、MTBF 平均故障间隔时间，描述可修复产品。MTBF=1/λ（指数分布）λ故障率为常数。5、故障服从指数分布，故障率为常数λ，此时可靠度为R（t）=e^(-λt) 1.5 产品故障率盆浴曲线1、早期故障期：主要是设计与制造中的缺陷导致；偶然故障期：有偶然因素引起；耗损故障期：由老化、疲劳、磨损、腐蚀等耗损性因素引起。2、安全性分析方法：危险源检查单法；工程经验法；其他分析方法（失效模式影响及危害性分析、失效树分析、事件树分析、报警时间分析、警示与报警分析等）

二、可靠性数学基础

1、样本标准差可用于描述随机变量样本数据的离散性的统计量

2、样本均值、样本中位数、样本众数可以用于描述随机变量样本数据的中心特征的统计量

3、样本均值属于样本矩。2.1 可靠性工程中常用的概率分布1、离散型随机变量分布：二项分布、泊松分布。连续型随机变量分布：指数、正太、对数正态、威布尔分布。2、指数分布：f(x)=λe^(-λx)，F（x）=1-e^(-λx) 指数分布的均值μ=1/λ，方差σ^2=1/λ^2 指数分布的性质：失效率λ等于常数；平均寿命θ与失效率互为倒数；指数分布“无记忆性”。3、正态分布具有对称性，计为N（μ，σ^2），μ决定正态分布曲线的位置，代表分布的中心倾向，σ^2 决定正态分布曲线的形状，表示分布的离散程度。

4、威布尔分布既包括故障率为常数的模型，也包括故障率随时间变化的递减（早期故障）和递增（耗损故障）模型。2.2 参数估计1、点估计的解析法：矩法只适用于完全样本；最好线性无偏估计和不变估计只适用于定数截尾情况；极大似然法和最小二乘法适用于所有情况，极大似然法是精度最好的方法。2、极大似然估计利用总体分布函数表达式及样本数据来建立似然函数。具有一致性、有效性和渐近无偏性等。3、置信区间表示计算估计的精确程度，置信度表示估计结果的可信性。

三、可靠性设计与分析

3.1 可靠性建模、分配与预计1、可靠性模型包括可靠性框图及其相应的数学模型；可靠性模型分为基本可靠性模型（用于计算故障率或平均故障间隔时间，串联模型）和任务可靠性模型。2、建立可靠性模型的目的：①明确各单元

之间的可靠性逻辑关系及其数学模型②利用模型进行可靠性定量分配和预计，发现设计中的薄弱环节，以改进设计③对不同的设计方案进行比较，为设计决策提供依据。3、可靠性建模主要步骤：明确产品定义、绘制可靠性框图、建立数学模型。4、非贮备模型：串联模型；工作贮备模型：并联模型（最简单）、表决模型、桥联模型；非工作贮备模型：旁联模型。5、串联系统的失效率，指数分布时，相加。6、采用并联模型，提高了产品的任务可靠性，而基本可靠性降低，同时增加了产品的重量、体积等。7、可靠性分配是一个由整体到局部、由上到下的分解过程。分配方法有评分分配法、比例组合法、AGREE 法、均等分配法。8、评分分配法考虑因素：复杂度、技术成熟度、重要度、工作时间和环境条件。9、可靠性分配目的：①明确各单元的可靠性定量要求②发现设计中的薄弱环节③对不同的设计方案进行比较，为设计决策提供依据④作为可靠性试验与评估的依据之一。10、可靠性预计是一个由局部到整体、由下到上的过程。预计方法：评分预计法、元器件计数法（初步设计阶段）、应力分析法（详细设计阶段）和相似产品法。11、评分预计法考虑因素：复杂度、技术成熟度、工作时间比率、环境严酷度。12、应力分析法需要数据：元器件种类、数量、质量等级、工作环境、使用应力。13、可靠性预计目的①将预计结果与要求的可靠性指标相比较，是否能够达到客户要求②在方案阶段，通过对不同方案预计值的比较，选择优化方案③在研制阶段，通过预计，发现设计中的薄弱环节，以便加以改进④为可靠性增长试验、验证试验及费用核算等提供数据⑤通过预计为可靠性分配提供对照依据。3.2 故障模式、影响及危害性分析（FMECA）1、故障影响分为局部影响、高一层次影响、最终影响。2、严酷度是根据产品每一个故障模式的最终影响的严重程度确定的。（I 灾难的、II 致命的、III 中等的、IV 轻度的）3、绘制危害性矩阵图的方法：横坐标一般按等距离标示严酷度类别，纵坐标为产品危害度或故障模式危害度或故障模式概率等级。4、CA 分析方法有评分排序法和危害性矩阵方法（定量、定性分析方法）5、过程FMECA 简称PFMECA，针对生产过程中每个工艺步骤可能发生的故障模式、原因及其对产品造成的影响进行分析。工艺故障模式是指不能满足产品加工、装配过程要求和/或设计意图的工艺缺陷。在PFMECA 中，一般不考虑产品设计中的缺陷。工艺故障影响程度：灾难的、严重的、中