第十章_可靠性工程基礎(chǔ)

1、第第1010章章 可靠性工程基礎(chǔ)可靠性工程基礎(chǔ) l第一節(jié)第一節(jié) 可靠性的概念可靠性的概念 l第二節(jié)第二節(jié) 常用的可靠性指標(biāo)常用的可靠性指標(biāo) l第三節(jié)第三節(jié) 可靠性常用分布可靠性常用分布 工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo) l理解產(chǎn)品可靠性及其度量的相關(guān)概念，了解可靠性實(shí)例 l理解可靠度、平均壽命、失效率的相關(guān)概念與模型建立，掌握它們的計(jì)算 l理解系統(tǒng)的可靠性、計(jì)算方法，熟練計(jì)算常見系統(tǒng)的可靠性 工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理第一節(jié) 可靠性的概念l一、可靠性學(xué)科的發(fā)展歷史l二、產(chǎn)品可靠性的定義l三、產(chǎn)品的壽命及其失效分布 工 業(yè) 工

2、 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理一、可靠性學(xué)科的發(fā)展歷史l 可靠性問題的提出 始于20世紀(jì)30-40年代 ,當(dāng)時(shí)飛機(jī)、艦艇等武器裝備，常因電子設(shè)備發(fā)生故障失去了應(yīng)有的戰(zhàn)斗能力，而貽誤戰(zhàn)機(jī)。如美國運(yùn)往遠(yuǎn)東的機(jī)載電子設(shè)備60%在運(yùn)輸中失效；海軍艦艇上有70%電子設(shè)備因“意外”事故而失效。人們開始注意這些“意外”事故并研究其發(fā)生的規(guī)律，這就是可靠性問題的提出。 工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理序號(hào)階 段時(shí)間范圍主要標(biāo)志性事件1萌芽階段1940年代美國“真空管研究委員會(huì)”成立2創(chuàng)建階段1950年代美國“電子設(shè)備可靠性顧問委員會(huì)”成立，并發(fā)布了軍用電子設(shè)備可靠性報(bào)告

3、；包括我國在內(nèi)的歐美和日蘇相繼開始了對(duì)可靠性的研究。3全面發(fā)展階段1960年代美國軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-785頒布，英、法、日等相繼成立了專門的可靠性研究機(jī)構(gòu)。4深入發(fā)展階段1970年代至今美國海軍提出了“設(shè)計(jì)以可靠性第一”的原則，除軍用領(lǐng)域，可靠性理論在機(jī)械電子、石油化工、核能工程和其它民用產(chǎn)品領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理l可靠性學(xué)科的形成 可靠性工程技術(shù)發(fā)展形成大約是在20世紀(jì)5060年代，這一個(gè)時(shí)期，世界上不少發(fā)達(dá)國家都注意到產(chǎn)品可靠性問題，并對(duì)可靠性問題進(jìn)入了深入的研究，大體上確定了可靠性研究的理論基礎(chǔ)及研究方向。 1952年，美國軍事部門、

4、工業(yè)部門和有關(guān)學(xué)術(shù)部門聯(lián)合成立了“電子設(shè)備可靠性咨組”(Advisory Group on Reliability ofElectronic Equipment,ACREE) 1957年ACREE提出了電子設(shè)備可靠性報(bào)告，首次比較完整地闡述了可靠性的理論與研究方向。 60年代后期，約40%的美國大學(xué)設(shè)置了可靠性工程課程。50年代末到60年代初，日本、蘇聯(lián)、英國、法國、意大利及東歐一些國家，相繼開始有組織地進(jìn)行可靠性的研究工作。研究工作從電子產(chǎn)品擴(kuò)展到機(jī)械產(chǎn)品，從軍工產(chǎn)品擴(kuò)展到民用產(chǎn)品。 工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理l可靠性學(xué)科的發(fā)展與推廣 20 世紀(jì)70年代以來，可

5、靠性理論研究已從數(shù)理基礎(chǔ)發(fā)展到失效機(jī)理的研究；形成了可靠性試驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)處理方法；重視機(jī)械系統(tǒng)的研究；重視維修性研究；建立了可靠性管理機(jī)構(gòu)；頒布了一批可靠性標(biāo)準(zhǔn)?？煽啃越逃悠占?，并開始培養(yǎng)碩士研究生和博士研究生等高層次可靠性人才。 我國對(duì)可靠性問題的研究較晚，近十多年來發(fā)展很快，在可靠性理論研究方面取得較好的成績，但在實(shí)際應(yīng)用方面則剛剛起步，有許多工作要做。 工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理l可靠性工程研究內(nèi)容 基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)；試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)；認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)；管理標(biāo)準(zhǔn)；設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)1可靠性基本理論可靠性數(shù)學(xué)與故障物理學(xué)；集合論與邏輯代數(shù)；概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)；圖論與隨機(jī)過程；系

6、統(tǒng)工程與人素工程學(xué)；環(huán)境工程學(xué)與環(huán)境應(yīng)力分析；試驗(yàn)及分析基礎(chǔ)理論。6元件可靠性元件可靠性水平確定；元件失效分析與可靠性評(píng)價(jià)；元器件及原材料的合理選擇；元器件的老化篩選；元器件現(xiàn)場使用情況調(diào)查和反饋。2可靠性設(shè)計(jì)貯備設(shè)計(jì)和裕度設(shè)計(jì)；降額設(shè)計(jì)和構(gòu)件概率設(shè)計(jì)；熱設(shè)計(jì)、抗機(jī)械力設(shè)計(jì)；防潮、腐蝕、鹽霧、塵設(shè)計(jì)；電磁兼容設(shè)計(jì)和抗輻射設(shè)計(jì)；維修性設(shè)計(jì)和使用性設(shè)計(jì)；質(zhì)量、體積、重量和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)綜合設(shè)計(jì)。7系統(tǒng)可靠性可靠性預(yù)計(jì)與分配；失效模式效應(yīng)與危害度分析；事件樹分析法(ETA)；故障樹分析法(FTA)；可靠性綜合評(píng)估。3 可靠性試驗(yàn) 環(huán)境試驗(yàn)；壽命試驗(yàn)；篩選試驗(yàn)。9 可靠性教育舉辦各種可靠性學(xué)習(xí)班與講座；內(nèi)外

7、培訓(xùn)和內(nèi)外考察；專業(yè)技術(shù)會(huì)議；出版可靠性刊物、可靠性教材。4可靠性使用保證 使用和維護(hù)規(guī)程制定；操作和維修人員培訓(xùn)；安全性設(shè)計(jì)；人-機(jī)匹配設(shè)計(jì)和環(huán)境設(shè)計(jì)。10可靠性管理 建立可靠性管理機(jī)構(gòu)和研究機(jī)構(gòu)；制定可靠性管理綱要；制定產(chǎn)品可靠性管理規(guī)范；建立質(zhì)量反饋制度；開展產(chǎn)品可靠性評(píng)審。5可靠性信息 現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集、分析、整理和反饋；試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和反饋；元器件失效率匯集和交換；各種可靠性信息搜集和交流；用戶調(diào)查和反饋。11可靠性標(biāo)準(zhǔn)化8 制造可靠性生產(chǎn)過程質(zhì)量控制手段和方法工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理二、產(chǎn)品可靠性的定義 lGB/T3178-1994可靠性、維修性術(shù)語，軍標(biāo)

8、GJB451-1990給予可靠性定義為：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。（1952年AGREE）工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理二、產(chǎn)品可靠性的定義 工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理二、產(chǎn)品可靠性的定義 工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理二、產(chǎn)品可靠性的定義 工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理二、產(chǎn)品可靠性的定義 工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理四、產(chǎn)品的壽命及其失效分布 工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理第二節(jié) 可靠性特征量 l一、可

9、靠度函數(shù)一、可靠度函數(shù)R(t)R(t) l二、失效率函數(shù)二、失效率函數(shù)(t)(t) l三、平均壽命三、平均壽命 l四、產(chǎn)品的維修性及平均維修時(shí)間四、產(chǎn)品的維修性及平均維修時(shí)間第二節(jié) 常用的可靠性指標(biāo) 工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理一、可靠度函數(shù)R(t)l（一）（一）可靠度可靠度函數(shù)的定義及其估計(jì)函數(shù)的定義及其估計(jì)l（二）可靠度函數(shù)的性質(zhì)（二）可靠度函數(shù)的性質(zhì) l（三）（三）系統(tǒng)可靠度系統(tǒng)可靠度 工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理一、可靠度函數(shù)R(t)工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理F(t)tF(t)R(t)oR(t)1.0

10、可靠度可靠度R(t)、故障分布函數(shù)、故障分布函數(shù) F(t)與時(shí)間與時(shí)間t的關(guān)系的關(guān)系 工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理一、可靠度函數(shù)R(t)工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理一、可靠度函數(shù)R(t)工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理一、可靠度函數(shù)R(t)工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理一、可靠度函數(shù)R(t)工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理一、可靠度函數(shù)R(t)工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理一、可靠度函數(shù)R(t)(1 1),max(1),max()()(12

11、121tRtXXXPtXXXPTXPtRniinn工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理一、可靠度函數(shù)R(t)工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理二、失效率函數(shù)(t)l（一）失效率函數(shù)（一）失效率函數(shù)的定義及其估計(jì)的定義及其估計(jì)l（二）失效率函數(shù)（二）失效率函數(shù)(t)(t)的數(shù)學(xué)表達(dá)式的數(shù)學(xué)表達(dá)式 l（三）失效率（三）失效率的單位的單位l（四）產(chǎn)品的失效率曲線（四）產(chǎn)品的失效率曲線 工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理（一）失效率函數(shù)工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理（一）失效率函數(shù)工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì)

12、量 管 理質(zhì) 量 管 理（一）失效率函數(shù)工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理（一）失效率函數(shù)工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理（一）失效率函數(shù)工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理（一）失效率函數(shù)工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理（一）失效率函數(shù)工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理（一）失效率函數(shù)(1)串聯(lián)系統(tǒng)可靠度低于該系統(tǒng)的每個(gè)單元的可靠度，且隨著串聯(lián)單元數(shù)量的增大迅速降低；，(2)串聯(lián)系統(tǒng)的失效率大于該系統(tǒng)的各單元的失效率；(3)串聯(lián)系統(tǒng)的各單元壽命服從指數(shù)分布，該系統(tǒng)壽命也服從指數(shù)分布

13、。(1)并聯(lián)系統(tǒng)的失效概率低于各單元的失效概率；并聯(lián)系統(tǒng)的失效概率低于各單元的失效概率；(2)并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度高于各單元的可靠度；并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度高于各單元的可靠度；(3)并聯(lián)系統(tǒng)的平均壽命高于各單元的平均壽命；并聯(lián)系統(tǒng)的平均壽命高于各單元的平均壽命；(4)并聯(lián)系統(tǒng)的各單元服從指數(shù)壽命分布，該系統(tǒng)不再服從指數(shù)壽命分布。并聯(lián)系統(tǒng)的各單元服從指數(shù)壽命分布，該系統(tǒng)不再服從指數(shù)壽命分布。工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理（一）失效率函數(shù)工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理（一）失效率函數(shù)工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理（一）失效率函數(shù)工

14、 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理（一）失效率函數(shù)工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理三、壽命 三、平均壽命 工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理三、壽命 三、平均壽命 工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理三、壽命 三、平均壽命 工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理三、壽命 三、產(chǎn)品的維修性及平均維修時(shí)間 工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理三、壽命 三、產(chǎn)品的維修性及平均維修時(shí)間 工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理三、壽命 三、產(chǎn)品的維修性及平均維修時(shí)

15、間 工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理第三節(jié) 可靠性常用分布 l一、指數(shù)分布一、指數(shù)分布 l二、正態(tài)分布二、正態(tài)分布 l三、威布爾分布三、威布爾分布 工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理一、指數(shù)分布l 若產(chǎn)品的壽命（或某特性值）若產(chǎn)品的壽命（或某特性值）X的失效密度為指數(shù)，即的失效密度為指數(shù)，即( ) =-tf te(0, 0)t( ) =( )= -t-t0F tf u du1 e( 0)t 失效函數(shù)為： 可靠度函數(shù)為：( ) =1-( ) =-tR tF te( 0)t 失效率函數(shù)為：-( )( ) =( )R t tR tttbR(t)1t0cF

16、(t)10(t)0tdf(t)0a 圖圖12-3-1 12-3-1 指數(shù)分布指數(shù)分布的的f(t),F(t),R(t),( (t) )曲線曲線 指數(shù)分布具有無記憶性無記憶性 工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理二、正態(tài)分布l若產(chǎn)品的壽命的失效密度函數(shù)為若產(chǎn)品的壽命的失效密度函數(shù)為 2-21( ) =2t -()fte (0)tl產(chǎn)品的可靠度函數(shù)為產(chǎn)品的可靠度函數(shù)為 2()-( ) =1-( ) =1-=1-()-(-)u-t201t R tF tedu2l產(chǎn)品的效率函數(shù)為產(chǎn)品的效率函數(shù)為 ( )( )( ) =( )1-() -(-)-R tf t tt - R t工 業(yè) 工 程工 業(yè) 工 程質(zhì) 量 管 理質(zhì) 量 管 理 三、威布爾分布 l產(chǎn)品的壽命的分布函數(shù)為產(chǎn)品的壽命的分布函數(shù)為 -()1-( ) =0m0t-reF t()( )00trtrl產(chǎn)品的壽命的分布密度函數(shù)為產(chǎn)品的壽命的分布密度函數(shù)為 -()-()( ) =0m0t rm-10wt rmeftl產(chǎn)品的壽命的失效率函數(shù)為產(chǎn)品的壽命的失效率函數(shù)為 -1( )( ) =()( )m0t -r-R