质量管理学--可靠性基础知识讲义

1、本资料来源本资料来源第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识12.1 基本概念基本概念12.1.1 可靠性的基本概念可靠性的基本概念l可靠性概念可靠性概念经典的定义：产品在规定经典的定义：产品在规定条件条件下和在规定的下和在规定的时间时间内，完成规定内，完成规定功能功能的能力。（三要素）的能力。（三要素） 用概率用概率可靠度可靠度 产品产品硬件，软件和流程性材料。硬件，软件和流程性材料。l产品的可靠性是指产品全寿命周期的可靠性、产品的可靠性是指产品全寿命周期的可靠性、与设计、制造、使用密切相关（全寿命）。与设计、制造、使用密切相关（全寿命）。l各个阶段对可靠性的影响大小：各个阶段对可靠性的影

2、响大小：设计设计 4050%制造制造 2030% 固有可靠性固有可靠性使用使用 2030% 使用可靠性使用可靠性l实际过程中表现出的能力实际过程中表现出的能力使用可靠性，使用可靠性，与安装、操作使用、维修保障有关。与安装、操作使用、维修保障有关。l还可分为：基本可靠性、任务可靠性。还可分为：基本可靠性、任务可靠性。l在规定任务剖面内完成规定的功能的能力。在规定任务剖面内完成规定的功能的能力。第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识12.1.2 故障及其分类故障及其分类l条件、时间容易理解，条件、时间容易理解，l功能功能故障故障l产品或其一部分不能本将不完成预定产品或其一部分不能本将不完成预定

3、的功能的事件或状态称为故障。的功能的事件或状态称为故障。l对于不可修的产品也称失效。对于不可修的产品也称失效。l故障故障表现形式表现形式故障模式故障模式l物理、化学变化的原因物理、化学变化的原因机理机理 第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识l分类有多种方法：分类有多种方法： 由后果由后果致命和非致命致命和非致命 统统 计计独立和从属独立和从属 规规 律律早期、偶然和耗损早期、偶然和耗损第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识12.1.3 维修性维修性l定义：产品在规定条件下、时间内，按规定义：产品在规定条件下、时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复定的程序和方法进行维修时，保

4、持或恢复其规定状态的能力。其规定状态的能力。l条件：机构和场所，人、设备、工具、备条件：机构和场所，人、设备、工具、备件、资料。件、资料。l程序、方法：技术文件规定的，维修工作、程序、方法：技术文件规定的，维修工作、类型、步骤方法。类型、步骤方法。l维修性也是产品设计赋予的固有特性。维修性也是产品设计赋予的固有特性。第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识12.1.4 可信性和可用性可信性和可用性l可信性是表示可用性及其影响因素。可靠可信性是表示可用性及其影响因素。可靠性、维修性、维修保障性的非定量综合描性、维修性、维修保障性的非定量综合描述。述。l可用性是在要求的外部资源得到保证前提可用性

5、是在要求的外部资源得到保证前提下，产品在规定条件下和规定时刻或时间下，产品在规定条件下和规定时刻或时间区间内处于执行规定功能状态的能力，区间内处于执行规定功能状态的能力，lR.M.S综合反映综合反映l概率度量概率度量可用度可用度 （有效度）（有效度）第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识12.1.5 可靠性与产品质量的关系可靠性与产品质量的关系 质量：质量：性能特性性能特性容易评价容易评价专门特性专门特性可用性、难于直观判断可用性、难于直观判断安全性安全性难于直观判断难于直观判断 经济性经济性容易判别、比较容易判别、比较时间性时间性容易判别、比较容易判别、比较适适用性用性容易判别、比较容易

6、判别、比较第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识12.1.6 可靠性发展历史可靠性发展历史 二战：雷达二战：雷达 军事军事电子电子机械机械其它、民用其它、民用 可靠性可靠性维修性维修性维修保障性维修保障性安全性安全性 宏观宏观微观微观. 定性定性定量定量. 手工手工计算机计算机 统计试验统计试验工程试验、筛选、强化工程试验、筛选、强化. 以可靠性为中心的全面质量管理以可靠性为中心的全面质量管理l可靠性与性能最大区别：看不见、测不到。可靠性与性能最大区别：看不见、测不到。l但可以统计、评估。但可以统计、评估。第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识12.2 可靠性、维修性的常用度量参数可靠

7、性、维修性的常用度量参数12.2.1 累积故障概率分布函数、可靠度函数、累积故障概率分布函数、可靠度函数、故障率函数故障率函数l累积故障概率分布函数累积故障概率分布函数F(t) = P(Tt)F(t) = 1R(t) R(t) + F(t) = 1 第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识l可靠度函数可靠度函数 能力能力概率概率可靠度可靠度 R ( t ) = P ( T t ) T 产品故障前的工作时间，随机变量。产品故障前的工作时间，随机变量。 t规定时间规定时间 设有设有No个产品投入使用，个产品投入使用，r(t)故障数。故障数。 R(t) =

8、 (No - r(t) ) / No F(t) = r(t) / No第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识l故障概率密度函数故障概率密度函数某种产品，试验可得直方图某种产品，试验可得直方图f(t) =lR ( t ) 、 F ( t ) 的性质的性质 取值范围（概率）取值范围（概率） 【0.1】单调性单调性 ：非增、非减非增、非减 对称性对称性 1F（t） 1R(t)第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识12.2.2 故障率与浴盆曲线故障率与浴盆曲线l故障率函数（失效率）故障率函数（失效率） 某时刻尚未发生故障的产品，在该时刻某时刻尚未发生故

9、障的产品，在该时刻后单位时间内发生故障的概率后单位时间内发生故障的概率故障率故障率（风险函数）（风险函数） (t)= 0 0 指数分布指数分布第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识l浴盆曲线浴盆曲线 第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识 早期故障阶段早期故障阶段 机械：跑合期（磨合期）、设计缺陷、机械：跑合期（磨合期）、设计缺陷、加工缺陷、安装缺陷加工缺陷、安装缺陷 偶然：偶然因素，操作、负荷偶然：偶然因素，操作、负荷 耗损：老化、疲劳、磨损、腐蚀。可耗损：老化、疲劳、磨损、腐蚀。可通过维修、更换通过维修、更换第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识l故障率与可靠度及故障密度函数的

10、关系故障率与可靠度及故障密度函数的关系 四个四个函数之间的关系：函数之间的关系： R ( t ) F ( t ) ( t ) f ( t )第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识12.2.3 平均故障前时间与平均故障间隔时间平均故障前时间与平均故障间隔时间l平均故障前时间（平均故障前时间（MTTF） MTTF = t i / N 每个产品的寿命每个产品的寿命l平均故障间隔时间（平均故障间隔时间（ MTBF ） MTBF = t i / N 每次故障前的寿命每次故障前的寿命 产品的产品的MTBF与产品维修效果有关。与产品维修效果有关。 基本修复和完全修复基本修复和完全修复 第第12章章 可靠

11、性基础知识可靠性基础知识l产品的特征寿命产品的特征寿命 产品寿命：可靠寿命、使用寿命、总寿命、产品寿命：可靠寿命、使用寿命、总寿命、贮存期限贮存期限 可靠寿命：可靠寿命：t R 一定可靠度下的寿命一定可靠度下的寿命 使用寿命：使用寿命：t r 一定故障率下的寿命一定故障率下的寿命 总寿命：投入使用到报废的总工作时间总寿命：投入使用到报废的总工作时间 贮存期限：在规定条件下，产品能贮存的贮存期限：在规定条件下，产品能贮存的日历持续时间日历持续时间启封使用能满足规定要求。启封使用能满足规定要求。第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识l平均修复时间平均修复时间MTTR和可用度和可用度A MTTR

12、 = i / N A =MTBF/ (MTTR +MTBF)第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识12.3 可靠性设计、分析可靠性设计、分析12.3.1 可靠性设计可靠性设计 产品的可靠性与设计、生产和管理相关产品的可靠性与设计、生产和管理相关 可靠性设计水平与固有可靠性关系重大。可靠性设计水平与固有可靠性关系重大。 可靠性设计的主要技术：可靠性设计的主要技术：l规定定性定量的可靠性要求规定定性定量的可靠性要求可靠性指标可靠性指标l指标体系：目标、产品质量水平、考核、验指标体系：目标、产品质量水平、考核、验证、动力，证、动力，MTBF、MTTF、 MTTR、 A、(t)(t) 、R(t)第

13、第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识12.3.2 可靠性模型可靠性模型 产品系统级、分系统级、部件级的可靠产品系统级、分系统级、部件级的可靠性模型性模型 功能功能数学数学方法：方法：定量的可靠性分析，定量的可靠性分析，分配、预计、评估分配、预计、评估 乘法模型（串联）乘法模型（串联） 加法模型（并联）加法模型（并联）第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识12.3.3 可靠性分配可靠性分配 Rs ( t ) = f (R1, R 2,Rn)Rs* ：R1*, R2*, Rn*把总的可靠性定量要求分配到规定

14、的层把总的可靠性定量要求分配到规定的层次，使可靠性、性能、经济性达到综合平次，使可靠性、性能、经济性达到综合平衡。衡。 s = i -i -i= i= s /n第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识l评分分配法：评分分配法： i i= C= Ci is C Ci i 第第i i个子系统的评分系数个子系统的评分系数 C Ci i = = w wi i/ /w w w wii第第i i个子系统的评分数个子系统的评分数 w w系统的评分数系统的评分数第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识12.3.4 可靠性预计可靠性预计 对产品可靠性的定量估计对产品可靠性的定量估计 R1，R2， Rn Rs

15、 串联模型：串联模型： Rs = R1 * R2 * * Rn = R i 相似产品可靠性数据、结构构成、特点、相似产品可靠性数据、结构构成、特点、环境环境第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识12.3.5 可靠性设计准则可靠性设计准则l原有的工程经验总结：条理化、系统化、原有的工程经验总结：条理化、系统化、标准化、科学化。标准化、科学化。l产品类型、重要程度及要求、特点，类似产品类型、重要程度及要求、特点，类似产品经验，已有的标准、规范，概率设计产品经验，已有的标准、规范，概率设计方法方法第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识l耐环境设计耐环境设计l产品使用环境的影响：振动、冲击、噪

16、音、产品使用环境的影响：振动、冲击、噪音、防潮、防腐、热设计。防潮、防腐、热设计。l电子元器件的选用与控制（数据）电子元器件的选用与控制（数据）l电子元器件可靠性设计数据。电子元器件可靠性设计数据。l电磁兼容性设计电磁兼容性设计l降额设计和热设计降额设计和热设计第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识12.4 可靠性分析可靠性分析12.4.1 故障模式影响及危害性分析故障模式影响及危害性分析（FMECA） 可靠性可靠性故障，减少故障故障，减少故障危害、安全危害、安全性性可靠性影响可靠性影响 故障模式故障模式产品功能影响产品功能影响单点故障。单点故障。 影响的严重程度（严酷度）发生概率影响的严

17、重程度（严酷度）发生概率危害提出可能的预防危害提出可能的预防第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识lFMECA实施步骤实施步骤l危害性矩阵图危害性矩阵图 危害性危害性以线段长段评定以线段长段评定lFMECA用途用途 确定关键件和重要件确定关键件和重要件 单点故障和薄弱环节单点故障和薄弱环节 为维修性、测试性、安全性、保障性、为维修性、测试性、安全性、保障性、试验提出信息试验提出信息第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识lFMECA的工作效果因素的工作效果因素 分析者的水平分析者的水平 可利用的信息可利用的信息 分析的时机，设计过程分析的时机，设

18、计过程第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识12.4.2 维修性设计维修性设计 产品的维修性是设计出来的。产品的维修性是设计出来的。 维修性定性设计主要有：简化设计、可达维修性定性设计主要有：简化设计、可达性设计、标准化互换性与模块化设计、防性设计、标准化互换性与模块化设计、防差错及识别标志设计、维修安全设计、故差错及识别标志设计、维修安全设计、故障检测设计、维修中人素工程设计等。障检测设计、维修中人素工程设计等。第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识 (1)简化设计：尽可能采用最简单的结构和外简化设计：尽可能采用最简单的结构和外形形, 以以 降低对使用和维修人员的技能要求。降低对使用

19、和维修人员的技能要求。 (2)可达性设计：是当产品发生故障进行维修可达性设计：是当产品发生故障进行维修时时, 容易接近需维修部位的设计。容易接近需维修部位的设计。 (3)标准化、互换性与模块化设计。标准化、互换性与模块化设计。 (4)防差错及识别标志设计。防差错及识别标志设计。 (5)维修安全性设计。维修安全性设计。 (6)故障检测设计。故障检测设计。 (7)维修中的人素工程设计维修中的人素工程设计。第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识12.5 可靠性试验可靠性试验l作用：调查、分析和评价的手段作用：调查、分析和评价的手段l目的：定量要求，合格与否目的：定量要求，合格与否 保证可靠性，实

20、现可靠性增长保证可靠性，实现可靠性增长l分类：分类：地点地点实验室、现场试验实验室、现场试验 目的目的工程试验、统计试验工程试验、统计试验 应力筛选、鉴定应力筛选、鉴定 可靠性增长、验收可靠性增长、验收第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识12.5.1 环境应力筛选环境应力筛选 低于极限的环境应力，模拟真实条件。低于极限的环境应力，模拟真实条件。 剔除早期故障，剔除早期故障， 100%筛选筛选12.5.2 可靠性增长可靠性增长 暴露产品薄弱环节，改进薄弱环节，提高暴露产品薄弱环节，改进薄弱环节，提高可靠性可靠性 Rs = R1 * R2 * * Rn = R i Rs Min ( R i)第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识12.5.3 可靠性测定试验可靠性测定试验 测定产品的测定产品的R 定时、定数截尾定时、定数截尾 MTBF指数分布为前提假设指数分布为前提假设12.5.4 可靠性鉴定试验可靠性鉴定试验 开发产品的开发产品的R规定规定R要求的验证。要求的验证。 具有代表性的产品，规定的条件，定型依据具有代表性的产品，规定的条件，定型依据国家标准，企业标准国家标准，企业标准第第12章章 可靠性基础知识可靠性基础知识12.5.5 验