產(chǎn)品可靠性培訓(xùn)

可靠性技術(shù)一、產(chǎn)品可靠性的概念

具有優(yōu)良的技術(shù)性能指標(biāo)是否是高質(zhì)量的產(chǎn)品？僅僅用產(chǎn)品技術(shù)性能指標(biāo)不能反映產(chǎn)品質(zhì)量的全貌。產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)是產(chǎn)品技術(shù)性能指標(biāo)和產(chǎn)品可靠性指標(biāo)的綜合?？煽啃灾笜?biāo)和技術(shù)性能指標(biāo)的區(qū)別？一、產(chǎn)品可靠性的概念

可靠性：指產(chǎn)品（包括零件和元器件、整機設(shè)備、系統(tǒng)）在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定的能力。——三個規(guī)定對于可靠性的理解應(yīng)注意：明確產(chǎn)品可靠性研究的對象必須明確產(chǎn)品可靠性所規(guī)定的條件必須明確所規(guī)定的時間

必須明確產(chǎn)品所需完成規(guī)定的功能

一、產(chǎn)品可靠性的概念

對于可修復(fù)產(chǎn)品來說，可靠性的含義應(yīng)指產(chǎn)品在其整個壽命周期內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。故障：產(chǎn)品或產(chǎn)品的一部分不能或?qū)⒉荒芡瓿梢?guī)定功能的事件或狀態(tài)叫出故障，對某些產(chǎn)品如電子元器件等亦稱失效。分為：致命性故障：產(chǎn)品不能完成規(guī)定任務(wù)或可能導(dǎo)致重大損失系統(tǒng)性故障：由某一固有因素引起，以特定形式出現(xiàn)的偶然故障：由于偶然因素引起得故障一、產(chǎn)品可靠性的概念可靠性需要滿足：1）不發(fā)生故障2）發(fā)生故障后能方便地、及時地修復(fù)，以保持良好功能狀態(tài)能力，即要有良好的維修性。維修性是指在規(guī)定條件下使用的產(chǎn)品在規(guī)定的時間內(nèi)，按規(guī)定的程序和方法進行維修時，保持和恢復(fù)到能完成規(guī)定功能的能力。

一、產(chǎn)品可靠性的概念

可靠度函數(shù)

——可靠度是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。它是時間的函數(shù)，以R(t)表示。若用T表示在規(guī)定條件下的壽命（產(chǎn)品首次發(fā)生失效的時間），則“產(chǎn)品在時間t內(nèi)完成規(guī)定功能”等價于“產(chǎn)品壽命T大于t”。所以可靠度函數(shù)R(t)可以看作事件“T>t”概率，即

其中f(t)為概率密度函數(shù)一、產(chǎn)品可靠性的概念

可靠度函數(shù)

——產(chǎn)品的失效分布函數(shù)：顯然：——可靠度R(t)可以用統(tǒng)計方法來估計。設(shè)有N個產(chǎn)品在規(guī)定的條件下開始使用。令開始工作的時刻t取為0，到指定時刻t時已發(fā)生失效數(shù)n(t),亦即在此時刻尚能繼續(xù)工作的產(chǎn)品數(shù)為N-n(t)，則可靠度的估計值（又稱經(jīng)驗可靠度）為

一、產(chǎn)品可靠性的概念例17.1某電子器件110只的失效時間經(jīng)分組整理后如表17－1所示，試估計他的可靠度函數(shù)。見書P209二、失效率和失效率曲線

產(chǎn)品的失效率

一般定義：失效率是工作到某時刻尚未失效的產(chǎn)品，在該時刻后單位時間內(nèi)發(fā)生失效的概率。一般記為λ,它也是時間t的函數(shù),故也記為λ(t),稱為失效率函數(shù),有時也稱為故障率函數(shù)或風(fēng)險函數(shù)。設(shè)在t=0時有N個產(chǎn)品投試，到時刻t已有n(t)個產(chǎn)品失效，尚有N-n(t)個產(chǎn)品在工作。再過Δt時間，即到t+Δt時刻，有Δn(t)=n(t+Δt)-n(t)個產(chǎn)品失效。產(chǎn)品在時刻t前未失效而在時間（t,t＋Δt）內(nèi)失效率為，單位時間失效頻率

二、失效率和失效率曲線

產(chǎn)品的失效率

失效率是在時刻t尚未失效產(chǎn)品在t+△t的單位時間內(nèi)發(fā)生失效的條件概率，即由條件概率公式的性質(zhì)和時間的包含關(guān)系，可知

二、失效率率和失效率率曲線產(chǎn)品的失效效率失效率的單單位：國際上還采采用“菲特特“（FIT）作為為高可靠性性產(chǎn)品的失失效率單位位，為10-9/h失效率越小小，可靠性性越高。二、失效率率和失效率率曲線失效率曲線線與失效類類型失效率曲線線——浴盆盆曲線：：（1）早期期失效期為為遞減型。。產(chǎn)品使用用的早期，，失效率較較高而下降降很快。主主要由于設(shè)設(shè)計、制造造、貯存、、運輸?shù)刃涡纬傻娜毕菹?，以及調(diào)調(diào)試、跑合合、起動不不當(dāng)?shù)热藶闉橐蛩厮煸斐傻摹Ｊ巩a(chǎn)品失效效率達(dá)到偶偶然失效期期的時間t0稱為交付使使用點。（2）偶然然失效期為為恒定型，，主要由非非預(yù)期的過過載、誤操操作、意外外的天災(zāi)以以及一些尚尚不清楚的的偶然因素素所造成。。由于失效效原因多屬屬偶然，故故稱為偶然然失效期。。偶然失效效期是能有有效工作的的時期，這這段時間稱稱為有效壽壽命。為降降低偶然失失效期的失失效率而增增長有效壽壽命，應(yīng)注注意提高產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量量，精心使使用維護。。（3）耗損失失效期，失效效率是遞增型型。失效率上上升較快，這這是由于產(chǎn)品品已經(jīng)老化、、疲勞、磨損損、蠕變、腐腐蝕等所謂有有耗損的原因因所引起的，，故稱為耗損損失效期。針針對耗損失效效的原因，應(yīng)應(yīng)該注意檢查查、監(jiān)控、預(yù)預(yù)測耗損開始始的時間，提提前維修，使使失效率仍不不上升。當(dāng)然然，修復(fù)若需需花很大費用用而延長壽命命不多，則不不如報廢更為為經(jīng)濟。二、失效率和和失效率曲線線二、失效率和和失效率曲線線常用的失效分分布*指數(shù)分布布*威布爾分分布二、失效率和和失效率曲線線我們知道F(t)=1-R(t),微分后可得。。再由（17.1）式可得：解此微分方程程，可得可可靠度函數(shù)：：于是得二、失效率和和失效率曲線線當(dāng)時時，，產(chǎn)品壽命的密密度函數(shù)其分布函數(shù)F(t)與可靠度R(t)分布為這個分布函數(shù)數(shù)為指數(shù)分布布，它的數(shù)學(xué)學(xué)期望（即均均值）為：三、系統(tǒng)可靠靠性根據(jù)不同對象象分成單元可可靠性與系統(tǒng)統(tǒng)可靠性兩個個方面。前者者把產(chǎn)品作為為整體考慮，，后者則注重重于產(chǎn)品內(nèi)部部的功能關(guān)系系。系統(tǒng)的可靠性性在很大程度度上取決于零零部件的可靠靠性?？煽啃灶A(yù)測：：是一種根據(jù)所所得的有效率率數(shù)據(jù)計算器器件或系統(tǒng)可可能達(dá)到的可可靠性指標(biāo)或或?qū)τ趯嶋H應(yīng)應(yīng)用的產(chǎn)品計計算出它在特特定條件下完完成規(guī)定功能能的概率的預(yù)預(yù)報方法。目的：1）協(xié)協(xié)調(diào)設(shè)計參數(shù)數(shù)及指標(biāo)，提提高產(chǎn)品的可可靠性2）進行方案案比較，選擇擇最佳方案3）發(fā)現(xiàn)薄弱弱環(huán)節(jié)，提出出改進措施方法：1）數(shù)數(shù)學(xué)模型法。。2）布爾真值值表法，又稱稱狀態(tài)枚舉法法。系統(tǒng)中每每個單元都有有“成功”和和“失效”兩兩個狀態(tài)，將將系統(tǒng)中所有有的組合列出出，然后列出出系統(tǒng)“成功功”和“失敗敗”的狀態(tài)，，最后進行系系統(tǒng)可靠度的的計算。若系系統(tǒng)有n個單元，而每每個單元又有有兩個狀態(tài)，，則n個單元所構(gòu)成成的系統(tǒng)共有有2n個狀態(tài)。三、系統(tǒng)可靠靠性可靠性分配——把系統(tǒng)的的可靠性指標(biāo)標(biāo)對系統(tǒng)中的的子系統(tǒng)或部部件進行合理理分配的過程程?！峙湓瓌t則：①技術(shù)水平。。②復(fù)雜程度。。③重要程度。。④任務(wù)情況。。一般還要受費費用、重量、、尺寸等條件件的約束。總總之，最終都都是力求以最最小的代價來來達(dá)到系統(tǒng)可可靠性的要求求。三、系統(tǒng)可靠靠性可靠性分配等分配方法：：本方法用于設(shè)設(shè)計初期，對對各單元可靠靠性資料掌握握很少，故假假定各單元條條件相同。①串聯(lián)系統(tǒng)②并聯(lián)系統(tǒng)③混聯(lián)系統(tǒng)三、系統(tǒng)可靠靠性例1設(shè)系統(tǒng)統(tǒng)由n個相互互獨立的元器器件串連而成成，假如每個個元器件的失失效率皆為常常數(shù)，且分別別為，，求此串聯(lián)聯(lián)系統(tǒng)的可靠靠度、失效率率與平均壽命命。解：因為失效效率為常數(shù)的的失效分布為為指數(shù)分布，，故每個元器器件的壽命都都服從指數(shù)分分布，其可靠靠度為：由由獨立性，可可求得此系統(tǒng)統(tǒng)的可靠度為為若記可可見此串聯(lián)系系統(tǒng)的壽命仍仍服從指數(shù)分分布，平均壽壽命為三、系統(tǒng)可靠靠性例2設(shè)系統(tǒng)統(tǒng)由n個相互互獨立的元器器件并聯(lián)而成成，假如每個個元器件的失失效率皆為同同一常數(shù)，求此并并聯(lián)系統(tǒng)的可可靠度與平均均壽命。三、系統(tǒng)可靠靠性故障樹分析——概念：在在系統(tǒng)設(shè)計過過程中通過對對可能造成系系統(tǒng)失效的各各種因素（包包括硬件、軟軟件、環(huán)境、、人為因素））進行分析，，畫出邏輯框框圖，從而確確定系統(tǒng)失效效原因的各種種可能組合方方式或其發(fā)生生概率，以計計算系統(tǒng)失效效概率，采取取相應(yīng)的糾正正措施，以提提高系統(tǒng)可靠靠性的一種設(shè)設(shè)計分析方法法。英文全名為FaultTreeAnalysis,簡簡稱FTA。?！畈幌Ｍl(fā)生的故障障狀態(tài)作為邏邏輯分析的目目標(biāo)，在故障障樹中稱為頂頂事件；繼繼而找出導(dǎo)致致這一故障狀狀態(tài)發(fā)生的所所有可能直接接原因，在故故障樹中稱為為中間事件；；追尋到引起起中間事件發(fā)發(fā)生的全部部部件狀態(tài)，在在故障樹中稱稱為底事件。。三、系統(tǒng)可靠靠性故障樹分析——故障樹是是一種特殊的的倒立樹狀邏邏輯因果關(guān)系系圖，它用事事件符號、邏邏輯門符號和和轉(zhuǎn)移符號描描述系統(tǒng)中各各種事件之間間的因果關(guān)系系。——“底事件件”是導(dǎo)致其其事件的原因因事件，位于于所討論故障障樹底端?！啊敖Y(jié)果事件件”是由其它它事件或事件件組合所導(dǎo)致致的事件。它它總是位于某某個邏輯門的的輸出端。故障樹的建立立步驟：1）熟悉并分分析對象；2）選定頂事事件；3）故障樹的的構(gòu)造與簡化化；4）計算分析析；5）評價改進進。三、系統(tǒng)可靠靠性故障樹分析一、軟件可靠靠性的背景隨著計算機技技術(shù)的普及和和發(fā)展，硬件件可靠性技術(shù)術(shù)日趨成熟，，軟件可靠性性問題變得日日益突出。美美國軍用裝備備中軟件成本本在總成本中中的比重已從從1955年年的不到20%增加到1985年的的90%以上上。在軟件開開發(fā)的早期階階段，軟件產(chǎn)產(chǎn)品像是在手手工業(yè)個體作作坊中制造出出來的工藝品品，不是現(xiàn)代代化嚴(yán)格科學(xué)學(xué)管理下生產(chǎn)產(chǎn)出來的工業(yè)業(yè)品，因此，，軟件可靠性性是當(dāng)今可靠靠性工程研究究領(lǐng)域中的新新課題。軟件可靠性一、軟件可靠靠性的概念定義：軟件按按規(guī)定的條件件，在規(guī)定的的時間內(nèi)運行行而不發(fā)生故故障的能力。。所謂按規(guī)定的的條件主要是是指軟件的運運行（使用））環(huán)境，它涉涉及軟件運行行所需要的一一切支持系統(tǒng)統(tǒng)及有關(guān)的因因素，如支持持硬件、操作作系統(tǒng)及其他他支持軟件、、輸入數(shù)據(jù)的的規(guī)定格式和和范圍、操作作規(guī)程等。一、軟件可靠靠性的概念故障率也是度度量軟件可靠靠性的直觀指指標(biāo)。和硬件件可靠性相似似，在軟件的的壽命周期中中，也有早期期故障期和偶偶然故障期。。早期故障率率也高于偶然然故障期的故故障率，但軟軟件不存在故故障率呈增長長趨勢的耗損損故障期，軟軟件的缺陷糾糾正一個就減減少一個，不不會重復(fù)出現(xiàn)現(xiàn)。二、保證軟件件可靠性的工工程方法為了保證軟件件的可靠性，，應(yīng)在軟件壽壽命周期的各各個階段千方方百計地減少少缺陷。軟件件開發(fā)周期錯錯誤和軟件故故障分類的百百分?jǐn)?shù)分別如如表1和表2所示。二、保證軟件件可靠性的工工程方法由表1、表2的統(tǒng)計數(shù)據(jù)據(jù)表明，在軟軟件壽命周期期的各個階段段都可能發(fā)生生軟件錯誤或或故障。而需需求分析和軟軟件設(shè)計階段段發(fā)生錯誤或或故障的比重重占多數(shù)。同時，統(tǒng)計數(shù)數(shù)據(jù)同樣表明明，軟件錯誤誤的改正所需需費用也是越越晚越高。二、保證軟件件可靠性的工工程方法為保證軟件可可靠性，在其其壽命周期各各個階段需要要采取如下的的措施：（1）需求分分析階段本本階段主主要措施是，，全面理解用用戶的使用要要求、使用條條件和軟件功功能，在全面面分析和與用用戶充分交換換意見的基礎(chǔ)礎(chǔ)上，制訂出出軟件的技術(shù)術(shù)規(guī)格書。該該規(guī)格書要說說明測試軟件件的方法，有有完整的軟件件技術(shù)要求，，用語要準(zhǔn)確確和規(guī)范。二、保證軟件件可靠性的工工程方法（2）設(shè)計階階段在在軟件設(shè)計階階段，要把軟軟件的技術(shù)要要求轉(zhuǎn)換成設(shè)設(shè)計方案。此此時，可采取取如下的方法法。自頂向下設(shè)計計；采用結(jié)構(gòu)化程程序設(shè)計；容錯設(shè)計；設(shè)計評審；標(biāo)準(zhǔn)）模塊化化設(shè)計；制訂和貫徹軟軟件可靠性設(shè)設(shè)計準(zhǔn)則。二、保證軟件件可靠性的工工程方法（3）編碼階階段編編碼就是把設(shè)設(shè)計方案變成成計算機語言言，也就是所所謂的編程序序。編碼產(chǎn)生生的缺陷也是是軟件缺陷的的一個主要來來源。常見的的編碼缺陷有有：鍵入錯代代碼、原始數(shù)數(shù)據(jù)輸入錯誤誤（含單位不不一致等）、、用了被零除除這類不正確確表達(dá)式等。。應(yīng)在編碼過程程中盡可能早早地查出缺陷陷并予以改正正。二、保證軟件件可靠性的工工程方法（4）檢驗階階段檢檢驗階段主要要任務(wù)是發(fā)現(xiàn)現(xiàn)軟件中的缺缺陷，并加以以清除。這個個階段對于保保證軟件的可可靠性是很關(guān)關(guān)鍵的。為了查找缺陷陷，首先要對對軟件進行靜靜、動態(tài)調(diào)試試。此時，需需檢查源程序序的結(jié)構(gòu)、方方法和過程間間的接口是否否有誤，運行行時是否存在在不必要的功功能，檢查““要求”、““數(shù)據(jù)”、““結(jié)果”和““內(nèi)部程序工工作狀態(tài)”對對應(yīng)關(guān)系是否否正確。軟件的測試按按模塊測試、、整體測試和和系統(tǒng)測試的的次序依次進進行，最終確確認(rèn)軟件的全全部功能能否否正確而完全全地實現(xiàn)。二、保證軟件件可靠性的工工程方法（5）維護階階段軟軟件交付使用用后，要對使使用中發(fā)現(xiàn)的的殘存缺陷進進行糾正。同同時，由于軟軟件的運行環(huán)環(huán)境和調(diào)試時時不盡相同，，也需對軟件件進行必要的的修改、補充充和完善。此此時用戶也可可能提出一些些新的要求。。此外，還應(yīng)應(yīng)經(jīng)常研究出出錯的記錄，，前后對照和和分析，弄清清楚軟件是否否存在某種隱隱患。二、失效率和和失效率曲線線失效率曲線與與失效類型失效率曲線———浴盆曲線線：（1）早期失失效期為遞減減型。產(chǎn)品使使用的早期，，失效率較高高而下降很快快。主要由于于設(shè)計、制造造、貯存、運運輸?shù)刃纬傻牡娜毕?，以及及調(diào)試、跑合合、起動不當(dāng)當(dāng)?shù)热藶橐蛩厮厮斐傻?。。使產(chǎn)產(chǎn)品品失失效效率率達(dá)達(dá)到到偶偶然然失失效效期期的的時時間間t0稱為為交交付付使使用用點點。。（2））偶偶然然失失效效期期為為恒恒定定型型，，主主要要由由非非預(yù)預(yù)期期的的過過載載、、誤誤操操作作、、意意外外的的天天災(zāi)災(zāi)以以及及一一些些尚尚不不清清楚楚的的偶偶然然因因素素所所造造成成。。由由于于失失效效原原因因多多屬屬偶偶然然，，故故稱稱為為偶偶然然失失效效期期。。偶偶然然失失效效期期是是能能有有效效工工作作的的時時期期，，這這段段時時間間稱稱為為有有效效壽壽命命。。為為降降低低偶偶然然失失效效期期的的失失效效率率而而增增長長有有效效壽壽命命，，應(yīng)應(yīng)注注意意提提高高產(chǎn)產(chǎn)品品的的質(zhì)質(zhì)量量，，精精心心使使用用維維護護。。（3））耗耗損損失失效效期期，，失失效效率率是是遞遞增增型型。。失失效效率率上上升升較較快快，，這這是是由由于于產(chǎn)產(chǎn)品品已已經(jīng)經(jīng)老老化化、、疲疲勞勞、、磨磨損損、、蠕蠕變變、、腐腐蝕蝕等等所所謂謂有有耗耗損損的的原原因因所所引引起起的的，，故故稱稱為為耗耗損損失失效效期期。。針針對對耗耗損損失失效效的的原原因因，，應(yīng)應(yīng)該該注注意意檢檢查查、、監(jiān)監(jiān)控控、、預(yù)預(yù)測測耗耗損損開開始始的的時時間間，，提提前前維維修修，，使使失失效效率率仍仍不不上上升升。。當(dāng)當(dāng)然然，，修修復(fù)復(fù)若若需需花花很很大大費費用用而而延延長長壽壽命命不不多多，，則則不不如如報報廢廢更更為為經(jīng)經(jīng)濟濟。。三、、容容錯錯設(shè)設(shè)計計對于于軟軟件件失失效效后后果果特特別別嚴(yán)嚴(yán)重重的的場場合合，，如如飛飛機機的的飛飛行行控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)、、空空中中交交通通管管制制系系統(tǒng)統(tǒng)、、核核反反應(yīng)應(yīng)堆堆安安全全控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)等等，，可可采采用用容容錯錯設(shè)設(shè)計計方方法法。。常常用用的的容容錯錯方方法法如如下下：：（1））N版版本本編編程程法法N版版本本編編程程法法的的核核心心是是：：通通過過多多個個模模塊塊或