可靠性工程第一章

影响分析
应力和最坏 情况分析
冗余分析
M分析
R估 计
部件-总成 制造
研制 样机
重
制造
新
制造
设
部件-总成
计 QC 试验
试验 性能试验 修
改
环境试验
筛选
设 计 加速试验 评 审
R验证
使用 维修
耐久试验
R验证 数据
数据 数据
R估 计
R 估 计 R 估计
可靠性计划流程（BS5760）
可靠性工作项目实施表（GJB450）
任何企业的目标：低成本，高效益
费
用
总费用
维修费用
生产费用
R’
R
六、 可靠性研究的目的和意义
A 保证和提高产品的可靠性水平 B 提高经济效益 C 提高市场竞争力
七、可靠性的效益
(一)用户效益 1、产品可靠性的提高，防止事故发生，保证用户安全。 2、可靠性提高，成本投资相近，用户效益提高。 3、可靠性提高，全寿命周期成本下降，节省维修费用。
计算 计算 工程
①
①
①①
①
①
①
管理——可靠性管理；工程——可靠性工程；计算——可靠性计算。
适用
根据需要选用
仅设计更改时适用
① 要综合考虑费用效益或其他标准要求后确定
不适用
工作项目
潜在电路分析 电子元器件和电路容差分析 制定元器件大纲 确定可靠性关键件和重要件 确定功能测试、包装、贮存、装卸、运 输、维修等对可靠性的影响 环境应力筛选 可靠性增长试验 可靠性鉴定试验 可靠性验收试验
(二)企业效益 1、可靠性提高，企业竞争力增强。 2、可靠性提高，减少事故赔偿费用。
八、可靠性的三大指标
可靠性：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。
广义可靠性：产品在规定的维护修理使用条件下，在执行 任务期间某一时刻处于良好状态的能力。
维修：为了保持或恢复产品能完成规定功能而采取的技术 管理措施。

t)

N
f
(t) ]/
t

N
f
(t)
t
N
N
Nt
式中：N f (t) 为在 (t,t t) 时间间隔内的失效数
四、 失效率(t)
1、失效率的定义
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 间内发生的失效概率，也称为故障率函数。
(t) lim 1 P(t T t t T t)
第二阶段 可靠性工程技术发展形成阶段
1952年美国成立“电子设备可靠性顾问组”——AGREE
（Advisory Group on Reliability of Electronic Equipment） 1957年提出《电子设备可靠性报告》
——奠定可靠性理论基础 1958年美国成立ACGMR——导弹可靠性特设委员会 1959年美国国防部发布《电子设备可靠性大纲》
各种工程问题，包括可靠性设计、可靠性预计、可靠性 分配、可靠性增长、可靠性试验、可靠性管理等
可靠性工程的技术基础：
概率与数理统计 材料、结构学 力学 无损检测 基础试验技术 环境技术等
可靠性与传统技术概念的区别：
管理与技术的高度结合——固有技术和管理科学 众多学科的综合 反馈和循环
五、产品质量、费用与可靠性的关系
(SRS)
法国 可靠性数据中心
(CNET)
提供有关FMECA及可靠性、维修性方面的数据。 收集来自军方、铁路及航空系统的有关数据
四、可靠性理论的研究领域
可靠性数学 研究解决各种可靠性问题的数学方法和数学模型。
可靠性物理 研究各种失效机理和失效模型
可靠性工程 以可靠性物理为背景，以可靠性数学为手段，解决
品
性论证。
可
靠
为设计定型作准备。进行样机的研制与性
性来自百度文库
工程研制阶段
能试验、环境适应性试验及可靠性摸底试 验。制定可靠性与维修性保证大纲、质量
工
保证大纲和元器件大纲。
作
进行全面考核，确认达到研制任务书的要求
设计定型阶段
。进行设计定型样机，技术鉴定试验，技术 设计审查和设计定型评审。
生产定型阶段
批量生产条件下，进行全面考核。通过小 批量生产，验收试以及使用后进行生产定 型。
国际上一些著名的可靠性数据中心
国家 可靠性数据中心名称
主要工作内容
政府-工业部门数据交换 网(GIDEP)
4个数据库：可靠性与维修型数据库；计量数据库；失效经 验数据库；工程数据库。可以进行技术数据交换和标准程序 交换。
美国 失效率数据交换网
(FARADA)
美国军方与国家宇航局主办。主要收集元件、部件的现场数 据，提供军用及空间技术系统方面元器件的失效机理数据。
1.失效概率密度函数的定义
f(t)
失效概率密度函数是累积失效概率对时 间的变化率，单位时间内的失效概率
f (t) dF(t) F '(t) dt
t
F(t) f (t)dt
0
0
f(t)
R(t) F(t)
t
2.失效概率密度函数的估计值
^
f
(t)

F (t

t)

F (t )

[
N
f
(t
§1.1 可靠性基本概念
一、可靠性的定义（Reliability）
（GB3187-82） 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（能力是用概率值表示）
（1966年MIL-STD-721“可靠性维修技术术语定义”） 可靠性是一种表示产品质量的指标
二、学习本课程的目的
了解可靠性技术概况，初步掌握可靠性设计与分析 的方法，培养分析问题解决问题的能力。
可靠性分析中心 (RADC-RAC)
美国国防部的下属机构，重点是微电子器件的失效物理分析 。
欧洲
欧洲电子元器件认证数 据交换中心(EXACT)
收集数据的内容与政府-工业部门数据交换网相似。
日本
日本电子器件可靠性中 心(RCJ)
电子元器件的可靠性认证、规范、标准等，并提供可靠性技 术指导
英国 可靠性服务系统
可靠度
t=100h
t=400h
^
R(100)

N s100 (t )

34

0.68
^
R(400)

Ns400(t)

22

0.44
N 50
N 50
累积失效概率
^
F (t )

N f 100(t)

16

0.32
^
F (t )

N
f
400(t)

28

0.56
N 50
N 50
三、失效概率密度函数f(t)
大修不良
运转
设计
滥用 超载 误操作
安全系数不足 冗余度不足
未防止误操作 无故障保险
零部件互换性差 图纸差错
寿命确定不准 公差不合适
附件备件不足
载荷确定不准 超载防护不好
不适应使用环境 保管不好
使用可靠度 Ru
备件供应不足
保管运输
服务上的差错
服务
固有可靠度 RI
误差 加工不良 材料不良 装配不良 检查不良
^
R(t)

N s (t)
N
（2）对于可维修产品，可靠度的估计值是指一个或多个 产品的无故障工作时间达到或超过规定时间t的次数与投 入工作的产品数之比。
产品序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
规定时间t
不可修复产品试验
产品序号
1
t
2
t
3
t
t
t
观察时间
三件可修复产品试验
R(t)

N s (t) N

5 12

0.4167
R(t)

N s (t) N

5 12

0.4167
二、累积失效概率F(t)
1. 累积失效概率的定义
F(t) P(T t) 1 P(T t) 1 R(t)
F (0) 0 lim F (t) 1
t
0 F(t) 1
类型
工程 工程 工程 管理 工程
工程 工程 工程 工程
研制生产阶段
技术指标 方案论 工程研 论证阶段 证阶段 制阶段
①
①
①
①
①
①
①
①
①
①
生产 阶段
① ①
① ①
论证阶段
根据产品的使命确定产品的特点和使用要求提出 可靠性与维修性的定性要求。
产
方案阶段
在初步方案构思的基础上，拟定较为详细的设计 方案，进行方案的技术论证、可靠性论证和维修
—MIL-R-25717C 1968年美国航空局发布以可靠性为中心的维修大纲 60年代末美国40%的大学已经开设了可靠性的课程。
第三阶段 可靠性的国际化阶段（70~80年代）
国际可靠性与维修性委员会 国际结构安全度联合委员会 应用范围逐步扩大：
电子、机械、航空、航天、石油、化工 风险分析以及保险业等
t
(t )dt R(t) e 0
典型的失效率曲线（bath-tub curves)
(t)
I
II
III
有效寿命
t
I 早期失效(early failure) DFR(decreasing failure rate) II 偶然失效(random failure) CFR(constant failure rate) III 耗散失效(wear-out failure) IFR(increasing failure rate)
研制生产阶段
工作项目 制定可靠性工作计划
类型 技术指标 方案论 工程研 生产 论证阶段 证阶段 制阶段 阶段
管理
对承制方和供应方的监督和控制 可靠性大纲评审
管理 管理
①
①
①
建立故障报告、分析和纠正措施系统 故障审查级组织 建立可靠性模型
工程 管理 工程
①
①
①
①
可靠性分配 可靠性预计 故障模式、影响及危害度分析
t0 t
P(t T t t T t) P(t T t t) P(T t)
(t) lim 1 P(t T t t) lim F (t t) F (t)
t0 t P(T t)
t0
tR(t)
dF (t) 1 R'(t) dt R(t) R(t)
可靠性工程基础
课程要求：
遵守课堂纪律 独立、按时完成作业 随堂考试
教材
刘品 可靠性工程基础 中国计量出版社
主要参考书：
1. 刘易斯. 实用可靠性工程. 北京：航空工业出版社 2. 刘唯信. 机械可靠性设计. 北京：清华大学出版社 3. 肖德辉. 可靠性工程. 北京：航空出版社. 4. 王 超. 机械可靠性工程 北京：冶金工业出版社
维修性：在规定的条件下，使用的产品在规定的时间内， 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。
可靠性 有效性：
维修性
有效性：产品在某一时刻具有或维持功能的能力。 贮存寿命：产品从开始贮存到丧失其规定功能的时间
可靠性的三大指标
可靠性 有效性 贮存寿命
一件产品的可靠度与其生产、存储和使用均有关系
RI（Inherent Reliability） 固有可靠度
RU （Use Reliability）
使用可靠度
RR （Redundant Reliability） 储存可靠度
R RU RI RR
可行性 研究
要求 R要求
技术要求 与合同
R技术要 求与合同
设
计
零件材料 分析加工
设 计
评
失效模式和
审
R(t)
1.0
2. 累积失效概率估计值
^
F (t)
t
^
F (t )

Nf
(t)
1
^
R(t)
N
轴承50个在恒定载荷下运行，求100h和400h时的可靠度及 累积失效概率，运行记录如下：
时间 t/h 10 25 50 100 150 250 350 400 500 600 失效数 4 2 3 7 5 3 2 2 0 0 累积失效数 4 6 9 16 21 24 26 28 28 28 仍在工作数 46 44 41 34 29 26 24 22 22 22
三、可靠性技术发展简史
可靠性技术的发展始于二次世界大战 第一阶段 可靠性工程发展初期阶段 第二阶段 可靠性工程技术发展形成阶段 第三阶段 可靠性的国际化阶段
第一阶段 可靠性工程发展初期阶段
（30~40年代）
1939年英国航空委员会首次提出飞机故障率为0.000001次/h 二次大战末期，德国火箭专家Lussen，提出串联系统的概念 1942年，MIT开始对真空管机械可靠性研究
制造
影响机械可靠度的主要因素
§1.2 可靠性特征量
一、可靠度R(t) 1. 可靠度函数
R(t)
1.0

R(t) P(T t) f (t)dt t 0
t
R(0) 1
t
lim R(t) 0
t
0 R(t) 1
2. 可靠度的估计值
^
R(t)
（1）对于不可维修产品，可靠度的估计值是指在(0,t)内， 能够完成规定功能的产品数与投入工作的产品数之比。
主要内容：
第一章 可靠性概论 第二章 系统可靠性模型 第三章 可靠性预测和分配 第四章 失效模式、后果与严重度分析 第五章 故障树分析 第七章 机械结构可靠性设计 第八章 可靠性试验 第九章 单元产品的可靠性评估 第十章 复杂产品的可靠性评估 第十一章 可靠性管理
第一章 可靠性概论
§1.1 可靠性基本概念 §1.2 可靠性特征量 §1.3 常用失效分布
样机 现场试验 数据采集分析
工程设计
寿命预测
样机模型 记录运行条件
实验数据分析
试验响应分析 试验监测
记录试验室试 验条件
数据编辑和修改 试验准备分析
实验室试验的 控制
实验室试验
疲劳的工程设计和试验分析流程
使用环境变化
维修
气温不合适 温度不合适
腐蚀环境 附件不合适 销售的差错
日常保养不良 现场修理不良