品质理念之可靠性工程

1、可靠性工程基础可靠性的的定义（一）狭狭义定义义产品在规定的条条件下和规定的时时间内完成规定功能能的能力。（二）广广义可靠靠性产品在规规定条件件下，在在整个寿寿命周期期内完成成规定功功能的可可能性。可靠度是指产品品在规定定的条件件和规定定的时间间内，完完成规定定功能的的概率。它是时时间的函函数，以以R(t)表示。若用T表示在规规定条件件下的寿寿命（产产品首次次发生失失效的时时间），则“产品品在时间间t内完成规规定功能能”等价价于“产产品寿命命T大于t”。所以可靠度函函数R(t)可以看作作事件“Tt”概率，即即 其中f(t)为概率密密度函数数可靠度函函数可靠度R(t)可以用统统计方法法来估计计。设

2、有有个个产品在在规定的的条件下下开始使使用。令令开始始工作的的时刻t取为0，到指定定时刻t时已发生生失效数数r(t),亦即在此此时刻尚尚能继续续工作的的产品数数为-r(t)， 则可可靠度的的估计值值（又称称经验可可靠度）为设t=0时，投入入工作的的10000只灯泡，当t=365天时，发发现有30只灯泡坏坏了，求求一年时时的可靠靠度.累计故障障分布函函数与可靠度度定义相相反,产品在规规定的条条件下和和规定的的时间内内,丧失规定定功能(即发生故故障)的概率称称为累计计故障概概率(又称不可可靠度)，产品的累累积故障障概率是是时间的的函数 对某产品品给定的的工作时时间为100小时, T为产品故故障前的

3、的时间,则F(100)=P(T100)。这表示示了产品品在100小时前的的故障率率;如果给定定的时间间t为1000小时,则F(1000) =P(T1000),就表示了了1000小时前的的故障概概率。显显然1000小时前的的情况包包含了100小时前的的情况.因而, F(t)含有累积积故障的的概念。 可靠度R(t)与故障分分布函数数F(t)具有以下下性质：1、R(t)F(t)12、R(0)=1,F(0)0，这表示示产品在在开始时时处于良良好的状状态；3、R(t)是非负的的递减函函数，F(t)是非负的的递增函函数，说说明随着着时间的的增加产产品发生生故障或或失效的的可能性性增大，可靠度度变小；4、R

4、()0，F()1这表示只只要时间间充分长长，产品品终究都都会失效效；5、0R(t)1，0F(t)1,即可靠度度和故障障分布函函数之值值介于0和1之间。可靠度R(t)、故障分分布函数数F(t)与时间t的关系F(t)tF(t)R(t)0F(t)、R(t)与t的关系（二）故故障分布布密度函函数时刻t后单位时时间发生生故障的的概率，并称其其为故障障分布密密度函数数（它表表示在时时刻t后的一个个单位时时间内,产品的故故障数与与总产品品数之比比,是时间的的函数）。它是累积积故障分分布函数数的导数数。如果已知知故障数数据，且且产品数数N相当大，则可求求出每个个时间间间隔t内的故障障数r(t)，从而得得到平均

5、均经验故故障密度度故障密度度是表示示故障概概率分布布的密集集程度，或者说说是故障障概率函函数的变变化率（四）f(t)、R(t)及F(t)之间的关关系R(t)F(t)f(t)0tf(t)f(t)与R(t)、F(t)的关系失效率(故障率函函数)和失效率率曲线失效率是是在时刻刻t尚未失效效产品在在t+t的单位时时间内发发生失效效的概率率。失效率它它反映t时刻失效效的速率率,有时也称称为瞬时时失效率率或简单单地称为为故障率率。一般般记为,它也是时时间t的函数,故也记为为(t),称为失效效率函数数，有时时也称为为故障率率函数或或风险函函数。二、失效效率(故障率函函数)和失效率率曲线产品的失失效率失效率是

6、是在时刻刻t尚未失效效产品在在t+t的单位时时间内发发生失效效的条件件概率，即由条件概概率公式式的性质质和时间间的包含含关系，可知 设在t=0时有个个产品品投试，到时刻刻t已有r(t)个产品失失效，尚尚有-r(t)个产品在在工作。再过t时间，即即到t+t时刻，有有r(t)=r(t+t)-r(t)个产品失失效。产产品在时时刻t前未失效效而在时时间（t,t+t）内失效率率为单位时间间失效率率失效率的的观测值值是在某某时刻后后单位时时间内失失效的产产品数与与工作到到该时刻尚未失失效的产产品数之之比。讲故障率率是有条条件的,即“产品品工作到到时刻t后”就是是条件。故障率率表达式分母母中的-r(t)就是

7、随着着t这个条件件的变化化而变化化的。因而故障障率能非非常灵敏敏地反映映出产品品的变化化速度。而故障障密度函函数f(t)反映出的的只是在在t附近的一一个单位位时间内内产品故故障数与与t =0时的工作产产品数之之比,因而不够够灵敏。失效率=总失效数数/总运行时时数失效率的的倒数=总运行时时数/总失效数数：代表平均均失效时时间（MTTF）（不能能修的）或平均失失效时间间间隔（MTBF）（能修修的）AB050045005000h累计失效效百分比比主要由于于设计、制造、贮存、运输等等形成的的缺陷，以及调调试、跑跑合、起起动不当当等人为为因素所所造成的的。失效主要要由非预预期的过过载、误误操作、意外的的

8、天灾以以及一些些尚不清清楚的偶偶然因素素所造成成。由于产品品已经老老化、疲疲劳、磨磨损、蠕蠕变、腐腐蚀等所所谓有耗耗损的原原因所引引起的。一台电视视机有1000个焊点,工作1000小时后,检查100电视机,发现有两两点脱焊焊,那么焊点点的故障障率为多多少?100台电视机机共有1001000= 100000个焊点,这里每1个焊点相相当于1个产品,若取t=1000小时,则1000小时后故故障率的的估计值值为对于低故故障率的的元器件件常以小小时为为故障率率的单位位,称之为菲菲特(fit)。它的意义义是每1000个产品工工作100万小时后后,只有一个个故障;或者每1万个产品品工作10万小时后后,只有1

9、个故障有甲、乙乙两种产产品，甲甲种产品品在t=0h时，有N=100个产品开开始工作作，在t=100h前有2个故障，而在100h-105h内有1个产品故故障率，乙种产产品在t=0h时，也有有N=100个产品开开始工作作，在t=1000h前共有51个产品故故障，而而在1000-1005h内有1个产品故故障，试试计算甲甲产品在在100h处和乙产产品在1000h处的故障障率与故故障密度度。甲产品：乙产品：故障率比比故障密密度故更更灵敏地地反映了了产品故故障的变变化速度度。1、若年初初投入的的灯泡为为9970只，若一一年后坏坏了10只，求故故障率2、100件产品工工作三年年有4件发生故故障，设设产品每每

10、天工作作12小时，求求故障率率3、某批电电子管有有100000只,开始工作作到500小时内有有100只出现故故障,求R (500)假设一个个项目在在100小时的正正常使用用条件下下，具有有0.97的可靠性性。1、求失效效率2、当T=50时的可靠靠度3、求MTBF0.814f（t）时间TF（T）R（T）维修性定定义维修性是是产品在在规定条条件下和和规定时时间内,按规定的的程序和和方法进进行维修修时保持持或恢复复其规定定状态的的能力。规定条件件,主要指产产品的维维修级别别,包括维修修的机构构和场所所(如工厂或或维修基地、修理所所、修理理车间及及使用现现场等)、相应的的人员(数量及技技能水平平)、设

11、备、设施、工具、备件等等。规定时间间,指维修工工作的时时间要求求。规定的程程序和方方法,指按技术术文件规规定采取取的维修修工作类类型、来来源和方方法。保持或恢恢复其规规定状态态是产品品维修的的目的。所说的的规定状状态是指指产品继续正常常工作的的状态。因此,维修的目目的是保保持或恢恢复产品品的功能能和性能能。维修：使使产品保保持或恢恢复到规规定状态态所进行行的全部部活动。全部活活动指所所有技术术和管理理,包括监督督的活动动,还可能包包括对产产品的修修改。预防性维维修:通过对正正常产品品的系统统检查、检测和和发现故故障征兆兆以防止止故障发发生,使其保持持在规定定状态所所进行的的全部活活动。它它可以

12、包包括:调整、润润滑、定定期检查查和必要要的修理理等。预防性维维修一般般是计划划维修。其重点点是避免免、减少少或消除除对产品品有重大大影响的的故障的的后果。修复性维维修（纠纠正性维维修）:产品发生生故障后后,使其恢复复到规定定状态所所进行的的全部活活动,它可以包包括下述述一个或或全部步步骤:故障定位位、故障障隔离、分解、更换、再装、调准及及检测等等。修复性维维修是非非计划维维修。修修复性维维修时间间是影响响产品可可用性的的重要参参数。维修性定定量指标标平均修复复时间( Mean TimeToRepair,MTTR )在规定的的条件下下和规定定的时间间内,产品在任任一规定定的维修修级别上上,修复

13、性维维修总时时间与在在该级别别上被修修复产品品的故障障总数之之比。平均故障障前时间间( MeanTimeToFailure,MTTF)平均故障障间隔时时间(MeanTime BetweenFailure,MTBF)保障性把产品的的时间分分为工作作时间及及不能工工作时间间,不能工作作是由于于出了故故障需要要维修造造成的。不能工工作时间间包括维维修时间间及延误误时间,即由于保保障资源源补给或或管理原原因未能能及时对对产品进进行维修修所延误误的时间间。延误时间间是一个个随机变变量,它的数学学期望为为平均延延迟时间间( MeanDelayTime,MDT )。在理想想的情况况下, MDT =0产品的设

14、设计特性性和计划划的保障障资源能能满足使使用要求求的能力力称为产产品的保保障性。M DT就是一种种保障性性参数。可用性产品在任任一随机机时刻需需要和开开始执行行任务时时,处于可工工作状态态或使用用状态的程度度称为产产品的可可用性。可用性性的概率率度量A亦称为可可用度。假设n为给定区区间内的的产品连连续工作作段数及及维修次次数,分子、分分母都除除以n,可得使用用可用性性。内在可用用性运行可用用性MTBM:两次维修修之间间间隔时间间包括纠纠正性和和预防性性维修MDT：平均停停工时间间：包括括纠正性性、预防防性维修修时间和和等待时时间甲产品的的MTBF=2000h，MTTR=200h；乙产品的的MT

15、BF=1000h，MTTR=20h。比较甲乙乙两产品品的可用用性。如果某产产品的设设计可用用性为0.99，平均修修理时间间为2小时，则则平均故故障间隔时间间不能低低于多少少？1、 某设设备平均均间隔时时间是900h，为了保保证该设设备运行行可用性性不小于于0.9，则平均均停工时时间需控控制在多多少？2、某机器器3年平均停停工时间间为20h，两次维维修之间间平均时时间间隔隔980h求运行可可用性？3、某机器器平均失失效间隔隔时间198h，平均修修理时间间2h，求机器器的内在在可用性性？4、某可修修复产品品发生5次故障,每次修复复时间(单位为分分)分别为48,27,52,33,22。求平均均修复时

16、时间MTTR。5、设已知知某元件件寿命的的密度函函数为,求该元件件的MTBF6、假设一一台机器器运行了了10000小时，发发生了四四次失效效，每次次失效都都得到及及时修理理，求失失效率。可信性分分析方法法可信性分分析方法法1、故障模模式影响响及分析析(FMEA)2、故障树树分析（FTA)3、可靠性性预计方方法4、寿命周周期费用用分析方方法5、风险分分析方法法1、故障模模式影响响及分析析(FMEA)FMEA是一种归纳法(由下至上上),是定性可信信性分析析方法。它是确确定产品品所有可能能的故障障模式,并对故障障模式进进行分析析,确定每种种故障模模式对产产品工作的的影响,并把每一一个潜在在的故障障模

17、式按按它的严严酷度进进行分类类,找出单点故故障。以便采采取改进进措施,改进产品品的可信信性。FMEA分为硬件件的、功功能的、工艺的的和接口口的FMEA等。FMEA的工作程程序定义产品品。定义义产品包包括定义义产品的的功能要要求、工工作环境境,完成时间间等。 绘制制功能框框图,包括可靠靠性框图图。 确定定最低约约定层次次。对产品的的层次进进行划分分,对于复杂杂的产品品的FMEA不一定要要做到元元器件级级、零件件级最低低约定层层次。最最低约定定层次的的确定可可按下述述原则处处理:第一,能导致灾灾难性的的(类)或致命性性的(类)故障的产产品所在在的产品品层次;第二,规定或预预期需要要维修的的最低产产

18、品层次次,虽然这些些产品的的故障可可能导致致临界的的(类)或轻度( 类)的影响。填写FMEA表格第一栏:代码。即即被分析析的产品品或产品品组成部部分(硬件、产产品功能能或功能能块)的代码,它应与产产品功能能框图的的编号统统一。第二栏:产品或功功能标志志。记录录被分析析产品或或系统功功能的名名称。第三栏:功能。即即产品或或其组成成部分(硬件、功功能块)要完成的的功能的的具体内内容。要要特别注注意包括括与其接接口设备备的相互互关系。第四栏:故障模式式。确定定并说明明各产品品约定的的所有可可预测的的故障模模式,并通过分分析相应应的框图图中给定定的功能能输出来来确定潜潜在的故故障模式式。第五栏:故障原

19、因因。鉴别别并说明明与所假假设的故故障模式式有关的的可能故故障原因因。第六栏:任务阶段段与工作作方式。说明产产品在什什么时间间及什么么条件下下出现故故障。第七栏:故障影响响。指每每个假设设故障模模式对产产品使用用、功能能或状态态所导致致的后果果。它包包括任务务目标、维修要要求、安安全性要要求等。对这些些后果进进行评价价,记录在表表格中,并评价。第八栏:故障检测测方法。说明操操作人员员或维修修人员用用来检测测故障模模式发生生的方法法。例如如,用目测还还是自动动检测设设备等。第九栏:补偿措施施。对故故障模式式的相对对重要性性进行排排队,对于某些些相对来来说重要要的故障障模式要要采取减减轻或消消除其

20、不不良影响响的预防防补救措措施。这这些补救救措施可可以是设设计上的的补偿(如采取冗冗余设计计,安全装置置设计等等),也可以是是操作人人员的应应急补救救措施(如操作人人员打开开应急系系统)。第十栏:严酷度类类别。添添入故障障模式影影响的相相应严酷酷度类别别。第十一栏栏:备注。需需要说明明的其他他问题。手电筒设设计中的的FMEA表代码产品名称功能故障模式故障原因工作方式故障影响故障检测方法补偿措施严酷度类别备注局部影响高一层次影响最终影响01开关弹簧片接通电源弹性降低疲劳使用弹性降低开关接不通灯不亮目测选用弹性好的簧片02后盖弹簧接通电源弹性降低疲劳使用弹性降低开关接不通灯不亮目测选用弹性好的簧丝

21、；改进工艺手电筒设设计中的的FMEA表(续)代码产品名称功能故障模式故障原因工作方法故障影响故障检测方法补偿措施严酷度类别备注局部影响高一层次影响最终影响03灯座固定灯泡；接通电源接触不良座直径公差大使用接触不良时断时通时断时通仪器测试减少公差04前盖保护灯泡；调焦松动公差大；磨损使用松动影响聚焦影响测试仪器聚焦减少公差；改进工艺减少公差拧不上公差小使用拧不上2、故障树树分析（FTA)故障树:用以表明明产品哪哪些组成成部分的的故障或或外界事事件或它它们的组组合将导导致产品品发生一一种给定定故障的的逻辑图图。故障树是是一种逻逻辑因果果关系图图，构图图的元素素是事件和逻辑门事件用来描述述系统和和元

22、、部部件故障障的状态态逻辑门把事件联联系起来来，表示示事件之之间的逻逻辑关系系故障树分分析（FTA）通过对可可能造成成产品故故障的硬件、软软件、环环境、人人为因素进行分析析，画出出故障树树，从而而确定产产品故障障原因的的各种可能组组合方式式和(或)其发生概概率。分析方法法有：定性分析析定量分析析FTA目的帮助判明明可能发发生的故故障模式式和原因因，发现现可靠性性和安全全性薄弱弱环节，采取改改进措施施，以提提高产品品可靠性性和安全全性；计算故障障发生概概率；发生重大大故障或或事故后后，FTA是故障调调查的一一种有效效手段，可以系系统而全全面地分分析事故故原因，为故障障“归零零”提供供支持；指导故

23、障障诊断、改进使使用和维维修方案案等。FTA特点是一种自自上而下下的图形形演绎方方法；有很大的的灵活性性；综合性：硬件、软件、环境、人为因因素等；主要用于于安全性性分析。FTA工作要求求1.在产品研研制早期期就应进进行FTA，以便早早发现问问题并进进行改进进。随设设计工作作进展，FTA应不断补补充、修修改、完完善。2.“谁设计，谁分析析”故障树应应由设计计人员在在FMEA基础上建建立。可可靠性专专业人员员协助、指导，并由有有关人员员审查，以保证证故障树树逻辑关关系的正正确性。3.应与FMEA工作相结结合应通过FMEA找出影响响安全及及任务成成功的关关键故障障模式作作为顶事事件，建建立故障障树进行行多因素素分析，找出各各种故障障模式组组合，为为改进设设计提供供依据。4.FTA输出的设设计改进进措施，必须落落实到图图纸和有有关技术术文件中中5.应采用计计算机辅辅助进行行FTA由于故障障树定性性、定量量分析工工作量十十分庞大大，因此此建立故故障树后后，应采采用计算算机辅助助进行分分析，以以提高其其精度和和效率。故障树分分析步骤骤故障树常常用事件件符号符号说明底事件元、部件在设计的运行条件下发生的随机故障事件。实线圆硬件故障虚线圆人为故障未探明事件表示该事件可能发生，但是概率较小，勿需再进一步分析的故障事件，在故障树定性、定量分析中一般可以忽略不计。顶事件人们不希望发