可靠度驗證2015.3.22

1、可靠性基本概念楊德敏 2015.3.24系統(tǒng)驗證計算可靠性基本概念-可靠性可靠性可靠性 產品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內，完成規(guī)定功能的能力. 產品可靠性定義的要素是三個“規(guī)定”:“規(guī)定條件規(guī)定條件”、“規(guī)定時間規(guī)定時間”、“規(guī)定功能規(guī)定功能”注注: :可靠性的量化指標稱可靠性的量化指標稱: :可靠度可靠度. .可靠性基本概念-可靠性固有可靠性固有可靠性產品在設計、制造過程中賦予的固有屬性.產品的開發(fā)者可以控制.這是產品內在的可靠度，是廠家在生產過程中已經確立下來的可靠度，它是系統(tǒng)、產品從企業(yè)規(guī)劃階段就已確立的指標，是綜合其它指標后的可靠性指標.可靠性基本概念-可靠性使用可靠性使用可靠性產品在實際

2、使用過程中表現(xiàn)出的可靠性.它與產品的使用有關，與包裝、運輸、保管、環(huán)境、操作情況、維修等因素有關.可靠性基本概念-可靠性任務可靠性任務可靠性產品在規(guī)定的任務剖面內完成規(guī)定功能的能力. 實際使用時，機器的可靠度也稱:工作可靠度.要點:在規(guī)定時間內保質保量的完成目標任務. 可靠性基本概念-壽命壽命壽命產品在規(guī)定條件下,完成規(guī)定的任務能力時間稱:壽命(單位:小時)可靠性基本概念-壽命特征壽命特征壽命產品在設計、制造過程中賦予的固有壽命時間.注:產品的開發(fā)者可以控制壽命時間.固有壽命也稱:特征壽命.提示:特征壽命可靠度是36.78%可靠性基本概念-壽命平均壽命平均壽命產品投入使用到發(fā)生故障的平均工作時

3、間.平均無故障間隔:MTBF(Mean Time Between Failure),可修復使用;失效前工作時間:MTTF(Mean Time To Failure),不可修復使用;提示:導入MTBF&MTTF時機;可靠性基本概念-失效率失效率失效率能工作到某個時刻的產品，在隨后極短的連續(xù)單位時間內發(fā)生失效的比例.注:失效率越低越好.失效率每小時=1/壽命時間(h)可靠性基本概念-失效率失效率單位失效率單位失效率國際上慣用菲特（Fit）作為單位.1 菲特（Fit）：1 * 1E(-9)小時= 1 * 1E(-6)千小時.表示了10億個元件小時內只允許有一個產品失效，亦即在每千小時內，只允

4、許有百萬分之一的失效概率.可靠性基本概念浴盆曲線浴盆曲線大多數(shù)產品的故障率隨時間的變化曲線形似浴盆，稱之為浴盆曲線。由于產品故障機理的不同，產品的故障率隨時間的變化大致可以分為三個階段：可靠性基本概念-計算公式 可靠度可靠度N0 :t = 0時，在規(guī)定條件下進行工作的產品數(shù)；r(t): 在在0到t時刻的工作時間內，產品的累計故障數(shù)可靠性基本概念-計算公式故障率故障率(t): 故障率;蘭布達dr(t): t 時刻后，dt時間內故障的產品數(shù);Ns(t): 殘存產品數(shù)，即到t 時刻尚未故障的產品數(shù);可靠性基本概念-計算公式累計故障率累計故障率產品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內，喪失規(guī)定功能的概率概率稱

5、為累積故障概率（又叫不可靠度）因此,產品的累積故障概率是時間的函數(shù);可靠度+不可靠度=1,即:可靠性基本概念-計算公式可靠度函數(shù)可靠度函數(shù)R(t)=e-t可靠度壽命可靠度壽命t(r)=R-1(r)式中的R-1(r)是R(t)的反函數(shù);注:電子產品壽命符合指數(shù)分布.可靠性基本概念-計算公式例題1:若已知某產品的失效率為常數(shù),(t)=0.25*10-4/h,可靠度函數(shù)R(t)=e-t,試求可靠度R=99%的可靠度壽命t(0.99),以及中位壽命t(0.5),和特征壽命(t) e-1.解:已知R(t)= e-t,兩邊取對數(shù),即:lnR(t)=- t;得:t=-(lnR)/ ;故可靠壽命:t(0.99

6、)=-ln(0.99)/(0.25*10-4)=402小時;中位壽命: t(0.5)=-ln(0.5)/(0.25*10-4)=27725.6小時;特征壽命: t(e-1)=-ln(e-1)/(0.25*10-4)=40000小時可靠性基本概念-計算公式例題2:已知某控制器之總失效率為3926.57*10-6小時,求其平均無故障時間及工作100h的可靠度R值?解:平均無故障間隔時間(h)MTBF=(1/3926.57)*1000000=255h;工作100h的可靠度R; R(100)=e-100/255=0.676;可靠性基本概念-計算公式例題3:設某批儀器的壽命服從指數(shù)分布,現(xiàn)測得總數(shù)的25

7、%,失效時間為2800小時,求平均壽命MTBF的估計值和5000小時的失效數(shù)占總數(shù)的比例.解: MTBF=-Tr/lnr=-2800/ln0.75=9733h,其中:0.75=1-0.25;又,5000h時的失效數(shù)占總數(shù)比例即為累計失效分布函數(shù)值:F(5000)=1-e-5000/9733=0.402;因此,到5000h時,大約有40%的儀器已失效.可靠性基本概念-計算公式例題4:某一控制器總失效率為:1.5*10-4/h,試求計算系統(tǒng)的平均無故障工作時間及工作半年(4320小時計算)時的可靠度.解:MTBF=1/=1/1.5*10-4=6667h;故:R(4320)=e-1.5*10-4*4

8、320=0.522可靠性基本概念-抽樣檢驗 & 風險風險生產方風險,一般用表示,通常取0.05,0.1,0.01等.它的意思是采用抽樣方法對產品進行檢查驗收時,生產方要冒5%,10%,1%的把合格品誤做為不合格處理風險.使用風險,一般用表示,通常取0.1,0.2,0.05等.它的意思是采用抽樣方法對產品進行驗收時,使用方要冒10%,20%,5%的把不合格品誤作為合格品接收的風險.提示: & 稱之為置信水平,就是對驗證結果評價的信賴度有多少.:阿爾法, :貝塔可靠性基本概念-抽樣檢驗可靠度下限評鑒可靠度下限評鑒式中:N:樣品數(shù)量;t:試驗時間(h);X2:X2檢驗(卡方_ CHI

9、INV):失效數(shù)量;伽馬 :0.9置信水平90%;MTBF下=2N*tX20.9(2+2)=2N*t CHIINV提示:下限適合單邊壽命試驗;上限適合雙邊全壽命試驗;可靠性基本概念-壽命試驗截尾壽命試驗截尾壽命試驗把n個試樣品試驗到部分失效就停止的試驗，稱為截尾壽命試驗.壽命試驗含:1.定時截尾壽命試驗：又稱I型截尾壽命試驗。它是指試驗到指定時間就立即停止試驗。這時樣本中的失效個數(shù)是隨機的，事先無法知道；2.定數(shù)截尾壽命試驗：又稱II型截尾壽命試驗。它是指試驗到指定的失效個數(shù)達到時停止。這時試驗停止時間是隨機的可靠性基本概念-加速公式溫度的加速因子公式溫度的加速因子公式TAF=Lnormal/

10、Lstress=exp(Ea/k)*(1/Tnormal-1/Tstress)式中:Lnormal:正常狀態(tài)下的使用壽命;Lstress:加速測試下的使用壽命;Ea:活化能,單位為電子伏(eV);K: 波而茲曼常數(shù),8.6*10-5;Tnormal:正常狀態(tài)下的絕對溫度;Tstress:加速測試下的絕對溫度;可靠性基本概念-加速公式電壓的加速因子公式電壓的加速因子公式VAF=10(Vstress-Vnormal)式中:Vnormal:正常狀態(tài)下的使用電壓;Vstress:加速測試下的使用電壓;:為電壓的加速率常數(shù),習慣使用自然對數(shù)(exp)為底的模型,其實是和以10為底數(shù)的形式相同,只是此時兩

11、者的值不同而已;可靠性基本概念-加速公式濕度的加速因子公式濕度的加速因子公式HAF=(RHstress/RHnormal)n式中:RHnormal:正常狀態(tài)下的使用濕度;RHstress:加速測試下的使用濕度;n:為濕度的加速常數(shù),一般對應不同的故障機制,介于23之間可靠性基本概念-加速公式溫度變化的加速因子公式溫度變化的加速因子公式TEAF=(Tstress/T normal)n式中:Tnormal:正常狀態(tài)下的使用溫度;Tstress:加速測試下的使用溫度;n:為溫度的加速常數(shù),一般對應不同的故障機制,介于48之間可靠性基本概念-重點總結理論壽命計算理論壽命計算MTBF=目標工作壽命(h)

12、-LN(目標截尾可靠度值)例:MTBF=43200(h)-LN(0.65)=100282.5 (h)可靠性基本概念-重點總結可靠度計算可靠度計算R= EXP(- *t)式中 :失效率; t:目標工作時間(h)例:R= EXP(-0.0000231*43200) =36.86(%)可靠性基本概念-重點總結可工作時間計算可工作時間計算式中 t:可工作時間(h);:失效率; R:目標可靠度;t=-LN(R)例:t =-LN(0.65)0.0000231=18648.61(h)可靠性基本概念-重點總結驗證時間計算驗證時間計算式中 t:驗證時間(h);CHIINV:卡方; N.樣品數(shù)量;t=(理論壽命/加速因子)*CHIIN