質(zhì)量工程師學(xué)習(xí)課件 第五章 可靠性基礎(chǔ)

可靠性發(fā)展歷史

1、二戰(zhàn)：雷達(dá) 2、軍事→航空航天→電子電氣→機(jī)械→土木→服務(wù)3、內(nèi)容：可靠性—維修性—維修保障性—安全性 4、研究方法：宏觀→微觀單元→系統(tǒng)定性→定量不可修復(fù)→可修復(fù)手工→計(jì)算機(jī)

5、試驗(yàn)：工程試驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)試驗(yàn) 6、管理：以可靠性為中心的全面質(zhì)量管理主要內(nèi)容：數(shù)理統(tǒng)計(jì)、可靠性理論、可修復(fù)系統(tǒng)、可靠性分析、可靠性設(shè)計(jì)、可靠性試驗(yàn)、可靠性管理特點(diǎn)：可靠性與性能最大區(qū)別：看不見、不易測到。概率統(tǒng)計(jì)的應(yīng)用：可以統(tǒng)計(jì)、評(píng)估。第5章

可靠性基礎(chǔ)知識(shí)第5章

可靠性基礎(chǔ)知識(shí)5.1基本概念及常用度量5.1.1故障及其分類1、故障概念：產(chǎn)品或其一部分不能本將不完成預(yù)定的功能的事件或狀態(tài)稱為故障。對(duì)于不可修的產(chǎn)品也稱失效。故障（失效）→功能損失（不可靠）故障——表現(xiàn)形式——故障模式物理、化學(xué)變化的原因——機(jī)理2、分類有多種方法：由后果——致命和非致命（對(duì)整體功能）統(tǒng)

計(jì)——獨(dú)立和從屬（影響故障次數(shù)）規(guī)

律——早期、偶然和耗損（浴盆曲線）第5章

可靠性基礎(chǔ)知識(shí)

第5章

可靠性基礎(chǔ)知識(shí)5.1.2可靠性的基本概念可靠性概念經(jīng)典的定義：產(chǎn)品在規(guī)定條件下和在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。（三要素）用概率→可靠度產(chǎn)品→硬件、軟件和流程性材料、服務(wù)。產(chǎn)品的可靠性是指產(chǎn)品全壽命周期的可靠性、與設(shè)計(jì)、制造、使用密切相關(guān)（全壽命）。時(shí)間：廣義時(shí)間，次數(shù)、里程等各個(gè)階段對(duì)可靠性的影響大?。涸O(shè)計(jì)40～50%制造20～30%固有可靠性使用20～30%使用可靠性固有可靠性：設(shè)計(jì)、制造賦予的實(shí)際過程中表現(xiàn)出的能力——使用可靠性，與安裝、操作使用、維修保障有關(guān)。還可分為：基本可靠性、任務(wù)可靠性。任務(wù)可靠性在規(guī)定任務(wù)剖面內(nèi)完成規(guī)定的功能的能力。第5章

可靠性基礎(chǔ)知識(shí)5.1.3維修性定義：產(chǎn)品在規(guī)定條件下、時(shí)間內(nèi)，按規(guī)定的程序和方法進(jìn)行維修時(shí)，保持或恢復(fù)其規(guī)定狀態(tài)的能力。三要素條件：機(jī)構(gòu)和場所，人、設(shè)備、工具、備件、資料。程序、方法：技術(shù)文件規(guī)定的，維修工作、類型、步驟方法。維修性也是產(chǎn)品設(shè)計(jì)賦予的固有特性。第5章

可靠性基礎(chǔ)知識(shí)第5章

可靠性基礎(chǔ)知識(shí)5.1.4保障性保障性：保障資源滿足平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)使用要求的能力，資源的充足、適用程度保障性與可靠性及維修性有密切關(guān)系5.1.5軟件可靠性硬件與軟件都是系統(tǒng)的重要組成部分軟件也同樣存在可靠性問題IEC60300-3-6軟件可信性應(yīng)用指南——標(biāo)準(zhǔn)5.1.6可用性和可信性可用性（有效性）是在要求的外部資源得到保證前提下，產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)刻或時(shí)間區(qū)間內(nèi)處于執(zhí)行規(guī)定功能狀態(tài)的能力。可信性是表示可用性及其影響因素的綜合反映。可靠性、維修性、維修保障性的非定量綜合描述。R.M.S綜合反映——廣義可靠性，可信性可用度A→概率度量（有效度）第5章

可靠性基礎(chǔ)知識(shí)5.1.7可靠度函數(shù)、累積故障概率分布函數(shù)、故障概率密度函數(shù)可靠度函數(shù) R(t)=P(T﹥t)t≥0累積故障概率分布函數(shù)F(t)=P(T≤t)兩者關(guān)系R(t)+F(t)=1

F(t)=1－R(t)故障概率密度函數(shù)f（t）=dF(t)/dt=-dR(t)/dtF(t)=∫0t

f（u）du

R(t)=∫t∞

f（u）du第5章

可靠性基礎(chǔ)知識(shí)第5章

可靠性基礎(chǔ)知識(shí)第5章

可靠性基礎(chǔ)知識(shí)5.1.8可靠性與維修性的度量1、可靠度：完成規(guī)定功能的能力——概率→可靠度可靠度概率定義R(t)=P(T>t) T

——產(chǎn)品故障前的工作時(shí)間，隨機(jī)變量。 t——規(guī)定時(shí)間統(tǒng)計(jì)方法設(shè)有No個(gè)產(chǎn)品投入使用，r(t)——故障數(shù)?？煽慷萊(t)=(No-r(t))/No——估計(jì)值 F(t)=r(t)/No第5章

可靠性基礎(chǔ)知識(shí)2、故障率（失效率）函數(shù)定義：某時(shí)刻尚未發(fā)生故障的產(chǎn)品，在該時(shí)刻后單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的概率——故障率（風(fēng)險(xiǎn)函數(shù)）概率定義：λ(t)=f(t)/R(t)統(tǒng)計(jì)計(jì)算：λ(t)=?r(t)/Ns(t)?t

λ(t)=λ0——指數(shù)分布

R(t)=EXP（-λ0t）故障率與可靠度及故障密度函數(shù)的關(guān)系R(t)=1-F(t)=∫t∞

f（u）duF(t)=1-R(t)=∫0t

f（u）duλ(t)=f(t)/R(t)f(t)=dF(t)/dt=-dR(t)/dt第5章

可靠性基礎(chǔ)知識(shí)3、平均失效（故障）前時(shí)間（MTTF）第一次故障或失效MTTF=∑ti/Nti——每個(gè)產(chǎn)品的壽命指數(shù)分布時(shí)：MTTF=1/λ04、平均故障間隔時(shí)間（

MTBF）可修復(fù)產(chǎn)品

MTBF=∑ti/N

ti——每次故障前的壽命

產(chǎn)品的MTBF與產(chǎn)品維修效果有關(guān)?；拘迯?fù)和完全修復(fù)：MTBF=∫0∞

R（t）dt第5章

可靠性基礎(chǔ)知識(shí)5、產(chǎn)品的特征壽命產(chǎn)品壽命：可靠壽命、使用壽命、總壽命、貯存壽命可靠壽命：tR一定可靠度下的壽命使用壽命：tr一定故障率下的壽命總壽命：投入使用到報(bào)廢的總工作時(shí)間貯存壽命：在規(guī)定條件下，產(chǎn)品能貯存的日歷持續(xù)時(shí)間→啟封使用能滿足規(guī)定要求。第5章

可靠性基礎(chǔ)知識(shí)6、平均修復(fù)時(shí)間MTTR和可用度A實(shí)際修復(fù)時(shí)間的平均值MTTR

MTTR=∑τi

/N系統(tǒng)處于可工作狀態(tài)的概率——AA=MTBF/(MTTR+MTBF)第5章

可靠性基礎(chǔ)知識(shí)5.1.9浴盆曲線

第5章

可靠性基礎(chǔ)知識(shí)

①早期故障階段：λ(t)

減小

機(jī)械：跑合期（磨合期）、設(shè)計(jì)缺陷、加工缺陷、安裝缺陷

②偶然故障階段：λ(t)基本恒定

偶然因素，操作、負(fù)荷

③耗損故障階段：λ(t)迅速增加

老化、疲勞、磨損、腐蝕。可通過維修、更換解決第5章

可靠性基礎(chǔ)知識(shí)5.1.10可靠性與產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)系質(zhì)量：

性能特性——容易評(píng)價(jià)

專門特性——可用性、難于直觀判斷

安全性——難于直觀判斷經(jīng)濟(jì)性——容易判別、比較

時(shí)間性——容易判別、比較 適用性——容易判別、比較

第5章

可靠性基礎(chǔ)知識(shí)5.2可靠性設(shè)計(jì)、分析5.2.1可靠性設(shè)計(jì)

產(chǎn)品的可靠性與設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和管理相關(guān)

可靠性設(shè)計(jì)水平與固有可靠性關(guān)系重大。

可靠性設(shè)計(jì)的主要技術(shù)：1規(guī)定定性定量的可靠性要求——可靠性指標(biāo)指標(biāo)體系：目標(biāo)、產(chǎn)品質(zhì)量水平、考核、驗(yàn)證、動(dòng)力，MTBF、MTTF、MTTR、A、λ(t)、R(t)第5章

可靠性基礎(chǔ)知識(shí)2建立可靠性模型——可靠性框圖

產(chǎn)品系統(tǒng)級(jí)、分系統(tǒng)級(jí)、部件級(jí)的可靠性模型

功能→數(shù)學(xué)方法：定量的可靠性分析，分配、預(yù)計(jì)、評(píng)估

乘法模型（串聯(lián)）加法模型（并聯(lián)）——工作貯備第5章

可靠性基礎(chǔ)知識(shí)第5章

可靠性基礎(chǔ)知識(shí)第5章

可靠性基礎(chǔ)知識(shí)3可靠性分配5.2.24可靠性預(yù)計(jì)5.2.35設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：系統(tǒng)化、條理化、科學(xué)化6耐環(huán)境設(shè)計(jì)：振動(dòng)、沖擊、噪音、防潮、防腐、熱設(shè)計(jì)。7電子元器件的選用與控制（數(shù)據(jù)）8電磁兼容性設(shè)計(jì)9降額設(shè)計(jì)和熱設(shè)計(jì)第5章

可靠性基礎(chǔ)知識(shí)5.2.2可靠性分配

把總的可靠性定量要求分配到規(guī)定的層次，使可靠性、性能、經(jīng)濟(jì)性達(dá)到綜合平衡。 Rs*：R1*,R2*,···Rn*Rs

(t)=f(R1,R2,···Rn)平均分配：λs=∑λi---λi=λs/n第5章

可靠性基礎(chǔ)知識(shí)評(píng)分分配法：

復(fù)雜度、技術(shù)成熟度、重要度、環(huán)境條件

評(píng)分：1~10分，四項(xiàng)相乘為評(píng)分?jǐn)?shù)

評(píng)分系數(shù)：Ci=wi/wwi——第i個(gè)子系統(tǒng)的評(píng)分?jǐn)?shù)w——系統(tǒng)的總評(píng)分?jǐn)?shù)

故障率分配：λi=Ciλs

Ci——第i個(gè)子系統(tǒng)的評(píng)分系數(shù)第5章

可靠性基礎(chǔ)知識(shí)5.2.3可靠性預(yù)計(jì)對(duì)產(chǎn)品可靠性的定量估計(jì) R1，R2，···RnRs串聯(lián)模型：Rs=R1*R2*···*Rn=∏Ri元器件計(jì)數(shù)法：λs=ΣNiλGiπQi應(yīng)力分析法：λp=λbπE

Kλs=ΣNiλpi第5章

可靠性基礎(chǔ)知識(shí)復(fù)雜系統(tǒng)可靠性分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)及改進(jìn)的過程，缺乏相應(yīng)的資料和數(shù)據(jù)，定量的分析困難。復(fù)雜系統(tǒng)中還應(yīng)考慮人和環(huán)境因素的影響。常用的兩種方法：故障模式影響及危害性分析FMECA，故障樹分析FTA——已形成標(biāo)準(zhǔn)5.2.4故障模式影響及危害性分析FMECA可靠性——故障，減少故障→危害、安全性→可靠性提高故障模式→產(chǎn)品功能影響→單點(diǎn)故障。影響：局部、高一層次、最終影響第5章

可靠性基礎(chǔ)知識(shí)危害——影響的嚴(yán)重程度（嚴(yán)酷度）＋發(fā)生概率→根據(jù)危害大小提出可能的預(yù)防嚴(yán)酷度：四級(jí)(災(zāi)難、致命、嚴(yán)重、輕度)，概率：五級(jí)安全性分析及評(píng)價(jià)：H=D×P

風(fēng)險(xiǎn)=損失×概率危害性矩陣圖：

危害性——以線段長段評(píng)定FMECA用途①

確定關(guān)鍵件和重要件②

單點(diǎn)故障和薄弱環(huán)節(jié)③

為維修性、測試性、安全性、保障性、試驗(yàn)提出信息第5章

可靠性基礎(chǔ)知識(shí)第5章

可靠性基礎(chǔ)知識(shí)影響FMECA的工作效果因素

①

分析者的水平②

可利用的信息③

分析的時(shí)機(jī)，設(shè)計(jì)過程FMECA的實(shí)施步驟（1）掌握產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與功能（2）掌握產(chǎn)品啟動(dòng)、運(yùn)行、操作、維修資料（3）掌握產(chǎn)品的使用環(huán)境（4）定義產(chǎn)品及其功能和最低要求第5章

可靠性基礎(chǔ)知識(shí)第5章

可靠性基礎(chǔ)知識(shí)（5）畫出功能框圖、可靠性框圖（6）確定分析到的曾次（7）找出所有的故障模式（8）找出故障檢測的方法（9）找出設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)防的措施（10）確定故障模式產(chǎn)生危害的嚴(yán)酷度（11）確定故障模式發(fā)生的概率級(jí)別（12）填寫FMECA表第5章

可靠性基礎(chǔ)知識(shí)5.2.5故障樹分析技術(shù)FTA故障樹:用一系列事件符號(hào)、邏輯符號(hào)、轉(zhuǎn)移符號(hào)描述系統(tǒng)中各事件與故障（頂事件）間的因果關(guān)系倒長的樹——根（頂事件）在上，葉(底事件)在下邏輯門的符號(hào)和意義：與門、或門、禁門、非門、順序與門、表