可靠性设计ppt课件
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可靠性设计：物理量视为“随机变量” 应用概率的方法进行设计（也有非概率可靠
性）
现代设计方法
• 可靠性的定义
可靠性—产品在规定的工作条件下，规定的时间内完成规 定功能的能力。
① 研究的对象（产品 ）
系统、部件、零件；汽车、航天器、材料、计算机软件等。
② 规定条件 各种环境条件：载荷、温度、压力、湿度、润滑等； 使用方法、维修方法
f(t)
f(t)dF (t)dR (t)
dt
dt
f(t)
失效概率
F(t)
t
f (t)dt
0
F(ta)
R(ta)
0
ta
t
可靠度 R(t)1F(t) f(t)dt t
图1-3 f(t)与F(t)
现代设计方法
4）失效率（故障率）
• 工作到时刻 t尚未失效的产品，在这t 时刻后，在单
现代设计方法
• 可靠性的发展
60年代，由于产品趋向复杂化，工作环境条件的严酷，对 可靠性的要求越来越高。可靠性技术从电子业迅速推广到 其它工业部门，从阿波罗飞船到洗衣机、汽车、电视、 都 应用了R设计技术和R管理技术。
Apollo计划被公认为是可靠性的充分体现。
60年代末，70年代初，美国编制了一系列可靠性规范， 可靠性理论趋于成熟，应用领域不断扩大，到70年代末， 可靠性研究工作在世界范围内已达到了成熟期。
现代设计方法
• 可靠性在我国的发展
我国于60年代末70年代初开始可靠性研究工作，最早研究 的有航天工业部705所，电子工业部四所、五所等。
1990年，我国机械电子工业部印发的“加强机电产品设计 工作的规定”中明确指出： 可靠性、适应性、经济性三性统筹作为我国机电产品设计的 原则，在新产品鉴定定型时，必须要有可靠性设计资料和试 验报告，否则不能通过鉴定。 现今，可靠性的观点和方法已经成为质量保证、安全性保证 、产品责任预防等不可缺少的依据和手段，也是我国工程技 术人员掌损现代设计方法所必需掌握的重要内容之一。
③ 规定时间
广义的时间：时间、距离、周期、循环次数、转数等，与时间相当的 物理量。
现代设计方法
可靠性—产品在规定的工作条件下，规定的时间内完成规 定功能的能力。
④规定功能：包括性能
• 系统的工作状态：如发动机正常运转； • 产品的工作性能参数指标。精度、效率、强度、稳定性等。 如发动机熄火，发动机工作不平稳，功率下降。注意，若产品工作
）正 常 工 作 时 间 （ 寿 命
F(t)/% R(t)/%
95 100
R(t)
F(t) 50
5 0
t
图1 R(t)和F(t)随工作时间t的变化情况
现代设计方法
3）失效概率密度函数 指t时刻时，单位时间内的失效概率， 用f(t)表示。
某时刻产品失效的“速度”
现代设计方法
设工作到 t 时刻的失效数为 N f (t )
位时间内发生故障的概率。
ˆ ( t)N[ fN ( t N ft ( t ) ) N ] f( t t)N t [ N 1 f ( t) Nf N( t) ] f( t) 1 1 F( t)f R( ( t t) ) ( t)l N t 0i ˆ ( t) m 1 f( F t( ) t)f R( ( t t) )R R( ( t t) )
失效前平均时间 平均故障间隔 失效寿命
现代设计方法
1）可靠度(Reliability) R(t):产品在规定的条件，规定的时间t内完成 规定功能的概率. 它表示在规定的时间内圆 满工作的产品占全部工作产品累积百分比。
若设有Ｎ个相同产品在相同条件下工作，到任一给定的工 作产时品间仍ｔ能时正，常累工积作有，Ｎ则f该(ｔ产)品个到产时品间失ｔ效的，可剩靠下度ＮＲp (ｔ(ｔ)个)为 ：
设工作到 t+△t 时刻的失效数为 Nf (tt)
f(t) N f(t) N f(tt) N f(t) F (tt) F (t) dF
lim lim lim N t 0N t N t 0
N t
N t 0
t
dt
F(t)1R(t)
时的功能参数已漂移到规定的界限之外，即使仍能运行，也属 于不正常工作而视为“失效”，如6缸发动机只有2缸工作，汽 车仍可正常运行，也认为发动机发生故障。
现代设计方法
2.可靠性设计的常用指标
• 概率指标（统计指标）
可靠度 不可靠度（失效概率） 失效概率密度函数 失效率（故障率）
• 寿命指标
现代设计方法
可 靠 性 设 计（1）
Reliability Design ——可靠性概述
大学CAD中心
现代设计方法
本讲主要内容
可靠性基本概念和特点 可Leabharlann Baidu性设计的常用指标 可靠性设计常用分布函数
现代设计方法
1.可靠性设计的概念与特点
• 什么是可靠性？
• 可靠性的由来
1952年，美国国防部成立了“电子设备可靠性咨询小组（AGREE）” ，1957年发表了著名的“军用电子设备的可靠性”报告，提出了在生 产、试制过程中产品可靠性指标进行试验、验证和鉴定的方法，以及包 装、储存、运输过程中的可靠性问题及要求。这份报告被公认是电子产 品可靠性工作的奠基性文件。至此，可靠性理论的研究开始起步，并逐 渐在世界范围内展开，可靠性工程开始形成一门独立的工程学科。
一般当N足够大 R(t) NNf (t) N
因为０≤Ｎf (t)≤Ｎ，故０≤Ｒ(t)≤１
现代设计方法
2）不可靠度(Faulty)
不可靠度或失效概率；指在规定的条件下和规 定的时间内，产品功能失效的概率。 产品的失效概率也是时间的函数，用F(t)表示 ，称为失效概率函数。
显然
现代设计方法
R(t)P(t) F (t) ( t) 1 R (t)
现代设计方法
• 常规设计与可靠性设计
常规设计：物理量均视为“定值”；
优化设计时得到的最优值；
强度设计，可能会导致大量失效。 故采用安全系数方法
安全系数法： Ａ.以相同的安全系数所设计出的零部件其安全程度不 一定是相同的； Ｂ.把安全系数本身看作是一个常量是不符合实际的； Ｃ.大的安全系数不一定有大的安全效果，小的安全系 数就不一定不安全。
性）
现代设计方法
• 可靠性的定义
可靠性—产品在规定的工作条件下，规定的时间内完成规 定功能的能力。
① 研究的对象（产品 ）
系统、部件、零件；汽车、航天器、材料、计算机软件等。
② 规定条件 各种环境条件：载荷、温度、压力、湿度、润滑等； 使用方法、维修方法
f(t)
f(t)dF (t)dR (t)
dt
dt
f(t)
失效概率
F(t)
t
f (t)dt
0
F(ta)
R(ta)
0
ta
t
可靠度 R(t)1F(t) f(t)dt t
图1-3 f(t)与F(t)
现代设计方法
4）失效率（故障率）
• 工作到时刻 t尚未失效的产品，在这t 时刻后，在单
现代设计方法
• 可靠性的发展
60年代，由于产品趋向复杂化，工作环境条件的严酷，对 可靠性的要求越来越高。可靠性技术从电子业迅速推广到 其它工业部门，从阿波罗飞船到洗衣机、汽车、电视、 都 应用了R设计技术和R管理技术。
Apollo计划被公认为是可靠性的充分体现。
60年代末，70年代初，美国编制了一系列可靠性规范， 可靠性理论趋于成熟，应用领域不断扩大，到70年代末， 可靠性研究工作在世界范围内已达到了成熟期。
现代设计方法
• 可靠性在我国的发展
我国于60年代末70年代初开始可靠性研究工作，最早研究 的有航天工业部705所，电子工业部四所、五所等。
1990年，我国机械电子工业部印发的“加强机电产品设计 工作的规定”中明确指出： 可靠性、适应性、经济性三性统筹作为我国机电产品设计的 原则，在新产品鉴定定型时，必须要有可靠性设计资料和试 验报告，否则不能通过鉴定。 现今，可靠性的观点和方法已经成为质量保证、安全性保证 、产品责任预防等不可缺少的依据和手段，也是我国工程技 术人员掌损现代设计方法所必需掌握的重要内容之一。
③ 规定时间
广义的时间：时间、距离、周期、循环次数、转数等，与时间相当的 物理量。
现代设计方法
可靠性—产品在规定的工作条件下，规定的时间内完成规 定功能的能力。
④规定功能：包括性能
• 系统的工作状态：如发动机正常运转； • 产品的工作性能参数指标。精度、效率、强度、稳定性等。 如发动机熄火，发动机工作不平稳，功率下降。注意，若产品工作
）正 常 工 作 时 间 （ 寿 命
F(t)/% R(t)/%
95 100
R(t)
F(t) 50
5 0
t
图1 R(t)和F(t)随工作时间t的变化情况
现代设计方法
3）失效概率密度函数 指t时刻时，单位时间内的失效概率， 用f(t)表示。
某时刻产品失效的“速度”
现代设计方法
设工作到 t 时刻的失效数为 N f (t )
位时间内发生故障的概率。
ˆ ( t)N[ fN ( t N ft ( t ) ) N ] f( t t)N t [ N 1 f ( t) Nf N( t) ] f( t) 1 1 F( t)f R( ( t t) ) ( t)l N t 0i ˆ ( t) m 1 f( F t( ) t)f R( ( t t) )R R( ( t t) )
失效前平均时间 平均故障间隔 失效寿命
现代设计方法
1）可靠度(Reliability) R(t):产品在规定的条件，规定的时间t内完成 规定功能的概率. 它表示在规定的时间内圆 满工作的产品占全部工作产品累积百分比。
若设有Ｎ个相同产品在相同条件下工作，到任一给定的工 作产时品间仍ｔ能时正，常累工积作有，Ｎ则f该(ｔ产)品个到产时品间失ｔ效的，可剩靠下度ＮＲp (ｔ(ｔ)个)为 ：
设工作到 t+△t 时刻的失效数为 Nf (tt)
f(t) N f(t) N f(tt) N f(t) F (tt) F (t) dF
lim lim lim N t 0N t N t 0
N t
N t 0
t
dt
F(t)1R(t)
时的功能参数已漂移到规定的界限之外，即使仍能运行，也属 于不正常工作而视为“失效”，如6缸发动机只有2缸工作，汽 车仍可正常运行，也认为发动机发生故障。
现代设计方法
2.可靠性设计的常用指标
• 概率指标（统计指标）
可靠度 不可靠度（失效概率） 失效概率密度函数 失效率（故障率）
• 寿命指标
现代设计方法
可 靠 性 设 计（1）
Reliability Design ——可靠性概述
大学CAD中心
现代设计方法
本讲主要内容
可靠性基本概念和特点 可Leabharlann Baidu性设计的常用指标 可靠性设计常用分布函数
现代设计方法
1.可靠性设计的概念与特点
• 什么是可靠性？
• 可靠性的由来
1952年，美国国防部成立了“电子设备可靠性咨询小组（AGREE）” ，1957年发表了著名的“军用电子设备的可靠性”报告，提出了在生 产、试制过程中产品可靠性指标进行试验、验证和鉴定的方法，以及包 装、储存、运输过程中的可靠性问题及要求。这份报告被公认是电子产 品可靠性工作的奠基性文件。至此，可靠性理论的研究开始起步，并逐 渐在世界范围内展开，可靠性工程开始形成一门独立的工程学科。
一般当N足够大 R(t) NNf (t) N
因为０≤Ｎf (t)≤Ｎ，故０≤Ｒ(t)≤１
现代设计方法
2）不可靠度(Faulty)
不可靠度或失效概率；指在规定的条件下和规 定的时间内，产品功能失效的概率。 产品的失效概率也是时间的函数，用F(t)表示 ，称为失效概率函数。
显然
现代设计方法
R(t)P(t) F (t) ( t) 1 R (t)
现代设计方法
• 常规设计与可靠性设计
常规设计：物理量均视为“定值”；
优化设计时得到的最优值；
强度设计，可能会导致大量失效。 故采用安全系数方法
安全系数法： Ａ.以相同的安全系数所设计出的零部件其安全程度不 一定是相同的； Ｂ.把安全系数本身看作是一个常量是不符合实际的； Ｃ.大的安全系数不一定有大的安全效果，小的安全系 数就不一定不安全。