可靠性工程基本概念

可靠性工程基本概念可靠性工程基本概念可靠性工程基本概念V:1.0精細整理，僅供參考可靠性工程基本概念日期：20xx年X月第一章緒論可靠性是指產品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內，完成規(guī)定功能的能力?！耙?guī)定條件”：產品的使用條件、維護條件、環(huán)境條件?！耙?guī)定時間”：產品必須達到的任務時間。如應力循環(huán)次數和車輛的行駛里程?！耙?guī)定功能”：產品必須具備的功能及其技術指標?？煽啃远x分為任務可靠性和基本可靠性。兩者都強調無故障完成任務。任務可靠性強調完成規(guī)定的功能是界定在“任務剖面”的范圍內?；究煽啃詮娬{的持續(xù)時間是界定在壽命剖面的范圍內。一個壽命剖面包含一個以上的任務剖面。度量任務可靠性時只考慮危及任務成功的致命故障，與該任務無關的故障可以不考慮?；究煽啃詣t涉及整個壽命周期內的所有故障。任務剖面：產品完成規(guī)定任務的時間內所經歷的時間和環(huán)境的描述。產品的工作狀態(tài)；維修方案；產品工作的時間與順序；產品所處的環(huán)境(外加的與誘發(fā)的)的時間與順序；任務成功或致命故障的定義。壽命周期與壽命剖面：產品從制造到壽命終結或退出使用這段時間內所經歷的全部事件和環(huán)境的時序描述。它包含一個或多個任務剖面。通常把產品的壽命剖面分為后勤和使用兩個階段?？煽啃缘亩x固有可靠性：產品在生產過程中確立的可靠性。生產廠在模擬實際工作標準環(huán)境下，對產品進行檢測并給以保證的可靠性。使用可靠性：與產品的使用條件密切相關，受到使用環(huán)境、操作水平、保養(yǎng)與維修、使用者的素質等因素的影響。維修性：產品在發(fā)生故障或失效后，能迅速修復以維持良好而完善的狀態(tài)的難易性。廣義可靠性：產品在整個壽命周期內完成規(guī)定功能的能力。包括狹義可靠性和維修性?？煽啃詳祵W是可靠性研究的最重要的基礎理論之一，主要研究解決各種可靠性問題的數學模型和數學方法，屬于應用數學的范疇。應用于可靠性的數據收集、數據分析、系統(tǒng)設計及壽命試驗等方面?？煽啃晕锢砑词Х治觯茄芯渴КF象及其機制和檢測方法的學科，使可靠性工程從數理統(tǒng)計方法發(fā)展到以理化分析為基礎的失效分析方法。從微觀角度研究零部件（元器件）的失效發(fā)展過程和失效機理，從本質上、從機理方面探究產品的不可靠因素，為研制、生產高可靠性產品提供科學的依據?？煽啃怨こ淌菍Ξa品（零部件、元器件、設備或系統(tǒng)）的失效及其發(fā)生概率進行統(tǒng)計、分析的一門邊緣性學科，主要內容是運用系統(tǒng)工程的觀點和方法論從設計、生產和使用等角度來研究產品的可靠性，包括對產品進行可靠性設計、可靠性預計、可靠性試驗、可靠性評估、可靠性檢驗、可靠性控制、可靠性維修及失效分析。實施可靠性工程應重視可靠性數據的收集與分析3.可靠性設計應用可靠性理論、技術和設計參數的統(tǒng)計數據，在給定的可靠性指標下，對零件、部件、設備或系統(tǒng)進行的設計，稱為可靠性設計。通過預計、分配、分析、改進等一系列可靠性工程活動，把可靠性定量要求設計到產品的技術文件和圖樣中去，從而形成產品的固有可靠性。系統(tǒng)可靠性設計零件可靠性設計系統(tǒng)可靠性設計的目的，就是要使系統(tǒng)在滿足規(guī)定可靠性指標，完成預定功能的前提下，使系統(tǒng)的技術性能、重最、成本、時間等各方面取得協調，求得最佳設計；或是在性能、重量、成本、時間和其它要求的約束下，設計能得到實際高可靠度的系統(tǒng)。系統(tǒng)可靠性設計常用的方法系統(tǒng)可靠性框圖;故障模式影響與危害度分析FMECA;故障樹分析FTA;馬爾科夫過程研究可靠性的重要意義保證和提高產品的可靠性水平;提高經濟效益;提高市場競爭能力第二章可靠性數學基礎定義：產品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內，完成規(guī)定功能的概率稱為可靠度?？煽慷鹊挠^測值是指直到規(guī)定的時間終了為止，能完成規(guī)定功能的產品數與該區(qū)間開始時刻投入工作產品數之比。定義：產品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內，喪失規(guī)定功能概率稱為累積故障概率（又稱不可靠度）剩余壽命：若產品用到t時刻仍然完好，稱為產品的年齡。具有年齡t的產品從t時刻開始繼續(xù)使用下去直到失效為止所經歷的時間，稱為具有年齡t的產品的剩余壽命。定義：工作到某時刻尚未故障的產品，在該時刻后單位時間內發(fā)生故障的概率，稱之為產品的故障率。故障率浴盆曲線早期故障期；偶然故障期；耗損故障期可靠壽命：給定的可靠度所對應的產品工作時間。中位壽命：產品的可靠度等于時的可靠壽命。平均壽命：產品壽命的平均值。對于不可修產品，平均壽命就是平均故障前時間；對于可修復產品，平均壽命就是平均故障間隔時間。可用性是系統(tǒng)可靠性與維修性的綜合表征。定義：可修復產品，在規(guī)定的條件下使用，在規(guī)定維修條件下修復，在規(guī)定的時間具有或維持其規(guī)定功能處于正常狀態(tài)的概率。瞬時有效度使用有效度極限有效度瞬時有效度是產品在某一時刻所具有或維持其規(guī)定功能的概率。平均有效度是在某規(guī)定時間內有效度的平均值。極限有效度是當時間趨于無限大時，瞬時有效度的極限值。隨機試驗具有以下特點：重復性隨機性明確性第3章典型系統(tǒng)可靠性模型系統(tǒng)由相互作用和相互依賴的若干單元結合成的具有特定功能的有機整體。系統(tǒng)包含“單元”，其層次高于“單元”系統(tǒng)按其可否修復分為不可修復系統(tǒng)和可修復系統(tǒng)兩類定義組成系統(tǒng)的所有單元中任一單元的故障都會導致整個系統(tǒng)故障的稱為串聯系統(tǒng)。串聯系統(tǒng)是最常用和最簡單的模型之一。組成系統(tǒng)的所有單元都發(fā)生故障時，系統(tǒng)才發(fā)生故障。并聯系統(tǒng)是最簡單的冗余系統(tǒng)（有貯備模型）。系統(tǒng)由n個單元組成，若系統(tǒng)中有r個或r個以上單元正常，則系統(tǒng)正常，這樣的系統(tǒng)稱作n中取r表決系統(tǒng)。組成系統(tǒng)的各單元只有一個單元工作，當工作單元故障時，通過轉換裝置接到另一個單元繼續(xù)工作，直到所有單元都故障時系統(tǒng)才故障，稱為旁聯系統(tǒng)，又稱非工作貯備系統(tǒng)。非工作貯備的優(yōu)點是能大大提高系統(tǒng)的可靠度。缺點是：（1）由于增加了故障監(jiān)測與轉換裝置而提高了系統(tǒng)的復雜度；（2）要求故障監(jiān)測與轉換裝置的可靠度非常高，否則貯備帶來的好處會被嚴重削弱。貯備系統(tǒng)按貯備單元在貯備期間的失效情況可分為三類冷貯備（無載貯備）貯備單元在貯備期間失效率為零；熱貯備（滿載貯備）貯備單元在貯備期間失效率與工作單元失效率一樣；溫貯備（輕載貯備）貯備單元在貯備期間失效率大于零而小于工作單元失效率。維修度：對可能維修的產品在發(fā)生故障或失效后，在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內完成修復的概率。修復率：維修時間已達到某一時刻但尚未修復的產品在該時刻后的單位時間內完成修復的概率?？捎眯裕寒斝枰獣r，可維修產品保持正常使用狀態(tài)或功能的能力。其度量指標是可用度。第4章可靠性分配與預計可靠性分配系統(tǒng)可靠性分配就是將使用方提出的，在系統(tǒng)設計任務書(或合同)中規(guī)定的可靠性指標。，從上而下，由大到小，從整體到局部，逐步分解，分配到各分系統(tǒng)，設備和元器件?？煽啃灶A計系統(tǒng)的可靠性預計是在系統(tǒng)的設計階段根據組成系統(tǒng)的元器件等在規(guī)定條件下的可靠性指標、系統(tǒng)的結構、系統(tǒng)的功能以及工作方式等來推測系統(tǒng)的可靠性。是一個由局部到整體、由小到大，由下到上的一種綜合過程?？煽啃苑峙涞哪康氖鞘垢骷壴O計人員明確其可靠性設計要求，根據要求估計所需的人力、時間和資源，并研究實現這個要求的可能性及辦法?？煽啃灶A計的目的：將預計結果與要求的可靠性指標相比較，審查設計任務書中提出的可靠性指標是否能達到。在方案論證階段，通過可靠性預計，根據預計結果的相對性進行方案比較，選擇最優(yōu)方案。在設計階段，通過預計，發(fā)現設計中的薄弱環(huán)節(jié)，加以改進。為可靠性增長試驗、驗證試驗及費用核算等方面的研究提供依據。通過預計給可靠性分配奠定基礎?？煽啃苑峙渑c可靠性預計的關系：可靠性分配結果是可靠性預計的依據和目標；可靠性預計相對結果是可靠性分配與指標調整的基礎。相互制約，相輔相成，使系統(tǒng)的設計滿足要求?？煽啃苑峙渑c可靠性預計的作用:提高產品的固有可靠性;降低產品全壽命周期的費用;為可靠性增長計劃提供科學依據.在新產品從開發(fā)研制一直到定型生產之前，一艇要經設計——試制——試驗——修改設計——小批生產——檢驗——改進——定型生產這一過程，在這一過程中，產品可靠性水平在不斷提高，稱為可靠性增長?？煽啃苑峙涞某绦?明確系統(tǒng)可靠性參數指標要求;分析系統(tǒng)特點;選取分配方法（同一系統(tǒng)可選多種方法）;準備輸入數據;進行可靠性分配;驗算可靠性指標要求;可靠性分配的無約束分配方法：等分配法;評分分配法；再分配法；比例分配法；AGREE方法等分配法又稱為平均分配法。當系統(tǒng)中個單元具有近似的復雜程度、重要性以及制造成本時，可用等分配法分配系統(tǒng)各單元的可靠度。評分分配法含義：在可靠性數據非常缺乏的情況下，通過有經驗的設計人員或專家對影響可靠性的幾種因素評分，對評分進行綜合分析而獲得各單元產品之間的可靠性相對比值，根據評分情況給每個分系統(tǒng)或設備分配可靠性指標。評分因素與原則：（1）復雜度最復雜的評10分，最簡單的評1分。（2）技術發(fā)展水平:水平最低的評10分，水平最高的評1分。(3)工作時間:單元工作時間最長的評10分，最短的評1分。(4)環(huán)境條件:單元工作過程中會經受極其惡劣而嚴酷的環(huán)境條件的評10分，環(huán)境條件最好的評1分。可靠性指標分配的模糊數學模型:(1)建立評價因素集;(2)建立評價因素權重集;(3)建立因素評價集（等級）及相應分值集;(4)構建模糊綜合評判矩陣;(5)計算各單元綜合評價分值;(6)可靠性指標分配3.再分配法如果系統(tǒng)可靠性預計結果小于規(guī)定的系統(tǒng)可靠度，則須重新進行可靠度分配。4.比例分配法使系統(tǒng)中各單元的容許失效率與該單元預計失效率成正比。5.AGREE法考慮了組成系統(tǒng)各單元的復雜度、重要度、工作時間以及它們與系統(tǒng)之間的失效關系，又稱為按照單元的復雜度及重要度的分配法。適用于各單元工作期間的失效率為常數的串聯系統(tǒng)。可靠性預計目的、用途:評估系統(tǒng)可靠性，審查是否能達到要求的可靠性指標。在方案論證階段，通過可靠性預計，比較不同方案的可靠性水平，為最優(yōu)方案的選擇及方案優(yōu)化提供依據。在設計中，通過可靠性預計，發(fā)現影響系統(tǒng)可靠性的主要因素，找出薄弱環(huán)節(jié)，采取設計措施，提高系統(tǒng)可靠性。為可靠性分配奠定基礎。分類根據戰(zhàn)術技術中可靠性的定量要求:基本可靠性預計由于產品不可靠導致對維修和保障的要求。任務可靠性預計估計產品在完成任務的過程中完成其規(guī)定功能的概率。從產品構成角度分析：單元可靠性預計（元件、部件或設備等）系統(tǒng)可靠性預計可靠性預計基本方法及用途：系統(tǒng)可靠性預計：數學模型法；邊值法；故障樹分析法設備可靠性預計：數學模型法；相似分析法；元器件計數法；應力分析法元器件可靠性預計：應力分析法數學模型法：根據組成系統(tǒng)的各單元間的可靠性數學模型，按概率運算法則，預計系統(tǒng)的可靠度的方法，是一種經典的方法.相似設備法：將新設計的產品和已知可靠性數據的相似設備進行比較，從而簡單估計出新產品可能達到的可靠性水平。相似產品法考慮的相似因素一般包括：產品結構、性能的相似性；設計的相似性；材料和制造工藝的相似性；使用剖面(保障、使用和環(huán)境條件)的相似性相似復雜性法：將新設計產品的與相似產品相比較，考慮新產品的相對復雜性，建立新、老產品可靠性之間的函數關系。功能預計法：建立設備的功能特性和觀測的工作可靠性之間的統(tǒng)計相關關系；根據系統(tǒng)的功能，統(tǒng)計大量相似系統(tǒng)的功能參數和相關可靠性數據，運用回歸分析的方法，得出一些經驗公式及系數；根據初步確定的系統(tǒng)功能及結構參數預計系統(tǒng)的可靠性。元器件計數法：按不同種類元器件的數量來預計單元和系統(tǒng)可靠度的方法。采用這個方法進行預計，首先確定設計方案中各種元器件的類型。應力分析法：用于產品詳細設計階段的電子元器件失效率預計。預計電子元器件工作失效率時對基本失效率進行修正。邊值法：基本思想：對于一些很復雜的系統(tǒng)，采用數學模型很難得到可靠性的函數表達式。不采用直接推導的辦法而是忽略一些次要因素，用近似的數值來逼近系統(tǒng)可靠度真值，從而使繁瑣的過程變得簡單。邊值法又稱為上下限法，將一個復雜的系統(tǒng)先簡化成某些單元組成的串聯系統(tǒng)，求該串聯系統(tǒng)的可靠度預測值的上限及下限。然后逐步考慮系統(tǒng)的其他部分，逐次求出越來越精確的可靠度上限值和下限值，當達到一定的精度要求后，再將上限值和下限值合成一個可靠度單一預測值。機械產品可靠性預計方法：相似分析法；統(tǒng)計分析法故障物理法相似分析法根據相似產品或相似環(huán)境下的可靠性數據，對產品或環(huán)境條件進行對比修正，得出可靠性預計結果。第五章故障模式影響與危害度分析故障模式影響分析（FailureModeandEffectsAnalysis，簡記為FMEA）是分析系統(tǒng)中每一產品所有可能產生的故障模式及其對系統(tǒng)造成的所有可能影響，并按每一個故障模式的嚴重程度、檢測難易程度以及發(fā)生頻度予以分類的一種歸納分析方法。風險來源歸類：設計上的缺陷；過程中的不足；“不正確”的使用；服務相關如何控制風險核心在于－－切斷風險的傳遞鏈FMEA分析的是潛在故障（PotentialFailure），是可能發(fā)生但是現在還沒有發(fā)生的故障。它是一種“事前預防”的行為?！凹皶r性”是FMEA的關鍵因素FMEA的效益：改進質量、生產率、可靠性和安全性；改善企業(yè)形象，提高競爭力；提高顧客的滿意度；減少招回的