可靠性概念精品课件

1、可靠性概念第1页，共30页，2022年，5月20日，7点19分，星期二第2页提纲可靠性基本概念可靠性主要指标系统可靠性结构模型系统可靠性计算第2页，共30页，2022年，5月20日，7点19分，星期二第3页引言1957 美国 “先锋号”卫星发射两秒钟后爆炸，损失2.2亿美元1986 美国 “挑战号”航天飞机 起飞76s后爆炸，损失12亿美元，直接原因是一个密封圈的问题引起的产品质量性能可信性安全性经济性寿命可靠性维护性保障性第3页，共30页，2022年，5月20日，7点19分，星期二第4页可靠性可靠性研究是社会发展的必然现代产品的元件数量越来越多，越来越复杂。装配数量和装配密度越来高笔记本电脑

2、：小空间大集成产品的使用环境日益多样化车载电视：抗震性能 ，接收性能质量经济性的要求在产品的生命周期里，不仅考虑生产成本，而且外部故障成本例如一个由10000个元件组成的系统要保持0.95的可靠度，则需每个元件的可靠度达到0.999995。 第4页，共30页，2022年，5月20日，7点19分，星期二第5页可靠性基本概念可靠性产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力，简称为R。产品的可靠性与规定的条件分不开。例如，温度、湿度、振动、冲击、辐射、应力条件、储存条件负荷影响半导体器件的可靠性a. 环境条件环境参数气候环境生物和化学环境机械环境电和电磁环境b. 动力条件电源：电源电压、频率流

3、体源：压力、流量等c. 负载条件d. 使用和维护条件第5页，共30页，2022年，5月20日，7点19分，星期二第6页1 可靠性基本概念可靠性产品的可靠性与规定时间有关系。随着时间的增长，产品的可靠性一般是下降的。规定时间随不同产品而异。火箭系统 海底电缆 一般通讯设备产品的可靠性与规定的功能密切相关。只有对规定的 功能有清晰的概念，才能对产品是否发生故障有确切的判断。如：通讯设备的频率范围、通讯距离 故障与失效第6页，共30页，2022年，5月20日，7点19分，星期二第7页1 可靠性基本概念故障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为故障。对于不可修复的产品，故障亦可称为失效

4、。如特性值改变的电阻、电容、断裂的弹簧，烧断了灯丝的灯泡等均为不可修复的产品，可称之为失效。故障的表现 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， 第7页，共30页，2022年，5月20日，7点19分，星期二第8页1 可靠性基本概念故障的表现 独立故障和从属故障 若一个零部件(元器件)发生故障，只是由于自身原因所引起的，并且当它发生故障后又不成为其他零部件(元器件)发生故障的原因，则这种故障称为独立故障。如果一个零部件(元器件)由于其他零部件(元器件)发生故障受到损害而发生故障，

5、称为从属故障。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。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。第8页，共30页，2022年，5月20日，7点19分，星期二第9页1 可靠性基本概念故障的表现 意外故障 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据有错误而错误地作出“有故障”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。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

6、失规定的功能，称突然故障。由于零部件(元器件)的原材料老化，致使其参数逐渐变化，称为退化故障。 第9页，共30页，2022年，5月20日，7点19分，星期二第10页2可靠性主要指标失效率和可靠度 平均寿命MTTF与平均故障间隔MBTF维修度 有效度 第10页，共30页，2022年，5月20日，7点19分，星期二第11页失效率和可靠度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F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比叫做可靠度，用R表示。例如有110只电子管，在开始工作的500小时内，有10只失效，求电子管在这段时间内的可靠度。 第11页，共30

7、页，2022年，5月20日，7点19分，星期二第12页失效密度曲线设时间ti时失效的电子管数为ni， N为试验的电子管的总数，则可求出ti时电子管的失效频率fi= ni/N。以fi和ti绘制的曲线为失效密度曲线 ti第12页，共30页，2022年，5月20日，7点19分，星期二第13页平均寿命MTTF与平均故障间隔MBTF（1）维修性：产品在规定条件下和规定时间内,按规定的程序和方法进行维修时保持或恢复其规定状态的能力。规定条件,主要指产品的维修级别,包括维修的机构和场所(如工厂或维修基地、修理所、修理车间及使用现场等)、相应的人员(数量及技能水平)、设备、设施、工具、备件等。规定时间,指维修

8、工作的时间要求。规定的程序和方法,指按技术文件规定采取的维修工作类型、来源和方法。保持或恢复其规定状态是产品维修的目的。所说的规定状态是指产品继续正常工作的状态。因此,维修的目的是保持或恢复产品的功能和性能。第13页，共30页，2022年，5月20日，7点19分，星期二第14页平均寿命MTTF与平均故障间隔MBTF维修的主要类型:预防性维修:通过对正常产品的系统检查、检测和发现故障征兆以防止故障发生,使其保持在规定状态所进行的全部活动。可包括:调整、润滑、定期检查和必要的修理等。一般是计划维修。重点是避免、减少或消除对产品有重大影响的故障。状态监视维修:对产品参数值及其变化进行连续、间接或定期

9、的监测,以确定产品的状态,检测性能下降,定位其故障和失效的部位,记录和追踪失效的过程和时间的一种维修。也称为视情维修。随着测试和诊断技术的发展,通过机内测试设备对产品进行实测,发现性能下降或故障,按当时使用情况决定及时修复还是继续工作(推迟维修)。修复性维修:产品发生故障后,使其恢复到规定状态所进行的全部活动,包括下述一个或全部步骤:故障定位、故障隔离、分解、更换、再装、调准及检测等。非计划维修。修复性维修时间是影响产品可用性的重要参数。第14页，共30页，2022年，5月20日，7点19分，星期二第15页平均寿命MTTF与平均故障间隔MBTF维修的主要类型:抢修:在紧急情况下,为了应急,使已

10、损坏或不能使用的设备恢复到能完成功能的一种基本修复活动。维护:为使产品保持规定状态所需采取的措施。如润滑、加燃料、加油和清洁。第15页，共30页，2022年，5月20日，7点19分，星期二第16页平均寿命MTTF与平均故障间隔MBTF(1) 平均修复时间( M ean Time To Repair, M T T R )在规定的条件下和规定的时间内,产品在任一规定的维修级别上,修复性维修总时间与在该级别上被修复产品的故障总数之比。即排除故障所需实际时间的平均值。其观测值是修复时间t 的总和与修复次数n 之比:式中: ti第i 次修复时间; n修复次数。（2）平均故障前时间( M ean Time

11、 To Failure, M T T F)第16页，共30页，2022年，5月20日，7点19分，星期二第17页（3）平均故障间隔时间( Mean Time Between Failure, M T B F)一个可修产品在使用过程中发生了N0 次故障,每次故障修复后又重新投入使用, 测得其每次工作持续时间为t1, t2, , tN0, 其平均故障间隔时间( M T B F)为T 为产品总的工作时间平均寿命MTTF与平均故障间隔MTBF第17页，共30页，2022年，5月20日，7点19分，星期二第18页维修度、有效度 维修度：在规定条件下、规定时间内(0，t)按规定的程序和方法维修，使可维修产

12、品由故障状态恢复到完成规定功能状态的概率，记为M (t)。有效度：产品在时刻t处于正常工作状态的概率为该产品的有效度，记为A(t)。 第18页，共30页，2022年，5月20日，7点19分，星期二第19页可靠性特征量平均失效率产品失效曲线失效率随时间而变化的曲线，描述出产品可靠性变化的规律。(t)早期偶然耗损t典型失效曲线示意图第19页，共30页，2022年，5月20日，7点19分，星期二第20页可靠性特征量浴盆曲线区域失效类型主要原因消除措施早期故障区DFR偶然故障区CFR耗损故障区IFR递减失效型制造工艺、材料缺陷、包装、运输及安装不当等造成出厂前严格的成品检验，售后服务中良好的安装指导及

13、使用培训。恒定失效型递增失效型产品中某些零部件或元器件已经严重老化。尽可能使用可靠性高的零部件，元器件加强预防型维修。第20页，共30页，2022年，5月20日，7点19分，星期二第21页3 系统可靠性结构模型研究系统的可靠性的目的一是如何在已有元件可靠性的基础上，提高系统的可靠性；在保证系统可靠性的条件下，如何分配可靠度，降低对元件可靠度的要求，使系统成本降低。系统可靠性在很大程度上取决于：组成单元的可靠度系统的可靠性结构模式组成单元的数量。可靠性框图可靠性角度用框图来描述单元失效及它们的组合如何导致系统失效的逻辑关系。第21页，共30页，2022年，5月20日，7点19分，星期二第22页3

14、 系统可靠性结构模型可靠性框图汽车正常工作发动机、变速箱、制动、转向、轮胎系统可靠性框图与系统的原理图是有区别的。前者表示系统中各个子系统 （元件）之间的逻辑关系 （功能关系），而后者表示系统中各个子系统的物理关系。第22页，共30页，2022年，5月20日，7点19分，星期二第23页3 系统可靠性结构模型可靠性框图串联可靠性模型 个单元必须全部工作，系统才会正常工作，任一单元故障都会导致系统故障。输入S1S2Sn 输出第23页，共30页，2022年，5月20日，7点19分，星期二第24页3 系统可靠性结构模型串联可靠性模型模型特点a. 独立串联系统的可靠度等于各分系统可靠度的连乘积；b. 独

15、立串联系统的系统寿命第24页，共30页，2022年，5月20日，7点19分，星期二第25页3 系统可靠性结构模型并联可靠性模型当构成系统的所有单元都发生故障时，系统才发生故障的系统输入输出S1S2S3Sn b. 并联系统的寿命a. 并联系统的失效度等于各分系统的失效度的连乘积。第25页，共30页，2022年，5月20日，7点19分，星期二第26页3 系统可靠性结构模型串并联混合模型并串联模型第26页，共30页，2022年，5月20日，7点19分，星期二第27页3 系统可靠性结构模型串并联混合模型S1S2S3S6S4S5S7输入输出1) 计算由S1, S2, S3串联系统的可靠度2)计算由S4, S5分系统串联的可靠度：3) 由S6, S7组成的并联系统的可靠度：S1S 2输入输出S 3第27页，共30页，2022年，5月20日，7点19分，星期二第28页4 系统可靠度计算 例：某个串联系统的分系统的可靠度分别为：R1=0.95，R2 = 0.97