可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)講課-可靠性、維修性、保障性基礎(chǔ)知識(shí).ppt

可靠性 維修性 保障性 主講人 主要內(nèi)容 一 特性的發(fā)展 二 可靠性基礎(chǔ)知識(shí) 三 維修性基礎(chǔ)知識(shí) 四 保障性基礎(chǔ)知識(shí) 五 可靠性維修性保障性的發(fā)展趨勢 一 特性的發(fā)展 德國在V 1火箭研制后期 提出并運(yùn)用了串聯(lián)系統(tǒng)理論 得出火箭系統(tǒng)可靠度等于所有元器件 零部件可靠度乘積的結(jié)論 根據(jù)可靠性乘積定律 計(jì)算出該火箭的可靠度達(dá)0 75 因此 V 1火箭成為第一個(gè)運(yùn)用系統(tǒng)可靠性理論的飛行器 美國對(duì)運(yùn)往遠(yuǎn)東的航空無線電設(shè)備的可靠性問題進(jìn)行了調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析 找出主要原因是電子管的可靠性太差 于是 在1943年成立了電子管研究委員會(huì) 專門研究電子管的可靠性問題 20世紀(jì)40年代被認(rèn)為是可靠性萌芽時(shí)期 二 可靠性基礎(chǔ)知識(shí) 2 1基本概念 什么是可靠性 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) 管理等方面 進(jìn)行研究和實(shí)施的工作 可靠性工程涉及知識(shí)面廣 1947年印度剛獨(dú)立 德里就發(fā)生了一些公共暴亂 一個(gè)少數(shù)民族團(tuán)體中的大部分人避難到被稱為紅色堡壘的地方 這個(gè)地方是個(gè)被保護(hù)的區(qū)域 少部分人逃到另一個(gè)地區(qū)的修姆因廟里 這個(gè)廟臨近一個(gè)古建筑物 政府有責(zé)任提供食物給這些避難者 這個(gè)任務(wù)委托給了承包商 由于沒有任何關(guān)于避難人數(shù)的信息 政府被迫接收和付出承包商所提出的為避難者所購買的各種日用品和生活保障品的賬單 政府的開支看起來非常大 因而有人建議讓統(tǒng)計(jì)學(xué)家來求出紅色城堡中避難者的正確人數(shù) 由于政治因素 團(tuán)體間對(duì)立 不能派人進(jìn)入統(tǒng)計(jì)人數(shù) 知道的量是承包商開出的米 豆類 鹽的總量分別為 R P S 由消費(fèi)調(diào)查 每人每天所需這些食物的量分別為r p s 當(dāng)時(shí) 印度鹽的價(jià)格非常低 如何獲得真實(shí)數(shù)據(jù) 抽樣 如果我們?nèi)フ{(diào)查官員 提出這樣一個(gè)問題 你行過賄或受過賄嗎 恐怕我們得不到正確的答案 如何得到正確答案 對(duì)此 我們的另一種做法是列出如下兩個(gè)問題 其中一個(gè)問題是無關(guān)緊要的 S 你行過賄或受過賄嗎 T 你的電話號(hào)碼的末尾數(shù)是偶數(shù)嗎 然后要求被提問者擲一個(gè)硬幣 出現(xiàn)正面時(shí)要求正確回答S 出現(xiàn)反面時(shí)要求正確回答T 這時(shí)提問者并不知道被問者回答的是哪一個(gè)問題 這個(gè)信息是保密的 從這些信息得到的答案可做如下估計(jì)推算出行賄受賄的人所占的真正比例 A 行賄受賄的干部的比率 是未知的要估算的參數(shù) B 電話號(hào)碼末尾數(shù)為偶數(shù)的干部的比率 已知 P 回答 是 的干部的比率 已知 由上可知 A B 2P由此推出A的估計(jì)值為A 2P B 科研數(shù)據(jù)的真實(shí)性 可靠還是不可靠 你們有辦法嗎 某科學(xué)家曾經(jīng)要求同事寫出一個(gè)有50個(gè)H和T的假想序列 來證明H和T以1 1比率出現(xiàn)的理論 而且不要讓兩者看起來太接近以免讓人生疑 這個(gè)同事給出了如下的序列 其中含有29個(gè)H 21個(gè)T THTHTHHTHHHTTHTHTHHHTHHHTHTHTTHHTTHTTHHHHHTTHTTHHHTHHTTHHHTH 二次偽造 不同自由度的卡方檢驗(yàn)值 可靠性即針對(duì) 物 的不容易損壞這一問題 是從古至今存在的并被考慮的問題 人類制作石器 鐵器時(shí)代以來 為提高可靠性而做出了大量辛苦的勞動(dòng) 但是 可靠性用概率這個(gè)數(shù)學(xué)方式來表示是最近的事情 作為美國宇宙開發(fā)的推進(jìn)者 至今仍活躍著的費(fèi)布朗博士小組 在德國開發(fā)VI火箭的時(shí)候 就傳說他們算出了VI火箭的可靠度是75 可靠性工程發(fā)展及其重要性 美國是進(jìn)一步把可靠性作為工學(xué) 進(jìn)行組織系統(tǒng)化研究的國家 直接的起因是在第2次世界大戰(zhàn)時(shí) 在對(duì)日戰(zhàn)爭中 發(fā)生了向前線輸送的電子機(jī)器半數(shù)以上發(fā)生了故障 同時(shí) 在實(shí)際作戰(zhàn)中不耐用的慘痛經(jīng)驗(yàn) 根據(jù)那時(shí)候的統(tǒng)計(jì) 美軍在向遠(yuǎn)東輸送的兵器中 60 的航空機(jī)不能用 50 的電子兵器在儲(chǔ)藏中發(fā)生故障 還有 轟炸機(jī)的電子機(jī)器的壽命僅有20小時(shí) 海軍用電子機(jī)器的70 發(fā)生故障的悲慘狀況 戰(zhàn)后 基于這些教訓(xùn) 在1952年8月設(shè)置了美國國防部的可靠性咨詢機(jī)關(guān)AGREE AdvisoryGrouponReliabilityofElectronicEquipment 然后 在1957年提出了有名的AGREE報(bào)告 電子設(shè)備可靠性咨詢委員會(huì)報(bào)告書 在這個(gè)報(bào)告中 美軍宣布把定量化的可靠性作為兵器購入的基本準(zhǔn)則 在這之后 在1962年左右 在這個(gè)報(bào)告書的基礎(chǔ)上 又對(duì)MLLSPEC 美軍規(guī)格書 進(jìn)行追加 改訂 完成了有關(guān)可靠性大系統(tǒng)的規(guī)格書 AGREE報(bào)告書 主要追求有關(guān)可靠性的提高 測定可靠度 這之后 維護(hù)性的研究和品質(zhì)保證的研究 在阿波羅計(jì)劃的成立 1961年 前后不斷發(fā)展 那以后的研究 主要是在故障物理 故障的機(jī)理 的研究之前的探索性研究 這些研究的頂點(diǎn)就是人類借阿波羅衛(wèi)星成功到達(dá)月面 可靠性工程發(fā)展及其重要性 例如 美國的宇宙飛船阿波羅工程有710萬只元器件和零件 參加人數(shù)達(dá)42萬人 參予制造的廠家達(dá)1萬5千多家 生產(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 1985年 美國空軍推行了 可靠性及維修性2000年行動(dòng)計(jì)劃 R M2000 該計(jì)劃從管理入手 依靠政策和命令來促進(jìn)空軍領(lǐng)導(dǎo)機(jī)關(guān)對(duì)可靠性工作的重視 加速觀念轉(zhuǎn)變 使可靠性工作在空軍部門形成制度化 以最終實(shí)現(xiàn)提高武器裝備作戰(zhàn)能力 改善生存性 減少空軍部隊(duì)部署的運(yùn)輸量 降低維修保障人力要求和使用保障費(fèi)用等5項(xiàng)目標(biāo) 經(jīng)過近6年的努力 在1991年海灣戰(zhàn)爭中 美國空軍的行動(dòng)計(jì)劃見到了成效 F 16C D及F 15E戰(zhàn)斗機(jī)的戰(zhàn)備完好性 能執(zhí)行任務(wù)率 都超過了95 另一方面 日本在1960年日本科學(xué)技術(shù)聯(lián)盟 日科肢聯(lián) 設(shè)立了可靠性研究委員會(huì) 舉行了會(huì)議 進(jìn)行文獻(xiàn)的翻譯和出版活動(dòng) 同年在電氣通信學(xué)會(huì) 現(xiàn)在是電了情報(bào)通信學(xué)會(huì) 上成立了可靠性研究專門委員會(huì) 發(fā)后 舉行發(fā)布會(huì)等活動(dòng) 作為政府機(jī)關(guān) 舉行了在1965年設(shè)置了電氣試驗(yàn)所可靠性研究室 1968年設(shè)置了工業(yè)技術(shù)院可靠性技術(shù)開發(fā)室公開的活動(dòng) 還有在1973年作為民間團(tuán)體 在200多家公司加入的基礎(chǔ)上 設(shè)立了日本電子零部件可靠性中心 制定了有關(guān)可靠性的工業(yè)衡量標(biāo)準(zhǔn) 如JISC5003 故障率試驗(yàn)法 1969年 JISZ8115 可靠性用語 1970年 等等 這以后又制定JISC5700 可靠性保證電子零部件通則 1970年 等等很多的規(guī)格 日本的汽車 家用電器等產(chǎn)品 雖然在性能 價(jià)格方面與我國彼此相仿 卻能占領(lǐng)美國以及國際市場 主要的原因就是日本的產(chǎn)品可靠性勝過我國一籌 美國的康明斯 卡勃彼特柴油機(jī) 大修期為12000小時(shí) 而我國柴油機(jī)不過1000小時(shí) 有的甚至幾十小時(shí) 幾百小時(shí)就出現(xiàn)故障 我國生產(chǎn)的電梯 平均使用壽命 指兩次大修期的間隔時(shí)期 為3年左右 而國外的電梯平均壽命在10年以上 是我們的3倍 故障率 國外平均為0 05次 而我國為1次以上 高出20倍 這樣的產(chǎn)品怎么有競爭力呢 要想在競爭中立于不敗之地 就要狠抓產(chǎn)品質(zhì)量 特別是產(chǎn)品可靠性 沒有可靠性就沒有質(zhì)量 企業(yè)就無法在激烈的競爭中生存和發(fā)展 因此 可靠性問題必須引起政府和企業(yè)的高度重視 抓好可靠性工作 不僅是關(guān)系到企業(yè)生存和發(fā)展的大問題 也是關(guān)系到國家經(jīng)濟(jì)興衰的大問題 呵呵 這是唱高調(diào)的內(nèi)容 可以不看的 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 無論是人民群眾的生活 國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)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(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義 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)系到人民群眾的生活和國民經(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 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元甚至幾百萬元 因此 從經(jīng)濟(jì)效益的來看 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 從政治方面考慮 無論哪個(gè)國家 產(chǎn)品的先進(jìn)性和可靠性對(duì)提高這個(gè)國家的國際地位 國際聲譽(yù)及促進(jìn)國際貿(mào)易發(fā)展都起很大的作用 一部可靠性發(fā)展史 就是不可靠教訓(xùn)史 這里我們應(yīng)特別看到 有些電子設(shè)備在使用的關(guān)鍵時(shí)刻出現(xiàn)了故障 造成的經(jīng)濟(jì)損失就更大了 美國1957年發(fā)射的 先鋒號(hào) 衛(wèi)星中 由于一個(gè)價(jià)值二美元的器件出了故障 造成了價(jià)值220萬美元的損失 美國航天局1978年 1979年三次火箭發(fā)射失敗 損失1 6億美元 1986年1月28日 美國航天飛機(jī) 挑戰(zhàn)者號(hào) 起飛76秒后爆炸 其中7名宇航員喪生 直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)12億美元 美國的民族精神受到了嚴(yán)重創(chuàng)傷 這次事故的直接原因是因?yàn)橐粋€(gè)密封圈不密封而引起的 1971年 原蘇聯(lián)三名宇航員在 禮炮 號(hào)飛船中由于一個(gè)部件失靈而喪生 前蘇聯(lián)的 聯(lián)盟11號(hào) 號(hào)宇宙飛船返回時(shí) 因壓力閥門提前打開而造成三名宇航員全部死亡 1974年 我國發(fā)射衛(wèi)星的運(yùn)載火箭因?yàn)橐桓睆綖? 25mm的導(dǎo)線斷裂 導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)被引爆自毀 1991年 我國 澳星 發(fā)射失敗 起因于一個(gè)小小的零件故障 所造成的經(jīng)濟(jì)損失和政治影響是巨大的 千里之堤 潰于蟻穴 成千上萬工程技術(shù)人員 工人 管理干部的勞動(dòng)成果 幾千萬甚至上億元的投資就因?yàn)楣ぷ鞯囊稽c(diǎn)疏漏 一個(gè)小小的元器件 零部件失效或一根導(dǎo)線的失效而毀于一旦 可靠性和成本 人和可靠性 飛機(jī)事故中 其中70 是由駕駛員的操縱失誤造成的 但是 由于這點(diǎn)而說駕駛員壞是不成立的 因?yàn)轳{駛員肩負(fù)的負(fù)擔(dān)太重了 在系統(tǒng)的可靠性中人的可靠性是最低的 這就像 人們擁有很多機(jī)器沒有的能力 而另一方面卻又有許多失誤 因此 在設(shè)計(jì)產(chǎn)品的時(shí)候 把握人類的特質(zhì) 進(jìn)行人類工學(xué)的考慮就非常有必要了 二 可靠性基礎(chǔ)知識(shí) 2 1基本概念 產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi) 完成規(guī)定功能的能力 從設(shè)計(jì)的角度 可靠性可分為基本可靠性和任務(wù)可靠性 從應(yīng)用的角度 可靠性可分為固有可靠性和使用可靠性 基本可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下無故障的持續(xù)時(shí)間或概率 它反映了產(chǎn)品對(duì)維修人力的要求 任務(wù)可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的任務(wù)剖面中完成規(guī)定功能的能力 它反映了產(chǎn)品對(duì)任務(wù)成功性的要求 可靠性工程的基本內(nèi)容 可靠性指標(biāo) 衡量產(chǎn)品可靠性的指標(biāo)很多 各指標(biāo)之間有著密切聯(lián)系 其中最主要的有四個(gè) 即 可靠度R t 不可靠度 或稱故障概率 F t 故障密度函數(shù)f t 故障率 t 2 2可靠性參數(shù)或可靠性指標(biāo) 可靠性指標(biāo) 1 可靠度R t 把產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi) 完成規(guī)定功能的概率定義為產(chǎn)品的 可靠度 用R t 表示 R t P T t 其中P T t 就是產(chǎn)品使用時(shí)間T大于規(guī)定時(shí)間t的概率 若受試驗(yàn)的樣品數(shù)是N0個(gè) 到t時(shí)刻未失效的有Ns t 個(gè) 失效的有Nf t 個(gè) 則沒有失效的概率估計(jì)值 即可靠度的估計(jì)值為 如果仍假定t為規(guī)定的工作時(shí)間 T為產(chǎn)品故障前的時(shí)間 則產(chǎn)品在規(guī)定的條件下 在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)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 T t 同樣 不可靠度的估計(jì)值為 由于故障和不故障這兩個(gè)事件是對(duì)立的 所以 R t F t 1當(dāng)N0足夠大時(shí) 就可以把頻率作為概率的近似值 同時(shí)可見可靠度是時(shí)間t的函數(shù) 因此R t 亦稱為可靠度函數(shù) 0 R t 1 R t 與F t 隨時(shí)間的變化曲線 可靠性指標(biāo) 2 故障密度函數(shù)f t 如果N0是產(chǎn)品試驗(yàn)總數(shù) Nf是時(shí)刻t t t時(shí)間間隔內(nèi)產(chǎn)生的故障產(chǎn)品數(shù) Nf t N0 t 稱為t t t時(shí)間間隔內(nèi)的平均失效 故障 密度 表示這段時(shí)間內(nèi)平均單位時(shí)間的故障頻率 若N0 t 0 則頻率 概率 也可根據(jù)F t 的定義 得到f t 即F t 具有以下性質(zhì) 0 F t 1 且為增函數(shù) 可靠性指標(biāo) 3 故障率 t 故障率 t 是衡量可靠性的一個(gè)重要指標(biāo) 其含義是產(chǎn)品工作到t時(shí)刻后的單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的概率 即產(chǎn)品工作到t時(shí)刻后 在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的產(chǎn)品數(shù)與在時(shí)刻t時(shí)仍在正常工作的產(chǎn)品數(shù)之比 t 可由下式表示 式中dNf t 為dt時(shí)間內(nèi)的故障產(chǎn)品數(shù) t 也稱為產(chǎn)品的瞬時(shí)失效率 故障率 故障密度及可靠度之間的關(guān)系 當(dāng)N0 時(shí) 故障率 故障密度及可靠度之間的關(guān)系 根據(jù)R t F t f t t 的定義 還可以推導(dǎo)出 失效率曲線 早期失效期的特點(diǎn)是失效發(fā)生在產(chǎn)品使用的初期 失效率較高 隨工作時(shí)間的延長而迅速下降 造成早期失效的原因大多屬生產(chǎn)型缺陷 由產(chǎn)品本身存在的缺陷所致 通過可靠性設(shè)計(jì) 加強(qiáng)生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制可減少這一時(shí)期的失效 進(jìn)行合理的老化 篩選盡可能在交付使用前把早期失效的器件淘汰掉 偶然失效期的特點(diǎn)是失效率很低且很穩(wěn)定 近似為常數(shù) 器件失效往往帶有偶然性 這一時(shí)期是使用的最佳階段 耗損失效期的特點(diǎn)是失效率明顯上升 大部分器件相繼出現(xiàn)失效 一般出現(xiàn)在產(chǎn)品使用的后期 耗損失效多由于老化 磨損 疲勞等原因使器件性能惡化所致 應(yīng)及早更換器件以保證設(shè)備的正常工作 應(yīng)該指出 并不是任何一批器件均明顯地表現(xiàn)出以上三個(gè)失效階段 對(duì)于半導(dǎo)體器件和微電路在發(fā)展初期 工藝不穩(wěn)定早期失效表現(xiàn)得很明顯 然而它們的偶然失效期的時(shí)間較其它類型的電子元器件要長 特別是很多微電路產(chǎn)品的耗損失效期也不像其它電子元器件 如電真空器件等 表現(xiàn)得那樣明顯 所以半導(dǎo)體器件和微電路的工作壽命都比較長 故障率曲線分析 浴盆曲線 a 早期故障期 產(chǎn)品早期故障反映了設(shè)計(jì) 制造 加工 裝配等質(zhì)量薄弱環(huán)節(jié) 早期故障期又稱調(diào)整期或鍛煉期 此種故障可用廠內(nèi)試驗(yàn)的辦法來消除 故障率曲線分析 b 正常工作期 在此期間產(chǎn)品故障率低而且穩(wěn)定 是設(shè)備工作的最好時(shí)期 在這期間內(nèi)產(chǎn)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(gè)時(shí)期又叫偶然失效期 可靠性研究的重點(diǎn) 在于延長正常工作期的長度 故障率曲線分析 c 損耗時(shí)期 零件磨損 陳舊 引起設(shè)備故障率升高 如能預(yù)知耗損開始的時(shí)間 通過加強(qiáng)維修 在此時(shí)間開始之前就及時(shí)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(shè)備與系統(tǒng)的有效壽命 故障率的單位一般采用10 5小時(shí)或10 9小時(shí) 稱10 9小時(shí)為1fit 故障率也可用工作次數(shù) 轉(zhuǎn)速 距離等 t 4 2 5 7 14 68 可靠性指標(biāo) 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 Meantimetofailure 根據(jù)數(shù)學(xué)期望的定義 可得 將 7 1 式微分 可得 7 10 代入 7 9 得 7 11 當(dāng) t 常數(shù)時(shí) R t e t 所以 7 12 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 Meantimebetweenfailure 和MTTF有同樣的數(shù)學(xué)表達(dá)式 當(dāng) t 常數(shù)時(shí) 平均故障間隔時(shí)間MTBF可修復(fù)產(chǎn)品可靠性的一種基本參數(shù) 其度量方法為 在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi) 產(chǎn)品的壽命單位總數(shù)與故障總次數(shù)之比或產(chǎn)品的故障總數(shù)與壽命單位總數(shù)之比 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 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 平均修復(fù)時(shí)間 MTTR MeantimetoRepair 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) 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 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 MWT MeanWaittime 如果從實(shí)際出發(fā) 使用有效度A0應(yīng)表示為 可靠性指標(biāo) 6 重要度 若干個(gè)部件組成的系統(tǒng)中 每個(gè)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(jìn)行定量描述 用wj表示 顯然 0 wj 1 這個(gè)重要度是從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來看部件的重要程度 因此它是結(jié)構(gòu)重要度 可靠性指標(biāo) 7 復(fù)雜度 復(fù)雜度ci可以簡單地用分系統(tǒng)的基本構(gòu)件數(shù)來表示 即 其中 ni 第i個(gè)分系統(tǒng)的構(gòu)件數(shù) N 系統(tǒng)的構(gòu)件總數(shù) n 分系統(tǒng)數(shù) 常用壽命分布函數(shù) 1 指數(shù)分布 指數(shù)分布在可靠性領(lǐng)域里應(yīng)用最多 由于它的特殊性 以及在數(shù)學(xué)上易處理成較直觀的曲線 故在許多領(lǐng)域中首先把指數(shù)分布討論清楚 若產(chǎn)品的壽命或某一特征值t的故障密度為 0 t 0 則稱t服從參數(shù) 的指數(shù)分布 指數(shù)分布 則有 不可靠度 t 0 可靠度 t 0 故障率平均故障間隔時(shí)間 f t t R t t t t 指數(shù)分布最主要的特點(diǎn)是失效率表現(xiàn)為一常數(shù) 計(jì)算方便 而指數(shù)分布正適合對(duì)器件處于偶然失效階段的描述 由于這一階段是器件最佳的工作時(shí)期 人們對(duì)器件的可靠性工作進(jìn)行說明和分析時(shí)多引用指數(shù)分布函數(shù) 指數(shù)分布例題 例2 1 一元件壽命服從指數(shù)分布 其平均壽命 為2000小時(shí) 求故障率 及求可靠度R 100 R 1000 指數(shù)分布例題 例2 1 一元件壽命服從指數(shù)分布 其平均壽命 為2000小時(shí) 求故障率 及求可靠度R 100 R 1000 解 小時(shí) 此元件在100小時(shí)時(shí)的可靠度為0 95 而在1000小時(shí)時(shí)的可靠度為0 60 指數(shù)分布性質(zhì) 指數(shù)分布的一個(gè)重要性質(zhì)是無記憶性 無記憶性是產(chǎn)品在經(jīng)過一段時(shí)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(guān) 馬爾克夫性 這個(gè)性質(zhì)說明 壽命分布為指數(shù)分布的產(chǎn)品 過去工作了多久對(duì)現(xiàn)在和將來的壽命分布不發(fā)生影響 實(shí)際意義 在 浴盆曲線 中 它是屬于偶發(fā)期這一時(shí)段的 常用壽命分布函數(shù) 2 正態(tài)分布 正態(tài)分布在機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)中大量應(yīng)用 如材料強(qiáng)度 磨損壽命 齒輪輪齒彎曲 疲勞強(qiáng)度以及難以判斷其分布的場合 若產(chǎn)品壽命或某特征值有故障密度 t 0 0 0 則稱t服從正態(tài)分布 為正態(tài)分布的兩個(gè)參量 為正態(tài)分布的均值 為正態(tài)分布的標(biāo)準(zhǔn)離差 下圖是 和 取不同值的正態(tài)分布密度曲線 簡稱為正態(tài)曲線 由圖所示可以看出 參數(shù) 反映了正態(tài)分布曲線的位置 參數(shù) 反映了正態(tài)分布的分散程度 正態(tài)分布的主要特點(diǎn)是能同時(shí)反映出構(gòu)成電子元器件產(chǎn)品失效分布的各種微小的獨(dú)立的隨機(jī)失效因素的總結(jié)果 也即能反映出產(chǎn)品失效模式的多樣性和失效機(jī)理的復(fù)雜性 由于正態(tài)分布曲線下面的總面積為1 是固定的 所以當(dāng) 不斷減小 正態(tài)分布曲線不斷集中 正說明了其中某一隨機(jī)的失效因素的影響不斷被突出 失效模式與機(jī)理不斷地被明顯反映出來 正態(tài)分布 則有 不可靠度可靠度 故障率正態(tài)分布計(jì)算可用數(shù)學(xué)代換把上式變換成標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布 查表簡單計(jì)算 得出各參數(shù)值 常用壽命分布函數(shù) 3 威布爾分布 威布爾分布應(yīng)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 威布爾分布是用三個(gè)參數(shù)來描述 這三個(gè)參數(shù)分別是尺度參數(shù) 形狀參數(shù) 位置參數(shù) 其概率密度函數(shù)為 t 0 0 不同 值的威布爾分布 1 0 0 0 5 0 5 1 f t t 不同 值的威布爾分布 1 2 威布爾分布 則有 不可靠度 可靠度故障率 威布爾分布特點(diǎn) 當(dāng) 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(diǎn)向右擴(kuò)展 最大值減小 當(dāng) 和 不變 變化時(shí) 曲線形狀隨 而變化 當(dāng) 值約為3 5時(shí) 威布爾分布接近正態(tài)分布 當(dāng) 和 不變時(shí) 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(dòng) 威布爾分布其它一些特點(diǎn) 1時(shí) 表示磨損失效 1時(shí) 表示恒定的隨機(jī)失效 這時(shí) 為常數(shù) 1時(shí) 表示早期失效 當(dāng) 1 0時(shí) 為指數(shù)分布 式中為平均壽命 可靠性參數(shù)及其數(shù)學(xué)基礎(chǔ)可靠性工程 可靠性工程是指為了達(dá)到產(chǎn)品可靠性要求而進(jìn)行的有關(guān)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)和生產(chǎn)等一系列工作 錢學(xué)森說過 產(chǎn)品的可靠性是設(shè)計(jì)出來的 生產(chǎn)出來的 管理出來的 前兩者指的就是可靠性工程活動(dòng) 后者是指可靠性管理活動(dòng) 三系統(tǒng)可靠性分析 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可靠性模型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可靠性預(yù)估系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可靠性分配 3 1系統(tǒng)可靠性模型 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(shù)學(xué)模型 建立各級(jí)產(chǎn)品可靠性模型的目的是定量分配 估算和評(píng)價(jià)產(chǎn)品的可靠性 系統(tǒng)原理圖表示系統(tǒng)中各部分之間的物理關(guān)系 而系統(tǒng)可靠性邏輯圖則表示系統(tǒng)中各部分之間的功能邏輯關(guān)系 即用簡明扼要的直觀方法表現(xiàn)能使系統(tǒng)完成任務(wù)的各種串 并 旁聯(lián)方框的組合 可靠性邏輯框圖應(yīng)與產(chǎn)品的工作原理圖相協(xié)調(diào) 進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí) 首先根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求 構(gòu)思出原理圖 進(jìn)而畫出可靠性框圖 建立數(shù)學(xué)模型 以便進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì) 分配和定量的評(píng)估 邏輯圖和原理圖 了解系統(tǒng)中各個(gè)部分 或單元 的功能和它們相互之間的聯(lián)系以及對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的作用和影響對(duì)建立系統(tǒng)的可靠性數(shù)學(xué)模型 完成系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì) 分配和預(yù)測都具有重要意義 借助于可靠性邏輯圖可以精確地表示出各個(gè)功能單元在系統(tǒng)中的作用和相互之間的關(guān)系 雖然根據(jù)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(guān)系 邏輯圖和原理圖在聯(lián)系形式和方框聯(lián)系數(shù)目上都不一定相同 有時(shí)在原理圖中是串聯(lián)的 而在邏輯圖中卻是并聯(lián)的 有時(shí)原理圖中只需一個(gè)方框即可表示 而在可靠性邏輯圖中卻需要兩個(gè)或幾個(gè)方框才能表示出來 邏輯圖和原理圖 例如 為了獲得足夠的電容量 常將三個(gè)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(gè)電容器短路都可使系統(tǒng)失敗 因此 該系統(tǒng)的原理圖是并聯(lián) 而邏輯圖應(yīng)是串聯(lián)的 邏輯圖和原理圖 例如 為了獲得足夠的電容量 常將三個(gè)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(gè)電容器短路都可使系統(tǒng)失敗 因此 該系統(tǒng)的原理圖是并聯(lián) 而邏輯圖應(yīng)是串聯(lián)的 邏輯圖和原理圖 例如 為了獲得足夠的電容量 常將三個(gè)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(gè)電容器短路都可使系統(tǒng)失敗 因此 該系統(tǒng)的原理圖是并聯(lián) 而邏輯圖應(yīng)是串聯(lián)的 在建立可靠性邏輯圖時(shí) 必須注意與工作原理圖的區(qū)別 畫可靠性邏輯圖 首先應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)是什么 同時(shí)還應(yīng)弄清部件A B正常工作時(shí)應(yīng)處的狀態(tài) 導(dǎo)管及二個(gè)閥門組成系統(tǒng)的原理圖和邏輯圖 明確系統(tǒng)的功能是什么 也就是要明確系統(tǒng)正常工作的標(biāo)準(zhǔn)是什么 導(dǎo)流還是截流 閥門A 閥門B 原理圖 可靠性框圖 由此可見 系統(tǒng)內(nèi)各部件之間的物理關(guān)系和功能關(guān)系是有區(qū)別的 如果僅從表面形式看 二個(gè)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(jìn)行計(jì)算就會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤 隨著系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的進(jìn)展 必須繪制一系列的可靠性邏輯框圖 這些框圖要逐漸細(xì)分下去 按級(jí)展開 可靠性邏輯框圖按級(jí)展開 當(dāng)我們知道了組件中各單元的可靠性指標(biāo) 如可靠度 故障率或MTBF等 即可由下一級(jí)的邏輯框圖及數(shù)學(xué)模型計(jì)算上一級(jí)的可靠性指標(biāo) 這樣逐級(jí)向上推 直到算出系統(tǒng)的可靠性指標(biāo) 這就是利用系統(tǒng)可靠性模型及已知的單元可靠性指標(biāo)預(yù)計(jì)或估計(jì)系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的過程 系統(tǒng)可靠性模型 系統(tǒng)可靠性模型 一 串聯(lián)模型 組成系統(tǒng)的所有單元中任一單元的故障就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)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 系統(tǒng)可靠性模型 串聯(lián)模型 根據(jù)串聯(lián)系統(tǒng)的定義及邏輯框圖 其數(shù)學(xué)模型為 式中Rs t 系統(tǒng)的可靠度 Ri t 第i個(gè)單元的可靠度 系統(tǒng)可靠性模型 串聯(lián)模型 若各單元的壽命分布均為指數(shù)分布 即 式中 s 系統(tǒng)的故障率 i 各單元的故障率 系統(tǒng)可靠性模型 串聯(lián)模型 系統(tǒng)的平均故障間隔時(shí)間為 可見 串聯(lián)系統(tǒng)中各單元的壽命為指數(shù)分布時(shí) 系統(tǒng)的壽命也為指數(shù)分布 由于Ri t 是個(gè)小于1的數(shù)值 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 系統(tǒng)可靠性模型 二 并聯(lián)模型 組成系統(tǒng)的所有單元都故障時(shí) 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 系統(tǒng)可靠性模型 并聯(lián)模型 根據(jù)并聯(lián)系統(tǒng)定義邏輯框圖 其數(shù)學(xué)模型為式中Fs t 系統(tǒng)的不可靠度 Fi t 第i個(gè)單元的不可靠度 1 可靠性并聯(lián)等于不可靠性串聯(lián) 它們之間存在對(duì)偶性 2 并聯(lián)單元越多 系統(tǒng)可靠性越高 系統(tǒng)可靠性模型 三 n中取r模型 r n 組成系統(tǒng)的n個(gè)單元中 不故障的單元數(shù)不少于r r為介于1和n之間的某個(gè)數(shù) 系統(tǒng)就不會(huì)故障 這樣的系統(tǒng)稱為r n系統(tǒng) 它屬于工作貯備模型 是表決系統(tǒng)的一種形式 如四臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī) 必須有二臺(tái)或二臺(tái)以上發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作 飛機(jī)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 當(dāng)n個(gè)單元都相同時(shí) 其可靠度可按二項(xiàng)展開式計(jì)算 式中n 系統(tǒng)的單元數(shù) r 系統(tǒng)正常工作所必須的最少單元數(shù) 系統(tǒng)可靠性模型 n中取r模型 r n 式中第一項(xiàng)Rn t 是n個(gè)單元都正常工作的概率 第二項(xiàng)是 n 1 個(gè)單元正常工作 一個(gè)單元故障的概率 前r 1項(xiàng)是r個(gè)單元正常工作 n r 個(gè)單元故障的概率 上式可看出 當(dāng)r 1時(shí)即為并聯(lián)模型 當(dāng)r n時(shí)即為串聯(lián)模型 r n系統(tǒng)的MTBFs比并聯(lián)系統(tǒng)小 比串聯(lián)系統(tǒng)大 系統(tǒng)可靠性模型 四 混合式貯備模型 混聯(lián)系統(tǒng)模型 由串聯(lián)和并聯(lián)混合組成的系統(tǒng) 串并聯(lián)或并串聯(lián) 其可靠性邏輯框圖如圖所示 并串聯(lián) 串并聯(lián) 系統(tǒng)可靠性模型 混合式貯備模型 當(dāng)各單元相同時(shí) 串并聯(lián)或并串聯(lián)貯備模型如下 串并聯(lián)貯備的數(shù)學(xué)模型為 并串聯(lián)貯備的數(shù)學(xué)模型為 Rs t t 并串聯(lián)n 2 N 2 串并聯(lián)n 2 N 2 單個(gè)元件 與李江濤同學(xué)商榷及回答該同學(xué)的問題 混聯(lián)模型 例 1 4 3 5 6 2 7 如何求該系統(tǒng)的可靠度 單元1 2 3串聯(lián)成S1 單元4 5串聯(lián)成S2 單元6 7并聯(lián)成S3 S1 S2 S3 再將S1 S2并聯(lián)成S4 最后將S4 S3串聯(lián)即為該混聯(lián)系統(tǒng)的可靠度 S3 S4 Rs1 R1R2R3Rs2 R4R5Rs3 R6 R7 R6R7Rs4 Rs1 Rs2 Rs1Rs2全系統(tǒng)的可靠度Rs為 Rs Rs4Rs3 五 多數(shù)表決貯備模型 n中取r模型的一個(gè)特殊情況就是多數(shù)表決貯備模型 一個(gè)系統(tǒng)將三個(gè)以上 必須是奇數(shù) 并聯(lián)單元的輸出進(jìn)行比較 把多數(shù)單元出現(xiàn)相同的輸出作為系統(tǒng)的輸出 這就是多數(shù)表決貯備系統(tǒng) 系統(tǒng)可靠性模型 表決器 R 1 六旁聯(lián)系統(tǒng) R1 R2 R3 轉(zhuǎn)換器 系統(tǒng)可靠性模型 組成系統(tǒng)的n個(gè)單元只有一個(gè)單元工作 當(dāng)工作單元故障時(shí) 通過轉(zhuǎn)換裝置接到另一個(gè)單元繼續(xù)工作 直到所有單元都故障時(shí) 系統(tǒng)才故障 稱為非工作貯備模型 旁聯(lián)模型 實(shí)際中 系統(tǒng)是比較復(fù)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 窮舉列表法 網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算法 視課時(shí)安排和進(jìn)度選講 布爾真值表法 部件狀態(tài)圖示法最小路集法 視課時(shí)安排和進(jìn)度選講 全概率分解法等 網(wǎng)絡(luò)模型法和最小路集法適合計(jì)算機(jī)編程求解 小結(jié) 1 幾種典型的可靠性模型 a 串聯(lián)模型 b 并聯(lián)模型 1 2 n c r n模型 1 2 n r n模型是指組成產(chǎn)品的所有單元同時(shí)工作 但至少r個(gè)正常 產(chǎn)品才能正常的模型 d 旁聯(lián)模型 假設(shè)各單元相同 壽命均服從指數(shù)分布 監(jiān)測轉(zhuǎn)換裝置的可靠度為1 旁聯(lián)模型是指組成產(chǎn)品的所有單元中 只有一個(gè)單元在工作 當(dāng)工作單元故障后通過監(jiān)測轉(zhuǎn)換裝置接到另一個(gè)單元進(jìn)行工作的模型 可靠性的特點(diǎn) 可靠性的定性特點(diǎn)1 與規(guī)定的條件密切相關(guān)2 與規(guī)定的時(shí)間密切相關(guān)3 與規(guī)定的功能密切相關(guān)可靠性的定量特點(diǎn)1 很難只用一個(gè)量來代表 在不同的場合和不同的情況下 用不同的指標(biāo)來表示產(chǎn)品的可靠性 2 可靠性定量表示的隨機(jī)性 一個(gè)產(chǎn)品在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不故障是一個(gè)隨機(jī)事件 概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法 表示 可靠性 的基本參數(shù) 1 可靠度R t0 及可靠度函數(shù)R t 2 故障概率F t 累積故障概率F t 累積故障分布函數(shù)F t 故障密度函數(shù)f t 表示在時(shí)刻t后的一個(gè)單位時(shí)間內(nèi) 產(chǎn)品的故障數(shù)與總產(chǎn)品數(shù)之比 它是時(shí)間的函數(shù) F t f t f t 與F t 何種關(guān)系 f t 與F t R t 之間有怎樣的關(guān)系 2 3 2可靠性模型的選擇 1 應(yīng)努力提高元器件 零件及組件的可靠性水平 只有在這種方法不奏效時(shí)才使用儲(chǔ)備模型 2 若使用儲(chǔ)備模型時(shí) 在層次低的部位采用儲(chǔ)備效果比在層次高的好 3 在電源功率不足 單元發(fā)熱問題較大以及故障單元無法有效隔離的情況下不能采用工作儲(chǔ)備模型 4 在故障監(jiān)測及轉(zhuǎn)換裝置可靠性不高以及工作需要有繼承性的產(chǎn)品不能采用非工作儲(chǔ)備模型 5 采用儲(chǔ)備模型可以提高產(chǎn)品的任務(wù)可靠性 但會(huì)降低其基本可靠性 因此必須進(jìn)行綜合權(quán)衡 如果想得到高可靠性的產(chǎn)品 必須進(jìn)行產(chǎn)品可靠性定量指標(biāo)的控制 為了達(dá)到這個(gè)目的 就需要 在設(shè)計(jì)時(shí) 對(duì)未來產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行定量的計(jì)算 合理地分配組成件的可靠性 使產(chǎn)品的可靠性定量指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求 在使用時(shí) 對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行可靠性指標(biāo)評(píng)估 以論證其與設(shè)計(jì)可靠性的差距 從而科學(xué)地確定彌補(bǔ)措施 可靠性預(yù)測和分配的目的是確定產(chǎn)品的可靠度 可靠性預(yù)計(jì)是為了產(chǎn)品在給定的工作條件下的可靠性而進(jìn)行的工作 它根據(jù)組成系統(tǒng)的元件 部件和分系統(tǒng)的可靠性來推測系統(tǒng)的可靠性 這是一個(gè)由局部到整體 由小到大 由下而上的過程 是一個(gè)綜合的過程 2 3 3可靠性預(yù)計(jì) 預(yù)估 2 3 3可靠性預(yù)計(jì) 預(yù)估 基本可靠性預(yù)計(jì)和任務(wù)可靠性預(yù)計(jì) 系統(tǒng)可靠性參數(shù)有很多種 因此 為了預(yù)計(jì)某個(gè)特定的可靠性指標(biāo) 就需建立相應(yīng)的可靠性模型 例如 為了預(yù)計(jì)系統(tǒng)的基本可靠性指標(biāo)MFHBF 平均故障間隔飛行時(shí)間 或MTBF 就需要建立基本可靠性模型 而為了預(yù)計(jì)系統(tǒng)的任務(wù)可靠性指標(biāo)MCSP 完成任務(wù)的成功概率 或MTBCF 致命性故障間的任務(wù)時(shí)間 則需要建立任務(wù)可靠性模型 必要時(shí) 應(yīng)分別按產(chǎn)品的每一種任務(wù)剖面建立相應(yīng)的任務(wù)可靠性模型 進(jìn)行預(yù)計(jì) 基本可靠性模型與任務(wù)可靠性模型不可混淆 a 基本可靠性模型是用串聯(lián)模型預(yù)計(jì)產(chǎn)品及其單元對(duì)維修和保障的要求 基本可靠性預(yù)計(jì)可以表明由于產(chǎn)品的不可靠 給維修和保障所增加的負(fù)擔(dān) b 任務(wù)可靠性模型是用以預(yù)計(jì)產(chǎn)品在規(guī)定的任務(wù)剖面內(nèi)的可靠性 一般是利用串 并聯(lián)模型預(yù)計(jì)產(chǎn)品成功地完成規(guī)定的任務(wù)的能力 以便為產(chǎn)品的作戰(zhàn) 工作 效能分析提供依據(jù) c 基本可靠性預(yù)計(jì)和任務(wù)可靠性預(yù)計(jì)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用 在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)早期階段 當(dāng)系統(tǒng) 分系統(tǒng) 的詳細(xì)構(gòu)成尚未細(xì)化確定前 任務(wù)可靠性預(yù)計(jì)往往較難進(jìn)行 此時(shí)一般可做必要的基本可靠性預(yù)計(jì) 隨著設(shè)計(jì)工作的深入開展 兩種預(yù)計(jì)可逐步同時(shí)進(jìn)行 其預(yù)計(jì)結(jié)果可為設(shè)計(jì)人員提供權(quán)衡設(shè)計(jì)的依據(jù) d 通過預(yù)計(jì) 若基本可靠性不足 可以采用簡化設(shè)計(jì) 使用高質(zhì)量元器件或調(diào)整性能容差等方法來彌補(bǔ) 若任務(wù)可靠性不足 則可以用余度方法來解決 1 性能參數(shù)預(yù)計(jì)法 2 應(yīng)力分析法 3 故障率預(yù)計(jì)法 4 相似產(chǎn)品法 5 評(píng)分法 6 元件計(jì)數(shù)法 7 上 下限法 系統(tǒng)可靠性預(yù)計(jì)的一般方法 性能參數(shù)法 通過統(tǒng)計(jì)大量相似系統(tǒng)的性能參數(shù)與可靠性的關(guān)系 在此基礎(chǔ)上進(jìn)行回歸分析 得出一些經(jīng)驗(yàn)公式及系數(shù) 以便在方案論證及初步設(shè)計(jì)階段 能根據(jù)初步確定的系統(tǒng)性能及結(jié)構(gòu)參數(shù)預(yù)計(jì)系統(tǒng)可靠性 例某新研輕型直升機(jī) 2200kg 要求其 性能適中 安全可靠 經(jīng)濟(jì)適用且軍民兩用 試論證其基本可靠性指標(biāo)MFHBF 型號(hào)最大起飛重量MFHBFOH 5813604UH 60A91854AH 6480063 25CH 47D226801 4CH 53E333390 92CH 54B213192 24 經(jīng)大量統(tǒng)計(jì)資料表明 對(duì)同一年代研制的直升機(jī) 其重量越大 結(jié)構(gòu)越復(fù)雜 設(shè)備成品越多 則故障次數(shù)隨之而增多 從而MFHBF越小 所以 可以把直升機(jī)重量與MFHBF結(jié)合起來 作簡單的線性回歸 從而估算或論證其基本可靠性指標(biāo) MFHBF 4 1小時(shí) 相似產(chǎn)品法 該方法是利用成熟的相似產(chǎn)品所得到的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來估計(jì)新產(chǎn)品的可靠性 成熟產(chǎn)品的可靠性來自現(xiàn)場使用評(píng)價(jià)和實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 這種方法在研制初期廣泛應(yīng)用 在研制的任何階段也都適用 尤其是非電產(chǎn)品 查不到故障數(shù)據(jù) 全靠自身數(shù)據(jù)的積累 成熟產(chǎn)品的詳細(xì)故障記錄越全 比較的基礎(chǔ)越好 預(yù)計(jì)的準(zhǔn)確性越高 當(dāng)然也取決于產(chǎn)品的相似程度 相似產(chǎn)品法 預(yù)計(jì)的基本公式 或者TBFs 系統(tǒng)的MTBF h TBFi 第i個(gè)分系統(tǒng)的MTBF h 例某種新設(shè)計(jì)的教練機(jī) 其供氧抗荷系統(tǒng)包括 氧氣瓶 氧氣開關(guān) 減壓器 示流器 調(diào)節(jié)器 面罩 跳傘氧調(diào)器 抗荷分系統(tǒng)等 試用產(chǎn)品相似法預(yù)計(jì)該供氧抗荷系統(tǒng)的MFHBF 整個(gè)供氧抗荷系統(tǒng)122 65154 4 故障率預(yù)計(jì)法 當(dāng)研制工作進(jìn)展到詳細(xì)設(shè)計(jì)階段 已有了產(chǎn)品原理圖和結(jié)構(gòu)圖 選出了元部件 已知它們的類型 數(shù)量 環(huán)境及使用應(yīng)力 并已具有實(shí)驗(yàn)室常溫條件測得的故障率時(shí) 可采用故障率預(yù)計(jì)法 這種方法對(duì)電子產(chǎn)品和非電子產(chǎn)品均適用 具體步驟 1 根據(jù)產(chǎn)品功能圖畫出可靠性框圖2 按可靠性框圖建立可靠性數(shù)學(xué)模型3 確定各方框中元部件或設(shè)備的故障率 該故障率應(yīng)該為工作故障率 在實(shí)驗(yàn)室常溫條件下測得的故障率為基本故障率 對(duì)于非電產(chǎn)品可只考慮降額因子D和環(huán)境因子K對(duì) 的影響 非電產(chǎn)品工作故障率為 工作故障率 1 h G 基本故障率 1 h K D 取值由工程經(jīng)驗(yàn)確定 4 系統(tǒng)可靠性預(yù)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求預(yù)計(jì)基本可靠性或任務(wù)可靠性 將預(yù)計(jì)值與和要求值相比較 當(dāng)預(yù)計(jì)結(jié)果不能滿足規(guī)定要求時(shí) 應(yīng)改進(jìn)設(shè)計(jì)來滿足系統(tǒng)可靠性指標(biāo) 對(duì)于K D 目前尚無正式可供查用的數(shù)據(jù)手冊(cè) 其中環(huán)境因子K可暫參考電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)GJB Z299A 91中所列的各種環(huán)境系數(shù) E 對(duì)于電子產(chǎn)品則需采用元件應(yīng)力分析法計(jì)算其工作故障率 專家評(píng)分法 這種方法是依靠有經(jīng)驗(yàn)的工程技術(shù)人員的工程經(jīng)驗(yàn)按照幾種因素進(jìn)行評(píng)分 按評(píng)分結(jié)果 有已知的某單元故障率根據(jù)評(píng)分系數(shù)算出其余單元的故障率 評(píng)分考慮的因素可按產(chǎn)品特點(diǎn)而定 常用的四種評(píng)分因素 分?jǐn)?shù)在1 10之間 a 復(fù)雜度 根據(jù)組成分系統(tǒng)的元部件數(shù)量及它們組裝的難易程度來評(píng)定 最簡單1分 最復(fù)雜10分 b 技術(shù)發(fā)展水平 根據(jù)分系統(tǒng)目前的技術(shù)水平和成熟度來評(píng) 水平最低10分 水平最高1分 c 工作時(shí)間 根據(jù)分系統(tǒng)工作時(shí)間來評(píng)定 系統(tǒng)工作時(shí) 分系統(tǒng)一直工作的評(píng)10分 工作時(shí)間最短的評(píng)1分 d 環(huán)境條件 根據(jù)分系統(tǒng)所處的環(huán)境來評(píng)定 分系統(tǒng)工作過程中經(jīng)受極其惡劣和嚴(yán)酷的環(huán)境條件的評(píng)10分 環(huán)境條件最好的評(píng)1分 專家評(píng)分法實(shí)施概要 已知某分系統(tǒng)的故障率為 算出的其它分系統(tǒng)故障率 i為 式中i 1 2 n 分系統(tǒng)數(shù) Ci 第i個(gè)分系統(tǒng)的評(píng)分系數(shù) i 第i個(gè)分系統(tǒng)的評(píng)分?jǐn)?shù) 故障率為 的分系統(tǒng)的評(píng)分?jǐn)?shù) 專家評(píng)分法實(shí)施概要 Rij 第i個(gè)分系統(tǒng) 第j個(gè)因素的評(píng)分?jǐn)?shù) j 1 復(fù)雜度j 2 技術(shù)發(fā)展水平j(luò) 3 工作時(shí)間j 4 環(huán)境因素 元件計(jì)數(shù)法 先計(jì)算設(shè)備中各種型號(hào)和各種類型的元器件數(shù)目 然后再乘以相應(yīng)型號(hào)或類型元器件的基本故障率 最后把各乘積累加起來 即可得到部件 系統(tǒng)的故障率 元件計(jì)數(shù)法特別說明 先計(jì)算設(shè)備中各種型號(hào)和各種類型的元器件數(shù)目 然后再乘以相應(yīng)型號(hào)或類型元器件的基本故障率 最后把各乘積累加起來 即可得到部件或系統(tǒng)的故障率 上述公式適用于應(yīng)用在同一環(huán)境類別的設(shè)備 如果設(shè)備所包含的n個(gè)單元是在不同環(huán)境中工作 如機(jī)載設(shè)備有的單元應(yīng)用于座艙 有的單元應(yīng)用于無人艙 則上述公式就應(yīng)該分別按不同環(huán)境考慮 然后將這些 環(huán)境 單元 故障率相加即為設(shè)備的總故障率 元器件故障率及質(zhì)量等級(jí)可以查國家軍標(biāo)GJB299A 應(yīng)力分析法 元器件應(yīng)力分析法 適用于電子設(shè)備詳細(xì)設(shè)計(jì)階段 已具備了詳細(xì)的元器件清單 電應(yīng)力比 環(huán)境溫度等信息 這種方法的預(yù)計(jì)的可靠性比計(jì)數(shù)法的結(jié)果要準(zhǔn)確些 元器件的故障率與其承受的應(yīng)力水平及工作環(huán)境有極大的關(guān)系 考慮上述應(yīng)力的預(yù)計(jì)方法已規(guī)范化 但具體計(jì)算也較繁瑣 晶體管和二極管的失效率計(jì)算模型 把各種元器件的工作故障率計(jì)算出來后 就可求得系統(tǒng)的故障率 第i種元器件的故障率 1 h 第i種元器件的數(shù)量 系統(tǒng)中元器件的種類數(shù) 利用應(yīng)力分析法結(jié)合元件計(jì)數(shù)法預(yù)測系統(tǒng)可靠性一般是很繁瑣和費(fèi)時(shí)的 目前許多國家已把這些表格 公式等存入計(jì)算機(jī) 利用計(jì)算機(jī)輔助預(yù)計(jì)可以大大節(jié)省人力及時(shí)間 上下限法預(yù)測系統(tǒng)的可靠性 阿波羅號(hào)飛船可靠性預(yù)測 上下限法預(yù)測系統(tǒng)的可靠性 上下限法預(yù)測系統(tǒng)的可靠性 小結(jié) 工程中常用的可靠性預(yù)計(jì)方法 小結(jié) 工程中常用的可靠性預(yù)計(jì)方法 小結(jié) 工程中常用的可靠性預(yù)計(jì)方法 可靠性分配 可靠性分配方法 1 比例分配法 2 評(píng)分分配法 3 重要度 復(fù)雜度分配法 4 拉格朗日乘數(shù)法 5 動(dòng)態(tài)規(guī)劃法 6 直接尋差法 產(chǎn)品的可靠性高低并不取決于論證 而決定于其本身 若想提高產(chǎn)品本身的固有可靠性 則應(yīng)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段對(duì)它進(jìn)行可靠性的預(yù)測和分配 FMEA FailureModeEffectAnalysis故障模式影響分析或失效模式影響分析FMEACA FailureModeEffectAnalysisandCriticalityAnalysis故障模式影響及危害性分析 單調(diào)關(guān)聯(lián)系統(tǒng) 單調(diào)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)是指系統(tǒng)中任一組成單元的狀態(tài)由正常 故障 變?yōu)楣收?正常 不會(huì)使系統(tǒng)的狀態(tài)由故障 正常 變?yōu)檎?故障 的系統(tǒng) 割集和最小割集 所謂割集指的是 故障樹中一些底事件的集合 當(dāng)這些底事件同時(shí)發(fā)生時(shí) 頂事件必然發(fā)生 若將割集中所含的底事件任意去掉一個(gè)就不再成為割集了 這就是最小割集 舉例說明割集和最小割集 書本例子 圖4 20 請(qǐng)你們講 如何求最小割集 求單調(diào)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)故障樹最小割集的方法較多 常用的有 下行法和上行法 下行法 從頂事件開始 逐級(jí)向下查尋 找出割集 只就上下相鄰兩級(jí)來看 與門只增加割集階數(shù) 割集所含底事件的數(shù)目 不增加割集個(gè)數(shù) 或門只增加割集個(gè)數(shù) 不增加割集階數(shù) 所以 在下行過程中 順次將邏輯門的輸出事件置換為輸入事件 遇到與門就將其輸入事件排在同一行 取輸入事件的交 布爾積 遇到或門就將其輸入事件各自排成一行 取輸入事件的并 布爾和 這樣直到全部換成底事件為止 這樣得到的割集再通過兩兩比較 劃去那些非最小割集 剩下的即為故障樹的全部最小割集 上行法 上行法是從底事件開始 自下而上逐步進(jìn)行事件集合運(yùn)算 將或門輸出事件表示為輸入事件的并 布爾和 將與門輸出事件表示為輸入事件的交 布爾積 這樣向上層層代入 在逐步代入過程中或最后 按照布爾代數(shù)吸收律和等冪律來化簡 將頂事件表示成底事件積之和的最簡式 其中每一積項(xiàng)對(duì)應(yīng)于故障樹的一個(gè)最小割集 全部積項(xiàng)即是故障樹的所有最小割集 在各個(gè)底事件發(fā)生概率比較小 其差別相對(duì)不大的條件下 階數(shù)越小的最小割集越重要 在低階最小割集中出現(xiàn)的底事件比高階最小割集中的底事件重要 在同一最小割集階數(shù)的條件下 在不同最小割集中重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)越多的底事件越重要 故障樹定性分析的目的在于尋找導(dǎo)致頂事件發(fā)生的原因和原因組合 識(shí)別導(dǎo)致頂事件發(fā)生的所有故障模式 可以幫助判明潛在的故障 以便改進(jìn)設(shè)計(jì) 可以用于指導(dǎo)故障診斷 改進(jìn)運(yùn)行和維修方案 本課程 自學(xué)完成 數(shù) 極 相關(guān) 量 標(biāo) 可靠性設(shè)計(jì)常用方法 小結(jié) 1 元器件 零部件的選擇與控制 2 降額設(shè)計(jì) 3 熱設(shè)計(jì) 4 簡化設(shè)計(jì) 5 余度設(shè)計(jì) 6 環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì) 7 人素工程設(shè)計(jì) 6 電磁兼容設(shè)計(jì) 可靠性試驗(yàn) 可靠性試驗(yàn)的分類 環(huán)境應(yīng)力篩選 環(huán)境應(yīng)力篩選的機(jī)理實(shí)質(zhì)是利用加劇的應(yīng)力 在短時(shí)間內(nèi)將產(chǎn)品內(nèi)部的一些潛在缺陷加速擴(kuò)大 使其變成故障 并加以排除 從而提高產(chǎn)品的可靠性 環(huán)境應(yīng)力篩選的的最有效的方法是溫度循環(huán)和隨機(jī)振動(dòng) 應(yīng) 不改變產(chǎn)品失效機(jī)理 可靠性增長實(shí)驗(yàn) 由于產(chǎn)品復(fù)雜性的增加和新技術(shù)的應(yīng)用 產(chǎn)品設(shè)計(jì)需要一個(gè)不斷深化認(rèn)識(shí) 逐步改進(jìn)完善的過程 可靠性增長就是一個(gè)通過逐步改正產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造中的缺陷 不斷提高產(chǎn)品可靠性的過程 它貫穿于產(chǎn)品的壽命周期內(nèi) 1 實(shí)現(xiàn)可靠性增長的三個(gè)基本要素 a 通過分析和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)故障源 b 發(fā)現(xiàn)問題的反饋 c 根據(jù)發(fā)現(xiàn)的問題 采取有效的改正措施 參考有關(guān)資料 自學(xué) 一 因 可靠性增長方法 a 依靠分析 設(shè)計(jì)實(shí)施可靠性增長 b 依靠實(shí)驗(yàn) 內(nèi)場實(shí)驗(yàn)與外場使用相結(jié)合 實(shí)施可靠性增長 c 依靠生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)實(shí)施可靠性增長 d 依靠使用經(jīng)驗(yàn)實(shí)施可靠性增長 2 4 3可靠性鑒定與驗(yàn)收試驗(yàn) 可靠性鑒定試驗(yàn)是為了確定產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與要求的一致性 由訂購方用代表性的產(chǎn)品在規(guī)定的條件下所作的試驗(yàn) 并以此作為批準(zhǔn)定型的依據(jù) 可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)是用已交付或可交付的產(chǎn)品在規(guī)定條件下所作的試驗(yàn) 用以驗(yàn)證產(chǎn)品經(jīng)過生產(chǎn)期間的工藝 工裝 工作流程變化后的可靠性 2 4 4生產(chǎn)過程中保證可靠性的方法 1 加強(qiáng)生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制 2 根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn) 制定生產(chǎn)過程中不同工序間必要的篩選試驗(yàn)程序 以便發(fā)現(xiàn)可靠性缺陷 加速潛在故障的暴露 3 優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)及生產(chǎn)技術(shù) 生產(chǎn)設(shè)備 嚴(yán)格操作規(guī)程 4 加強(qiáng)生產(chǎn)人員的培訓(xùn) 提高其技術(shù)水平 5 選擇高質(zhì)量的貨源 加強(qiáng)進(jìn)廠入庫前的檢驗(yàn)工作 6 建立有效的故障報(bào)告 分析和糾正措施系統(tǒng) 再如我國裝備的大型預(yù)警飛機(jī) 總共才X架 也不能夠按抽樣子樣數(shù)達(dá)十幾架來評(píng)估可靠性 成 產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi) 按規(guī)定的程序和方法進(jìn)行維修時(shí) 保持和恢復(fù)到規(guī)定狀態(tài)的能力 三 維修性基礎(chǔ)知識(shí) 3 1基本概念 維修性是可靠性的重要補(bǔ)充 產(chǎn)品的可靠性的意義已被人們所認(rèn)識(shí) 但是 產(chǎn)品不可能百分之百可靠 而且許多產(chǎn)品隨著使用 儲(chǔ)存時(shí)間的延長 總會(huì)出現(xiàn)故障和失效 如果能夠迅速而經(jīng)濟(jì)地修復(fù) 則取決于產(chǎn)品的維修性 可靠性和維修性都是為了使產(chǎn)品隨時(shí)可用 即有良好的可用性 可靠性是從延長其正常工作時(shí)間來提高可用性 而維修性則從縮短維修停機(jī)時(shí)間來提高可用性 3 1生產(chǎn)階段的維修性工作 1 加強(qiáng)生產(chǎn)過程中的質(zhì)量管理 保證設(shè)計(jì)的維修性 2 把保持互換性作為設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容 必要時(shí)進(jìn)行互換性檢驗(yàn) 3 保證貴重件的可修復(fù)性 4 控制更改 保持兼容 5 收集與反饋信息 采取措施實(shí)現(xiàn)維修性增長 4 2保障性的內(nèi)涵 1 用戰(zhàn)備完好性 利用率 衡量保障性的優(yōu)劣 戰(zhàn)備完好性是裝備在平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)使用條件下 能隨時(shí)開始執(zhí)行預(yù)定任務(wù)的能力 它通常用使用可用度表示 戰(zhàn)備完好性是保障性的出發(fā)點(diǎn)和歸結(jié)點(diǎn) 2 規(guī)劃的維修保障資源要與裝備的保障設(shè)計(jì)特性相匹配 3 可靠性 維修性及保障資源與保障性的關(guān)系 4 3保障性參數(shù) 1 保障性綜合參數(shù) a 能執(zhí)行任務(wù)率 MCR b 出動(dòng)率 SGR c 使用可用度 A0 d 儲(chǔ)存可用度 As d 壽命周期費(fèi)用 LCC 2 保障性設(shè)計(jì)參數(shù) a 可靠性參數(shù) b 維修性參數(shù) c 測試性參數(shù) d 運(yùn)輸性參數(shù) 運(yùn)輸能力 運(yùn)輸時(shí)間 運(yùn)輸費(fèi)用 3 保障性系統(tǒng)與保障資源參數(shù) a 保障資源參數(shù) 人員數(shù)量人員技術(shù)等級(jí)備件數(shù)量備件利用率備件滿足率供應(yīng)品可用率測試設(shè)備可用率供貨平均種類設(shè)施利用率人員培訓(xùn)率 b 保障效能參數(shù) 供貨平均時(shí)間采購提前時(shí)間重復(fù)訂貨周期經(jīng)濟(jì)訂貨量庫存費(fèi)用再補(bǔ)給時(shí)間 RST 再次出動(dòng)準(zhǔn)備時(shí)間 TAT 平均需求間隔時(shí)間 MTBD 平均后勤延誤時(shí)間 MLDT 設(shè)備修理周期 4 4綜合保障工程 1 基本概念 綜合保障工程是在裝備設(shè)計(jì)中綜合規(guī)劃所需的保障問題 在裝備部署使用的同時(shí) 以最低費(fèi)用提供與裝備相互匹配的保障資源 建立保障系統(tǒng) 滿足戰(zhàn)備和任務(wù)要求所進(jìn)行的一系列技術(shù)與管理活動(dòng) 綜合保障工程包含了保障性的有關(guān)問題 但不能把綜合保障與保障性混為一談 a 是根據(jù)任務(wù)需求進(jìn)行任務(wù)范圍分析 提出使用和維護(hù)要求 通過迭代將保障考慮綜合起來納入設(shè)計(jì) 以改善飛機(jī)的保障特性 b 以維修規(guī)定為核心 根