緒論機械可靠性工程演示文稿

緒論機械可靠性工程演示文稿當(dāng)前1頁，總共71頁。緒論機械可靠性工程當(dāng)前2頁，總共71頁。緒論1.1

研究可靠性的重要意義1.2 機械可靠性學(xué)科發(fā)展歷史回顧1.3 可靠性學(xué)科研究的范疇1.4

可靠性定義及其特征量1.5

可靠性中常用的概率分布習(xí)題當(dāng)前3頁，總共71頁。1.1 研究可靠性的重要意義

現(xiàn)代質(zhì)量觀念與現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)計思想提出的新的要求；科技發(fā)展的必然要求；經(jīng)濟性的要求。（維修性）當(dāng)前4頁，總共71頁?，F(xiàn)代質(zhì)量觀念與設(shè)計思想可以用性能指標來描述的特性描述系統(tǒng)保持規(guī)定性能指標的能力系統(tǒng)的壽命周期費用，指在系統(tǒng)的整個壽命期內(nèi)，為獲取并維持系統(tǒng)的運營所花費的總費用系統(tǒng)的按期交付，它也影響系統(tǒng)的壽命周期費用反映了系統(tǒng)滿足用戶需求、符合市場需要的能力專門特性當(dāng)前5頁，總共71頁。當(dāng)前6頁，總共71頁。1.2 機械可靠性學(xué)科發(fā)展歷史回顧各國發(fā)展史介紹德國：火箭專家R．Lusser首次定量地表達了產(chǎn)品的可靠性。50年代初期美國：始于第二次世界大戰(zhàn)日本：1956年由美國引進可靠性技術(shù)英、法、蘇、…國際電子技術(shù)委員會(1EC)于1965年設(shè)立了可靠性技術(shù)委員會，1977年又改名為可靠性與可維修性技術(shù)委員會。

中國：80年代起當(dāng)前7頁，總共71頁?？煽啃园l(fā)展的三個階段初期發(fā)展階段早期的可靠性研究，重點放在故障占大半的電子管方面。多用于軍工產(chǎn)品。

1939年，英國航空委員會《適航性統(tǒng)計學(xué)注釋》，首次提出飛機故障率≤0.00001次/h，相當(dāng)于一小時內(nèi)飛機的可靠度Rs=0.99999，這是最早的飛機安全性和可靠性定量指標。

二戰(zhàn)末期，德火箭專家R·盧瑟（Lussen）把Ⅴ—Ⅱ火箭誘導(dǎo)裝置作為串聯(lián)系統(tǒng)，求得其可靠度為75%，這是首次定量計算復(fù)雜系統(tǒng)的可靠度問題。

1942年，美國麻省理工學(xué)院，真空管的可靠性問題研究。

當(dāng)前8頁，總共71頁?？煽啃园l(fā)展的三個階段可靠性工程技術(shù)發(fā)展形成階段50～60年代，大體上確定了可靠性研究的理論基礎(chǔ)及研究方向。

可靠性研究工作從電子產(chǎn)品擴展到機械產(chǎn)品，從軍工產(chǎn)品擴展到民用產(chǎn)品。1952年，美國軍事工業(yè)部門和有關(guān)部門成立AGREE（AdvisoryGrouponReliabilityofElectronicEquipment，國防部電子設(shè)備可靠性顧問團），研究電子產(chǎn)品的設(shè)計、制造、試驗、儲備、運輸及使用。至60年代后期，美國約40%的大學(xué)設(shè)置了可靠性工程課程。

日本，1958年成立可靠性研究委員會。1971年起每年召開一次可靠性與維修性學(xué)術(shù)會議。

前蘇聯(lián)，1950年起，開始研究機器可靠性問題。

當(dāng)前9頁，總共71頁?？煽啃园l(fā)展的三個階段可靠性發(fā)展的國際化時代從數(shù)理基礎(chǔ)發(fā)展到失效機理的研究；形成了可靠性試驗方法及數(shù)據(jù)處理方法；重視機械系統(tǒng)的研究；重視維修性研究；建立了可靠性管理機構(gòu)；頒布了一系列可靠性標準；…當(dāng)前10頁，總共71頁。1.3 可靠性學(xué)科研究的范疇1.可靠性數(shù)學(xué)： 可靠性研究的最重要的基礎(chǔ)理論之一。它主要是研究與解決各種可靠性問題的數(shù)學(xué)方法和數(shù)學(xué)模型，研究可靠性的定量規(guī)律。它屬于應(yīng)用數(shù)學(xué)范疇，涉及概率論、數(shù)理統(tǒng)計、隨機過程、運籌學(xué)及拓樸學(xué)等數(shù)學(xué)分支。它應(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。

當(dāng)前11頁，總共71頁。1.3 可靠性學(xué)科研究的范疇2.可靠性物理：可靠性物理又稱失效物理，是研究失效的物理原因與數(shù)學(xué)物理模型、檢測方法與糾正措施的一門可靠性理論。它使可靠性工程從數(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。它是從本質(zhì)上、從機理方面探究產(chǎn)品的不可靠因素，從而為研究、生產(chǎn)高可靠性產(chǎn)品提供科學(xué)的依據(jù)。

當(dāng)前12頁，總共71頁。1.3 可靠性學(xué)科研究的范疇3.可靠性工程： 可靠性工程是對產(chǎn)品(零、部件，元、器件，設(shè)備或系統(tǒng))的失效及其發(fā)生的概率進行統(tǒng)計、分析，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的一門包含了許多工程技術(shù)的邊緣性工程學(xué)科?？煽啃怨こ贪藢α?、部件和系統(tǒng)等產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù)的收集與分析、可靠性設(shè)計、預(yù)測、試驗、管理、控制和評價。

當(dāng)前13頁，總共71頁。1.4 可靠性定義及其特征量1.4.1可靠性的定義1.4.2失效（故障）及其分類1.4.3可靠性的特征量當(dāng)前14頁，總共71頁。1.4.1可靠性的定義

產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力

產(chǎn)品：零件、部件、設(shè)備、系統(tǒng)、…規(guī)定條件：使用、環(huán)境、操作、維護、…規(guī)定時間：工作期限規(guī)定功能：功能指標、失效定義能力：水平，用概率表示當(dāng)前15頁，總共71頁。幾種不同的可靠性概念工作可靠性：產(chǎn)品運行時的可靠性固有可靠性：在生產(chǎn)過程中已經(jīng)確立了的可靠性使用可靠性：與產(chǎn)品的使用條件密切相關(guān)維修性：產(chǎn)品易于維修的性能狹義可靠性：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力

廣義可靠性：產(chǎn)品在其壽命期內(nèi)完成規(guī)定功能的能力

。包括狹義可靠性和維修性當(dāng)前16頁，總共71頁。1.4.2失效（故障）及其分類1.故障：產(chǎn)品或產(chǎn)品的一部分不能或?qū)⒉荒芡瓿深A(yù)定功能的事件或狀態(tài)。對于不可修產(chǎn)品（如電子元器件），也可以稱為失效。故障的表現(xiàn)形式，稱為故障模式。引起故障的物理、化學(xué)變化等內(nèi)在原因，稱為故障機理。

當(dāng)前17頁，總共71頁。1.4.2失效（故障）及其分類2.故障的分類按其故障的規(guī)律分：偶然故障是由于偶然因素引起的故障，只能通過概率統(tǒng)計方法來預(yù)測。漸變故障是通過事前的檢測或監(jiān)測可以預(yù)測到的故障。按其后果分：致命性故障是使產(chǎn)品不能完成規(guī)定任務(wù)或可能導(dǎo)致人或物重大損失的故障或故障組合。非致命性故障的發(fā)生不影響任務(wù)的完成，但會導(dǎo)致非計劃的維修和保障需求。當(dāng)前18頁，總共71頁。1.4.2失效（故障）及其分類2.故障的分類按其統(tǒng)計特性分：不是由另一產(chǎn)品故障引起的故障稱為獨立故障

由另一產(chǎn)品故障引起的故障稱為從屬故障產(chǎn)品的故障可以在有限時間內(nèi)不經(jīng)修復(fù)而自行恢復(fù)功能，這類故障叫做間歇故障

當(dāng)前19頁，總共71頁。1.4.3可靠性的特征量可靠度累積失效概率平均壽命可靠壽命和中位壽命失效率和失效率曲線可靠性特征量間的關(guān)系表示產(chǎn)品可靠性水平高低的各種可靠性指標當(dāng)前20頁，總共71頁。1.4.3可靠性的特征量（1）1.可靠度定義：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。記為R或R(t)。稱為可靠度函數(shù)。就概率分布而言，它又叫可靠度分布函數(shù)，且是累積分布函數(shù)。

表示在規(guī)定的使用條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，無故障地發(fā)揮規(guī)定功能而工作的產(chǎn)品占全部工作產(chǎn)品(累積起來)的百分率。特點：0≤R(t)≤1當(dāng)前21頁，總共71頁。1.4.3可靠性的特征量不可修復(fù)產(chǎn)品的可靠度觀測值直到規(guī)定的時間區(qū)間為止，能完成規(guī)定功能的產(chǎn)品數(shù)與在該區(qū)間開始時投入工作的產(chǎn)品數(shù)之比。開始投入產(chǎn)品數(shù)到t時刻完成規(guī)定功能產(chǎn)品數(shù)，即殘存數(shù)到t時刻未完成規(guī)定功能產(chǎn)品數(shù)，即失效數(shù)例1-1當(dāng)前22頁，總共71頁。1.4.3可靠性的特征量可修復(fù)產(chǎn)品的可靠度觀測值一個或多個產(chǎn)品的無故障工作時間達到或超過規(guī)定時間的次數(shù)與觀測時間內(nèi)無故障工作的總次數(shù)之比。無故障工作時間達到或超過規(guī)定時間的次數(shù)觀察時間內(nèi)無故障工作總次數(shù)（最后一次無故障工作的時間不超過規(guī)定的時間則不予記入）例1-2當(dāng)前23頁，總共71頁。1.4.3可靠性的特征量任務(wù)可靠度從時刻t1工作到t1+t2時刻的條件可靠度。記為R(t1+t2│t1)。例1-3當(dāng)前24頁，總共71頁。1.4.3可靠性的特征量（2）2.累積失效概率（不可靠度）產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)不能完成規(guī)定功能的概率，記為F或F(t)，又稱不可靠度函數(shù)或失效概率函數(shù)。當(dāng)前25頁，總共71頁。例1-1對某批產(chǎn)品進行壽命試驗，抽樣數(shù)n=100，記錄其失效時間，如表所示。試求工作40h和65h的可靠度。時間t，h10-20>20-30>30-40>40-50>50-60>60-70>70-80>80-90>90-100>100-110失效數(shù)

△nf(t)12710303110621累積失效數(shù)Nf(t)1310205081919799100當(dāng)前26頁，總共71頁。例1-25個設(shè)備工作記錄如圖所示。求工作到500h的可靠度。無故障工作時間達到或超過500h的總次數(shù)N=20其中達到或超過500h的無故障工作次數(shù)Ns(500)=16

當(dāng)前27頁，總共71頁。例1-3同例1-1，求工作40h后再工作40h的任務(wù)可靠度。時間t，h10-20>20-30>30-40>40-50>50-60>60-70>70-80>80-90>90-100>100-110失效數(shù)

△nf(t)12710303110621累積失效數(shù)Nf(t)1310205081919799100當(dāng)前28頁，總共71頁。1.4.3可靠性的特征量（3）3.平均壽命產(chǎn)品壽命的平均值。對不可修復(fù)產(chǎn)品：MTTF，平均故障前時間。對可修復(fù)產(chǎn)品：MTBF，平均無故障工作時間（平均故障間隔時間）。表示無故障工作時間T的數(shù)學(xué)期望E(T)，或簡記為當(dāng)前29頁，總共71頁。1.4.3可靠性的特征量平均壽命的觀測值n—測試的產(chǎn)品總數(shù)ti—第i個產(chǎn)品失效前的工作時間，單位為h∑t—總工作時間r—失效或故障次數(shù)例1-4例1-5當(dāng)前30頁，總共71頁。例1-4同例1-1，求該產(chǎn)品的平均壽命。時間t，h10-20>20-30>30-40>40-50>50-60>60-70>70-80>80-90>90-100>100-110失效數(shù)

△nf(t)12710303110621累積失效數(shù)Nf(t)1310205081919799100當(dāng)前31頁，總共71頁。例1-5同例1-2，求平均無故障工作時間。當(dāng)前32頁，總共71頁。1.4.3可靠性的特征量（4）4.可靠壽命和中位壽命給定可靠度R時的產(chǎn)品壽命。記為t(R）或tR。例如可靠度為0.9時的可靠壽命以t(0.9)或t0.9表示。當(dāng)指定R=0.5，即R(t)=F(t)=0.5時的壽命，稱為中位壽命，記為t(0.5)或t0.5給定的可靠度越高，可靠壽命越短。當(dāng)前33頁，總共71頁。1.4.3可靠性的特征量（5）5.失效率和失效率曲線工作到某時刻尚未失效的產(chǎn)品，在該時刻后單位時間內(nèi)發(fā)生失效的概率。一般記為或(t)，亦稱失效率函數(shù)。反映t時刻產(chǎn)品失效的速率，也稱為瞬時失效率。當(dāng)前34頁，總共71頁。1.4.3可靠性的特征量失效率的觀測值某時刻后單位時間內(nèi)失效的產(chǎn)品數(shù)與工作到該時刻尚未失效的產(chǎn)品數(shù)之比。當(dāng)前35頁，總共71頁。1.4.3可靠性的特征量平均失效率在某一規(guī)定時間內(nèi)失效率的平均值。r—在規(guī)定時間內(nèi)的失效數(shù)或故障數(shù)∑t—在規(guī)定時間內(nèi)累積工作時間當(dāng)前36頁，總共71頁。例1-6同例1-1，設(shè)工作40h后的1h內(nèi)失效1個，求40h時的失效率。時間t，h10-20>20-30>30-40>40-50>50-60>60-70>70-80>80-90>90-100>100-110失效數(shù)

△nf(t)12710303110621累積失效數(shù)Nf(t)1310205081919799100當(dāng)前37頁，總共71頁。例1-7今有某種零件100個，已工作了6年，工作滿5年時共有3個失效，工作滿6年時共有6個失效。試計算這批零件工作滿5年時的失效率。當(dāng)前38頁，總共71頁。1.4.3可靠性的特征量失效率曲線失效率隨時間t的變化曲線——浴盆曲線遞減型遞增型恒定型當(dāng)前39頁，總共71頁。1.4.3可靠性的特征量（6）6.可靠性特征量間的關(guān)系當(dāng)λ(t)＝λ＝const時，當(dāng)前40頁，總共71頁。當(dāng)前41頁，總共71頁。例1-8某設(shè)備的失效率/h，求其平均壽命，中位壽命和可靠度為0.95的可靠壽命。

當(dāng)前42頁，總共71頁。1.5可靠性中常用的概率分布離散型分布：用于產(chǎn)品抽檢二項分布泊松分布偶然誤差型分布：用于強度、應(yīng)力、尺寸等正態(tài)分布對數(shù)正態(tài)分布壽命型分布：用于疲勞壽命等威布爾分布指數(shù)分布當(dāng)前43頁，總共71頁。1.二項分布定義：進行n次獨立試驗（各次試驗的結(jié)果互不影響），在一次試驗中有兩種可能結(jié)果，假設(shè)失效的概率為p，不失效的概率為q=1-p，則在n次試驗中恰有x次（0，1，2，…）失效的概率為：稱x服從二項分布，記作X～B(n·p)。累積發(fā)生k次的概率為：當(dāng)前44頁，總共71頁。1.二項分布二項分布的特點：參加試驗的次數(shù)（n）已知參加試驗的樣品只有兩個狀態(tài)，該兩種狀態(tài)發(fā)生的概率分別為p與q，且p、q均為常數(shù)，則p+q=1事件相互獨立只取整數(shù)的離散型分布，可用概率分布表和條形圖表示當(dāng)前45頁，總共71頁。1.二項分布二項分布的條形圖當(dāng)前46頁，總共71頁。二項分布二項分布的均值：

二項分布的方差：當(dāng)前47頁，總共71頁。例1-9某型號產(chǎn)品在運行時間超過規(guī)定值時為合格產(chǎn)品。根據(jù)以往的經(jīng)驗，該產(chǎn)品在規(guī)定的生產(chǎn)、運行條件下的次品率為0.2，問從該產(chǎn)品中隨機抽出20臺，有10個次品的概率是多少？當(dāng)前48頁，總共71頁。例1-10已知產(chǎn)品發(fā)生故障的概率為p=0.1?，F(xiàn)問從該產(chǎn)品中抽取n=4的樣品的失效期望值和標準差是多少？當(dāng)前49頁，總共71頁。例1-11將次品率為1%的大批產(chǎn)品裝箱，每箱裝90件，今抽檢1箱，進行全數(shù)檢驗，求查出次品數(shù)不超過5的概率。當(dāng)前50頁，總共71頁。2.泊松分布定義：n很大，p很小，且np=λ>0時的二項分布，記作X～p(λ)。累積分布函數(shù)：當(dāng)前51頁，總共71頁。一般：當(dāng)時，可用泊松分布代替二項分布。2.泊松分布均值：

方差：當(dāng)前52頁，總共71頁。2.泊松分布泊松分布條形圖當(dāng)前53頁，總共71頁。例1-12將次品率為1%的大批產(chǎn)品裝箱，每箱裝90件，今抽檢1箱，進行全數(shù)檢驗，求查出次品數(shù)不超過5的概率。當(dāng)前54頁，總共71頁。3.正態(tài)分布又稱高斯分布。是研究測量中許多偶然因素所引起的誤差而得到的一種分布。這些偶然因素中每個的影響都很小，而且相互獨立。零件尺寸、材料強度、金屬磨損、作用載荷等。

凡滿足下式的隨機變量X均服從正態(tài)分布，記作X～N(μX，σX2)概率分布密度累積分布函數(shù)

當(dāng)前55頁，總共71頁。3.正態(tài)分布正態(tài)分布的特點f(x)關(guān)于平均值μx對稱x→?∞時，f(x)→03σ原則：隨機變量的概率值落在均值左右側(cè)3σ的概率為99.72%均值為0的正態(tài)分布稱為標準正態(tài)分布當(dāng)前56頁，總共71頁。3.正態(tài)分布標準正態(tài)分布圖當(dāng)前57頁，總共71頁。3.正態(tài)分布均值：

方差：當(dāng)前58頁，總共71頁。3.正態(tài)分布正態(tài)分布累積概率的求解過程先進行標準化處理，然后直接用標準正態(tài)積分表求解。當(dāng)前59頁，總共71頁。例1-13已知X～N(3，22)，求（1）P(X≥3)；（2）P(2≤X≤5)解：（1）標準化處理（2）標準化處理當(dāng)前60頁，總共71頁。例1-14若統(tǒng)計得到人的身高X～N(1650,602)mm，希望碰頭的概率小于1%，試設(shè)計車門高度。解：令車門高度為x1，由題意求時的x1

標準化處理：由

時，查得

則

x1=1650+2.32×60≈1790mm當(dāng)前61頁，總共71頁。4.對數(shù)正態(tài)分布某些物理現(xiàn)象，如某些材料的疲勞破壞，由于暴露而造成的腐蝕等，其疲勞裂紋的增長及腐蝕的深度隨著時間的增大而逐漸增大，這些現(xiàn)象引起的疲勞破壞服從于對數(shù)正態(tài)分布。

適用于機械疲勞強度、疲勞壽命分布的研究。

若隨機變量X的對數(shù)lnX服從正態(tài)分布lnX～N(μ，σ2)，則稱X服從對數(shù)正態(tài)分布，記作X～LN(μ，σ2)。

當(dāng)前62頁，總共71頁。4.對數(shù)正