基本概念和參數(shù)體系

1、2022-7-41可靠性基本概念與參數(shù)體系可靠性基本概念與參數(shù)體系Introduction to Reliability_Conception & Parameter2022-7-4Introduction to Reliability_Conception & Parameter2主要內(nèi)容主要內(nèi)容o可靠性基本概念 o可靠性參數(shù)體系 2022-7-4Introduction to Reliability Engineering_Conception3可靠性基本概念可靠性o 可靠性可靠性 產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。 n產(chǎn)品可靠性定義的要素是三個“規(guī)定”:“

2、規(guī)定條件規(guī)定條件”、“規(guī)定時間規(guī)定時間”、“規(guī)定功能規(guī)定功能”2022-7-442022-7-45故障及其分類o 故障及其分類故障及其分類 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)，稱之為故障。l故障的表現(xiàn)形式，叫做故障模式。l引起故障的物理化學(xué)變化等內(nèi)在原因，叫做故障機(jī)理。o 不可修產(chǎn)品（如電子元器件）：失效o 產(chǎn)品的故障按其故障的規(guī)律可以分為兩大類：產(chǎn)品的故障按其故障的規(guī)律可以分為兩大類：n偶然故障偶然故障n漸變故障漸變故障2022-7-46可靠性基本概念o 基本可靠性n 產(chǎn)品在規(guī)定的條件下，無故障的持續(xù)時間或概率。o 在沒有后勤保障情況下系統(tǒng)工作能力的度量o 考慮所有需要維

3、修保障的故障采用冗余，降低基本可靠性通常等于或低于任務(wù)可靠性 2022-7-47可靠性基本概念o 任務(wù)可靠性n 產(chǎn)品在規(guī)定的任務(wù)剖面內(nèi)完成規(guī)定功能的能力o 系統(tǒng)完成任務(wù)能力的度量 o 只考慮引起任務(wù)失敗的故障o 通過冗余提高任務(wù)可靠性o 通常高于基本可靠性 2022-7-48可靠性基本概念o 固有可靠性n 產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、制造過程中賦予的固有屬性。n 產(chǎn)品的開發(fā)者可以控制。o 使用可靠性n 產(chǎn)品在實(shí)際使用過程中表現(xiàn)出的可靠性。n 除固有可靠性的影響因素外，還要考慮安裝、操作使用、維修保障等方面因素的影響。2022-7-49可靠度及可靠度函數(shù)可靠度及可靠度函數(shù)o 可靠度及可靠度函數(shù)可靠度及可靠度函數(shù)

4、 產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率稱為可靠度。依定義可知，可靠度函數(shù)R(t)為： 00)()(NtrNtR式中 N0 t = 0時，在規(guī)定條件下進(jìn)行工作的產(chǎn)品數(shù)； r(t) 在在0到t時刻的工作時間內(nèi)，產(chǎn)品的累計(jì)故障數(shù)。 2022-7-410累積故障分布函數(shù)累積故障分布函數(shù)o 累積故障概率累積故障概率產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，喪失規(guī)定功能的概率稱為累積故障概率（又叫不可靠度）。依定義可知，產(chǎn)品的累積故障概率是時間的函數(shù)，即 0)()(NtrtF顯然，以下關(guān)系成立：1)()(tFtR2022-7-411o 可靠度函數(shù)與累積故障分布函數(shù)的性質(zhì)可靠度函數(shù)與累積故障分布函數(shù)

5、的性質(zhì) 與 的性質(zhì)如下表 所示： )(tR)(tF對偶性 非減函數(shù) 非增函數(shù) 單調(diào)性 0，1 0，1 取值范圍 )(tR)(tF)(1tF)(1tR2022-7-412累積故障分布函數(shù)累積故障分布函數(shù)o 可靠度函數(shù)與累積故障分布函數(shù)的性質(zhì)可靠度函數(shù)與累積故障分布函數(shù)的性質(zhì) 由密度函數(shù)的性質(zhì)1)(0dttf可知： ttdttfdttftFtR)()(1)(1)(0 因此，)(tR、)(tF與)(tf之間的關(guān)系如圖所示。 圖 R(t)、F(t)與f(t)關(guān)系tf(t)f(t)F(to)R(to)to2022-7-413故障率函數(shù)故障率函數(shù)o 故障率故障率工作到某時刻尚未故障的產(chǎn)品，在該時刻后單位時

6、間內(nèi)發(fā)生故障的概率，稱之為產(chǎn)品的故障率。用數(shù)學(xué)符號表示為： dttNtdrts)()()(式中 故障率； )(t)(tdrt 時刻后， 時間內(nèi)故障的產(chǎn)品數(shù)； dt)(tNs 殘存產(chǎn)品數(shù)，即到t 時刻尚未故障的產(chǎn)品數(shù)。 2022-7-414故障率函數(shù)故障率函數(shù)可按下式進(jìn)行工程計(jì)算： ttNtrts)()()(式中 時刻后， 時間內(nèi)故障的產(chǎn)品數(shù)； )(trtt所取時間間隔； t殘存產(chǎn)品數(shù)。 )(tNs對于低故障率的元部件常以 為故障率的單位，稱之為菲特（Fit）。 h/1092022-7-415故障率與可靠度、故障密度函數(shù)的關(guān)系 由于 ，所以)()()()()()()()()(00tRtftNtN

7、dttNtdrdttNtdrtssdttdRtf)()(tttRdtttRtdRdtt00| )(ln)()()()(todttetR)()(tetR)(2022-7-416故障率、可靠度與密度函數(shù)關(guān)系故障率、可靠度與密度函數(shù)關(guān)系2022-7-417人類健康的曲線人類健康的曲線圖人類典型的健康曲線t)(t為革命健康工作五十年年幼體弱年富力強(qiáng)年老體衰AB2022-7-418產(chǎn)品故障浴盆曲線產(chǎn)品故障浴盆曲線o 浴盆曲線浴盆曲線 大多數(shù)產(chǎn)品的故障率隨時間的變化曲線形似浴盆，稱之為浴盆曲線。由于產(chǎn)品故障機(jī)理的不同，產(chǎn)品的故障率隨時間的變化大致可以分為三個階段：2022-7-419對故障發(fā)生規(guī)律認(rèn)識的變

8、化對故障發(fā)生規(guī)律認(rèn)識的變化2022-7-420故障發(fā)生規(guī)律的六種模式故障發(fā)生規(guī)律的六種模式六種模式所占的比率（美國聯(lián)合航空公司統(tǒng)計(jì)）2022-7-421航天產(chǎn)品的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)六種模式所占的比率（航天產(chǎn)品的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）2022-7-422我國的情況我國的情況 我國海軍、裝甲兵、通訊裝備的一些統(tǒng)計(jì)資料都證明了許多產(chǎn)品都的結(jié)論?2022-7-423平均故障前時間平均故障前時間(Mean Time To Failure MTTF)o一個可修復(fù)產(chǎn)品在使用過程中發(fā)生了N0次故障，每次故障修復(fù)后又重新投入使用測得其每次工作持續(xù)時間為t1,t2,tN02022-7-424平均故障間隔時間平均故障間隔時間(Mean

9、Time Between Failure MTBF)2022-7-425平均故障間隔時間平均故障間隔時間(Mean Time Between Failure MTBF)2022-7-426問題問題o某微型計(jì)算機(jī)的MTBF=10000小時，是否意味著該計(jì)算機(jī)每工作10000小時才出一次故障？oMTTF=MTBF?2022-7-427壽命特征壽命特征2022-7-428壽命特征壽命特征2022-7-429首翻期、翻修間隔期和使用壽命首翻期、翻修間隔期和使用壽命(t)t首次翻修期規(guī)定的故障率AB(=1/MTBF)翻修間隔期使用壽命2022-7-430可靠性參數(shù)體系可靠性參數(shù)體系o 可靠性參數(shù)可靠性參

10、數(shù)是描述系統(tǒng)可靠性的度量。它直接與戰(zhàn)備完好、任務(wù)成功、維修人力和保障資源有關(guān)。o 可靠性指標(biāo)可靠性指標(biāo)是可靠性參數(shù)要求的量值。2022-7-431反映目標(biāo)反映目標(biāo)說明說明戰(zhàn)備完好性軍事單位接到命令時，實(shí)施其作戰(zhàn)計(jì)劃的能力。任務(wù)成功性任務(wù)開始時給定的可用性下，系統(tǒng)在規(guī)定的任務(wù)剖面內(nèi)任意時刻能夠工作和完成規(guī)定功能的能力。維修人力費(fèi)用系統(tǒng)需要維修人力的頻度與多寡。保障資源費(fèi)用系統(tǒng)對備件、維修工具、維修設(shè)備等的要求可靠性參數(shù)反映目標(biāo)可靠性參數(shù)反映目標(biāo)2022-7-432o 可靠性參數(shù)分為基本可靠性參數(shù)和任務(wù)可靠性參數(shù)n 基本可靠性反映了產(chǎn)品對維修人力費(fèi)用和后勤保障資源的需求。o 確定基本可靠性指標(biāo)時應(yīng)

11、統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品的所有壽命單位和所有的故障。n 任務(wù)可靠性是產(chǎn)品在規(guī)定的任務(wù)剖面中完成規(guī)定功能的能力。o 確定任務(wù)可靠性指標(biāo)時僅考慮在任務(wù)期間那些影響任務(wù)完成的故障(即致命性故障)?？煽啃詤?shù)分類可靠性參數(shù)分類2022-7-433可靠性參數(shù)的關(guān)系（相關(guān)性）可靠性參數(shù)的關(guān)系（相關(guān)性）o 平均故障間隔時間(MTBF)與平均故障間隔飛行小時(MFHBF)o 任務(wù)成功概率PMC與致命故障間的任務(wù)時間TBCFo MTBF與故障率o 平均維修間隔時間MTBM與MTBFo 平均拆卸間隔時間MTBR與MTBFFSTTMFHBFBF/飛行時間產(chǎn)品工作時間MCBCFMCPtTePBCFTtln或/1BFT)(BFBMTK

12、TKTTBRBF/運(yùn)行比2022-7-434p 使用參數(shù)、合同參數(shù)使用可靠性參數(shù)及指標(biāo)反映了系統(tǒng)及其保障因素在計(jì)劃的使用和保障環(huán)境中的可靠性要求，它是從最終用戶的角度來評價產(chǎn)品的可靠性水平。MFHBF、MCSP、MTBM等。合同可靠性參數(shù)及指標(biāo)反映了合同中使用的易于考核度量的可靠性要求，它更多地是從承制方的角度來評價產(chǎn)品的可靠性水平。如MTBF、MTBCF等?？煽啃詤?shù)分類可靠性參數(shù)分類2022-7-435使用指標(biāo)與合同指標(biāo)使用指標(biāo)與合同指標(biāo)使 用 指 標(biāo) 合 同 指 標(biāo) 目標(biāo)值 門限值 規(guī)定值 最低可接受值 期望裝備達(dá)到的使用指標(biāo)，它既能滿足裝備使用需求，又可使裝備達(dá)到最佳的效費(fèi)比，是確定規(guī)

13、定值的依據(jù) 裝備必須達(dá)到的使用指標(biāo)，它能滿足裝備的使用需求，是確定最低可接受值的依據(jù) 合同和研制任務(wù)書中規(guī)定的期望裝備達(dá)到的合同指標(biāo)，它是承制方進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)的依據(jù) 合同和研制任務(wù)書中規(guī)定的、裝備必須達(dá)到的合同指標(biāo)，它是進(jìn)行考核或驗(yàn)證的依據(jù) 2022-7-436目標(biāo)值目標(biāo)值 -1o GJB1909.1-94將目標(biāo)值定義為：期望裝備達(dá)到的使用指標(biāo)，它既能滿足裝備的使用需求，又可使裝備達(dá)到最佳的效費(fèi)比，是確定規(guī)定值依據(jù)。o 美軍防務(wù)采辦術(shù)語-98將目標(biāo)值定義為：用戶所期望的和項(xiàng)目經(jīng)理企圖獲得的性能值，目標(biāo)值表示比每個項(xiàng)目參數(shù)的性能門限值大一個量值。該量值在使用上是有意義的，時間上是關(guān)鍵的而且費(fèi)用上

14、是有效的。 2022-7-437目標(biāo)值目標(biāo)值-2o 美空軍AFR80-5-78將目標(biāo)值定義為：既滿足使用要求又具有增長能力或保障費(fèi)用最佳的R&M值。從上述定義可以發(fā)現(xiàn)，R&M目標(biāo)值首先表示系統(tǒng)投入外場使用，經(jīng)過一段期間的使用，發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行改進(jìn)后達(dá)到成熟狀態(tài)的R&M水平，這種R&M水平必須滿足預(yù)定的未來環(huán)境下的使用要求，同時，R&M的目標(biāo)值應(yīng)使系統(tǒng)在外場的使用和保障費(fèi)用最低，而且應(yīng)是通過增長可以達(dá)到的R&M值。2022-7-438門限值門限值-1 o GJB1909.1-94將門限值定義為：裝備必須達(dá)到的使用指標(biāo)，它能滿足裝備的使用要求，是確定最

15、低可接受值的依據(jù)。o 美軍防務(wù)采辦術(shù)語-98將門限值定義為：為滿足用戶需求、所必須達(dá)到的最低可接受值。如果沒有達(dá)到門限值，那么項(xiàng)目性能就會嚴(yán)重下降，項(xiàng)目費(fèi)用可能太高，項(xiàng)目進(jìn)度可能拖延。o 美空軍AFR80-5-78將門限值定義為：完成任務(wù)（即滿足使用要求）所必需的最低的R&M水平。R&M門限值是制定合同最低要求的基礎(chǔ)。 2022-7-439門限值門限值-2o R&M門限值是滿足系統(tǒng)使用要求所必須的最低的水平，即最低的要求值。o 它是外場使用試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證的依據(jù).o 其驗(yàn)證時機(jī)可根據(jù)不同類型的系統(tǒng)及不同的要求來確定。 2022-7-440可靠性參數(shù)指標(biāo)特性可靠性參數(shù)指標(biāo)特性

16、o 綜合性固有可用度o 可靠性參數(shù)的相關(guān)性使用參數(shù)與合同參數(shù)之間存在轉(zhuǎn)換關(guān)系o 階段性產(chǎn)品可靠性，在研制階段具有增長性TRBFBFiTTTA2022-7-441o 階段性可靠性參數(shù)指標(biāo)特性可靠性參數(shù)指標(biāo)特性表 F-4、F-15、F-16與F-22(ATF)的RMS比較機(jī)種MFHBF（h）MMH/FH非計(jì)劃維修工時每架飛機(jī)的維修人力（人）使用可用度A0(%)再次出動準(zhǔn)備時間TAT(min)F-4E1.026.024.550F-15A 3.5(1.68) 11.27(22)20.680(68)12F-15C 2.61516.68625F-16A 2.9(3.3)12(10)19.690(84)27

17、F-22(ATF)5.04.58.59318序號產(chǎn)品類型參數(shù)名稱門限值目標(biāo)值門限值與目標(biāo)值之比備注1F-16A戰(zhàn)斗機(jī)MFHBF1.75h2.9h0.62F/A-18A戰(zhàn)斗機(jī)MFHBF1.44h5.0h0.293UH-60A直升機(jī)MFHBF3.5h4.0h0.88“黑鷹”直升機(jī)4CH-53E直升機(jī)MFHBF0.71h0.92h0.755B-1B轟炸機(jī)MTBM0.250.28h1.0h0.250.286B-2轟炸機(jī)MFHBUM0.2h0.36h0.557F/A-18A戰(zhàn)斗機(jī)MSCP0.26h0.90.298B-1B轟炸機(jī)MSCP0.780.920.859彈道導(dǎo)彈飛行可靠度0.60.90.6710巡

18、航導(dǎo)彈飛行可靠度0.580.880.66為AGM-86B型11空-空導(dǎo)彈MCHBM200h450h0.44為AIM-120型12導(dǎo)航吊艙MTBF29.6h50h0.59目標(biāo)值與門限值的示例 序號產(chǎn)品類型參數(shù)名稱門限值目標(biāo)值門限值與目標(biāo)值之比備注13直升機(jī)照明系統(tǒng)MTBOMF280h750h0.37陸軍直升機(jī)14航空動力裝置MFHBF27.0h66.0h0.41用于F-16戰(zhàn)斗機(jī)15航空電子系統(tǒng)MFHBF5.7h8.3h0.69用于F-16戰(zhàn)斗機(jī)16飛行控制系統(tǒng)MFHBF18.0h30.0h0.60用于F-16戰(zhàn)斗機(jī)17機(jī)載武器系統(tǒng)MFHBF65.0h85.0h0.76用于F-16戰(zhàn)斗機(jī)18機(jī)載

19、雷達(dá)MTBF60.0h100h0.60用于F-16戰(zhàn)斗機(jī)19機(jī)載雷達(dá)顯示器MTBF130h475h0.27用于F-16戰(zhàn)斗機(jī)20平視儀MTBF150h500h0.30用于F-16戰(zhàn)斗機(jī)21飛行控制計(jì)算機(jī)MTBF100h400h0.25用于F-16戰(zhàn)斗機(jī)22火控計(jì)算機(jī)MTBF280h700h0.39用于F-16戰(zhàn)斗機(jī)23F-15MMH/FH19.9711.271.77目標(biāo)值與門限值的示例 序號產(chǎn)品類型參數(shù)名稱門限值目標(biāo)值門限值與目標(biāo)值之比備注24F-117MMH/FH37.022.01.6725A-7AMMH/FH17.09.61.7726UH-60AMMH/FH3.82.81.3627YA-6

20、4MMH/FH13.08.01.6328B-2MMH/FH62.950.01.2629F-15MTTR2.55h1.95h1.3030F-15AA070%80%0.87531F-16AA085%90%0.94432AGM-86BA087%93%0.93533UH-60AA080%82%0.975目標(biāo)值與門限值的示例 2022-7-446某型飛機(jī)可靠性參數(shù)選擇與確定某型飛機(jī)可靠性參數(shù)選擇與確定2022-7-447運(yùn)行比的確定運(yùn)行比的確定o 某飛機(jī)任務(wù)剖面及分系統(tǒng)工作2022-7-448各分系統(tǒng)時間表示各分系統(tǒng)時間表示2022-7-449o 各分系統(tǒng)飛行小時、工作小時和故障數(shù)分系統(tǒng)分系統(tǒng)飛行小時飛

21、行小時工作小時工作小時故障數(shù)故障數(shù)綜合航電系統(tǒng)綜合航電系統(tǒng)TTFTTF1 1TTOTTO1 1N N1 1武器系統(tǒng)武器系統(tǒng)TTFTTF2 2TTOTTO2 2N N2 2機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)TTFTTFI ITTOTTOi iN Ni i動力裝置動力裝置TTFTTFmmTTOTTOmmN Nmm2022-7-450謝謝謝謝2022-7-451TBF-平均故障間隔時間(Mean Time Between Failures，以下簡稱MTBF)：在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，產(chǎn)品的壽命單位總數(shù)與故障總次數(shù)之比。2022-7-452TBM-平均維修間隔時間(Mean Time Between Maintenance，以下簡稱MTBM)： 一種與維修方針