質量管理學--可靠性概念

1、第七章第七章 可靠性概念可靠性概念 7.1 可靠性的基本概念可靠性的基本概念l一一、可靠性工程發(fā)展及其重要性、可靠性工程發(fā)展及其重要性可靠性工程發(fā)展及其重要性可靠性工程發(fā)展及其重要性l例如，美國的宇宙飛船阿波羅工程有700萬只元器件和零件，參加人數達42萬人，參予制造的廠家達1萬5千多家，生產周期達數年之久。象這樣龐大的復雜系統(tǒng)，一旦某一個元件或某一個部件出現故障，就會造成整個工程失敗，造成巨大損失。所以可靠性問題特別突出，不專門進行可靠性研究是難于保證系統(tǒng)可靠性的?？煽啃怨こ痰闹匾灾饕憩F在三個方面：l1. 高科技的需要l 2. 經濟效益的需要l 3. 政治聲譽的需要l 總之，無論是人民群

2、眾的生活，國民經濟建設的需要出發(fā)，還是從國防、科研的需要出發(fā)，研究可靠性問題是具有深遠的現實意義。 l現代科技迅速發(fā)展導致各個領域里的各種設備和產品不斷朝著高性能、高可靠性方向發(fā)展，各種先進的設備和產品廣泛應用于工農業(yè)、交通運輸、科研、文教衛(wèi)生等各個行業(yè)，設備的可靠性直接關系到人民群眾的生活和國民經濟建設，所以，深入研究產品可靠性的意義是非常重大的。l產品或設備的故障都會影響生產和造成巨大經濟損失。特別是大型流程企業(yè)，有時因一臺關鍵設備的故障導致工廠停產，其損失都是每天幾十萬元甚至幾百萬元。因此，從經濟效益的來看，研究可靠性是很有意義的。l研究與提高產品的可靠性是要付出一定代價的。從生產角度看

3、，要增加產品的研制和生產的成本。但是，從使用角度看，由于產品可靠性提高了，就大大減少了使用費和維修費，同時還減少了產品壽命周期的成本。所以，從總體上看，研究可靠性是有經濟效益的。l從政治方面考慮，無論哪個國家，產品的先進性和可靠性對提高這個國家的國際地位、國際聲譽及促進國際貿易發(fā)展都起很大的作用。二、可靠性工程的基本內容二、可靠性工程的基本內容l可靠性工程涉及面積廣，需要從科研、設計、試驗、制造、運輸、貯存、直到使用和維護等方面，進行研究和實施的工作。1、可靠性基本理論可靠性數學與故障物理學；集合論與邏輯代數；概率論與數理統(tǒng)計；圖論與隨機過程；系統(tǒng)工程與人素工程學；環(huán)境工程學與環(huán)境應力分析；試

4、驗及分析基礎理論。7、原件可靠性制定原件可靠性；元件失效分析與可靠性評價；元器件及原材料的合理選擇；元器件的老化篩選；元器件現場使用情況調查和反饋。2、可靠性設計貯備設計和裕度設計；降額設計和構件概率設計；熱設計、抗機械力設計；防潮、腐蝕、鹽霧、塵設計；電磁兼容設計和抗輻射設計；電磁兼容設計和抗輻射設計；維修性設計和使用性設計；質量、體積、重量和經濟指標綜合設計。8、系統(tǒng)可靠性可靠性預計與分配；失效模式效應與危害度分析；事件樹分析法(ETA)；故障樹分析法(FTA)；可靠性綜合評估。3、可試靠驗性環(huán)境試驗；壽命試驗；篩選試驗。9、可教靠育性舉辦各種可靠性學習班與講座；內外培訓和內外考察；專業(yè)技

5、術會議；出版可靠性刊物、可靠性教材。4、制造質量控制手段和方法10可靠性管理建立可靠性管理機構和研究機構；制定可靠性管理綱要；制定產品可靠性管理規(guī)范；建立質量反饋制度；開展產品可靠性評審。5、使靠用性的?？勺C使用和維護規(guī)程制定；操作和維修人員培訓；安全性設計；人-機匹配設計和環(huán)境設計。6、可靠性.信息現場數據收集、分析、整理和反饋；試驗數據處理和反饋；元器件失效率匯集和交換；各種可靠性信息搜集和交流；用戶調查和反饋。11、可靠性標準基礎標準；試驗方法標準；認證標準；管理標準；設計標準；產品標準可靠性工程的基本內容可靠性工程的基本內容三、可靠性的概念及指標三、可靠性的概念及指標1.可靠性l可靠性

6、是指產品在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內，完成規(guī)定的功能的能力。2.可靠性指標l衡量產品可靠性的指標很多，各指標之間有著密切聯(lián)系，其中最主要的有四個，即：l可靠度R (t)、l不可靠度(或稱故障概率)F (t)、l故障密度函數f (t)l故障率(t)?？煽啃灾笜?(1)可靠度可靠度R (t)l把產品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內，完成規(guī)定功能的概率定義為產品的“可靠度”。用R (t)表示：lR (t)=P(Tt)l其中P (Tt)就是產品使用時間T大于規(guī)定時間t的概率。l若受試驗的樣品數是N0個，到t時刻未失效的有N s (t)個；失效的有N f (t)個。則沒有失效的概率估計值，即可靠度的估計值為(

7、7-1)000)()()()()()(NtNNNtNtNtNtNtRfsfssl如果仍假定t為規(guī)定的工作時間，T為產品故障前的時間，則產品在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時間內喪失規(guī)定的功能(即發(fā)生故障)的概率定義為不可靠度(或稱為故障概率)，用F(t)表示：F (t)=P (Tt)l同樣，不可靠度的估計值為：(7-2)000)()()()()()(NtNNNtNtNtNtNtFsffsfl由于故障和不故障這兩個事件是對立的，所以R (t)+F (t)=1(7-3)l當N0足夠大時，就可以把頻率作為概率的近似值。同時可見可靠度是時間t的函數。因此R (t)亦稱為可靠度函數。l0R (t)1 可靠性指標

8、(2)故障密度函數故障密度函數f (t)l如果N0是產品試驗總數，Nf是時刻tt+t時間間隔內產生的故障產品數，N f(t)(N0t)稱為tt+t時間間隔內的平均失效(故障)密度，表示這段時間內平均單位時間的故障頻率，若N0，t0，則頻率概率。dtdNNtffN01lim)(0l也可根據F(t)的定義，得到f (t)，即(7-5)lF (t)具有以下性質：0F (t) 1，且為增函數。ttfftfdttfdtdttdNNtdNNNtNtF000000)()(1)(1)()(可靠性指標 (3)故障率故障率(t)l故障率(t)是衡量可靠性的一個重要指標，其含義是產品工作到t時刻后的單位時間內發(fā)生故

9、障的概率，即產品工作到t時刻后，在單位時間內發(fā)生故障的產品數與在時刻t時仍在正常工作的產品數之比。(t)可由下式表示。 (7-6) 式中dNf(t)為d t時間內的故障產品數。dttdNtNtfs)()(1)( 故障率、故障密度及可靠度之間的關系l當N0時(7-7)()(/ )(1 ()()()(1)(000tRtfNtNdtNtdNdttdNtNNtffff故障率、故障密度及可靠度之間的關系l根據R (t)，F (t)，f (t),(t)的定義，還可以推導出：(7-8)(exp)(0)(0tdttdttetRt失效率曲線耗損失效期t時間偶然失效期早期失效期使用壽命規(guī)定的失效率(t)失效率AB

10、故障率曲線分析l“浴盆曲線浴盆曲線”。l(a)早期故障期：產品早期故障反映了設計、制造、加工、裝配等質量薄弱環(huán)節(jié)。早期故障期又稱調整期或鍛煉期，此種故障可用廠內試驗的辦法來消除。故障率曲線分析l(b)正常工作期：在此期間產品故障率低而且穩(wěn)定，是設備工作的最好時期。在這期間內產品發(fā)生故障大多出于偶然因素，如突然過載、碰撞等，因此這個時期又叫偶然失效期。l 可靠性研究的重點，在于延長正常工作期的長度。 故障率曲線分析l(c)損耗時期：零件磨損、陳舊，引起設備故障率升高。如能預知耗損開始的時間，通過加強維修，在此時間開始之前就及時將陳舊損壞的零件更換下來，可使故障率下降，也就是說可延長可維修的設備與

11、系統(tǒng)的有效壽命。l故障率的單位一般采用10-5小時或10-9小時(稱10-9小時為1fit)。l 故障率也可用工作次數、轉速、距離等。t4%2%5%7%14%68%可靠性指標(4)平均壽命平均壽命l平均壽命是指產品從投入運行到發(fā)生故障的平均工作時間。對于不維修產品又稱失效前平均時間MTTF(Meantimetofailure)，根據數學期望的定義，可得(7-9)xdtttfMTTF0)(l將(7-1)式微分，可得(7-10)l代入(7-9)得(7-11)l當(t)=常數時，R (t)=e-t，所以(7-12)dttftdR)()(0)(ttdRMTTF00)()(dttRttR0)( dttR

12、10dteMTTFtl對于可維修產品而言，平均壽命指的是產品兩次相鄰故障間的平均工作時間，稱為平均故障間隔時間MTBF(Meantimebetweenfailure)，和MTTF有同樣的數學表達式：(7-13)l當(t)=常數時，(7-14)0)( dttRMTBF1MTBF可靠性指標(5)有效度有效度l對于可修復產品，只考慮其發(fā)生故障的概率顯然是不合適的，還應考慮被修復的可能性，衡量修復可能性的指標為維修度，用M(t)表示。l 維修度M(t)產品在規(guī)定條件下進行修理時，在規(guī)定時間內完成修復的概率。l在維修性工程中，還有維修密度函數m(t)、維修率(t)，其相互關系有：(7-15)(7-16)

13、tdttetM0)(1)(tdttettm0)()()(l平均修復時間(MTTRMeantimetoRepair)應理解為產品修復時間的數學期望。有：(7-17)l當(t)=常數時，0)(1 dttMMTTR1MTTRl對可修復系統(tǒng)，當考慮到可靠性和維修性時，綜合評價的尺度就是有效度A(t)，它表示產品在規(guī)定條件下保持規(guī)定功能的能力。(7-18)MTTRMTBFMTBFtA)(lMTBF反映了可靠性的含義。lMTTR反映維修活動的一種能力。兩者結合固有有效度A(t)當考慮后勤保障、服務質量時，就會在時間序列上出現平均等待時間(MWTMeanWaittime)。如果從實際出發(fā)，使用有效度A0應表

14、示為：MWTMTTRMTBFMTBFA0可靠性指標 (6)重要度重要度l若干個部件組成的系統(tǒng)中，每個部件并非等同重要，在可靠性分析中，一般將各部件在系統(tǒng)中所起的重要程度進行定量描述，用wj表示。(7-20)l顯然，0wj1。這個重要度是從系統(tǒng)的結構來看部件的重要程度，因此它是結構重要度。個部件故障總次數第故障的次數個部件故障而引起系統(tǒng)第jjwj可靠性指標 (7)復雜度復雜度l復雜度ci可以簡單地用分系統(tǒng)的基本構件數來表示，即：(7-21)l其中：ni第i個分系統(tǒng)的構件數；l N系統(tǒng)的構件總數；l n分系統(tǒng)數。niiiinnNnc1四、常用壽命分布函數四、常用壽命分布函數1.1.指數分布指數分布

15、l指數分布在可靠性領域里應用最多，由于它的特殊性，以及在數學上易處理成較直觀的曲線，故在許多領域中首先把指數分布討論清楚。若產品的壽命或某一特征值t的故障密度為(0，t0)l則稱t服從參數的指數分布。tetf)(f(t)tR(t)t(t)t指數分布指數分布l則有：不可靠度(t0)l可靠度(t0)l故障率l平均故障間隔時間1MTBF)(/ )()(tRtfttetFtR)(1)(tetF1)(指數分布例題指數分布例題l例7-1：一元件壽命服從指數分布，其平均壽命()為2000小時，求故障率及求可靠度R (100)=?R(1000)=?l解：(小時)l此元件在100小時時的可靠度為0.95，而在1

16、000小時時的可靠度為0.60。410520001195. 0)100(05. 01004105eeR60. 0)1000(5 . 010001054eeR指數分布性質指數分布性質l 指數分布的一個重要性質是無記憶性。無記憶性是產品在經過一段時間t0工作之后的剩余壽命仍然具有原來工作壽命相同的分布，而與t無關(馬爾克夫性)。這個性質說明，壽命分布為指數分布的產品，過去工作了多久對現在和將來的壽命分布不發(fā)生影響。l實際意義? l 在“浴盆曲線”中，它是屬于偶發(fā)期這一時段的。常用壽命分布函數常用壽命分布函數2.2.正態(tài)分布正態(tài)分布l正態(tài)分布在機械可靠性設計中大量應用，如材料強度、磨損壽命、齒輪輪齒

17、彎曲、疲勞強度以及難以判斷其分布的場合。若產品壽命或某特征值有故障密度 (t0，0，0) 則稱t服從正態(tài)分布。 222)(21)(tetf正態(tài)分布正態(tài)分布l則有：不可靠度l可靠度l故障率l 正態(tài)分布計算可用數學代換把上式變換成標準正態(tài)分布，查表簡單計算,得出各參數值。ttdtetF02)(2221)(ttdtetR02)(22211)()()()(tRtft 常用壽命分布函數常用壽命分布函數3.3.威布爾分布威布爾分布l威布爾分布應用比較廣泛，常用來描述材料疲勞失效、軸承失效等壽命分布的。l威布爾分布是用三個參數來描述，這三個參數分別是尺度參數，形狀參數、位置參數，其概率密度函數為： (t，0

18、，0)(1)()(tettf不同值的威布爾分布（=2，=0）=1/3=1/2=2=1f(t)t不同值的威布爾分布（=1，=0）=3=1/2=2=1f(t)t=0=0.5=-0.5=1f(t)t不同值的威布爾分布（=1，=2）威布爾分布威布爾分布l則有：不可靠度l可靠度l故障率)(1)(tetF)()(tetR1)()(tt威布爾分布特點威布爾分布特點l當和不變，威布爾分布曲線的形狀不變。隨著的減小，曲線由同一原點向右擴展，最大值減小。l當和不變，變化時，曲線形狀隨而變化。當值約為3.5時，威布爾分布接近正態(tài)分布。l當和不變時，威布爾分布曲線的形狀和尺度都不變，它的位置隨的增加而向右移動。l威布

19、爾分布其它一些特點，1時，表示磨損失效；=1時，表示恒定的隨機失效，這時為常數；1時，表示早期失效。當=1，=0時， ，為指數分布，式中 為平均壽命。tetf)(17. 2 系統(tǒng)可靠性模型系統(tǒng)可靠性模型 l 可靠性模型指的是系統(tǒng)可靠性邏輯框圖(也稱可靠性方框圖)及其數學模型。原理圖表示系統(tǒng)中各部分之間的物理關系。而可靠性邏輯圖則表示系統(tǒng)中各部分之間的功能關系，即用簡明扼要的直觀方法表現能使系統(tǒng)完成任務的各種串并旁聯(lián)方框的組合。邏輯圖和原理圖l了解系統(tǒng)中各個部分(或單元)的功能和它們相互之間的聯(lián)系以及對整個系統(tǒng)的作用和影響對建立系統(tǒng)的可靠性數學模型、完成系統(tǒng)的可靠性設計、分配和預測都具有重要意義

20、。借助于可靠性邏輯圖可以精確地表示出各個功能單元在系統(tǒng)中的作用和相互之間的關系。雖然根據原理圖也可以繪制出可靠性邏輯圖，但并不能將它們二者等同起來。邏輯圖和原理圖的關系l邏輯圖和原理圖在聯(lián)系形式和方框聯(lián)系數目上都不一定相同，有時在原理圖中是串聯(lián)的，而在邏輯圖中卻是并聯(lián)的；有時原理圖中只需一個方框即可表示，而在可靠性邏輯圖中卻需要兩個或幾個方框才能表示出來。邏輯圖和原理圖l例如，為了獲得足夠的電容量，常將三個電器并聯(lián)。假定選定失效模式是電容短路，則其中任何一個電容器短路都可使系統(tǒng)失敗。l 因此，該系統(tǒng)的原理圖是并聯(lián)，而邏輯圖應是串聯(lián)的。邏輯圖和原理圖l例如，為了獲得足夠的電容量，常將三個電器并聯(lián)

21、。假定選定失效模式是電容短路，則其中任何一個電容器短路都可使系統(tǒng)失敗。l 因此，該系統(tǒng)的原理圖是并聯(lián)，而邏輯圖應是串聯(lián)的。c1c2c3邏輯圖和原理圖l例如，為了獲得足夠的電容量，常將三個電器并聯(lián)。假定選定失效模式是電容短路，則其中任何一個電容器短路都可使系統(tǒng)失敗。l 因此，該系統(tǒng)的原理圖是并聯(lián)，而邏輯圖應是串聯(lián)的。c1c2c3c1c2c3可靠性框圖l在建立可靠性邏輯圖時，必須注意與工作原理圖的區(qū)別。l 畫可靠性邏輯圖，首先應明確系統(tǒng)功能是什么，也就是要明確系統(tǒng)正常工作的標準是什么，同時還應弄清部件A、B正常工作時應處的狀態(tài)。V常開觸頭繼電器故障模式：1、給電后，合不上；2、斷電后，分不開。原理

22、圖可靠性框圖導管及二個閥門的原理圖和邏輯圖閥門A閥門B流體閥門A閥門B流體原理圖ABAB可靠性框圖l由此可見，系統(tǒng)內各部件之間的物理關系和功能關系是有區(qū)別的。如果僅從表面形式看，二個元件像是串聯(lián)的，如不管其系統(tǒng)的功能如何，把它作為串聯(lián)系統(tǒng)進行計算就會產生錯誤。l隨著系統(tǒng)設計工作的進展，必須繪制一系列的可靠性邏輯框圖，這些框圖要逐漸細分下去，按級展開?？煽啃赃壿嬁驁D按級展開abdce42135CLRXXDD系統(tǒng)級分系統(tǒng)級設備級部件級組件級l當我們知道了組件中各單元的可靠性指標(如可靠度、故障率或MTBF等)即可由下一級的邏輯框圖及數學模型計算上一級的可靠性指標，這樣逐級向上推，直到算出系統(tǒng)的可靠

23、性指標。這就是利用系統(tǒng)可靠性模型及已知的單元可靠性指標預計或估計系統(tǒng)可靠性指標的過程。系統(tǒng)可靠性模型 圖7-9可靠性模型分類可靠性模型工作儲備非儲備非工作儲備旁聯(lián)串聯(lián)多數表決并聯(lián)混聯(lián)混合n中取r簡單系統(tǒng)可靠性模型l一、串聯(lián)模型一、串聯(lián)模型l組成系統(tǒng)的所有單元中任一單元的故障就會導致整個系統(tǒng)故障的系統(tǒng)稱串聯(lián)系統(tǒng)。它屬于非貯備可靠性模型，其邏輯框圖如圖所示。123n系統(tǒng)可靠性模型(串聯(lián)模型)l根據串聯(lián)系統(tǒng)的定義及邏輯框圖，其數學模型為：（7-22）l式中Rs (t)系統(tǒng)的可靠度； Ri (t)第i個單元的可靠度。niistRtR1)()(系統(tǒng)可靠性模型(串聯(lián)模型)l若各單元的壽命分布均為指數分布，

24、即（7-23）l式中s系統(tǒng)的故障率； i各單元的故障率。tiietR)(ttnitssniiseeetR11)(niis1系統(tǒng)可靠性模型(串聯(lián)模型)l系統(tǒng)的平均故障間隔時間為(7-24)l可見，串聯(lián)系統(tǒng)中各單元的壽命為指數分布時，系統(tǒng)的壽命也為指數分布。l由于Ri(t)是個小于1的數值，由式(7-22)，它的連乘積就更小，所以串聯(lián)的單元越多，系統(tǒng)可靠度越低。由式(7-24)可以看到，串聯(lián)單元越多，則MTBFs也越小。niissMTBF111系統(tǒng)可靠性模型l二、并聯(lián)模型二、并聯(lián)模型l組成系統(tǒng)的所有單元都故障時，系統(tǒng)才故障的系統(tǒng)叫并聯(lián)系統(tǒng)，它屬于工作貯備模型。其邏輯框圖如圖所示。12n圖7-11并

25、聯(lián)模型系統(tǒng)可靠性模型(并聯(lián)模型)l根據并聯(lián)系統(tǒng)定義邏輯框圖，其數學模型為(7-25)l式中Fs(t)系統(tǒng)的不可靠度； Fi(t)第i個單元的不可靠度。niistFtF1)()(系統(tǒng)可靠性模型三、三、 n中取中取r模型模型(r/n)l組成系統(tǒng)的n個單元中，不故障的單元數不少于r(r為介于1和n之間的某個數)系統(tǒng)就不會故障，這樣的系統(tǒng)稱為r/n系統(tǒng)。它屬于工作貯備模型。l 如四臺發(fā)動機的飛機，必須有二臺或二臺以上發(fā)動機正常工作，飛機才能安全飛行，這就是4中取2系統(tǒng)。 系統(tǒng)可靠性模型（ n中取r模型(r/n) ）l當n個單元都相同時，其可靠度可按二項展開式計算：(7-29)l式中n系統(tǒng)的單元數；r系

26、統(tǒng)正常工作所必須的最少單元數。rnrrnnnnnnnrniiininstRtRCtRtRCtRtRCtRtRtRCtR)(1 )()(1 )()(1 )()()(1 )()(222110系統(tǒng)可靠性模型（ n中取r模型(r/n) ）l 式中第一項R n(t)是n個單元都正常工作的概率。第二項是(n-1)個單元正常工作，一個單元故障的概率，前r+1項是r個單元正常工作(n- r)個單元故障的概率。l 上式可看出，當r=1時即為并聯(lián)模型，當r=n時即為串聯(lián)模型。系統(tǒng)可靠性模型l四、四、 混合式貯備模型混合式貯備模型l可靠性邏輯框圖如圖所示。并串聯(lián)系統(tǒng)可靠性模型l四、四、 混合式貯備模型混合式貯備模型

27、l可靠性邏輯框圖如圖所示。串并聯(lián)系統(tǒng)可靠性模型（混合式貯備模型）l當各單元相同時，串并聯(lián)或并串聯(lián)貯備模型如下：l串并聯(lián)貯備的數學模型為：(7-30)l并串聯(lián)貯備的數學模型為：(7-31)NnsptRtR)(1 1)(nNpstRtR)(1 (1 )(Rs(t)t并串聯(lián)n=2,N=2串并聯(lián)n=2,N=2單個元件混聯(lián)模型l例五、多數表決貯備模型五、多數表決貯備模型n中取r模型的一個特殊情況就是多數表決貯備模型。l一個系統(tǒng)將三個以上(必須是奇數)并聯(lián)單元的輸出進行比較，把多數單元出現相同的輸出作為系統(tǒng)的輸出，這就是多數表決貯備系統(tǒng)。l表決器（R1)R1R2R3l旁聯(lián)系統(tǒng)旁聯(lián)系統(tǒng)R1R2R3轉換器l實

28、際中，系統(tǒng)是比較復雜的，如果系統(tǒng)可靠性框圖不能分解成上述的幾種模型，可用：l網絡計算法；l 布爾直值表法；l 部件狀態(tài)圖示法l 最小路集法；l 全概率分解法等，7. 3 故障模式、影響分析故障模式、影響分析故障模式、影響分析(FailureModeEffectAnalysis)簡稱FMEA，是一種定性的可靠性分析方法。資料表明這種方法是很有效的，在工程上很有價值。這種方法是找出設計上的潛在缺陷的手段，是設計審查中必須重視的資料之一，是設計者和生產者必須完成的任務。通過分析產品所有可能的故障模式來確定每一故障對人員和系統(tǒng)安全、任務成功、系統(tǒng)性能、維修性、維修要求等的潛在影響，并按其影響的嚴重程度

29、及其發(fā)生概率，確定其危害度，找出薄弱環(huán)節(jié)，以便采取有效的措施消除或減輕這些影響。l在FMEA基礎上增加危害度分析（CA）就形成故障模式、影響及危害度分析(FailureModeEffectandCriticalityAnalysis)，簡稱FMECA。1.FMEA和FMECA的任務(1)列出全部部件的故障模式。(2)分析對系統(tǒng)功能造成的影響和后果。(3)判斷每種故障模式的危害度大小。估計危害度發(fā)生的概率。(4)提出相應對策和建議，進行更改設計、冗余設計，把潛在的、危害大的故障消滅在設計階段。2.故障模式l徹底尋清失效模式至關重要。l1）基本故障模式l（如：提前啟動；在規(guī)定時刻停機失效；在規(guī)定時

30、刻啟動失效等。）l2）可能發(fā)生的故障模式。l（如：結構失效(破損)；機械上卡??；振顫；不能開（關）；誤開（關）；內（外）漏；超出允許上（下）限；流動不暢；錯誤動作；提前（滯后）運行；輸出量過大（?。?；電路開（斷）等。）3 、FMEA的分析方法l進行FMEA的目的是為了研究產品故障對系統(tǒng)工作所產生的后果和影響，并將每一可能的故障模式按其危害度進行分類，并采取必要的糾正措施。初步設計階段進行FMEA對設計方案進行評定對多個方案進行比較lFMEA可以迅速暴露比較明顯的故障模式確定單個故障。有些故障略加設計更改消除重復進行FMEA消除或減少已確定的故障模式的影響功能法l FMEA的基本方法還包括硬件法

31、。采用哪種分析方法，通常根據設計復雜程度的不同和可利用的數據的差異來確定。l 硬件法是列出各個硬件產品，并對它們可能出現的故障模式加以分析。功能法認為每個產品用于完成多個功能。4 CA的分析方法lCA的目的是按每一故障模式的危害度類別及該故障模式的發(fā)生概率所產生的綜合影響來對其分類，以便全面評價各潛在故障模式的影響。l 進行危害度分析時，要了解嚴重程度等級，表7-2l CA可以分為定性分析和定量分析兩種。在不具有產品故障率數據的情況下，應選擇的定性分析法。l 反之，若有可利用的技術狀態(tài)數據及故障率數據時，則應以定量的方法計算并分析危害度數值。5 FMECA實施步驟(1)定義系統(tǒng)及功能和性能要求

32、；(2)功能級和系統(tǒng)可靠性框圖；(3)確定潛在的故障模式；(4)功能級的故障模式原因及后一級的影響；(5)如何檢測知道各種故障模式的方法；(7)FMECA的故障影響的嚴重程度，確定危害度；(6)針對故障模式、原因、效應，提出可能的預防措施；(8)估計故障模式的發(fā)生概率范圍；(9)為排除故障或控制風險所需的設計更改或其他措施；（10）確定采取改進措施或系統(tǒng)其它屬性所帶來的影響；(11)填寫FMEA和FMECA表格。格式見表7-3和7-4。 表表7-3 FMEA裝置名稱：代號：序號：分析者：設計者：日期：序號功能描述功能裝置數量故障模式故障原因故障影響故障檢測可能預防措施危害度類別備注局部影響最終

33、影響01234567891012表表7-4 FMECA表表裝置名稱：代號：序號：分析者：設計者：日期：序號功能描述功能故障模式危害度類別故障原因故障概率及數據源產品故障率p故障模式頻數比j故障影響概率j工作時間t故障模式危害度Cmj產品危害度Cr備注012345678910111212.產品故障率pl可通過可靠性預計得到。通常來自手冊和其他參考資料的故障率是產品的基本故障率b，使用時應根據需要用應用系數A、環(huán)境系數E、質量系數Q及所需要的其他系統(tǒng)作修正，其修正方法按下式計算：lp=b（AEQ）故障模式頻率比lj是指產品故障模式j出現故障的百分比。各故障模式的頻數比可以從故障率數據或以試驗及使用

34、數據推導出來。故障影響概率jlj值是分析人員通過經驗判斷得出，它是產品以故障模式j發(fā)生故障而導致系統(tǒng)發(fā)生故障的條件概率。故障模式危害度CmjlCmj是產品危害數值的一部分。是產品在特定危害度類別下的那些故障模式中的某一故障模式所具有的危害度數值，可由下式計算：lCmj=pjjt產品危害度CrlCr是指預計將由產品的故障模式造成的某一類型（以產品故障模式的危害度表示）的系統(tǒng)故障的危害度數值?？砂聪率接嬎悖簂l l 由此可知，若系統(tǒng)中某產品具有最大的Cr值，則表示該產品是系統(tǒng)中應首先采取改進措施的產品。njnjjjpmjrtCC117. 4 可靠性設計可靠性設計l基本確定系統(tǒng)固有可靠性,說“基本確

35、定”是因為在以后的生產制造過程還會影響固有可靠性。該固有可靠性是系統(tǒng)所能達到的可靠性上限。其它因素(如維修性設計等)只能保證系統(tǒng)的實際可靠性盡可能地接近固有可靠性。l我們不能把可靠性設計簡單理解只是提高系統(tǒng)的可靠性，應當理解為要在系統(tǒng)的性能、可靠性、費用等各方面的要求之間進行綜合權衡，從而得到最優(yōu)設計。表表7-5 各種因素對系統(tǒng)可靠性的影響程度各種因素對系統(tǒng)可靠性的影響程度固有可靠性使用可靠性影響因素影響程度1零、部件材料2設計技術3制造技術4使用(運輸、操作安裝、維修)30%40%10%20%一、電子類產品可靠性設計思想一、電子類產品可靠性設計思想l1.電子元件與電路的容差分析l電路容差分析

36、技術也就是電路性能參數穩(wěn)定性預計技術。對于精度要求高的復雜系統(tǒng)，性能穩(wěn)定性問題在系統(tǒng)可靠性中占很重要的地位。l漂移退化的原因有三種：l一、忽略公差；（原因產生的參數偏差是固定的）l二、是環(huán)境條件；（偏差在許多情況下是可逆的）l三、退化效應。（偏差是不可逆的）三次設計”的主要內容第一次設計系統(tǒng)設計(或功能設計)：第二次設計參數設計(或質量設計)：第三次設計容差設計(裕度設計或敏感度分析)： 容差設計是“三次設計”中最重要的一環(huán)。 “三類元件制造一類整機三類元件制造一類整機”2.電磁兼容設計l電磁兼容性指的是：設備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)不會由于受到處于同一電磁環(huán)境中其它設備的電磁輻射而導致性能降低或故障；

37、也不會由于自身的電磁輻射使處在同一電磁環(huán)境中的其它設備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)產生不允許的性能降低或故障。3.潛在電路分析l系統(tǒng)發(fā)生故障，有時并非由于元、部件損壞、參數漂移、電磁干擾等原因所造成，而是由于系統(tǒng)的“潛在電路”作用造成的。所謂“潛在電路”指的是在某種條件下。電路中產生的不希望有的通路，它的存在會引起功能異?；蛞种普９δ?.熱設計l熱設計就是要考慮溫度對產品影響的問題。熱設計的重點是通過器件的選擇、電路設計(包括容差與漂移設計和降額設計等)及結構設計來減少溫度變化對產品性能的影響，使產品能在較寬的溫度范圍內可靠地工作。l熱設計通常采用散熱或冷卻方法。散熱的基本設計措施有：傳導、對流、輻射等幾

38、種方式。二、機械類產品可靠性設計思想二、機械類產品可靠性設計思想 l安全系數法（許用應力法）結構承受外載荷后，由計算得到工作應力應小于該結構件的許用應力，即ll其中l(wèi)im為材料的極限應力；l n為預定的設計安全系數。nlim強度概率計算法的基本理論 基本出發(fā)點：認為零件材料的強度c是服從于概率密度函數f (c)隨機變量，而作用于零件危險截面上的工作應力s，是服從于概率密度函數g(s)的隨機變量。g(s)f(c)f(c)c,scsg(s)l概率密度曲線不重疊。工作應力大于零件強度的概率等于零。如用安全系數的概念來表達，則計算安全系數小于1的概率等于零，即l P(sc)=0lP(n計1)=0l 具

39、有這樣強度應力關系的機械零件是安全的，不會發(fā)生強度破壞。g(s)f(c)f(c)c,scs 兩概率密度曲線有相互重疊的部分。雖然工作應力的平均值s仍遠小于極限應力(強度)的平均值c，但不能絕對保證工作應力在任何情況下都不大于極限應力。l雖然以均值計算的安全系l數是大于1的，但從上分析可見，仍不能保證100%的安全。l對于機械零件的疲勞強度，零件的承載能力將隨時間而衰減，scn計f(c)s,cg(s)cst概率密度函數聯(lián)合積分法零件破壞的概率為：P(sc)，即當零件材料的強度c小于零件工作應力s時，零件發(fā)生強度破壞。 曲線f (c)以下，a-a線以左(即變量c小于s時)的面積，表示零件的強度值小于s的概率，它按下式計算：)()()(0sFdccfscPsg(s)f(c)f(c)c,scssds曲線g(s)下，位于s到s+ds之間的面積，它代表了工作應力s處于ss+ds之間概率，它的大小為g(s)ds。l零件的強度和工作應力兩個隨機變量。根據概率乘法定理：lP(AB)=P(A)P(B)l所以乘積f (c)g(s)ds即為對于確定的s值時，零件中的工作應力剛剛大于強度值的概率。ll把應力s值在它一切可能值的范圍內進行積分l 當f (c) 和g(s)服從指數分布或正態(tài)分布時，計算量不是很大。 dssgdccfdssgsfscP)()()()()(0