可靠性与安全-chap1-2010

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1939年瑞典人威布尔,为了描述材料的疲劳强度,提出 年瑞典人威布尔,为了描述材料的疲劳强度, 年瑞典人威布尔 了威布尔分布产品的寿命特性。 了威布尔分布产品的寿命特性。
失 效 率 早期失效 使用寿命期 损耗失效期
寿命时间
1939年,美国航空委员会出版了《适航性统计学注释》,提 年 美国航空委员会出版了《适航性统计学注释》 出飞机由于各种失效造成的事故率不应超过0.0001/h,相当 出飞机由于各种失效造成的事故率不应超过 , 于飞机在一小时飞行中的可靠度为0.9999。 于飞机在一小时飞行中的可靠度为 。 对系统可靠性的研究源自于纳粹德国对V-1、V-2火箭的研制。 火箭的研制。 对系统可靠性的研究源自于纳粹德国对 、 火箭的研制 提出了由N个部件组成的系统 其可靠度等于N个部件可靠度 个部件组成的系统, 提出了由 个部件组成的系统,其可靠度等于 个部件可靠度 的乘积,即目前常用的串联系统的可靠度乘积关系式。 的乘积,即目前常用的串联系统的可靠度乘积关系式。 可靠性” “可靠性”作为一个专用学术名词被明确提出的是麻省理工 学院放射性实验室。 学院放射性实验室。在1942年11月4日向海军舰船局提出的 年 月 日向海军舰船局提出的 一份报告中说: 由于真空管寿命短, 一份报告中说:“……由于真空管寿命短,需要一个专门小 由于真空管寿命短 组对它的可靠性进行研究并协调各个研究所的工作。 组对它的可靠性进行研究并协调各个研究所的工作。” 1943年,美国成立了“电子管技术委员会”,并成立了“电 年 美国成立了“电子管技术委员会” 并成立了“ 子管研究小组” 开始了电子管的可靠性研究, 子管研究小组”,开始了电子管的可靠性研究,这是有组织 地研究电子管可靠性的开始; 地研究电子管可靠性的开始;1949年,美国无线电工程学会 年 成立了可靠性技术组,是第一个可靠性专业学术组织。 成立了可靠性技术组,是第一个可靠性专业学术组织。
2)维修性 ) 指产品在规定条件下和规定时间内能使其恢复功能的能 即表示产品容易维修的程度。 力,即表示产品容易维修的程度。 维修性使产品的设计品质, 维修性使产品的设计品质,主要决定于产品发生故障 易于发现和排除的程度。维修性也包含以下四个要素: 易于发现和排除的程度。维修性也包含以下四个要素: ·产品是什么; 产品是什么; 产品是什么 ·规定的条件使什么; 规定的条件使什么; 规定的条件使什么 ·规定的时间是多长; 规定的时间是多长; 规定的时间是多长 ·恢复的功能是什么。 恢复的功能是什么。 恢复的功能是什么 3)有效性 ) 指产品在规定条件下, 指产品在规定条件下,当任务需要的时刻能完成规定功 能的能力。 能的能力。
(3)可靠性工程的全面发展阶段 ) 世纪60年代 指20世纪 年代。 世纪 年代。 1965年国际电工委员会 年国际电工委员会(IEC)可靠性专业委员会的 可靠性专业委员会的 年国际电工委员会 成立是国际可靠性组织形成的标志, 成立是国际可靠性组织形成的标志,使可靠性工程成 为一门国际化的技术。这一阶段取得的主要成果有: 为一门国际化的技术。这一阶段取得的主要成果有: ·深入进行了可靠性工程基础理论研究; 深入进行了可靠性工程基础理论研究; 深入进行了可靠性工程基础理论研究 ·开发了加速寿命试验,快速筛选方法等; 开发了加速寿命试验, 开发了加速寿命试验 快速筛选方法等; ·开发了一些新的可靠性预测技术; 开发了一些新的可靠性预测技术; ·深入进行了失效机理研究; 深入进行了失效机理研究; 深入进行了失效机理研究 ·发展了失效模式:FTA、ETA等系统可靠性分析技 发展了失效模式: 发展了失效模式 、 等系统可靠性分析技 术; ·开展了维修性、人的可靠性和安全性研究; 开展了维修性、 开展了维修性 人的可靠性和安全性研究;
1.6 可靠性工程概述 (1) 可靠性工程的几个术语 )
1)狭义可靠性与广义可靠性 ) 狭义可靠性——产品在规定条件下和规定时间内完 狭义可靠性 产品在规定条件下和规定时间内完 成规定功能的能力; 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 产品在规定的维护修理使用条件下, 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 。 增加了维修,常被称为有效性。) (增加了维修,常被称为有效性。) 对多数整机设备而言, 对多数整机设备而言,仅由于元器件失效而导致整 体丧失功能的现象可通过更换元器件或修理予以 消除。此类产品称为可修产品。可修产品的失效 消除。此类产品称为可修产品。 可称之为故障。 可称之为故障。
从定义本身来说,首先,可靠性研究对象是“产品” 从定义本身来说,首先,可靠性研究对象是“产品”。 可以是元器件、零部件、组件、机器、设备、分系统, 可以是元器件、零部件、组件、机器、设备、分系统,乃至 整个系统。 整个系统。 规定条件”指产品受到的外部作用条件,包括环境条件、 “规定条件”指产品受到的外部作用条件,包括环境条件、 使用条件和维修条件等。环境条件中含有温度、气压、 使用条件和维修条件等。环境条件中含有温度、气压、湿度 等自然条件,也包人工诱发环境条件; 等自然条件,也包人工诱发环境条件;使用条件包括了工作 模式、时间、频度、载荷、使用人员的技术水平等; 模式、时间、频度、载荷、使用人员的技术水平等;维修条 件包括维修方式、维修人员素质、维修配置等。 件包括维修方式、维修人员素质、维修配置等。 规定时间”指产品的工作时间。 “规定时间”指产品的工作时间。也可以由时间以外的单 位来衡量,如周期、次数(弹簧开关的有效使用次数)、 )、里 位来衡量,如周期、次Hale Waihona Puke Baidu(弹簧开关的有效使用次数)、里 汽车、飞机的无故障行驶距离)或其他单位( 程(汽车、飞机的无故障行驶距离)或其他单位(工作循环 次数)来代替。 次数)来代替。 规定功能” “规定功能”指产品规定了的必须具备的功能及其技术指 标。 能力”指描述产品实现其功能的可能性大小。 “能力”指描述产品实现其功能的可能性大小。
1.4 我国可靠性工程的发展历史
开始于上世纪50年代。 开始于上世纪 年代。建立了国内首个温热带环境暴露试 年代 验机构; 验机构; 60年代首先在电子工业部门进行了可靠性技术的开拓性工 年代首先在电子工业部门进行了可靠性技术的开拓性工 作; 1979年中国电子学会电子产品可靠性与质量管理专业委员 年中国电子学会电子产品可靠性与质量管理专业委员 会召开了第一次工作会议; 会召开了第一次工作会议; 1980年国家标准总局召开了全国电子产品环境条件与环境 年国家标准总局召开了全国电子产品环境条件与环境 试验标准化技术委员会第一次会议; 试验标准化技术委员会第一次会议; 80年代以后,在现代武器装备的研制中开始全面推行可靠 年代以后, 年代以后 性、维修性、保障性工作; 维修性、保障性工作; 在军工、仪器仪表、机械等行业,可靠性工程相继发展。 在军工、仪器仪表、机械等行业,可靠性工程相继发展。
(3)可靠性工程的工作程序 ) 可靠性工程是为了达到产品的可靠性要求 所进行的一系列技术与管理活动, 所进行的一系列技术与管理活动,贯穿了产品 全寿命周期过程开展的。 全寿命周期过程开展的。例如典型装备产品的 全寿命周期包括以下六个阶段: 全寿命周期包括以下六个阶段: · 构思论证; 构思论证; ·方案评审; 方案评审; 方案评审 ·工程研制与定型; 工程研制与定型; 工程研制与定型 ·生产(制造); 生产( 生产 制造); ·部署使用; 部署使用; 部署使用 ·退役(报废处理)。 退役( 退役 报废处理)。
可靠性设计与分析
包括建立产品(系统)的可靠性模型、 包括建立产品(系统)的可靠性模型、进行可靠性指 标的预计、可靠性分配和各种可靠性分析等。 标的预计、可靠性分配和各种可靠性分析等。在产品的设 计阶段反复多次进行,并不断深化,目的是为了优选方案、 计阶段反复多次进行,并不断深化,目的是为了优选方案、 预测产品可靠性水平, 预测产品可靠性水平,找出薄弱环节并逐步合理地把可靠 性指标分配到各个产品层次上。 性指标分配到各个产品层次上。 可靠性预计和分配本身不能提高产品的固有可靠性, 可靠性预计和分配本身不能提高产品的固有可靠性, 只有在预计过程中找出了薄弱环节, 只有在预计过程中找出了薄弱环节,并采取具体的设计改 进措施后,才能提高产品的可靠性。 进措施后,才能提高产品的可靠性。
1.3 可靠性工程的发展简史
(1)可靠性工程的准备和萌芽阶段 ) 作为可靠性工程的理论基础,20世纪 作为可靠性工程的理论基础, 世纪30~40年代 年代 世纪 出现的概率论、数理统计学,与工程实践紧密联系, 出现的概率论、数理统计学,与工程实践紧密联系, 对工程产品提出了机械维修概率、 对工程产品提出了机械维修概率、试件疲劳与极限 理论等。 理论等。
(4)可靠性工程的深入发展阶段 ) 20世纪 年代及以后。 世纪70年代及以后 世纪 年代及以后。 新成立了很多跨行业、研究范围更广的组织。 新成立了很多跨行业、研究范围更广的组织。 如 1978年9月美国成立的“可靠性、有效性及维修性 月美国成立的“ 年 月美国成立的 可靠性、 联合技术协调组”; 联合技术协调组” 工程技术中,可靠性设计更严格、更符合实际、 工程技术中,可靠性设计更严格、更符合实际、更 有效; 有效; 产品使用中的维修工程由以预防为主的维修思想转 变为以可靠性为中心的维修思想等。 变为以可靠性为中心的维修思想等。
1 《可靠性与安全》引言 可靠性与安全》
1.1 可靠性的概念 可靠的含义为“可信赖、可信任的” 真实、 可靠的含义为“可信赖、可信任的”、“真实、 可信的” 可信的”,与reliable、trustworthy、dependable、 、 、 、 true等同。 等同。 等同 通常我们所指的可靠性是针对产品而言的。 通常我们所指的可靠性是针对产品而言的。与 性能” 经济性” 安全性”等指标一样, “性能”、“经济性”、“安全性”等指标一样, 是衡量产品质量的一个重要指标, 是衡量产品质量的一个重要指标,反映产品动态质 量。 1966年美国军用标准的定义:产品的可靠性是指 年美国军用标准的定义: 年美国军用标准的定义 产品在规定的条件下、在规定的时间内完成规定的 产品在规定的条件下、 功能的能力。 功能的能力。
(2)可靠性工程的兴起和独立阶段 ) 世纪50年代期间 指20世纪 年代期间。 世纪 年代期间。 1952年8月21日,美国国防部下令成立由军方、 年 月 日 美国国防部下令成立由军方、 工业界及学术界组成“电子设备可靠性顾问组” 工业界及学术界组成“电子设备可靠性顾问组” (Advisory Group on Reliability of Electronic Equipment),即AGREE。 ),即 ), 。 1955年,AGREE在给政府的报告中提出了九项建 年 在给政府的报告中提出了九项建 即设计程序、试验、元件可靠性、采购、运输、 议:即设计程序、试验、元件可靠性、采购、运输、 包装、贮存、操作、维修。 包装、贮存、操作、维修。该建议成为美国有关可靠 性军标的思想基础。 性军标的思想基础。 1957年6月14日,该组织又提出了著名的《军用电 年 月 日 该组织又提出了著名的《 子设备可靠性》报告。 子设备可靠性》报告。
(2)可靠性工程的基本内涵 ) 产品的可靠性是设计出来的,生产出来的, “产品的可靠性是设计出来的,生产出来的, 管理出来的。 管理出来的。”——产品先天可靠性描述 产品先天可靠性描述 据日本电子行业统计,产品失效的原因中, 据日本电子行业统计,产品失效的原因中, 设计占80%,元器件占15%,制造工艺占5%; 设计占 %,元器件占 %,制造工艺占 %; %,元器件占 %,制造工艺占 美国海军电子实验室统计,设计占40%, %,元 美国海军电子实验室统计,设计占 %,元 器件占30%,使用和维护占20%,制造占10%。 %,使用和维护占 %,制造占 器件占 %,使用和维护占 %,制造占 %。
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