可靠性工程與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估-第1章-基本概念.ppt

1、1,目錄,第1章 緒論 第1節(jié) 概述 第2節(jié) 基本概念 第2章 概率統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ) 第1節(jié) 隨機(jī)變量的數(shù)字特征 第2節(jié) 常用的概率分布 第3節(jié) 統(tǒng)計(jì)推斷 第4節(jié) 回歸與相關(guān) 第3章 失效模型 第1節(jié) 應(yīng)力強(qiáng)度模型（干涉模型） 第2節(jié) 最弱環(huán)模型 第3節(jié) 反應(yīng)論模型 第4節(jié) 纖維束模型,2,第4章 可靠性設(shè)計(jì) 第1節(jié) 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 第2節(jié) 結(jié)構(gòu)的可靠性分析 第3節(jié) 可靠度與安全系數(shù) 第4節(jié) 貝葉斯方法在可靠性設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 第5節(jié) 可靠度的分配 第5章 可靠性試驗(yàn)與預(yù)測(cè) 第1節(jié) 壽命試驗(yàn)和加速試驗(yàn) 第2節(jié) 序貫壽命試驗(yàn) 第3節(jié) 統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)法 第4節(jié) 故障樹(shù)分析,3,*第6章 概率斷裂力學(xué)在壓力容器缺陷安

2、全評(píng)定中的應(yīng)用 第1節(jié) 概述 第2節(jié) 壓力容器缺陷評(píng)定中主要參數(shù)的統(tǒng)計(jì)特性 第3節(jié) 壓力容器缺陷概率安全評(píng)定 第4節(jié) 模糊概率斷裂簡(jiǎn)介 第5節(jié) 隨機(jī)有限元法在斷裂力學(xué)中的應(yīng)用 第7章 模糊集理論及其在可靠性工程中的運(yùn)用 第1節(jié) 基本概念 第2節(jié) 模糊集合及其運(yùn)算 第3節(jié) 模糊關(guān)系與模糊矩陣 第4節(jié) 隸屬函數(shù)的確定 第5節(jié) 模糊語(yǔ)言變量 第6節(jié) 模糊綜合評(píng)價(jià)方法,4,第8章 風(fēng)險(xiǎn)工程學(xué)簡(jiǎn)介 第1節(jié) 當(dāng)代化工裝置技術(shù)管理的兩大課題 第2節(jié) 風(fēng)險(xiǎn)分析的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 第3節(jié) 基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)與傳統(tǒng)檢驗(yàn)方法 第4節(jié) 基于風(fēng)險(xiǎn)檢驗(yàn)的技術(shù)路線 第5節(jié) 風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí) 第6節(jié) 風(fēng)險(xiǎn)分析與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) 第7節(jié) 風(fēng)險(xiǎn)控制、

3、風(fēng)險(xiǎn)管理與裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行 第8節(jié) 國(guó)內(nèi)引進(jìn)軟件介紹,5,參考書(shū) 1、KC卡帕著，工程設(shè)計(jì)中的可靠性。 2、凌樹(shù)森，可靠性理論及其在機(jī)械工程中的應(yīng)用。 3、徐維新，可靠性工程 4、胡師金、劉貴生，機(jī)械可靠性設(shè)計(jì) 5、BS迪隆，人的可靠性 6、劉惟信，機(jī)械可靠性設(shè)計(jì) 7、陳健元，機(jī)械可靠性設(shè)計(jì) 8、周則恭，概率斷裂力學(xué)在壓力容器中的應(yīng)用 9、戴樹(shù)和、王明娥，可靠性工程及其在化工設(shè)備中的應(yīng)用 10、戴樹(shù)和、王明娥，Reliability analysis in engineering applications 11、戴樹(shù)和，工程風(fēng)險(xiǎn)分析技術(shù)，2007,6,第1章 緒 論,第1節(jié) 概 述,可靠性工程學(xué)

4、的研究工作最近在國(guó)內(nèi)外都發(fā)展很快。從電子工業(yè)、軍事工業(yè)、宇航、直至機(jī)電產(chǎn)品等各個(gè)行業(yè)和部門，幾乎毫無(wú)例外地都對(duì)這一門工程學(xué)給重視，并進(jìn)行了大量的研究工作。,一、可靠性的重要性,可靠性是產(chǎn)品質(zhì)量的時(shí)間性特征。產(chǎn)品是泛指，它包括零部件、設(shè)備、裝置、系統(tǒng)等。也就是說(shuō)對(duì)于合格產(chǎn)品，要求它不僅在使用初期符合質(zhì)量指標(biāo)，而且必須在規(guī)定的使用時(shí)間和條件下，保持質(zhì)量指標(biāo)的數(shù)值而使產(chǎn)品不失效，這就是可靠性問(wèn)題。,7,因此，可靠性也是產(chǎn)品的一個(gè)重要的質(zhì)量指標(biāo)。而且也只有將可靠性指標(biāo)和其它的質(zhì)量指標(biāo)一起，才能對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量作出全面的評(píng)價(jià)。所以： 1）產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)是與時(shí)間有關(guān)的一個(gè)量； 2）可靠性指標(biāo)是與失效模式、失

5、效定義有關(guān)的一個(gè)綜合指標(biāo)。,8,產(chǎn)品的可靠性可分為兩個(gè)主要類別，即設(shè)計(jì)可靠性和使用可靠性。 設(shè)計(jì)可靠性包括：可靠性分析、設(shè)計(jì)評(píng)審、權(quán)衡研究、可靠性試驗(yàn)分析等。 使用可靠性包括：失效分析、現(xiàn)場(chǎng)工作記錄、維修活動(dòng)等。,9,產(chǎn)品的可靠性水平是一個(gè)國(guó)家技術(shù)隊(duì)伍的素質(zhì)、管理以及工業(yè)基礎(chǔ)水平的重要標(biāo)志。特別是軍用產(chǎn)品，可靠性水平是最重要的質(zhì)量指標(biāo)，是戰(zhàn)斗力的重要因素，可以這么說(shuō)，可靠性是企業(yè)的命脈。企業(yè)的興旺，決定于產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，企業(yè)喪失競(jìng)爭(zhēng)力就難以生存。而決定產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的重要因素是產(chǎn)品的可靠性。,例如，美國(guó)的宇宙飛船阿波羅工程有700萬(wàn)只元器件和零件，參加人數(shù)達(dá)42萬(wàn)人，參予制造的廠家達(dá)1萬(wàn)5千多家，生

6、產(chǎn)周期達(dá)數(shù)年之久。象這樣龐大的復(fù)雜系統(tǒng)，一旦某一個(gè)元件或某一個(gè)部件出現(xiàn)故障，就會(huì)造成整個(gè)工程失敗，造成巨大損失。所以可靠性問(wèn)題特別突出，不專門進(jìn)行可靠性研究是難于保證系統(tǒng)可靠性的。,10,可靠性工程的重要性主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：,1. 高科技的需要 2. 經(jīng)濟(jì)效益的需要 3. 政治聲譽(yù)的需要 總之，無(wú)論是人民群眾的生活，國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要出發(fā)，還是從國(guó)防、科研的需要出發(fā)，研究可靠性問(wèn)題是具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。 ,11,現(xiàn)代科技迅速發(fā)展導(dǎo)致各個(gè)領(lǐng)域里的各種設(shè)備和產(chǎn)品不斷朝著高性能、高可靠性方向發(fā)展，各種先進(jìn)的設(shè)備和產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、科研、文教衛(wèi)生等各個(gè)行業(yè)，設(shè)備的可靠性直接關(guān)系到人民群

7、眾的生活和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)，所以，深入研究產(chǎn)品可靠性的意義是非常重大的。,12,產(chǎn)品或設(shè)備的故障都會(huì)影響生產(chǎn)和造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。特別是大型流程企業(yè)，有時(shí)因一臺(tái)關(guān)鍵設(shè)備的故障導(dǎo)致工廠停產(chǎn)，其損失都是每天幾十萬(wàn)元甚至幾百萬(wàn)元。因此，從經(jīng)濟(jì)效益的來(lái)看，研究可靠性是很有意義的。 研究與提高產(chǎn)品的可靠性是要付出一定代價(jià)的。從生產(chǎn)角度看，要增加產(chǎn)品的研制和生產(chǎn)的成本。但是，從使用角度看，由于產(chǎn)品可靠性提高了，就大大減少了使用費(fèi)和維修費(fèi)，同時(shí)還減少了產(chǎn)品壽命周期的成本。所以，從總體上看，研究可靠性是有經(jīng)濟(jì)效益的。,13,從政治方面考慮，無(wú)論哪個(gè)國(guó)家，產(chǎn)品的先進(jìn)性和可靠性對(duì)提高這個(gè)國(guó)家的國(guó)際地位、國(guó)際聲譽(yù)及促進(jìn)國(guó)

8、際貿(mào)易發(fā)展都起很大的作用。,14,Reliability is essentially the problem of a product from “pregnancy to birth to death”. It involves such areas as material selection, engineering design, process technology, industrial production, testing and quality control, product shipment, storage, operator skill, and maintenanc

9、e and repair technique. No one takes a sceptical attitude about the importance of reliability. Reliability, as a theory associated with reliability mathematics, failure physis, probabilistic fracture mechanics, etc, has developed continuously in recent years, and has attracted worldwide attention.,1

10、5,二、歷史發(fā)展,可靠性問(wèn)題之所以受到重視，是因?yàn)橄到y(tǒng)、裝置(機(jī)器及設(shè)備)或零部件所承擔(dān)的工作要求越來(lái)越就結(jié)構(gòu)也更為復(fù)雜化。因此，彼此相關(guān)的任意一部分失效而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生故障的機(jī)會(huì)有所增加，而整個(gè)系統(tǒng)的失效或故障將使生產(chǎn)受到威脅、經(jīng)濟(jì)受到損失，甚至人的安全遭到危害。,除此以外，由于新技術(shù)的采用、新材料的應(yīng)用，沒(méi)有研究的領(lǐng)域和亟待開(kāi)發(fā)的問(wèn)題還很廣闊，所有這些都是不可靠不安全的因素。加之，由于裝置的高性能、高操作運(yùn)行條件，存在著控制與管理引起失誤的可能性，所有這些問(wèn)題的解決，絕不是一般手段可以應(yīng)付得了的。綜合性的工程技術(shù)可靠性工程學(xué)正是針對(duì)這個(gè)范疇問(wèn)題而發(fā)展起來(lái)的。,16,三、可靠性工程的研究對(duì)

11、象,可靠性工程學(xué)的研究對(duì)象，可以是零部件，也可以是由許多零部件裝配成的裝置，或由一些裝置組成的系統(tǒng)。它們?cè)谑褂闷陂g，壽命都是有限的。在使用中會(huì)斷磨損、腐蝕、疲勞或老化，以致發(fā)生故障。,可靠性工程涉及面積廣，需要從科研、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、制造、運(yùn)輸、貯存、直到使用和維護(hù)等方面，進(jìn)行研究和實(shí)施的工作。,17,四、可靠性工程的研究?jī)?nèi)容,系統(tǒng)、裝置或零部件發(fā)生效障有兩種情形：一種是發(fā)生故障后就報(bào)廢，不能繼續(xù)使用；另一種是發(fā)生故障后可以修理，繼續(xù)使用。為了制造盡可能少發(fā)生故障的產(chǎn)品所采用的一切方法，和在運(yùn)行中為避免發(fā)生故障所采取的一切措施，都是可靠性工程學(xué)的研究?jī)?nèi)容。亦即在系統(tǒng)、裝置或零部件的研究、設(shè)計(jì)、制造

12、、安裝、使用和維修等各個(gè)環(huán)節(jié)，都有造成故障的可能，也有發(fā)現(xiàn)故障的原因和給予改善的可能。所有這些環(huán)節(jié)都需要應(yīng)用可靠性工程學(xué)的技術(shù)。,18,可靠性工程的基本內(nèi)容,19,五、壓力容器可靠性工程的研究?jī)?nèi)容,1）系統(tǒng)和裝置可靠度或失效概率的確定； 2）材料性能、制造、檢驗(yàn)等對(duì)裝置可靠性的質(zhì)量保證； 3）無(wú)損檢測(cè)、包括常規(guī)檢驗(yàn)和特殊方法的檢驗(yàn)以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理； 4)有損檢驗(yàn)、材料和零部件的疲勞、斷裂、腐蝕、蠕變等行為的研究，以及全尺寸構(gòu)件試驗(yàn)、破壞及損失研究； 5)可靠性加速試驗(yàn)； 6)緊急狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析； 7)裝置的可靠性設(shè)計(jì)； 8)可靠性預(yù)測(cè)和壽命估算等；,20,五、壓力容器可靠性工程的研究?jī)?nèi)容,9)此

13、外，從全世界范圍而言，近年來(lái)新建工廠日趨減少，許多已達(dá)到設(shè)計(jì)年限的裝置仍繼續(xù)運(yùn)行，擔(dān)負(fù)著高負(fù)荷的生產(chǎn)任務(wù)。為了保證安全生產(chǎn)，以正確診斷各類工廠裝置工況，采用完善對(duì)策、預(yù)知安全性，評(píng)估可靠性和預(yù)測(cè)壽命等為主要內(nèi)容的延壽分析，作為可靠性工程的一個(gè)分支，近年來(lái)得到很大的發(fā)展。,21,第二節(jié) 基本概念,在可靠性工程學(xué)中，可靠性代表系統(tǒng)、裝置或零部件在規(guī)定時(shí)間內(nèi)遠(yuǎn)行穩(wěn)定的程度。如欲定量量度，常用可靠度、不可靠度、失效率、平均失效間隔、失效前平均工作時(shí)間、維修度和有效度等來(lái)表示。,1. 可靠度，用R(t)表示。它的含義是：系統(tǒng)、裝置或零部件在規(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。其值在01之間。一

14、般表示為時(shí)間t的函數(shù)。（GB3187中有定義）,2.不可靠度或累積失效概率，簡(jiǎn)稱失效概率，用F(t)表示，有時(shí)也 用示。它的含義是：系統(tǒng)、裝置或零部件在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不能完成規(guī)定功能的概率。其值在01之間顯然有：,(1-1),22,根據(jù)可靠度或不可靠度的定義，概率、功能、時(shí)間和規(guī)定的條件是四個(gè)頗為重要的因素。在決定系統(tǒng)、裝置或零部件的可靠度或不可靠度上，它們每一個(gè)都起著重要作用，,一般地說(shuō)，假設(shè)某一試驗(yàn)，如果事先不能準(zhǔn)確地預(yù)言它的結(jié)果，而且在相同的條件下可以重復(fù)進(jìn)行，這個(gè)試驗(yàn)就稱為隨機(jī)試驗(yàn)。隨機(jī)試驗(yàn)的每一個(gè)可能結(jié)果稱為隨機(jī)事件。倘若n次試驗(yàn)中，產(chǎn)生某種結(jié)果(譬如：稱為事件A)有m次

15、，則稱mn為事件A出現(xiàn)的頻率。經(jīng)驗(yàn)證明，當(dāng)試驗(yàn)次數(shù)n很大時(shí)，隨機(jī)事件的頻率是穩(wěn)定的，這個(gè)穩(wěn)定值叫做事件且出現(xiàn)的概率，記為P(A)。所以，概率定義為一個(gè)特定形式事件出現(xiàn)的可能性。有下列關(guān)系：,23,隨機(jī)事件A必然發(fā)生 隨機(jī)事件A不可能發(fā)生,(1-2),(1-3),例題 40MnVB調(diào)質(zhì)鋼試件拉伸強(qiáng)度限試驗(yàn)的結(jié)果示如表11。將強(qiáng)度限( )劃分為若干間隔后出現(xiàn)的次數(shù)和頻率列于表12。圖11是表12中的頻率與強(qiáng)度限間隔值做出的圖形，這個(gè)圖叫做直方圖。它表示40MnvB調(diào)質(zhì)鋼試件強(qiáng)度限出現(xiàn)的概率密度圖線，或概率分布團(tuán)。當(dāng)試驗(yàn)次數(shù)足夠多、對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度限間隔取得足夠密時(shí)，可以得到圖中的連續(xù)曲線，從而擬合出概率

16、密度函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。不同的隨機(jī)變量有著不問(wèn)的概率密度函數(shù)表達(dá)式。,24,表11 40MnVB調(diào)質(zhì)鋼試件拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù),25,表12 按強(qiáng)限間隔的出現(xiàn)次數(shù)和頻率,26,圖11 概率密度分布圖,27,至于累積概率分布因數(shù)，同概率密度函數(shù)相似，也是描述隨機(jī)變量概率分布的一個(gè)函數(shù)。它們之間有著一定的關(guān)系。設(shè)t為隨機(jī)變量， 為概率密度函數(shù)，則累積概率分布函數(shù) 的計(jì)算公式為,圖12中所表示的累積概率分布函數(shù)，可以寫(xiě)成：,（1-4）,（1-5）,其中 是 以左概率密度函數(shù)曲線下包羅的面積。如果t代表時(shí)間的度量單位， 代表失效概率密度函數(shù)，則 即為累積失效概率或不可靠度， 。,28,假如 存在一階導(dǎo)數(shù)，則

17、由式14可以得到：,而,參見(jiàn)圖12。,（1-6）,且有,是t的增函數(shù)； 是t的連續(xù)函數(shù),29,累積概率分布函數(shù),30,概率密度函數(shù),31,若受試驗(yàn)的樣品數(shù)是N0個(gè)，到t時(shí)刻未失效的有N s (t)個(gè)；失效的有N f (t)個(gè)。則沒(méi)有失效的概率估計(jì)值，即可靠度的估計(jì)值為,32,3.失效率或故障率，用 表示。它的含義是：在壽命期的度量單位內(nèi)，系統(tǒng)、裝置或零部件失效的概率，或者，系統(tǒng)、裝置、零部件在（0，t)時(shí)段內(nèi)沒(méi)有發(fā)生 失效的前提下，在 時(shí)段內(nèi)發(fā)生失效的條件概率。,根據(jù)條件概率的定義，假設(shè)事件A表示在 時(shí)段內(nèi)沒(méi)有發(fā)生失效；事件B表示在 時(shí)段內(nèi)發(fā)生失效，則事件A發(fā)生時(shí)，事件B發(fā)生的概率為：,（1-

18、7）,故得,或者,（1-8）,33,(4)平均壽命 平均壽命是指產(chǎn)品從投入運(yùn)行到發(fā)生故障的平均工作時(shí)間。對(duì)于不維修產(chǎn)品又稱失效前平均時(shí)間MTTF(Mean time to failure)，根據(jù)數(shù)學(xué)期望的定義，可得,34,將(1-6)式微分，可得 代入MTTF定義得 當(dāng)(t) = 常數(shù)時(shí)，R (t)= e-t，所以 ,35,對(duì)于可維修產(chǎn)品而言，平均壽命指的是產(chǎn)品兩次相鄰故障間的平均工作時(shí)間，稱為平均故障間隔時(shí)間MTBF(Mean time between failure)，和MTTF有同樣的數(shù)學(xué)表達(dá)式： 當(dāng)(t) = 常數(shù)時(shí)，,36,可靠性指標(biāo),(5)有效度 對(duì)于可修復(fù)產(chǎn)品，只考慮其發(fā)生故障的

19、概率顯然是不合適的，還應(yīng)考慮被修復(fù)的可能性，衡量修復(fù)可能性的指標(biāo)為維修度，用M(t)表示。,37,維修度M(t)產(chǎn)品在規(guī)定條件下進(jìn)行修理時(shí)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成修復(fù)的概率。 在維修性工程中，還有維修密度函數(shù)m(t)、維修率(t)，其相互關(guān)系有：,38,平均修復(fù)時(shí)間(MTTRMean time to Repair)應(yīng)理解為產(chǎn)品修復(fù)時(shí)間的數(shù)學(xué)期望。有： 當(dāng)(t)=常數(shù)時(shí)，,39,對(duì)可修復(fù)系統(tǒng)，當(dāng)考慮到可靠性和維修性時(shí)，綜合評(píng)價(jià)的尺度就是有效度A(t)，它表示產(chǎn)品在規(guī)定條件下保持規(guī)定功能的能力。 (7-18),40,MTBF反映了可靠性的含義。 MTTR反映維修活動(dòng)的一種能力。 兩者結(jié)合固有有效度A(t) 當(dāng)考慮后勤保障、服務(wù)質(zhì)量時(shí)，就會(huì)在時(shí)間序列上出現(xiàn)平均等待時(shí)間(MWTMean Wait time)。如果從實(shí)際出發(fā)，使用有效度A0應(yīng)表示為： ,41,可靠性指標(biāo),(6)重要度 若干個(gè)部件組成的系統(tǒng)中，每