可靠性工程基本概念

1、可靠性工程基本概念第一章 緒論可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。 “規(guī)定條件”：產(chǎn)品的使用條件、維護(hù)條件、環(huán)境條件?！耙?guī)定時(shí)間”：產(chǎn)品必須達(dá)到的任務(wù)時(shí)間。 如應(yīng)力循環(huán)次數(shù)和車輛的行駛里程?！耙?guī)定功能”：產(chǎn)品必須具備的功能及其技術(shù)指標(biāo)。可靠性定義分為任務(wù)可靠性和基本可靠性。兩者都強(qiáng)調(diào)無故障完成任務(wù)。任務(wù)可靠性強(qiáng)調(diào)完成規(guī)定的功能是界定在“任務(wù)剖面”的范圍內(nèi)?；究煽啃詮?qiáng)調(diào)的持續(xù)時(shí)間是界定在壽命剖面的范圍內(nèi)。一個(gè)壽命剖面包含一個(gè)以上的任務(wù)剖面。度量任務(wù)可靠性時(shí)只考慮危及任務(wù)成功的致命故障，與該任務(wù)無關(guān)的故障可以不考慮?；究煽啃詣t涉及整個(gè)壽命周期內(nèi)的所有故障。任務(wù)剖面：產(chǎn)品

2、完成規(guī)定任務(wù)的時(shí)間內(nèi)所經(jīng)歷的時(shí)間和環(huán)境的描述。 產(chǎn)品的工作狀態(tài)；維修方案；產(chǎn)品工作的時(shí)間與順序；產(chǎn)品所處的環(huán)境(外加的與誘發(fā)的)的時(shí)間與順序；任務(wù)成功或致命故障的定義。壽命周期與壽命剖面：產(chǎn)品從制造到壽命終結(jié)或退出使用這段時(shí)間內(nèi)所經(jīng)歷的全部事件和環(huán)境的時(shí)序描述。它包含一個(gè)或多個(gè)任務(wù)剖面。通常把產(chǎn)品的壽命剖面分為后勤和使用兩個(gè)階段?？煽啃缘亩x 固有可靠性：產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中確立的可靠性。生產(chǎn)廠在模擬實(shí)際工作標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下，對產(chǎn)品進(jìn)行檢測并給以保證的可靠性。 使用可靠性：與產(chǎn)品的使用條件密切相關(guān)，受到使用環(huán)境、操作水平、保養(yǎng)與維修、使用者的素質(zhì)等因素的影響。維修性：產(chǎn)品在發(fā)生故障或失效后，能迅速修復(fù)以

3、維持良好而完善的狀態(tài)的難易性。廣義可靠性：產(chǎn)品在整個(gè)壽命周期內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。包括狹義可靠性和維修性?？煽啃詳?shù)學(xué)是可靠性研究的最重要的基礎(chǔ)理論之一，主要研究解決各種可靠性問題的數(shù)學(xué)模型和數(shù)學(xué)方法，屬于應(yīng)用數(shù)學(xué)的范疇。應(yīng)用于可靠性的數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及壽命試驗(yàn)等方面。可靠性物理即失效分析，是研究失效現(xiàn)象及其機(jī)制和檢測方法的學(xué)科，使可靠性工程從數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法發(fā)展到以理化分析為基礎(chǔ)的失效分析方法。 從微觀角度研究零部件（元器件）的失效發(fā)展過程和失效機(jī)理，從本質(zhì)上、從機(jī)理方面探究產(chǎn)品的不可靠因素，為研制、生產(chǎn)高可靠性產(chǎn)品提供科學(xué)的依據(jù)?？煽啃怨こ淌菍Ξa(chǎn)品（零部件、元器件、設(shè)備或系統(tǒng)）的失效

4、及其發(fā)生概率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析的一門邊緣性學(xué)科，主要內(nèi)容是運(yùn)用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)和方法論從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用等角度來研究產(chǎn)品的可靠性，包括對產(chǎn)品進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)、可靠性預(yù)計(jì)、可靠性試驗(yàn)、可靠性評估、可靠性檢驗(yàn)、可靠性控制、可靠性維修及失效分析。 實(shí)施可靠性工程應(yīng)重視可靠性數(shù)據(jù)的收集與分析3. 可靠性設(shè)計(jì) 應(yīng)用可靠性理論、技術(shù)和設(shè)計(jì)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在給定的可靠性指標(biāo)下，對零件、部件、設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行的設(shè)計(jì)，稱為可靠性設(shè)計(jì)。 通過預(yù)計(jì)、分配、分析、改進(jìn)等一系列可靠性工程活動，把可靠性定量要求設(shè)計(jì)到產(chǎn)品的技術(shù)文件和圖樣中去，從而形成產(chǎn)品的固有可靠性。 系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì) 零件可靠性設(shè)計(jì)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)的目的，就是要使系

5、統(tǒng)在滿足規(guī)定可靠性指標(biāo)，完成預(yù)定功能的前提下，使系統(tǒng)的技術(shù)性能、重最、成本、時(shí)間等各方面取得協(xié)調(diào)，求得最佳設(shè)計(jì)；或是在性能、重量、成本、時(shí)間和其它要求的約束下，設(shè)計(jì)能得到實(shí)際高可靠度的系統(tǒng)。 系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)常用的方法 系統(tǒng)可靠性框圖;故障模式影響與危害度分析fmeca;故障樹分析fta;馬爾科夫過程 研究可靠性的重要意義 保證和提高產(chǎn)品的可靠性水平;提高經(jīng)濟(jì)效益;提高市場競爭能力 第二章 可靠性數(shù)學(xué)基礎(chǔ)定義：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率稱為可靠度。 可靠度的觀測值是指直到規(guī)定的時(shí)間終了為止，能完成規(guī)定功能的產(chǎn)品數(shù)與該區(qū)間開始時(shí)刻投入工作產(chǎn)品數(shù)之比。定義：產(chǎn)品在規(guī)定的條件

6、下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，喪失規(guī)定功能概率稱為累積故障概率（又稱不可靠度）剩余壽命：若產(chǎn)品用到t時(shí)刻仍然完好，稱為產(chǎn)品的年齡。具有年齡t的產(chǎn)品從t時(shí)刻開始繼續(xù)使用下去直到失效為止所經(jīng)歷的時(shí)間，稱為具有年齡t的產(chǎn)品的剩余壽命。定義：工作到某時(shí)刻尚未故障的產(chǎn)品，在該時(shí)刻后單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的概率，稱之為產(chǎn)品的故障率。故障率浴盆曲線 早期故障期；偶然故障期；耗損故障期可靠壽命：給定的可靠度所對應(yīng)的產(chǎn)品工作時(shí)間。中位壽命：產(chǎn)品的可靠度等于時(shí)的可靠壽命。 平均壽命：產(chǎn)品壽命的平均值。對于不可修產(chǎn)品，平均壽命就是平均故障前時(shí)間；對于可修復(fù)產(chǎn)品，平均壽命就是平均故障間隔時(shí)間。可用性是系統(tǒng)可靠性與維修性的綜合表征。定

7、義：可修復(fù)產(chǎn)品，在規(guī)定的條件下使用，在規(guī)定維修條件下修復(fù)，在規(guī)定的時(shí)間具有或維持其規(guī)定功能處于正常狀態(tài)的概率。 瞬時(shí)有效度 使用有效度 極限有效度瞬時(shí)有效度是產(chǎn)品在某一時(shí)刻所具有或維持其規(guī)定功能的概率。平均有效度是在某規(guī)定時(shí)間內(nèi)有效度的平均值。 極限有效度是當(dāng)時(shí)間趨于無限大時(shí)，瞬時(shí)有效度的極限值。· 隨機(jī)試驗(yàn)具有以下特點(diǎn)：重復(fù)性 隨機(jī)性 明確性 第3章 典型系統(tǒng)可靠性模型系統(tǒng)由相互作用和相互依賴的若干單元結(jié)合成的具有特定功能的有機(jī)整體。系統(tǒng)包含“單元”，其層次高于“單元”系統(tǒng)按其可否修復(fù)分為不可修復(fù)系統(tǒng)和可修復(fù)系統(tǒng)兩類 定義 組成系統(tǒng)的所有單元中任一單元的故障都會導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)故障的稱

8、為串聯(lián)系統(tǒng)。串聯(lián)系統(tǒng)是最常用和最簡單的模型之一。 組成系統(tǒng)的所有單元都發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)才發(fā)生故障。并聯(lián)系統(tǒng)是最簡單的冗余系統(tǒng)（有貯備模型）。 系統(tǒng)由n個(gè)單元組成，若系統(tǒng)中有r個(gè)或r個(gè)以上單元正常，則系統(tǒng)正常，這樣的系統(tǒng)稱作n中取r表決系統(tǒng)。 組成系統(tǒng)的各單元只有一個(gè)單元工作，當(dāng)工作單元故障時(shí)，通過轉(zhuǎn)換裝置接到另一個(gè)單元繼續(xù)工作，直到所有單元都故障時(shí)系統(tǒng)才故障，稱為旁聯(lián)系統(tǒng)，又稱非工作貯備系統(tǒng)。非工作貯備的優(yōu)點(diǎn)是能大大提高系統(tǒng)的可靠度。缺點(diǎn)是：（1）由于增加了故障監(jiān)測與轉(zhuǎn)換裝置而提高了系統(tǒng)的復(fù)雜度；（2）要求故障監(jiān)測與轉(zhuǎn)換裝置的可靠度非常高，否則貯備帶來的好處會被嚴(yán)重削弱。 貯備系統(tǒng)按貯備單元在

9、貯備期間的失效情況可分為三類 · 冷貯備（無載貯備）貯備單元在貯備期間失效率為零；· 熱貯備（滿載貯備）貯備單元在貯備期間失效率與工作單元失效率一樣；· 溫貯備（輕載貯備）貯備單元在貯備期間失效率大于零而小于工作單元失效率。維修度：對可能維修的產(chǎn)品在發(fā)生故障或失效后，在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成修復(fù)的概率。修復(fù)率：維修時(shí)間已達(dá)到某一時(shí)刻但尚未修復(fù)的產(chǎn)品在該時(shí)刻后的單位時(shí)間內(nèi)完成修復(fù)的概率?？捎眯裕寒?dāng)需要時(shí)，可維修產(chǎn)品保持正常使用狀態(tài)或功能的能力。其度量指標(biāo)是可用度。第4章 可靠性分配與預(yù)計(jì)可靠性分配 系統(tǒng)可靠性分配就是將使用方提出的，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書(或合同)

10、中規(guī)定的可靠性指標(biāo)。，從上而下，由大到小，從整體到局部，逐步分解，分配到各分系統(tǒng)，設(shè)備和元器件。可靠性預(yù)計(jì) 系統(tǒng)的可靠性預(yù)計(jì)是在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段根據(jù)組成系統(tǒng)的元器件等在規(guī)定條件下的可靠性指標(biāo)、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)的功能以及工作方式等來推測系統(tǒng)的可靠性。是一個(gè)由局部到整體、由小到大，由下到上的一種綜合過程。 可靠性分配的目的是使各級設(shè)計(jì)人員明確其可靠性設(shè)計(jì)要求，根據(jù)要求估計(jì)所需的人力、時(shí)間和資源，并研究實(shí)現(xiàn)這個(gè)要求的可能性及辦法。 可靠性預(yù)計(jì)的目的：將預(yù)計(jì)結(jié)果與要求的可靠性指標(biāo)相比較，審查設(shè)計(jì)任務(wù)書中提出的可靠性指標(biāo)是否能達(dá)到。在方案論證階段，通過可靠性預(yù)計(jì)，根據(jù)預(yù)計(jì)結(jié)果的相對性進(jìn)行方案比較，選擇最優(yōu)

11、方案。在設(shè)計(jì)階段，通過預(yù)計(jì)，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)，加以改進(jìn)。為可靠性增長試驗(yàn)、驗(yàn)證試驗(yàn)及費(fèi)用核算等方面的研究提供依據(jù)。通過預(yù)計(jì)給可靠性分配奠定基礎(chǔ)?？煽啃苑峙渑c可靠性預(yù)計(jì)的關(guān)系：可靠性分配結(jié)果是可靠性預(yù)計(jì)的依據(jù)和目標(biāo)；可靠性預(yù)計(jì)相對結(jié)果是可靠性分配與指標(biāo)調(diào)整的基礎(chǔ)。相互制約，相輔相成，使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)滿足要求?？煽啃苑峙渑c可靠性預(yù)計(jì)的作用: 提高產(chǎn)品的固有可靠性;降低產(chǎn)品全壽命周期的費(fèi)用;為可靠性增長計(jì)劃提供科學(xué)依據(jù). 在新產(chǎn)品從開發(fā)研制一直到定型生產(chǎn)之前，一艇要經(jīng)設(shè)計(jì)試制試驗(yàn)修改設(shè)計(jì)小批生產(chǎn)檢驗(yàn)改進(jìn)定型生產(chǎn)這一過程，在這一過程中，產(chǎn)品可靠性水平在不斷提高，稱為可靠性增長?？煽啃苑峙涞某绦?明確系

12、統(tǒng)可靠性參數(shù)指標(biāo)要求;分析系統(tǒng)特點(diǎn);選取分配方法（同一系統(tǒng)可選多種方法）;準(zhǔn)備輸入數(shù)據(jù);進(jìn)行可靠性分配;驗(yàn)算可靠性指標(biāo)要求;可靠性分配的無約束分配方法：等分配法;評分分配法；再分配法；比例分配法；agree方法等分配法又稱為平均分配法。當(dāng)系統(tǒng)中個(gè)單元具有近似的復(fù)雜程度、重要性以及制造成本時(shí)，可用等分配法分配系統(tǒng)各單元的可靠度。 評分分配法含義：在可靠性數(shù)據(jù)非常缺乏的情況下，通過有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員或?qū)＜覍τ绊懣煽啃缘膸追N因素評分，對評分進(jìn)行綜合分析而獲得各單元產(chǎn)品之間的可靠性相對比值，根據(jù)評分情況給每個(gè)分系統(tǒng)或設(shè)備分配可靠性指標(biāo)。評分因素與原則 ：（1）復(fù)雜度 最復(fù)雜的評10分，最簡單的評1分。（

13、2）技術(shù)發(fā)展水平: 水平最低的評10分，水平最高的評1分。 (3)工作時(shí)間:單元工作時(shí)間最長的評10分，最短的評1分。(4)環(huán)境條件 :單元工作過程中會經(jīng)受極其惡劣而嚴(yán)酷的環(huán)境條件的評10分，環(huán)境條件最好的評1分。 可靠性指標(biāo)分配的模糊數(shù)學(xué)模型:(1)建立評價(jià)因素集;(2)建立評價(jià)因素權(quán)重集;(3)建立因素評價(jià)集（等級）及相應(yīng)分值集;(4)構(gòu)建模糊綜合評判矩陣;(5)計(jì)算各單元綜合評價(jià)分值;(6)可靠性指標(biāo)分配3.再分配法 如果系統(tǒng)可靠性預(yù)計(jì)結(jié)果小于規(guī)定的系統(tǒng)可靠度，則須重新進(jìn)行可靠度分配。 4.比例分配法 使系統(tǒng)中各單元的容許失效率與該單元預(yù)計(jì)失效率成正比。5. agree法 考慮了組成系統(tǒng)

14、各單元的復(fù)雜度、重要度、工作時(shí)間以及它們與系統(tǒng)之間的失效關(guān)系，又稱為按照單元的復(fù)雜度及重要度的分配法。 適用于各單元工作期間的失效率為常數(shù)的串聯(lián)系統(tǒng)。可靠性預(yù)計(jì)目的、用途:評估系統(tǒng)可靠性，審查是否能達(dá)到要求的可靠性指標(biāo)。在方案論證階段，通過可靠性預(yù)計(jì)，比較不同方案的可靠性水平，為最優(yōu)方案的選擇及方案優(yōu)化提供依據(jù)。在設(shè)計(jì)中，通過可靠性預(yù)計(jì)，發(fā)現(xiàn)影響系統(tǒng)可靠性的主要因素，找出薄弱環(huán)節(jié)，采取設(shè)計(jì)措施，提高系統(tǒng)可靠性。為可靠性分配奠定基礎(chǔ)。 分類 根據(jù)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)中可靠性的定量要求 :基本可靠性預(yù)計(jì) 由于產(chǎn)品不可靠導(dǎo)致對維修和保障的要求。任務(wù)可靠性預(yù)計(jì) 估計(jì)產(chǎn)品在完成任務(wù)的過程中完成其規(guī)定功能的概率。從產(chǎn)

15、品構(gòu)成角度分析：單元可靠性預(yù)計(jì)（元件、部件或設(shè)備等 ） 系統(tǒng)可靠性預(yù)計(jì)可靠性預(yù)計(jì)基本方法及用途：系統(tǒng)可靠性預(yù)計(jì)：數(shù)學(xué)模型法；邊值法；故障樹分析法設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)：數(shù)學(xué)模型法；相似分析法；元器件計(jì)數(shù)法；應(yīng)力分析法 元器件可靠性預(yù)計(jì)：應(yīng)力分析法數(shù)學(xué)模型法：根據(jù)組成系統(tǒng)的各單元間的可靠性數(shù)學(xué)模型，按概率運(yùn)算法則，預(yù)計(jì)系統(tǒng)的可靠度的方法，是一種經(jīng)典的方法.相似設(shè)備法：將新設(shè)計(jì)的產(chǎn)品和已知可靠性數(shù)據(jù)的相似設(shè)備進(jìn)行比較，從而簡單估計(jì)出新產(chǎn)品可能達(dá)到的可靠性水平。 相似產(chǎn)品法考慮的相似因素一般包括：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、性能的相似性；設(shè)計(jì)的相似性；材料和制造工藝的相似性；使用剖面(保障、使用和環(huán)境條件) 的相似性相似復(fù)雜

16、性法：將新設(shè)計(jì)產(chǎn)品的與相似產(chǎn)品相比較，考慮新產(chǎn)品的相對復(fù)雜性，建立新、老產(chǎn)品可靠性之間的函數(shù)關(guān)系。功能預(yù)計(jì)法：建立設(shè)備的功能特性和觀測的工作可靠性之間的統(tǒng)計(jì)相關(guān)關(guān)系；根據(jù)系統(tǒng)的功能，統(tǒng)計(jì)大量相似系統(tǒng)的功能參數(shù)和相關(guān)可靠性數(shù)據(jù)，運(yùn)用回歸分析的方法，得出一些經(jīng)驗(yàn)公式及系數(shù)；根據(jù)初步確定的系統(tǒng)功能及結(jié)構(gòu)參數(shù)預(yù)計(jì)系統(tǒng)的可靠性。元器件計(jì)數(shù)法：按不同種類元器件的數(shù)量來預(yù)計(jì)單元和系統(tǒng)可靠度的方法。采用這個(gè)方法進(jìn)行預(yù)計(jì)，首先確定設(shè)計(jì)方案中各種元器件的類型。 應(yīng)力分析法：用于產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)階段的電子元器件失效率預(yù)計(jì)。預(yù)計(jì)電子元器件工作失效率時(shí)對基本失效率進(jìn)行修正。邊值法：基本思想：對于一些很復(fù)雜的系統(tǒng)，采用數(shù)學(xué)模

17、型很難得到可靠性的函數(shù)表達(dá)式。不采用直接推導(dǎo)的辦法而是忽略一些次要因素，用近似的數(shù)值來逼近系統(tǒng)可靠度真值，從而使繁瑣的過程變得簡單。邊值法又稱為上下限法，將一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)先簡化成某些單元組成的串聯(lián)系統(tǒng)，求該串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度預(yù)測值的上限及下限 。然后逐步考慮系統(tǒng)的其他部分，逐次求出越來越精確的可靠度上限值和下限值，當(dāng)達(dá)到一定的精度要求后，再將上限值和下限值合成一個(gè)可靠度單一預(yù)測值。機(jī)械產(chǎn)品可靠性預(yù)計(jì)方法：相似分析法；統(tǒng)計(jì)分析法故障物理法相似分析法根據(jù)相似產(chǎn)品或相似環(huán)境下的可靠性數(shù)據(jù)，對產(chǎn)品或環(huán)境條件進(jìn)行對比修正，得出可靠性預(yù)計(jì)結(jié)果。第五章 故障模式影響與危害度分析故障模式影響分析（failure

18、 mode and effects analysis，簡記為fmea）是分析系統(tǒng)中每一產(chǎn)品所有可能產(chǎn)生的故障模式及其對系統(tǒng)造成的所有可能影響，并按每一個(gè)故障模式的嚴(yán)重程度、檢測難易程度以及發(fā)生頻度予以分類的一種歸納分析方法。 風(fēng)險(xiǎn)來源歸類：設(shè)計(jì)上的缺陷；過程中的不足；“不正確”的使用；服務(wù)相關(guān)如何控制風(fēng)險(xiǎn)？核心在于切斷風(fēng)險(xiǎn)的傳遞鏈fmea 分析的是潛在故障（potential failure），是可能發(fā)生但是現(xiàn)在還沒有發(fā)生的故障。它是一種“事前預(yù)防”的行為?！凹皶r(shí)性”是fmea的關(guān)鍵因素fmea的效益：改進(jìn)質(zhì)量、生產(chǎn)率、可靠性和安全性；改善企業(yè)形象，提高競爭力；提高顧客的滿意度；減少招回的風(fēng)險(xiǎn)；降低產(chǎn)品開發(fā)的時(shí)