可信性与产品安全

1、可信性与产品安全可信性概述可信性概述可信性管理可信性管理可信性设计可信性设计可信性的验证、确认和试验可信性的验证、确认和试验产品安全性产品安全性一、质量观念的改变；一、质量观念的改变；二、可信性的基本概念；二、可信性的基本概念；1 1、可靠性及特、可靠性及特征量征量2 2、维修性及特征量、维修性及特征量3 3、保障性、保障性4 4、可、可用性用性5 5、效能；、效能；三、常见寿命函数三、常见寿命函数 一、可信性工作的指导思想；一、可信性工作的指导思想；二、产品寿命周期各阶段的可信性工作；二、产品寿命周期各阶段的可信性工作；三、可信性保证大纲及可信性计划；三、可信性保证大纲及可信性计划；四、产品

2、可信性目标；四、产品可信性目标；五、设计评审；五、设计评审； 一、可信性设计；一、可信性设计；二、可靠性预计及分配；二、可靠性预计及分配；三、系统可靠性的分析方法；三、系统可靠性的分析方法；1 1、FMEAFMEA；2 2、FTAFTA；四、元器件大纲四、元器件大纲 一、可信性试验概述一、可信性试验概述二、可靠性筛选；二、可靠性筛选；三、可靠性试验三、可靠性试验 一、安全性大纲的内容；一、安全性大纲的内容；二、安全性措施优先考虑的次序；二、安全性措施优先考虑的次序；三、产品安全性设计的要点三、产品安全性设计的要点 第一节第一节 可信性概述可信性概述 一、质量观念的改变一、质量观念的改变 性能性

3、能效能效能E (effectiveness)E EADC ADC 如飞机如飞机的速度；的速度；高度高度想用的时候能用想用的时候能用( (招之即来招之即来) )的可能性叫产品的可用性。的可能性叫产品的可用性。在能用的前提下，执行任务在能用的前提下，执行任务有一个过程，能完成这个过有一个过程，能完成这个过程的可能性程的可能性( (来之能战来之能战) )叫产叫产品的狭义可信性品的狭义可信性D D。最终，满足定量特性要求的最终，满足定量特性要求的能力能力( (战之能胜战之能胜) )叫产品的固叫产品的固有能力（性能）有能力（性能）可用性可用性A ( (avalibility)avalibility)可能

4、性可能性D D（也叫产品的也叫产品的狭义可信性）狭义可信性）固有能力固有能力C C (capability(capability）转变一：转变一：价廉价廉 转变二：转变二：“费效比费效比”即产品的即产品的效能效能E E与与LCCLCC之比之比转变三、不同方案中转变三、不同方案中作优选决策的根本因作优选决策的根本因素：素：产品的寿命周期费用产品的寿命周期费用“LCC”LCC”(life cycle cost)(life cycle cost)。 产品的质量指标是产品技术性能指标和产品可信性指标的总和。产品的质量指标是产品技术性能指标和产品可信性指标的总和。可信性指标和技术性能指可信性指标和技术性

5、能指标最大的区别点在于标最大的区别点在于：技：技术性能不涉及时间因素，术性能不涉及时间因素，它可以用仪器来测量；可它可以用仪器来测量；可信性与时间紧密联系，必信性与时间紧密联系，必须进行大量的试验分析和须进行大量的试验分析和统计分析，调查研究以及统计分析，调查研究以及数学计算。数学计算。 转变四：转变四：可靠性可靠性 可信性工程可信性工程RMSRMSRMSSRMSS 包括可靠性工程包括可靠性工程R R 维修性工程维修性工程M 保障性工程保障性工程S S 安全性工程安全性工程S S产品的出现伤害或损坏产品的出现伤害或损坏的风险限制在可接受的的风险限制在可接受的水平之内的特性称为产水平之内的特性称

6、为产品的品的“安全性安全性”（safetysafety），也即产品，也即产品不发生恶性事故的能力。不发生恶性事故的能力。 不安全首先是出现故障，因此安全性与可靠性密切相关，不安全首先是出现故障，因此安全性与可靠性密切相关，但安全性还有一个后果防护问题，所以也独立发展成为一但安全性还有一个后果防护问题，所以也独立发展成为一门安全性工程。门安全性工程。 二、可信性的基本概念二、可信性的基本概念 可信性可信性(dependability)(dependability)是一个非定量的集合技术语，它用是一个非定量的集合技术语，它用来表示可用性来表示可用性A A及其影响因素：可靠性及其影响因素：可靠性R

7、R，维修性，维修性M M，保障性，保障性S S。 基于以下背景，可信性问题也日益受到人们的重视。基于以下背景，可信性问题也日益受到人们的重视。产品的日益复杂。产品的日益复杂。 使用环境的日益恶劣。使用环境的日益恶劣。 装配密度的不断提高。装配密度的不断提高。 产品周期的不断缩短。产品周期的不断缩短。可信性直接影响总费用。可信性直接影响总费用。 （一）可靠性及其特征量（一）可靠性及其特征量 1 1、可靠性（、可靠性（ReliabilityReliability）的概念）的概念 可靠性是指产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定的可靠性是指产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定的功能的能力。功能

8、的能力。 指产品工作时所处的全部外部作用条件。指产品工作时所处的全部外部作用条件。包括：气候条件包括：气候条件( (如温度、湿度、气压、风向、如温度、湿度、气压、风向、日照等日照等) )、机械负载、机械负载( (如振动、冲击、加速度如振动、冲击、加速度) )、辐射环境（核辐射，电磁辐射）、使用条件辐射环境（核辐射，电磁辐射）、使用条件( (如如工作时间、供电电压工作时间、供电电压) )，维护条件等。，维护条件等。 同一产品在不同条件下其可靠性差别很大。同一产品在不同条件下其可靠性差别很大。 指产品预定寿命指产品预定寿命 家用电器安全使用年限细则规定：彩电、家用电器安全使用年限细则规定：彩电、空

9、调空调8 81010年，电热水器、洗衣机、煤气灶年，电热水器、洗衣机、煤气灶8 8年，电冰箱年，电冰箱12 12 1616年，个人电脑年，个人电脑6 6年，年，微波炉微波炉1010年，电动剃须刀年，电动剃须刀4 4年年指产品应具有的技术性能指标指产品应具有的技术性能指标 所谓可靠性，准确地说，就是在规定的使用寿命周期内，产品成所谓可靠性，准确地说，就是在规定的使用寿命周期内，产品成功地完成规定功能的能力。功地完成规定功能的能力。 2 2、故障及其分类、故障及其分类（1 1）故障的定义。）故障的定义。 在规定的环境条件和使用条件下，产品丧失所规定的功能称在规定的环境条件和使用条件下，产品丧失所规

10、定的功能称为故障。（对于不可修复的产品，故障亦可称为失效）为故障。（对于不可修复的产品，故障亦可称为失效） （2 2）故障的表现形式。）故障的表现形式。 间隙故障和永久性故障。间隙故障和永久性故障。 间隙故障是指在某一时间内呈现故障状态，然后自然地间隙故障是指在某一时间内呈现故障状态，然后自然地恢复其功能，并且反复出现的一类故障；恢复其功能，并且反复出现的一类故障； 永久性故障是指由零部件发生物理性损坏而产生的故障永久性故障是指由零部件发生物理性损坏而产生的故障 可靠性的稳定性问题主要是研究间隙故障可靠性的稳定性问题主要是研究间隙故障 从属故障即是指产品中由于其他故障所引起的相关故障。从属故障

11、即是指产品中由于其他故障所引起的相关故障。 局部故障和整体故障。局部故障和整体故障。 产品中某些部分发生故障而使系统内某一个部分产品中某些部分发生故障而使系统内某一个部分( (或几个部或几个部分分) )停止功能，而产品仍可继续完成其他功能者称为局部故障。停止功能，而产品仍可继续完成其他功能者称为局部故障。 而当产品某些局部发生故障后，使产品丧失全部功能时称为而当产品某些局部发生故障后，使产品丧失全部功能时称为整体故障。整体故障。 区别这两种故障有利于制定维修规划、组织维修工作和确定维修区别这两种故障有利于制定维修规划、组织维修工作和确定维修方式。方式。 包括未按规定使用条件运行而引起的误用故障

12、；违反操作规包括未按规定使用条件运行而引起的误用故障；违反操作规程而引起的事故故障；由于对产品性能不充分理解或所收集的数程而引起的事故故障；由于对产品性能不充分理解或所收集的数据有错误而错误地作出据有错误而错误地作出“有故障有故障”的判定的误判故障；自然的和的判定的误判故障；自然的和人为的灾害所造成的灾害故障等。人为的灾害所造成的灾害故障等。在估计产品的可靠性时，这一类故障一般都不予考虑。在估计产品的可靠性时，这一类故障一般都不予考虑。 突然故障和退化故障。突然故障和退化故障。 产品突然发生故障，它通常使产品完全丧失规定的功能，产品突然发生故障，它通常使产品完全丧失规定的功能，称突然故障。称突

13、然故障。 由于零部件由于零部件( (元器件元器件) )的原材料老化，致使其参数逐渐变化，的原材料老化，致使其参数逐渐变化，称为退化故障称为退化故障在可靠性理论中，把故障划分为突然故障和退化故障是十分重要在可靠性理论中，把故障划分为突然故障和退化故障是十分重要的；使人们可以根据故障的性质来选择计算可靠性的方法和找出的；使人们可以根据故障的性质来选择计算可靠性的方法和找出故障位置的方法。故障位置的方法。 可靠性的特征量有：可靠性的特征量有：“可靠度可靠度”、“失效率失效率”、“平均故障间平均故障间隔时间隔时间”、“失效前平均时间失效前平均时间”。 产品在规定的条件下，在规定的时间内丧失规定的功能的

14、概率产品在规定的条件下，在规定的时间内丧失规定的功能的概率叫失效率，通常用叫失效率，通常用F F表示。表示。 在规定的时间内，未失效的产品数与开始工作时的产品总数之在规定的时间内，未失效的产品数与开始工作时的产品总数之比叫做可靠度，用比叫做可靠度，用R R表示。表示。 R+FR+F1 1 例：有例：有110110只电子管，在开始工作的只电子管，在开始工作的500500小时内，有小时内，有1010只失效，求电只失效，求电子管在这段时间内的可靠度。子管在这段时间内的可靠度。 失效率失效率F F 100100 1001009 90909 可靠度可靠度R R1-F1-F1- 91- 909099090

15、9191 取取700700只电子管作寿命试验，有的电子管到只电子管作寿命试验，有的电子管到160160小时就损坏了，小时就损坏了，有的有的300300小时、小时、500500小时，有的小时，有的10001000小时、小时、15001500小时、小时、20002000小时，小时，也有的长达也有的长达30003000小时左右，这时小时左右，这时700700只电子管全部损坏了。若每只电子管全部损坏了。若每次取次取700700只电子管作寿命试验，记录每只电子管的失效时间，经只电子管作寿命试验，记录每只电子管的失效时间，经过多次试验，就会积累大量数据。分析这些数据，发现电子管的过多次试验，就会积累大量数

16、据。分析这些数据，发现电子管的寿命虽然参差不齐，但失效时间的分布是有一定规律的。寿命虽然参差不齐，但失效时间的分布是有一定规律的。开开始始工工作作时时的的总总数数失失效效产产品品数数11011010100 01 1f f( (t t) )d dt t N Ni in ni if f 如果将失效频率的累积数如果将失效频率的累积数F(t)F(t)当纵坐标，当纵坐标，t t当横坐标；所得的当横坐标；所得的曲线，称为累积分布曲线。如图曲线，称为累积分布曲线。如图 dtdtt t0 0f(t)f(t)F(t)F(t)d dt td dF F( (t t) )f f( (t t) )dtdtt t0 0f

17、(t)f(t)dtdt0 0f(t)f(t)d dt td dR R( (t t) )d dt td dF F( (t t) )f f( (t t) ) 产品的瞬时失效率（故障率）产品的瞬时失效率（故障率）(t) (t) ，简称产品的失效率。，简称产品的失效率。它是衡量产品可靠性的一个十分重要的指标。它是衡量产品可靠性的一个十分重要的指标。R(t)R(t)f(t)f(t)F(t)F(t)- -1 1f(t)f(t)(t)(t)n(t)n(t)- -N Nn(t)n(t)- -N N(t)(t)(t)(t)t(t(n(t)n(t)- -t)t)n(tn(tt tn(t)/n(t)/- -t)t)

18、n(tn(tF(t)F(t)- -1 1f(t)f(t)F(t)F(t)- -t1t1F(t)F(t)- -t)t)F(tF(tlimlim N Nn(t)n(t)- -t1t1N Nn(t)n(t)- -N Nt)t)n(tn(tlimlimn(t)n(t)- -tNtNn(t)n(t)- -t)t)n(tn(tlimlim(t)(t)limlim(t)(t)0t 例：某种元器件共例：某种元器件共100100只，工作只，工作5 5年失效年失效4 4只，工作只，工作6 6年失效年失效7 7只，求此种元器件只，求此种元器件在在t t5 5年时的失效率。年时的失效率。 解：由失效率近似值公式解：由

19、失效率近似值公式 1 10 00 00 0小小时时小小时时3 3. .6 6F Fi it t/ / /1 10 01 10 03 3. .6 6/ /小小时时1 10 0. .6 60 0. .0 03 32 2 / /年年3 34 4 - - 1 10 00 01 14 4- -7 7n n( (t t) ) - -t t ( (N Nn n( (t t) )- -t t) )n n( (t t5 5) )( (t t3 39 9- -6 6电子产品失效率采用电子产品失效率采用FitFit作单位。作单位。小小时时/ /1 10 01 10 0/ /小小时时1 10 01 1F Fi it

20、t3 36 69 9按目前的标准按目前的标准规定，规定，电子电子元元器件的失效率器件的失效率分为七个等级，分为七个等级，见右表见右表 名称名称符号符号最大失效率（最大失效率（1/1/小时）小时）亚五级亚五级Y Y3 31010-5-5五级五级W W1 11010-5-5六级六级R R1 11010-6-6七级七级Q Q1 11010-7-7八级八级B B1 11010-8-8九级九级J J1 11010-9-9十级十级S S1 11010-10-10表示表示10109 9个元器件在一小时内个元器件在一小时内有一个失效，或在有一个失效，或在10001000小时小时内某元器件失效的可能性为内某元器

21、件失效的可能性为百万分之一百万分之一因为：因为：d dt tF F( (t t) ) - -d d l ln n 1 1d dt t d d l ln n R R( (t t) ) R R( (t t) )d dt td dR R( (t t) )F F( (t t) )- -1 1f f( (t t) )( (t t) )( (t t) )d dt tt t0 0l ln n R R( (t t) ) d(t)d(t)dR(t)dR(t)f(t)f(t)所以：所以：即即 得出可靠度与失效率关系公式：得出可靠度与失效率关系公式： e( (t t) )d dt tR R( (t t) )t t0

22、 0例：设某电子产品寿命分例：设某电子产品寿命分布服从指数分布，求该产布服从指数分布，求该产品失效率。品失效率。 解：产品寿命服从指数分布，即说明此产品失效解：产品寿命服从指数分布，即说明此产品失效概率密度函数为概率密度函数为 ettf)(eeeetttttttRtftdtdttftFtR00)()()(1)(1)(1)(得：得：寿命分布为指数分布的产品，它的失寿命分布为指数分布的产品，它的失效率是一个常数，与时间效率是一个常数，与时间t t无关。无关。 （2 2）平均寿命）平均寿命MTTFMTTF与平均故障间隔与平均故障间隔MTBF MTBF 对于不可维修产品，从使用开始到发生故障的寿命均值

23、，称平对于不可维修产品，从使用开始到发生故障的寿命均值，称平均寿命。记为均寿命。记为MTTFMTTF（Mean Time to FailureMean Time to Failure）。）。 对于可修复产品，从一次故障到下一次故障的时间均值，称为对于可修复产品，从一次故障到下一次故障的时间均值，称为平均故障间隔，记为平均故障间隔，记为MTBFMTBF（Mean Time Between FailureMean Time Between Failure）。 平均寿命的倒数即故障率平均寿命的倒数即故障率 产品从制造完成，交付使用到出现不修复的故障或不能接受的故产品从制造完成，交付使用到出现不修复的

24、故障或不能接受的故障率时的寿命单位数叫产品的障率时的寿命单位数叫产品的“使用寿命使用寿命”。 “ “耐久性耐久性”（durabilitydurability）是产品在规定的使用和维修条件下，）是产品在规定的使用和维修条件下，其使用寿命的一种度量。它是产品可靠性的另一重要参数。其使用寿命的一种度量。它是产品可靠性的另一重要参数。 产品在规定的条件下储存时，仍能满足规定质量要求的时间长度产品在规定的条件下储存时，仍能满足规定质量要求的时间长度称为储存寿命称为储存寿命。 对于可维修产品，一个产品的全部时间通常可以分成工作时间对于可维修产品，一个产品的全部时间通常可以分成工作时间T TU U及不工作时

25、间及不工作时间T TN N两部分，不工作是由于产品出现故障进行维修而两部分，不工作是由于产品出现故障进行维修而引起的。引起的。 设其间一共出了设其间一共出了n n次故障，则产品的平均寿命次故障，则产品的平均寿命T TU Un n。 平均寿命可利用求解连续随机变量的数学期望而得出。平均寿命可利用求解连续随机变量的数学期望而得出。(t)dtR(t)dtftMTTF00(t)dtR(t)dtftMTBF00/1dte(t)dtRMTTF0t0寿命分布服从指数分布的产品，其平均寿命与失效率互为倒数。寿命分布服从指数分布的产品，其平均寿命与失效率互为倒数。 (Maintainability)(Maint

26、ainability)产品在规定条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法进行产品在规定条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到规定状态的能力叫维修时，保持或恢复到规定状态的能力叫“维修性维修性” ” 维修（维修（maintenancemaintenance）是使产品保持规定状态或恢复到规定状态）是使产品保持规定状态或恢复到规定状态所进行的全部活动。所进行的全部活动。 维修包括维护和修理两个方面。维修包括维护和修理两个方面。 维护是为使产品保持规定状态所需采取的措施，也称为维护是为使产品保持规定状态所需采取的措施，也称为“保养保养”。维护是一种日常的控制过程，其目的是保持

27、产品所具有的可靠性。维护是一种日常的控制过程，其目的是保持产品所具有的可靠性。 修理是在产品发生故障后，寻找故障的部位并进行修复等一系列修理是在产品发生故障后，寻找故障的部位并进行修复等一系列活动，其目的是将产品恢复到投入使用时刻所具有的性能指标和可活动，其目的是将产品恢复到投入使用时刻所具有的性能指标和可靠性水平。靠性水平。 维修通常分为预防性维修与修复性维修。维修通常分为预防性维修与修复性维修。2 2、维修性特征量、维修性特征量 有：有：“平均修复时间平均修复时间”、“平均维护时间平均维护时间”、“维修度维修度”等。等。（1 1）维修度）维修度M M（t t） 它是指在规定条件下、规定时间

28、内它是指在规定条件下、规定时间内(0(0，t)t)按规定的程序和方法按规定的程序和方法维修，使产品由故障状态恢复到完成规定功能状态的概率维修，使产品由故障状态恢复到完成规定功能状态的概率 当当t t0 0时，所有产品均处于完时，所有产品均处于完全故障状态，经过全故障状态，经过t t时间段的时间段的维修，完全恢复正常功能的产维修，完全恢复正常功能的产品所占比例。品所占比例。 dtdt0 0m(t)m(t)t tM(t)M(t)m m（t t）即维修概率密度函数。）即维修概率密度函数。 （2 2）修复率）修复率（t t） 设产品在时刻设产品在时刻t t处于维修状态，在处于维修状态，在t t时瞬时修

29、复的概率称为产时瞬时修复的概率称为产品的修复率，记为品的修复率，记为(t)(t)。 即产品在特定时刻即产品在特定时刻t t，单位时间完成修理的瞬间概率。它表，单位时间完成修理的瞬间概率。它表示修复的瞬时特性。示修复的瞬时特性。M M( (t t) )- -1 1( (t t) )m m( (t t) )（3 3）平均修复时间（）平均修复时间（MTTRMTTR）（）（Mean Time To RepairMean Time To Repair） 平均修复时间应为维修时间平均修复时间应为维修时间T T的数学期望的数学期望 一个产品的不工作时间一个产品的不工作时间T TN N包括在维修人员、设备、备

30、件等齐全的包括在维修人员、设备、备件等齐全的条件下，用于直接维修工作的时间，叫条件下，用于直接维修工作的时间，叫“直接维修时间直接维修时间” ” TmTm。 设产品在其间一共出了设产品在其间一共出了n n次故障，从而维修次故障，从而维修n n次，则平均维修时间次，则平均维修时间MTTRMTTRTmTmn n。dt(t)M(t)dtmtMTTR001 维修性好就是平均维修时间短。维修性好就是平均维修时间短。（4 4）平均维护时间）平均维护时间MTTMMTTM（Mean Time To MaintenanceMean Time To Maintenance） 与讨论平均修复时间相同与讨论平均修复时

31、间相同 下表是可靠度与维修度的比较下表是可靠度与维修度的比较可靠度可靠度 维修度维修度 累积分布累积分布F F（t t）（有故障）（有故障）R R（t t）（无故障）（无故障） M M（t t）（已修复）（已修复）1-M1-M（t t）（尚未修复）（尚未修复） 密度函数密度函数失效率失效率（故障率）（故障率） （维修率）（维修率） 指数分布平均时间指数分布平均时间MTBF =1/ MTBF =1/ MTTR =1/ MTTR =1/ M M( (t t) )- -1 1( (t t) )m m( (t t) )F F( (t t) )- -1 1( (t t) )f f( (t t) )dtd

32、tf(t)f(t)dF(t)dF(t)d dt tm m( (t t) )d dM M( (t t) )可靠性很高的产品，当然可以减少维修的次数，然而，这样的产品可靠性很高的产品，当然可以减少维修的次数，然而，这样的产品并不一定就有良好的维修性。并不一定就有良好的维修性。 （三）保障性（三）保障性S S（SupportabilitySupportability） 产品的设计特性和计划的保障资源能满足使用要求的能力称为产品的设计特性和计划的保障资源能满足使用要求的能力称为产品的产品的“保障性保障性”。 在规定的条件下和规定的时间内，产品在某一规定的维修级别在规定的条件下和规定的时间内，产品在某一

33、规定的维修级别上的维修延误时间反映产品的上的维修延误时间反映产品的“保障性保障性”。一个产品的全部时间构成如图一个产品的全部时间构成如图全部时间全部时间T T工作时间工作时间TuTu不工作时间不工作时间T TN N直接维修时间直接维修时间T TM 延误时间延误时间T TD D 在维修人员、设备、备在维修人员、设备、备件等齐全的条件下，用件等齐全的条件下，用于直接维修工作的时间于直接维修工作的时间由于保障资源补给或管由于保障资源补给或管理原因未能及时对产品理原因未能及时对产品进行维修所延误进行维修所延误的的时间时间 T TD D是一个随机变量，它的数学期望为平均延误时间（是一个随机变量，它的数学

34、期望为平均延误时间（Mean Delay Mean Delay TimeTime，MDTDT）。）。MDTDT T TD Dn n。（。（n n为故障次数）为故障次数）MDTDT是保障性的重要参数。是保障性的重要参数。MDTDT愈短愈好。在理想情况下，愈短愈好。在理想情况下，MDT=0DT=0。（四）可用性（有效性）及其特征量（四）可用性（有效性）及其特征量1、可用性（、可用性（Availability）概念）概念 产品在任一随机时刻需要开始和执行任务时，处于可工作或产品在任一随机时刻需要开始和执行任务时，处于可工作或可使用状态的程度叫产品的可使用状态的程度叫产品的“可用性可用性”。 可用性是

35、关于产品可用能力的一般概念，它是综合反映了产可用性是关于产品可用能力的一般概念，它是综合反映了产品可靠性和维修性所达到的成绩。是在任意时刻使用产品时，该产品可靠性和维修性所达到的成绩。是在任意时刻使用产品时，该产品在这一时刻可用的能力。（即，所谓可用性是指可维修产品在某品在这一时刻可用的能力。（即，所谓可用性是指可维修产品在某一时刻具有或维持规定功能的能力。）一时刻具有或维持规定功能的能力。） 2 2、可用性特征量、可用性特征量可用度（有效度）可用度（有效度）A A（t t） 设产品所处状态为设产品所处状态为X(t)X(t)，且在任意时刻，且在任意时刻t t只可能出现正常工作只可能出现正常工作

36、或故障两种可能性的任意一种，即对于或故障两种可能性的任意一种，即对于t t0 0时时状态状态 产品处于正常工作 产品处于正常工作产品处于故障状态产品处于故障状态0 01 1X(t)X(t) 可用度就是产品在时刻可用度就是产品在时刻t t处于正常工作状态的概率，记为处于正常工作状态的概率，记为A(t)A(t)。 即：即： A(t)A(t)PX(t)PX(t)0 0 （可用产品数与所有产品数之比）（可用产品数与所有产品数之比）该定义不考虑该定义不考虑t t时刻之前产品曾否失效或经过维修，仅考虑时刻之前产品曾否失效或经过维修，仅考虑t t时刻时刻所处状态，是一个瞬时概率问题。所处状态，是一个瞬时概率

37、问题。是不发生故障的可靠度与排除故障的维修度的综合度量。是不发生故障的可靠度与排除故障的维修度的综合度量。 对单位产品来说：由产品的时间构成得出对单位产品来说：由产品的时间构成得出MDTMTTRMTBFMTBFnTnTnTnTTTTTTTTA(t)DMUUDMUUNUU可用性取决于可靠性参数可用性取决于可靠性参数MTBFMTBF，维修性参数，维修性参数MTTRMTTR及保障性参数及保障性参数MDTMDT。 MDT=0MDT=0时，上式转化为固有可用性时，上式转化为固有可用性Ai Ai MTTRMTBFMTBFA(t) 表表 8181个主液压泵的故障发生时间个主液压泵的故障发生时间 单位单位(

38、( 时时: :分分) ) 124:40 263:29 200:51 26:47 105:49 124:40 263:29 200:51 26:47 105:49 195:05 177:30 225 152:31 131 195:05 177:30 225 152:31 131 198 95 30 87 296 198 95 30 87 296 0:22 266:49 67:14 335:42 310 0:22 266:49 67:14 335:42 310 400 379 22:37 189:59 103 400 379 22:37 189:59 103 191 162 176:25 152:

39、16 11:12 191 162 176:25 152:16 11:12 228:48 40:31 74:10 49:23 29:13 228:48 40:31 74:10 49:23 29:13 92:11 148:30 13 302 91:12 92:11 148:30 13 302 91:12 68 179:39 489 175 331 68 179:39 489 175 331 127 266 4 56:12 583:31 127 266 4 56:12 583:31 259 547 591:27 652:50 631 259 547 591:27 652:50 631 619:34

40、260:39 31:52 188 243:12 619:34 260:39 31:52 188 243:12 33:49 66:15 289:10 104:42 636:15 33:49 66:15 289:10 104:42 636:15 39:12 49:11 161:31 50 126 39:12 49:11 161:31 50 126 198 126 119 7 167 198 126 119 7 167 112 261 389 251 230 112 261 389 251 230 16 16 解：解：1 1确定可靠度函数确定可靠度函数R(t)R(t) 将表中数据从将表中数据从0 0

41、至至700700小时分成小时分成1414组，取时间间隔组，取时间间隔t t5050小时，小时，N N8181。 (1)(1)作产品故障数直方图，第作产品故障数直方图，第i i组故障数组故障数r ri i。 81rN141ii(2)(2)作产品累积故障数直方图作产品累积故障数直方图 产品累积故障数为：产品累积故障数为： i1jjrri(3)(3)作产品累积故障频率直方图作产品累积故障频率直方图 累积故障频率：累积故障频率：NtrtFNrii/ )()(/F (4) (4)作产品可靠度曲线作产品可靠度曲线 R(t)R(t)1-F(t) 1-F(t) 图中曲线可近似看作指数曲线。图中曲线可近似看作指

42、数曲线。由此得知，该泵的累积失效由此得知，该泵的累积失效分布函数可假设为指数分布。分布函数可假设为指数分布。 为验证假设的正确性，可进行皮尔逊为验证假设的正确性，可进行皮尔逊2 2检验，可靠度函数表检验，可靠度函数表达为：达为： ettR)( 其中：其中：为泵的失效率为泵的失效率 2 2计算泵的平均无故障工作时间计算泵的平均无故障工作时间 197小时8116283.33124.67tN1MTBFN1ii3. 3. 计算计算(t)(t) 由于泵的累积失效分布为指数分布：由于泵的累积失效分布为指数分布： 1/ MTBF1/ MTBF1/1971/1975 50760761010-3-3小时小时 e

43、ttR005076.0)( 4 4计算计算M(t)M(t)及及(t)(t) 按规定，该泵按规定，该泵700700小时进行一次预防维修，所要维修时间为小时进行一次预防维修，所要维修时间为3030小时。由于该泵的平均无故障工作时间为小时。由于该泵的平均无故障工作时间为197197小时，所以在预防小时，所以在预防维修周期维修周期700700小时内，平均会发生小时内，平均会发生700/197=3700/197=3次故障。又知这种故次故障。又知这种故障的平均修复时间为障的平均修复时间为1515小时，所以泵在一个工作周期内总的维修小时，所以泵在一个工作周期内总的维修时间为时间为30+1530+153 37

44、575小时。小时。 平均修复时间：平均修复时间：MTTRMTTR15(15(小时小时) ) 修复率：修复率： 1/ MTTR1/ MTTR1/151/150 00666706667小时小时 维修度：维修度： ttee06667.011M(t)5 5计算有效度计算有效度A A 0.8977301530）730（3时间能工作时间不能工作能工作时间A（五）效能及（五）效能及LCCLCC 1 1、效能（、效能（EffectivenessEffectiveness，E E） 产品在规定的条件下满足给定定量特征和服务要求的能力产品在规定的条件下满足给定定量特征和服务要求的能力称为产品的效能。称为产品的效能

45、。效能是产品可用性、狭义可信性及固有能力的综合反映。效能是产品可用性、狭义可信性及固有能力的综合反映。简单的表达式简单的表达式为：为：E=ADCE=ADC是在任意时刻开始是在任意时刻开始使用产品时，该产使用产品时，该产品在这一时刻可用品在这一时刻可用的能力。的能力。在规定的任务剖面在规定的任务剖面（任务执行中）的任（任务执行中）的任一随机时刻，能够使一随机时刻，能够使用且能完成规定功能用且能完成规定功能的能力称为产品的狭的能力称为产品的狭义可信性，一般用符义可信性，一般用符号号D D表示。表示。 产品在给定的内在产品在给定的内在条件下，满足给定条件下，满足给定的定量特性要求的的定量特性要求的自

46、身能力。自身能力。（CapabilityCapability，C C）。）。传统的产品性能就传统的产品性能就属于固有能力。属于固有能力。 取决于与任务取决于与任务有关的产品可有关的产品可靠性及维修性靠性及维修性的综合影响。的综合影响。 2 2、寿命周期费用、寿命周期费用LCCLCC（Life Cycle CostLife Cycle Cost） 产品从提出任务起到退出服务为止的整个寿命周期。产品从提出任务起到退出服务为止的整个寿命周期。 在产品寿命周期或其预期的有效寿命期内，在产品设计、研在产品寿命周期或其预期的有效寿命期内，在产品设计、研究和研制、投资、使用、维修及产品保障中发生的或可能发生

47、的究和研制、投资、使用、维修及产品保障中发生的或可能发生的一切直接的、间接的、派生的或非派生的与其他有关费用的总和一切直接的、间接的、派生的或非派生的与其他有关费用的总和称为寿命周期费用称为寿命周期费用. . 3 3、效费比、效费比 效能与效能与LCCLCC之比称为效能之比称为效能费用比，是领导部门优选产品费用比，是领导部门优选产品可行方案的重要依据。可行方案的重要依据。 表表 产品所用可信性指标示例产品所用可信性指标示例 使 用使 用条件条件修理可能修理可能性性 维护种类维护种类产品示例产品示例可信性指标示例可信性指标示例 连续连续使用使用 可修复可修复 预防性维修预防性维修电子计算机，武器

48、、车辆、电子计算机，武器、车辆、飞机、生产设备、雷达、指飞机、生产设备、雷达、指挥仪、锅炉挥仪、锅炉平均故障间隔时间平均故障间隔时间耐用寿命耐用寿命可用度可用度 事后维修事后维修机械器具、家庭用电器、电机械器具、家庭用电器、电视机等视机等平均故障间隔时间平均故障间隔时间耐用寿命耐用寿命早期失效率（如一年）早期失效率（如一年） 不可修复不可修复 使用到耗损使用到耗损失效为止失效为止电子元器件、机械零部件、电子元器件、机械零部件、一般消费用具等一般消费用具等失效率失效率平均寿命平均寿命失效分布情况及其参考失效分布情况及其参考 使用到一定使用到一定时间后弃去时间后弃去实行预防性维护的武器装备、实行预

49、防性维护的武器装备、设备的零部件、元器件，使设备的零部件、元器件，使用期比平均寿命长的零部件、用期比平均寿命长的零部件、元器件等元器件等失效率失效率平均寿命平均寿命失效分布情况及其参考失效分布情况及其参考 突 然突 然使用使用可修复可修复 预防性维护预防性维护过负荷继电器，某些武器等过负荷继电器，某些武器等效能（成功率）效能（成功率） 不可修复不可修复雷管、枪弹、炮弹、导弹等雷管、枪弹、炮弹、导弹等效能（成功率）效能（成功率） 三、常用寿命分布函数（寿命及平均寿命）三、常用寿命分布函数（寿命及平均寿命） 可信性研究的重点可信性研究的重点在于延长偶然失效期，即延长产品的有效寿命。在于延长偶然失效

50、期，即延长产品的有效寿命。这就需要研究寿命分布类型，这就需要研究寿命分布类型，即研究产品失效分布函数，它是描述即研究产品失效分布函数，它是描述产品失效的统计规律。产品失效的统计规律。 （一）指数性寿命分布（一）指数性寿命分布 1 1、指数分布、指数分布 密度分布函数密度分布函数f(t)f(t) 失效分布函数为失效分布函数为F(t)F(t) 产品可靠度产品可靠度R(t)R(t) 见图中公式见图中公式2 2、失效率、失效率(t)(t)其分布形式见图其分布形式见图 3 3、平均寿命、平均寿命( (或平均故障间隔或平均故障间隔) ) MTTF(MTTF(或或MTBF)MTBF)1/1/(1)(1)给定

51、可靠度给定可靠度R R（t t）=r=r时的产品寿命叫可靠寿命时的产品寿命叫可靠寿命Tr Tr (2)R(2)R（t t）=0.5=0.5时的产品寿命叫中位寿命。时的产品寿命叫中位寿命。 (3)R(3)R（t t）=e=e-1-1时产品的寿命叫特征寿命。时产品的寿命叫特征寿命。 2 2、正态分布、正态分布 （见光盘）（见光盘）3 3、威布尔分布、威布尔分布 （见光盘）（见光盘） 表表 常用的几种分布类型及其适用范围常用的几种分布类型及其适用范围 分布类型分布类型 适适 用用 范范 围围 指数分布指数分布 具有恒定故障率的部件、无余度的复杂系统、在耗具有恒定故障率的部件、无余度的复杂系统、在耗损

52、故障前进行定时维修的产品、故障设备经过修理或损故障前进行定时维修的产品、故障设备经过修理或更换的系统、由随机高应力导致故障的部件、使用寿更换的系统、由随机高应力导致故障的部件、使用寿命期内由于子部件质量差而引起失效、耗损影响小的命期内由于子部件质量差而引起失效、耗损影响小的部件部件 威布尔分威布尔分布布 滚珠轴承、继电器、开关、断路器、某些电容器、电滚珠轴承、继电器、开关、断路器、某些电容器、电子管、磁控管、电位计、陀螺、电动机、航空发电机、子管、磁控管、电位计、陀螺、电动机、航空发电机、蓄电池、机械液压恒速传动装置、液压泵、空气涡轮蓄电池、机械液压恒速传动装置、液压泵、空气涡轮起动机、齿轮、

53、活门、材料疲劳等起动机、齿轮、活门、材料疲劳等 对 数 正 态对 数 正 态分分 布布 电动绕组绝缘、半导体器件、硅晶体管、直升机旅翼电动绕组绝缘、半导体器件、硅晶体管、直升机旅翼叶片、飞机结构、金属疲劳等叶片、飞机结构、金属疲劳等 正态分布正态分布 飞机轮胎磨损、变压器、灯泡及某些机械产品飞机轮胎磨损、变压器、灯泡及某些机械产品 下图给出了几种分布的失效密度函数下图给出了几种分布的失效密度函数f(t)f(t)曲线、可靠度函数曲线、可靠度函数R R（t t）曲线和失效率曲线函数曲线和失效率曲线函数（t t）曲线。）曲线。 第二节第二节 可信性管理可信性管理一、可信性工作的基本指导思想一、可信性

54、工作的基本指导思想1 1可信性是构成产品效能并影响产品寿命周期费用的重要因素，是重要的技术可信性是构成产品效能并影响产品寿命周期费用的重要因素，是重要的技术指标。指标。 2 2产品的可信性管理是产品管理的重要组成部分。产品的可信性管理是产品管理的重要组成部分。 3 3规范化的工程和管理，是多、快、好、省地获得高质量、高可信产品的重要规范化的工程和管理，是多、快、好、省地获得高质量、高可信产品的重要途径。途径。 4 4弄清需要与可能是可信性工作的出发点。弄清需要与可能是可信性工作的出发点。 5 5可信性工作应结合系统工程。可信性工作应结合系统工程。 6 6可信性工作必须遵循可信性工作必须遵循“预

55、防为主预防为主”的方针。的方针。 7 7要进行稳健性设计要进行稳健性设计(Robust design) (Robust design) 。 8 8控制关键件及关键功能的可信性控制关键件及关键功能的可信性 9 9加强可信性工作的监督与控制加强可信性工作的监督与控制 10.10.必须加强外购器件的可信性管理，按规定要求对供应单位的可信性工作进行必须加强外购器件的可信性管理，按规定要求对供应单位的可信性工作进行监督与控制监督与控制 1111重视和加强可信性信息工作，建立重视和加强可信性信息工作，建立“故障报告、分析和纠正措施系故障报告、分析和纠正措施系统统”(FRACAS)(FRACAS)。 121

56、2产品研制、生产、试验、使用等各部门应当密切配合，大力协同，共同促进产品研制、生产、试验、使用等各部门应当密切配合，大力协同，共同促进可信性工作的全面发展。可信性工作的全面发展。 二、产品寿命周期各阶段的可信性工作二、产品寿命周期各阶段的可信性工作 论证阶段：论证阶段： 1 1、应该提出产品的可信性的定量、定性要求，并纳入产品、应该提出产品的可信性的定量、定性要求，并纳入产品的的“技术指标技术指标”。2 2、应该确定产品可信性方案和相应的保证措、应该确定产品可信性方案和相应的保证措施，列入产品的施，列入产品的“研制任务书研制任务书”。 工程研制阶段：工程研制阶段： 应该实施可信性大纲，制定可信

57、性计划，明确可信性工作项应该实施可信性大纲，制定可信性计划，明确可信性工作项目、任务、进度、保证条件、资源等，并列入产品研制计划。目、任务、进度、保证条件、资源等，并列入产品研制计划。 设计定型阶段：设计定型阶段： 定型试验中应包括可信性鉴定试验定型试验中应包括可信性鉴定试验( (维修性验证试验维修性验证试验) )。 生产阶段：生产阶段： 应该保证产品在批生产中的可信性，批生产应有可信性验收应该保证产品在批生产中的可信性，批生产应有可信性验收要求。生产部门应全面实施产品质量保证大纲，其质量保证体系要求。生产部门应全面实施产品质量保证大纲，其质量保证体系应切实有效地保证质量及可信性。应切实有效地

58、保证质量及可信性。 按计划规定进行各种评审时，应包括按计划规定进行各种评审时，应包括( (或专门组织或专门组织) )对可信性内对可信性内容的评审。容的评审。 三、可信性大纲及可信性计划三、可信性大纲及可信性计划（一）可信性保证大纲（一）可信性保证大纲 为了保证产品满足规定的可信性要求而制定的一套文件称为为了保证产品满足规定的可信性要求而制定的一套文件称为“可信性保证大纲可信性保证大纲”(dependability assurance program)(dependability assurance program)，简，简称可信性大纲。称可信性大纲。 为使人们确信产品满足规定的可信性要求所必须

59、进行的、为使人们确信产品满足规定的可信性要求所必须进行的、有计划的、有组织的、有系统的全部活动称为可信性保证。有计划的、有组织的、有系统的全部活动称为可信性保证。 产品可信性大纲的最终目标是为了保证产品的效能，减少对维产品可信性大纲的最终目标是为了保证产品的效能，减少对维修人力和后勤保障的要求，提供管理信息，提高效益费用比。修人力和后勤保障的要求，提供管理信息，提高效益费用比。产品可信性大纲产品可信性大纲可信性管理可信性管理可信性工程可信性工程可信性核计可信性核计是为确定和满足产品是为确定和满足产品可信性要求而进行的可信性要求而进行的一系列组织、计划、一系列组织、计划、协调、监督等工作。协调、

60、监督等工作。 是为了达到产品可信是为了达到产品可信性要求而进行的有关性要求而进行的有关设计、试验和生产等设计、试验和生产等一系列工作。一系列工作。 为确定和分配产品的为确定和分配产品的定量可信性要求而进定量可信性要求而进行的预计和评估产品行的预计和评估产品可信性量值的一系列可信性量值的一系列数学工作。数学工作。（二）可信性计划（二）可信性计划(dependability plan)(dependability plan) 为保证可信性大纲的实施，根据大纲的要求作出具体安排的为保证可信性大纲的实施，根据大纲的要求作出具体安排的文件称为可信性计划。文件称为可信性计划。 可信性计划应包括：可信性计划