第九章可靠性基礎(chǔ)ppt課件

1、第九章第九章 可靠性技術(shù)可靠性技術(shù)可靠性的根本概念可靠性特征量常用失效分布系統(tǒng)可靠性模型可靠性估計和分配主要教學內(nèi)容：主要教學內(nèi)容：學習要求：學習要求：了解可靠性的根本概念；掌握失效率、失效概率密度、不可靠度、可靠度、產(chǎn)品的壽命特征等可靠性的特征量；掌握系統(tǒng)可靠性模型和可靠度的計算掌握指數(shù)分布、威布爾分布正態(tài)分布等失效分布掌握可靠性估計與分配的根本原那么與方法重點和難點：可靠性特征量的計算第一節(jié)第一節(jié) 可靠性的根本概念可靠性的根本概念 可靠性：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間區(qū)可靠性：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間區(qū)間內(nèi)完成規(guī)定功能的才干間內(nèi)完成規(guī)定功能的才干 GB/T3187-1994 廣義的

2、可靠性：產(chǎn)品在其整個壽命周期內(nèi)完成規(guī)定功能的才干，它包括狹義可靠性和維修性；狹義可靠性：產(chǎn)品在某一規(guī)定時間內(nèi)發(fā)生失效的難易程度。因運用產(chǎn)品的條件不同，可靠性程度有很大差別；規(guī)定時間長短不同，其可靠性也不同 ；因規(guī)定的產(chǎn)品功能判據(jù)不同，將得到不同的可靠性評定結(jié)果 。一個產(chǎn)品的可靠性受三個“規(guī)定的限制 ：第二節(jié) 可靠性特征量不可修復產(chǎn)品的壽命：發(fā)生失效前的實踐任務(wù)時間；可修復產(chǎn)品的壽命：相鄰兩次缺點間的任務(wù)時間，此時也稱為無缺點任務(wù)時間。可靠性特征量：隨機變量壽命的描畫量。 一、可靠度R(t)w定義：可靠度是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間區(qū)間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率。記為R(t)。w可靠度是一個時間

3、函數(shù)，是反映產(chǎn)品能在多大程度上可靠任務(wù)的一個詳細目的。 ttftTPtR)()()(Rt表示產(chǎn)品實踐壽命超越規(guī)定時間的概率，或產(chǎn)品在規(guī)定時間內(nèi)無缺點任務(wù)，或產(chǎn)品在規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率。 1、可靠度的定義2、可靠度的估計值R(t)可靠度函數(shù)的近似值；N 觀測或?qū)嶒灥漠a(chǎn)品數(shù)；n(t)產(chǎn)品從開場任務(wù)到時辰時的失效數(shù)或時間內(nèi)失效產(chǎn)品的總數(shù)。NtnNtnN)(1)(tR）（失效頻率 表示失效概率 Ntn/ )(N-n(t)是時辰時的存活產(chǎn)品數(shù)，它與產(chǎn)品數(shù)的比作為可靠度的近似值。二、不可靠度或累積失效概率F(t)不可靠度：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)未完成規(guī)定功能的概率，其值等于1減可靠度。不

4、可靠度同樣是時間的函數(shù)，記作F(t)，有時也稱為累積失效概率或累積失效分布函數(shù)簡稱失效分布函數(shù)。 1、不可靠度的定義)(1)(1)()(tRtTPttPtFR(t)和F(t)互為對立事件 。F(0)=0，F(xiàn)()=1。 2、失效概率密度的估計值n(t)為在t，t+t時間間隔內(nèi)失效的產(chǎn)品數(shù)。 ttnNtNtnNttnttFttFtf)(1)()()()()(四、失效率(t)1、失效率的定義失效率是任務(wù)到某時辰尚未失效的產(chǎn)品，在該時辰后單位時間內(nèi)發(fā)生失效的概率。記作(t)，稱為失效率函數(shù)，有時也稱為缺點率函數(shù)或風險函數(shù)。)|(1lim)(0tTttTtPtttttntnttntnttnt)()()(

5、)()()(2、失效率的估計值解：例：對100個某種產(chǎn)品進展壽命實驗，在t=100h以前產(chǎn)品沒有失效，而在100105h之間有1個失效，到1000h前共有51個失效，10001005h失效1個，分別求出t=100h和t=1000h時，產(chǎn)品的失效率和失效概率密度。1求產(chǎn)品在100h時的失效率和失效概率密度函數(shù)f 據(jù)題意有N=100,n(100)=100,n(100)=1, t=105-100=5h%2 . 051001)100()100(100）（tnn/h %2 . 051001)100()100(tNnf/h 2求產(chǎn)品在1000h時的失效率和失效概率密度函數(shù)f據(jù)題意有N=1000,n(100

6、0)=100-51=49,n(1000)=1, t=1005-1000=5h%4 . 05491)1000()1000(1000）（tnn%2 . 051001)1000()1000(tNnf/h /h 3、失效率單位%/h，%/kh，菲特菲特是失效率的根本單位，1Fit=10-9/h，它表示109個元器件在1小時內(nèi)有一個失效，或在1000小時內(nèi)某元器件失效的能夠性為百萬分之一。4、典型的失效率曲線浴盆曲線早期失效期 ：產(chǎn)品的缺點率較高，且具有隨時間迅速下降的特征。 產(chǎn)品的缺點主要是設(shè)計與制造中的缺陷。 偶爾失效期 ：產(chǎn)品的缺點率可降到一較低程度，且根本處于平穩(wěn)形狀，缺點率近似為常數(shù)。 缺點主

7、要是由偶爾要素引起的，偶爾缺點階段是產(chǎn)品的主要運用期間。耗損失效期 ：特點是產(chǎn)品的缺點率迅速上升，很快出現(xiàn)產(chǎn)品缺點大量添加的景象直至最后報廢。產(chǎn)品的缺點主要是由老化、疲勞、磨損、腐蝕等耗損性要素引起的。 并非一切產(chǎn)品的缺點率曲線都可以明顯分出上述三個階段。高質(zhì)量等級的電子產(chǎn)品其缺點率曲線在其運用壽命期內(nèi)根本是一條平穩(wěn)的直線，而質(zhì)量低劣的產(chǎn)品能夠存在大量的早期缺點或很快進入耗損缺點期。五、產(chǎn)品的壽命特征1、平均壽命00)(R)(dttdtttf當產(chǎn)品壽命服從指數(shù)分布時， ，平均壽命 /1)(00dtedttRtettR)( 當產(chǎn)品壽命到達平均壽命時，即t=1/，產(chǎn)品的可靠度和不可靠度為：368.

8、 0)/1 (11eeRF(1/)=1- R(1/)=1-0.368=0.632這闡明：在產(chǎn)品壽命服從指數(shù)分布的情況下，當產(chǎn)品壽命到達平均壽命時，可靠度已下降到37%，即只需37%的產(chǎn)品壽命超越平均壽命，而63%的產(chǎn)品到達平均壽命以前就曾經(jīng)失效；當產(chǎn)品壽命服從正態(tài)分布時，此時的可靠度下降50%。因此，用平均壽命作為目的時，可靠度較低。 2、可靠壽命、特征壽命和中位壽命當產(chǎn)品的可靠度下降到給定的可靠度r時，所對應(yīng)的時間tr稱為可靠壽命，即R(tr)=r 當產(chǎn)品壽命分布服從指數(shù)分布時，即 R(tr)=r即得tr =-lnr/ 可靠度r=0.5時的產(chǎn)品壽命稱為中位壽命。當產(chǎn)品壽命服從指數(shù)分布時，得：

9、 t0.5 -ln0.5/=0.693/ 指數(shù)分布壽命中，當產(chǎn)品壽命等于平均壽命時，可靠度R=e-1=0.37，此時的壽命稱為特征壽命。在此特殊情況下，平均壽命與特征壽命相等。第三節(jié) 常用失效分布一、指數(shù)分布)0(0)0()(ttetft)0(0)0(1)(ttetFt產(chǎn)品的可靠度為 R(t)=e-t (t0)失效率 (t)=平均壽命為 1 指數(shù)分布的一個重要性質(zhì)是無記憶性。 無記憶性是指產(chǎn)品在經(jīng)過一段時間t0任務(wù)之后的剩余壽命依然具有與原來任務(wù)壽命一樣的分布，而與t0無關(guān)。 即壽命分布為指數(shù)分布的產(chǎn)品，過去任務(wù)了多久對如今和未來的壽命分布不發(fā)生影響。 從實踐意義上是指：假設(shè)確知產(chǎn)品在t0時辰

10、正常任務(wù)，產(chǎn)品壽命分布又服從指數(shù)分布，那么不論該產(chǎn)品以前任務(wù)了多久都是不用改換的。 不過在一定的條件下，產(chǎn)品壽命不會總堅持指數(shù)分布。二、威布爾分布)(0)()trt()(00)trt(1000m00rtrtetmtfm尺度參數(shù)t0、外形參數(shù)m、位置參數(shù)r0 當m=1，r0=0時0/0t1)(ttetf 此時，威布爾分布成為指數(shù)分布。式中t0是平均壽命，等于1/。 不同t0值的威布爾分布m=2，r0=0 不同m值的威布爾分布t0=1，r0=0 m1時，表示磨損失效；m1時，表示恒定的隨機失效，這時為常數(shù)；m1時，表示早期失效。威布爾分布宜于采用圖解法進展分析。威布爾分布的特點：m00)trt()

11、( etR1m000trttm)( t失效率 產(chǎn)品可靠度不同r0值的威布爾分布t0=1， m=2 三、正態(tài)分布222/)(21)(tetftttdtetF02/)()()(21)(22)()(1)(1)(ttFtR)()(1)()()()(ttftRtft密度分布函數(shù) 失效分布函數(shù) 可靠度失效率資料強度、磨損壽命等都可看作和近似看作正態(tài)分布。 第四節(jié) 系統(tǒng)可靠性模型在已有元件可靠性的根底上，提高系統(tǒng)的可靠性；在保證系統(tǒng)可靠性的條件下，如何分配可靠度，降低對元件可靠度的要求，使系統(tǒng)本錢降低。 一、研討系統(tǒng)的可靠性的目的二、系統(tǒng)的構(gòu)造模型串聯(lián)模型并聯(lián)模型混聯(lián)模型k/n表決系統(tǒng)模型貯備系統(tǒng)模型 1、

12、串聯(lián)模型 S1S2S3Sn2、并聯(lián)絡(luò)統(tǒng) S1S2S3Sn3、混合系統(tǒng) S1S2S3S6S4S5S7三、系統(tǒng)可靠度計算1、串聯(lián)絡(luò)統(tǒng) 要使系統(tǒng)S的正常任務(wù)事件發(fā)生，就必需使各分系統(tǒng)的正常任務(wù)事件1，2， ，n同時發(fā)生。 =12n niinspPP121)()()(RiniiniRp11s)(RP()為系統(tǒng)S正常任務(wù)的概率;P(i)為第i分系統(tǒng)正常任務(wù)的概率;RS為系統(tǒng)的可靠度;Ri為第i分系統(tǒng)的可靠度。 假設(shè)各分系統(tǒng)的缺點分布是指數(shù)型分布，那么設(shè)S為系統(tǒng)失效率，那么iintttttnseeeeetRtRtRtR21)()()()(21isttseetR)(niis1所以 這闡明系統(tǒng)的壽命仍服從指數(shù)

13、分布，其失效率為各單元的失效率之和，而系統(tǒng)的平均壽命為：niis111當St0.1時，利用近似公式 ，那么有testS1tetRstss1)(第五節(jié) 可靠性估計和分配一、可靠性估計 在設(shè)計階段進展的定量估計未來產(chǎn)品的可靠性的方法。是運用以往的工程閱歷、缺點數(shù)據(jù)及當前的零部件的技術(shù)程度，來預測產(chǎn)品實踐能夠到達的可靠度，即預告這些產(chǎn)品在特定的運用中完成規(guī)定功能的概率?？煽啃怨烙嫲ㄔ骷煽啃怨烙嫼拖到y(tǒng)可靠性估計兩部分內(nèi)容 可靠性估計的目的u檢驗本設(shè)計能否能滿足預定的可靠性目的，估計產(chǎn)品的可靠度值；u協(xié)調(diào)設(shè)計參數(shù)及性能目的，以求得合理的提高產(chǎn)品的可靠度；u比較不同的設(shè)計方案的特點及可靠度，以選出最

14、正確的設(shè)計方案；u發(fā)現(xiàn)影響產(chǎn)品可靠性的主要要素，找出薄弱環(huán)節(jié)，以采取必要的措施，降低產(chǎn)品的失效率，提高其可靠度。二、可靠性分配可靠性分配是將規(guī)定的系統(tǒng)可靠度合理地細分給系統(tǒng)中每個單元的一種方法。假設(shè)說系統(tǒng)的可靠性估計是根據(jù)系統(tǒng)中最根本單元的可靠度來推測系統(tǒng)可靠性的順過程，那么可靠性分配就是根據(jù)系統(tǒng)要求的總目的由上而下規(guī)定最根本單元可靠度的逆過程。1.可靠性分配的目的1合理確實定系統(tǒng)中每個單元的可靠度目的，一邊在單元設(shè)計、制造、實驗、驗收時真實地加以保證，反過來又將促進設(shè)計、制造、實驗、驗收方法和技術(shù)的改良和提高；2協(xié)助 設(shè)計者了解零件、單元、系統(tǒng)間的可靠度相互關(guān)系，做到心中有數(shù)，減少盲目性，明

15、確設(shè)計的根本問題；3使設(shè)計者更加全面地權(quán)衡系統(tǒng)的性能、功能、分量、費用及有效性等與時間的關(guān)系，以獲得更為合理的系統(tǒng)設(shè)計，提高產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量。4使系統(tǒng)所獲得的可靠度值比分配前更加切合實踐，可節(jié)省制造的時間及費用。2.可靠性分配的原那么1按技術(shù)程度，對技術(shù)成熟的單元，可以保證明現(xiàn)較高的可靠性，或預期投入運用時可靠性可以有把握的增長到較高程度，那么可分配給較高的可靠度。2按復雜程度，對較簡單的單元，組成該單元的零件數(shù)量少，組裝容易保證質(zhì)量或缺點后易于修復，那么可分配給較高的可靠度。3按重要程度，對重要的單元，該單元失效將產(chǎn)生嚴重后果，或該單元失效常會導致全系統(tǒng)失效，那么應(yīng)分配給較高的可靠度。4按義務(wù)

16、情況，對整個義務(wù)時間內(nèi)均需延續(xù)任務(wù)及任務(wù)條件嚴酷，難以保證很高可靠性的單元，那么應(yīng)分配給較高的可靠度。5按相對缺點率分配可靠度。此外，普通還要受費用、分量、尺寸等條件的約束?？傊?，最終都是以最小的代價來到達系統(tǒng)可靠性的要求。3.系統(tǒng)可靠性分配的方法1等分配法等分配法又稱平均分配法，它不思索各個子系統(tǒng)的重要程度，而是把系統(tǒng)總的可靠度平均分攤給各個小系統(tǒng)的方法 。2再分配法3相對失效率法相對失效率法是使系統(tǒng)中各單元的允許失效率正比于該單元的估計失效率值，并根據(jù)這一原那么來分配系統(tǒng)中各單元的可靠度。此法適用于失效率為常數(shù)的串聯(lián)絡(luò)統(tǒng)。對于冗余系統(tǒng)，可將它化簡為串聯(lián)絡(luò)統(tǒng)后再按此法進展。第五節(jié) 可靠性實驗

17、一、概述可靠性實驗是為了解、評價、分析和提高產(chǎn)品可靠性程度而進展的實驗?？煽啃詫嶒炟灤┯诋a(chǎn)品設(shè)計、消費、維護、運用等各個階段。經(jīng)過可靠性實驗可以確定產(chǎn)品在各種環(huán)境條件下任務(wù)或儲存時的可靠性目的，為產(chǎn)品設(shè)計、消費、維護、運用提供有用的數(shù)據(jù)；經(jīng)過可靠性實驗充分暴露產(chǎn)品在設(shè)計、原資料、工藝等方面存在的問題，經(jīng)失效分析、質(zhì)量控制等一系列措施，使存在的問題得以處理，從而提高可靠性程度?？煽啃詫嶒灥闹饕康?保證產(chǎn)品的可靠性；研討產(chǎn)品失效分布規(guī)律，為可靠性預測、設(shè)計、實驗提供有用的數(shù)據(jù)；暴露運用過程中能夠出現(xiàn)的不平安要素，研討預防缺點發(fā)生的措施；對新資料、新工藝、新元件、新設(shè)計進展評價，如平安余量、耐環(huán)境

18、性能，潛在缺陷等；研討新的實驗方法，為產(chǎn)品設(shè)計與控制提供實驗的方案；為可靠性管理提供根據(jù)。 2、可靠性實驗分類1可靠性統(tǒng)計實驗是以定量評價產(chǎn)品的可靠性程度為目的的，利用實驗中得到的產(chǎn)品缺點信息，運用統(tǒng)計方法來推斷產(chǎn)品到達的可靠性程度。實驗中，實驗條件應(yīng)盡能夠與產(chǎn)品運用的實踐情況相對應(yīng)，實驗方法符合統(tǒng)計原理。可靠性統(tǒng)計實驗包括壽命實驗、可靠性測定實驗、鑒定驗收實驗等。2可靠性工程實驗是以保證和提高產(chǎn)品可靠性為目的的，實驗結(jié)果是希望充分暴露產(chǎn)品存在的問題，以便采取有效的改良措施。實驗中，實驗條件和方法可以是不同于產(chǎn)品實踐的?？煽啃怨こ虒嶒灠ōh(huán)境實驗、挑選實驗、可靠性增長實驗、HALT/HASS等。根據(jù)實驗截止情況，可靠性實驗分為全數(shù)實驗、定時截尾實驗、定數(shù)截尾實驗和序貫概率比實驗。根據(jù)實驗中失效后能否交換新樣品的要求，分為有交換和無交換情形。根據(jù)實驗地點分為內(nèi)場實驗室模擬實驗和外場運用現(xiàn)場實驗。3、 可靠性實驗大綱普通可靠性大綱的內(nèi)容框架如下：1實驗?zāi)康暮鸵螅?實驗條件與方法；3試樣形狀與來源；4實驗組織與管理；5實驗進度與地點；6實驗評審與報告；7實驗終了后缺點與樣品的處置意見。可靠性實驗必需按照可靠性大綱所規(guī)定的實驗方案來開展。實驗方案包括：可靠性實驗要求；詳細的實驗方案；實驗進度方案及費用預算；可靠性實驗用的儀器設(shè)備；數(shù)據(jù)