可靠性工程基本概念整理

1、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、維護條件、環(huán)境條件?！耙?guī)定時間”:產(chǎn)品必須達到的任務(wù)時間。如應(yīng)力循環(huán)次數(shù)和車輛的行駛里程。“規(guī)定功能”:產(chǎn)品必須具備的功能及其技術(shù)指標?？煽啃远x分為任務(wù)可靠性和基本可靠性。兩者都強調(diào)無故障完成任務(wù)。任務(wù)可靠性強調(diào)完成規(guī)定的功能是界定在“任務(wù)剖面”的范圍內(nèi)。基本可靠性強調(diào)的持續(xù)時間是界定在壽命剖面的范圍內(nèi)。一個壽命剖面包含一個以上的任務(wù)剖面。度量任務(wù)可靠性時只考慮危及任務(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涉及整個壽命周期內(nèi)的所有故障。任務(wù)剖面:產(chǎn)品完成規(guī)定任務(wù)的時間內(nèi)所經(jīng)

2、歷的時間和環(huán)境的描述。產(chǎn)品的工作狀態(tài);維修方案;產(chǎn)品工作的時間與順序;產(chǎn)品所處的環(huán)境(外加的與誘發(fā)的的時間與順序;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)或退出使用這段時間內(nèi)所經(jīng)歷的全部事件和環(huán)境的時序描述。它包含一個或多個任務(wù)剖面。通常把產(chǎn)品的壽命剖面分為后勤和使用兩個階段。可靠性的定義固有可靠性:產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中確立的可靠性。生產(chǎn)廠在模擬實際工作標準環(huán)境下,對產(chǎn)品進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)以維持良好而完善的狀態(tài)的難易性。廣

3、義可靠性:產(chǎn)品在整個壽命周期內(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)學模型和數(shù)學方法,屬于應(yīng)用數(shù)學的范疇。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)計及壽命試驗等方面。可靠性物理即失效分析,是研究失效現(xiàn)象及其機制和檢測方法的學科,使可靠性工程從數(shù)理統(tǒng)計方法發(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)展過程和失效機理,從本質(zhì)上、從機理方面探究產(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)的失效及其發(fā)生概率進行統(tǒng)計、分析的一門邊緣性

4、學科,主要內(nèi)容是運用系統(tǒng)工程的觀點和方法論從設(shè)計、生產(chǎn)和使用等角度來研究產(chǎn)品的可靠性,包括對產(chǎn)品進行可靠性設(shè)計、可靠性預(yù)計、可靠性試驗、可靠性評估、可靠性檢驗、可靠性控制、可靠性維修及失效分析。實施可靠性工程應(yīng)重視可靠性數(shù)據(jù)的收集與分析3. 可靠性設(shè)計應(yīng)用可靠性理論、技術(shù)和設(shè)計參數(shù)的統(tǒng)計數(shù)據(jù),在給定的可靠性指標下,對零件、部件、設(shè)備或系統(tǒng)進行的設(shè)計,稱為可靠性設(shè)計。通過預(yù)計、分配、分析、改進等一系列可靠性工程活動,把可靠性定量要求設(shè)計到產(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)計零件可靠性設(shè)計系統(tǒng)可靠性設(shè)計的目的,就是要使系統(tǒng)在滿足規(guī)定可靠性指標,完成預(yù)定功能的前提下,使

5、系統(tǒng)的技術(shù)性能、重最、成本、時間等各方面取得協(xié)調(diào),求得最佳設(shè)計;或是在性能、重量、成本、時間和其它要求的約束下,設(shè)計能得到實際高可靠度的系統(tǒng)。系統(tǒng)可靠性設(shè)計常用的方法系統(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)濟效益;提高市場競爭能力第二章可靠性數(shù)學基礎(chǔ)定義:產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(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)間開始時刻投入工作產(chǎn)品數(shù)之比。定義:產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi),喪失規(guī)定功能概率稱為累積故障概率(又稱不可靠

6、度剩余壽命:若產(chǎn)品用到t時刻仍然完好,稱為產(chǎn)品的年齡。具有年齡t的產(chǎn)品從t時刻開始繼續(xù)使用下去直到失效為止所經(jīng)歷的時間,稱為具有年齡t的產(chǎn)品的剩余壽命。定義:工作到某時刻尚未故障的產(chǎn)品,在該時刻后單位時間內(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)品工作時間。中位壽命:產(chǎn)品的可靠度等于0.5時的可靠壽命。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間;對于可修復(fù)產(chǎn)品,平均壽命就是平均故障間隔時間?？捎眯允窍到y(tǒng)可靠性與維修性的綜合表征。定義: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)

7、定的時間具有或維持其規(guī)定功能處于正常狀態(tài)的概率。瞬時有效度使用有效度極限有效度瞬時有效度是產(chǎn)品在某一時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)定時間內(nèi)有效度的平均值。極限有效度是當時間趨于無限大時,瞬時有效度的極限值。隨機試驗具有以下特點:重復(fù)性隨機性明確性第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致整個系統(tǒng)故障的稱為串聯(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,系統(tǒng)才發(fā)生故障。

8、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個單元組成,若系統(tǒng)中有r個或r個以上單元正常,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)的各單元只有一個單元工作,當工作單元故障時,通過轉(zhuǎn)換裝置接到另一個單元繼續(xù)工作,直到所有單元都故障時系統(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)點是能大大提高系統(tǒng)的可靠度。缺點是:(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重削弱。貯備系統(tǒng)按貯備單元在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

9、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)定的時間內(nèi)完成修復(fù)的概率。修復(fù)率:維修時間已達到某一時刻但尚未修復(fù)的產(chǎn)品在該時刻后的單位時間內(nèi)完成修復(fù)的概率?？捎眯?當需要時,可維修產(chǎn)品保持正常使用狀態(tài)或功能的能力。其度量指標是可用度。第4章可靠性分配與預(yù)計可靠性分配系統(tǒng)可靠性分配就是將使用方提出的,在系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)書(或合同中規(guī)定的可靠性指標。,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?？煽啃灶A(yù)計系統(tǒng)的可靠性預(yù)計是在系統(tǒng)的設(shè)計階段根據(jù)組成系統(tǒng)的元器件等在規(guī)

10、定條件下的可靠性指標、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)計人員明確其可靠性設(shè)計要求,根據(jù)要求估計所需的人力、時間和資源,并研究實現(xiàn)這個要求的可能性及辦法?？煽啃灶A(yù)計的目的:將預(yù)計結(jié)果與要求的可靠性指標相比較,審查設(shè)計任務(wù)書中提出的可靠性指標是否能達到。在方案論證階段,通過可靠性預(yù)計,根據(jù)預(yù)計結(jié)果的相對性進行方案比較,選擇最優(yōu)方案。在設(shè)計階段,通過預(yù)計,發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的薄弱環(huán)節(jié),加以改進。為可靠性增長試驗、驗證試驗及費用核算等方面的研究提供依據(jù)。通過預(yù)計給可靠性分配奠定基礎(chǔ)?？煽啃苑峙渑c可靠性預(yù)計的

11、關(guān)系:可靠性分配結(jié)果是可靠性預(yù)計的依據(jù)和目標;可靠性預(yù)計相對結(jié)果是可靠性分配與指標調(diào)整的基礎(chǔ)。相互制約,相輔相成,使系統(tǒng)的設(shè)計滿足要求。可靠性分配與可靠性預(yù)計的作用: 提高產(chǎn)品的固有可靠性;降低產(chǎn)品全壽命周期的費用;為可靠性增長計劃提供科學依據(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)計試制試驗修改設(shè)計小批生產(chǎn)檢驗改進定型生產(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?明確系統(tǒng)可靠性參數(shù)指標要求;分析系統(tǒng)特點;選取分配方法(同一系統(tǒng)可選多種方法;準備輸入數(shù)據(jù);進行可靠性分配;驗算可靠性指標要求;可靠性分配的無約束分配方法:等分配法;評分分配法;再

12、分配法;比例分配法;AGREE方法等分配法又稱為平均分配法。當系統(tǒng)中個單元具有近似的復(fù)雜程度、重要性以及制造成本時,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)驗的設(shè)計人員或?qū)＜覍τ绊懣煽啃缘膸追N因素評分,對評分進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)評分情況給每個分系統(tǒng)或設(shè)備分配可靠性指標。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。(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工作時間:單元工作時間最長的評10分,最短的評1分。(4環(huán)境條件 :單元工作過程中會經(jīng)受極其惡劣而嚴酷的環(huán)境條件的評10分

13、,環(huán)境條件最好的評1分?？煽啃灾笜朔峙涞哪：龜?shù)學模型:(1建立評價因素集;(2建立評價因素權(quán)重集;(3建立因素評價集(等級及相應(yīng)分值集;(4構(gòu)建模糊綜合評判矩陣;(5計算各單元綜合評價分值;(6可靠性指標分配3.再分配法如果系統(tǒng)可靠性預(yù)計結(jié)果小于規(guī)定的系統(tǒng)可靠度,則須重新進行可靠度分配。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)計失效率成正比。5. AGREE法考慮了組成系統(tǒng)各單元的復(fù)雜度、重要度、工作時間以及它們與系統(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)?？煽啃灶A(yù)計目的、用途:評估系統(tǒng)可靠性,審查是否能達到要求的可靠性指

14、標。在方案論證階段,通過可靠性預(yù)計,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)計中,通過可靠性預(yù)計,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)計由于產(chǎn)品不可靠導致對維修和保障的要求。任務(wù)可靠性預(yù)計估計產(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)品構(gòu)成角度分析:單元可靠性預(yù)計(元件、部件或設(shè)備等系統(tǒng)可靠性預(yù)計可靠性預(yù)計基本方法及用途:系統(tǒng)可靠性預(yù)計:數(shù)學模型法;邊值法;故障樹分析法設(shè)備可靠性預(yù)計:數(shù)學模型法;相似分析法;元器件計數(shù)法;應(yīng)力分析法元器件可靠性預(yù)計:應(yīng)力

15、分析法數(shù)學模型法:根據(jù)組成系統(tǒng)的各單元間的可靠性數(shù)學模型,按概率運算法則,預(yù)計系統(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)計的產(chǎn)品和已知可靠性數(shù)據(jù)的相似設(shè)備進行比較,從而簡單估計出新產(chǎn)品可能達到的可靠性水平。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)雜性法:將新設(shè)計產(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)計相關(guān)關(guān)系;根據(jù)系統(tǒng)的功能,統(tǒng)計大量相似系統(tǒng)的功能參數(shù)和相關(guān)可靠性數(shù)據(jù),運用回歸分

16、析的方法,得出一些經(jīng)驗公式及系數(shù);根據(jù)初步確定的系統(tǒng)功能及結(jié)構(gòu)參數(shù)預(yù)計系統(tǒng)的可靠性。元器件計數(shù)法:按不同種類元器件的數(shù)量來預(yù)計單元和系統(tǒng)可靠度的方法。采用這個方法進行預(yù)計,首先確定設(shè)計方案中各種元器件的類型。應(yīng)力分析法:用于產(chǎn)品詳細設(shè)計階段的電子元器件失效率預(yù)計。預(yù)計電子元器件工作失效率時對基本失效率進行修正。邊值法:基本思想:對于一些很復(fù)雜的系統(tǒng),采用數(shù)學模型很難得到可靠性的函數(shù)表達式。不采用直接推導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

17、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,當達到一定的精度要求后,再將上限值和下限值合成一個可靠度單一預(yù)測值。機械產(chǎn)品可靠性預(yù)計方法:相似分析法;統(tǒng)計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)境條件進行對比修正,得出可靠性預(yù)計結(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 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,并按每一個故障模式的嚴重程度、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。風險來源歸類:設(shè)計上

18、的缺陷;過程中的不足;“不正確”的使用;服務(wù)相關(guān)如何控制風險?核心在于-切斷風險的傳遞鏈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性”是FMEA的關(guān)鍵因素FMEA的效益:改進質(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;減少招回的風險;降低產(chǎn)品開發(fā)的時間和費用;對減少風險的活動或措施進行存檔和追蹤第三部分 FMEA的分析流程:第一步:確定FMEA的分析計劃;第二步:成立FMEA的分析小組;第三步:確定分析的必要輸入;第四步:實施FMEA;第五步:糾正措施的落實FMEA 小組的原則:每個人都參與其中。聚焦于某一問題,不要過于分散。僅僅討論的是FMEA問題,避免激烈爭執(zhí)。問題發(fā)現(xiàn)了,解決它!是誰的責任并不重要。說話不要超過30秒。傾聽!讓別人把話講完。故障影響是指產(chǎn)品的每一個故障模式對產(chǎn)品自身或其他產(chǎn)品的使用、功能和狀態(tài)的影響。三級影響;(1局部影響:本地影響;(2對上層影響:對上層產(chǎn)品的影響,對下一道工序的影響(3最終影響:對顧客