品质管理学之可靠性概念

1、第七章 可靠性概念 7.1可可靠性的的基本概概念一、可靠性性工程发发展及其其重要性性可靠性工工程发展展及其重重要性例如，美美国的宇宇宙飞船船阿波罗罗工程有有700万只元器器件和零零件，参参加人数数达42万人，参参予制造造的厂家家达1万5千多家，生产周周期达数数年之久久。象这这样庞大大的复杂杂系统，一旦某某一个元元件或某某一个部部件出现现故障，就会造造成整个个工程失失败，造造成巨大大损失。所以可可靠性问问题特别别突出，不专门门进行可可靠性研研究是难难于保证证系统可可靠性的的。可靠性工工程的重重要性主主要表现现在三个个方面：1.高科技的的需要2.经济效益益的需要要3.政治声誉誉的需要要总之，无无论

2、是人人民群众众的生活活，国民民经济建建设的需需要出发发，还是是从国防防、科研研的需要要出发，研究可可靠性问问题是具具有深远远的现实实意义。现代科技技迅速发发展导致致各个领领域里的的各种设设备和产产品不断断朝着高高性能、高可靠靠性方向向发展，各种先先进的设设备和产产品广泛泛应用于于工农业业、交通通运输、科研、文教卫卫生等各各个行业业，设备备的可靠靠性直接接关系到到人民群群众的生生活和国国民经济济建设，所以，深入研研究产品品可靠性性的意义义是非常常重大的的。产品或设设备的故故障都会会影响生生产和造造成巨大大经济损损失。特特别是大大型流程程企业，有时因因一台关关键设备备的故障障导致工工厂停产产，其损

3、损失都是是每天几几十万元元甚至几几百万元元。因此此，从经经济效益益的来看看，研究究可靠性性是很有有意义的的。研究与提提高产品品的可靠靠性是要要付出一一定代价价的。从从生产角角度看，要增加加产品的的研制和和生产的的成本。但是，从使用用角度看看，由于于产品可可靠性提提高了，就大大大减少了了使用费费和维修修费，同同时还减减少了产产品寿命命周期的的成本。所以，从总体体上看，研究可可靠性是是有经济济效益的的。从政治方方面考虑虑，无论论哪个国国家，产产品的先先进性和和可靠性性对提高高这个国国家的国国际地位位、国际际声誉及及促进国国际贸易易发展都都起很大大的作用用。二、可靠靠性工程程的基本本内容可靠性工工程

4、涉及及面积广广，需要要从科研研、设计计、试验验、制造造、运输输、贮存存、直到到使用和和维护等等方面，进行研研究和实实施的工工作。1、可靠性基本理论可靠性数学与故障物理学；集合论与逻辑代数；概率论与数理统计；图论与随机过程；系统工程与人素工程学；环境工程学与环境应力分析；试验及分析基础理论。7、原件可靠性制定原件可靠性；元件失效分析与可靠性评价；元器件及原材料的合理选择；元器件的老化筛选；元器件现场使用情况调查和反馈。2、可靠性设计贮备设计和裕度设计；降额设计和构件概率设计；热设计、抗机械力设计；防潮、腐蚀、盐雾、尘设计；电磁兼容设计和抗辐射设计；电磁兼容设计和抗辐射设计；维修性设计和使用性设计

5、；质量、体积、重量和经济指标综合设计。8、系统可靠性可靠性预计与分配；失效模式效应与危害度分析；事件树分析法(ETA)；故障树分析法(FTA)；可靠性综合评估。3、 可试 靠验 性环境试验；寿命试验；筛选试验。9、 可教 靠育 性举办各种可靠性学习班与讲座；内外培训和内外考察；专业技术会议；出版可靠性刊物、可靠性教材。4、制造质量控制手段和方法10可靠性管理建立可靠性管理机构和研究机构；制定可靠性管理纲要；制定产品可靠性管理规范；建立质量反馈制度；开展产品可靠性评审。5、使靠用性的保可证使用和维护规程制定；操作和维修人员培训；安全性设计；人-机匹配设计和环境设计。6、可靠性.信息现场数据收集、

6、分析、整理和反馈；试验数据处理和反馈；元器件失效率汇集和交换；各种可靠性信息搜集和交流；用户调查和反馈。11、可靠性标准基础标准；试验方法标准；认证标准；管理标准；设计标准；产品标准可靠性工工程的基基本内容容三、可靠靠性的概概念及指指标1.可可靠性可靠性是是指产品品在规定定的条件件和规定定的时间间内，完完成规定定的功能能的能力力。2.可可靠性指指标衡量产品品可靠性性的指标标很多，各指标标之间有有着密切切联系，其中最最主要的的有四个个，即：可靠度R(t)、不可靠度度(或称故障障概率)F(t)、故障密度度函数f(t)故障率(t)。可靠性指指标(1)可靠度R(t)把产品在在规定的的条件下下和规定定的

7、时间间内，完完成规定定功能的的概率定定义为产产品的“可靠度度”。用用R(t)表示：R(t) =P(Tt)其中P(Tt)就是产品品使用时时间T大于规定定时间t的概率。若受试验验的样品品数是N0个，到t时刻未失失效的有有Ns(t)个；失失效的有有Nf(t)个。则则没有失失效的概概率估计计值，即即可靠度度的估计计值为(7-1) 如果仍假假定t为规定的的工作时时间，T为产品故故障前的的时间，则产品品在规定定的条件件下，在在规定的的时间内内丧失规规定的功功能(即即发生故故障)的的概率定定义为不不可靠度度(或称称为故障障概率)，用F(t)表示：F(t) =P(Tt)同样，不不可靠度度的估计计值为：(7-2

8、)由于故障障和不故故障这两两个事件件是对立立的，所所以R(t) +F(t) =1(7-3)当N0足够大时时，就可可以把频频率作为为概率的的近似值值。同时时可见可可靠度是是时间t的函数。因此R(t)亦称为可可靠度函函数。0R(t)1可靠性指指标(2)故故障密度度函数f(t)如果N0是产品试试验总数数，Nf是时刻tt+t时时间间隔隔内产生生的故障障产品数数，Nf(t)(N0t)称为tt+t时间间隔隔内的平平均失效效(故障障)密度度，表示示这段时时间内平平均单位位时间的的故障频频率，若若N0，t0，则则频率概率。也可根据据F(t)的定定义，得得到f(t)，即(7-5)F(t)具有以以下性质质：0F(

9、t)1，且为增函函数。可靠性指指标(3)故故障率(t)故障率(t)是衡量可可靠性的的一个重重要指标标，其含含义是产产品工作作到t时刻后的的单位时时间内发发生故障障的概率率，即产产品工作作到t时刻后，在单位位时间内内发生故故障的产产品数与与在时刻刻t时仍在正正常工作作的产品品数之比比。(t)可由下式式表示。(7-6)式中dNf(t)为d t时间内的的故障产产品数。故障率、故障密密度及可可靠度之之间的关关系当N0时(7-7)故障率、故障密密度及可可靠度之之间的关关系根据R(t)，F(t)，f(t),(t)的定义义，还可可以推导导出：(7-8)失效率曲曲线耗损失效期t时间偶然失效期早期失效期使用寿命

10、规定的失效率(t)失效率AB故障率曲曲线分析析“浴盆曲线线”。(a)早早期故障障期：产产品早期期故障反反映了设设计、制制造、加加工、装装配等质质量薄弱弱环节。早期故故障期又又称调整整期或锻锻炼期，此种故故障可用用厂内试试验的办办法来消消除。故障率曲曲线分析析(b)正常工作作期：在在此期间间产品故故障率低低而且稳稳定，是是设备工工作的最最好时期期。在这这期间内内产品发发生故障障大多出出于偶然然因素，如突然然过载、碰撞等等，因此此这个时时期又叫叫偶然失失效期。可靠性研研究的重重点，在在于延长长正常工工作期的的长度。故障率曲曲线分析析(c)损损耗时期期：零件件磨损、陈旧，引起设设备故障障率升高高。如

11、能能预知耗耗损开始始的时间间，通过过加强维维修，在在此时间间开始之之前就及及时将陈陈旧损坏坏的零件件更换下下来，可可使故障障率下降降，也就就是说可可延长可可维修的的设备与与系统的的有效寿寿命。故障率的的单位一一般采用用10-5小时或10-9小时(称10-9小时为1fit)。故障率也也可用工工作次数数、转速速、距离离等。t4%2%5%7%14%68%可靠性指指标(4)平平均寿命命平均寿命命是指产产品从投投入运行行到发生生故障的的平均工工作时间间。对于于不维修修产品又又称失效效前平均均时间MTTF(Meantime to failure)，根据据数学期期望的定定义，可可得(7-9)将(7-1)式式

12、微分，可得(7-10)代入(7-9)得(7-11)当(t) =常常数时时，R(t)=e-t，所以以(7-12) 对于可维维修产品品而言，平均寿寿命指的的是产品品两次相相邻故障障间的平平均工作作时间，称为平平均故障障间隔时时间MTBF(Meantime betweenfailure)，和MTTF有同样的的数学表表达式：(7-13)当(t) =常常数时时，(7-14)可靠性指指标(5)有有效度对于可修修复产品品，只考考虑其发发生故障障的概率率显然是是不合适适的，还还应考虑虑被修复复的可能能性，衡衡量修复复可能性性的指标标为维修修度，用用M(t)表示。维修度M(t)产产品在规规定条件件下进行行修理时

13、时，在规规定时间间内完成成修复的的概率。在维修性性工程中中，还有有维修密密度函数数m(t)、维修修率(t)，其相相互关系系有：(7-15)(7-16)平均修复复时间(MTTRMean timetoRepair)应理理解为产产品修复复时间的的数学期期望。有有：(7-17)当(t)=常数数时，对可修复复系统，当考虑虑到可靠靠性和维维修性时时，综合合评价的的尺度就就是有效效度A(t)，它表表示产品品在规定定条件下下保持规规定功能能的能力力。(7-18)MTBF反映了可可靠性的的含义。MTTR反映维修修活动的的一种能能力。两者结合合固有有有效度度A(t)当考虑后后勤保障障、服务务质量时时，就会会在时间

14、间序列上上出现平平均等待待时间(MWTMeanWaittime)。如如果从实实际出发发，使用用有效度度A0应表示为为：可靠性指指标(6)重重要度若干个部部件组成成的系统统中，每每个部件件并非等等同重要要，在可可靠性分分析中，一般将将各部件件在系统统中所起起的重要要程度进进行定量量描述，用wj表示。(7-20)显然，0wj1。这个重要要度是从从系统的的结构来来看部件件的重要要程度，因此它它是结构构重要度度。可靠性指指标(7)复复杂度复杂度ci可以简单单地用分分系统的的基本构构件数来来表示，即：(7-21)其中：ni第i个分系统统的构件件数；N系统统的构件件总数；n分系系统数。四、常用用寿命分分布

15、函数数1.指数分布布指数分布布在可靠靠性领域域里应用用最多，由于它它的特殊殊性，以以及在数数学上易易处理成成较直观观的曲线线，故在在许多领领域中首首先把指指数分布布讨论清清楚。若若产品的的寿命或或某一特特征值t的故障密密度为(0，t0)则称t服从参数数的指数分分布。f(t)tR(t)t(t)t指数分布布则有：不不可可靠度(t0)可靠度(t0)故障率平均故障障间隔时时间指数分布布例题例7-1：一元元件寿命命服从指指数分布布，其平平均寿命命()为2000小小时，求求故障率率及求求可靠度度R(100)=?R(1000)=?解：(小时)此元件在在100小时时的的可靠度度为0.95，而在1000小时时的

16、的可靠度度为0.60。指数分布布性质指数分布布的一个个重要性性质是无无记忆性性。无记记忆性是是产品在在经过一一段时间间t0工作之后后的剩余余寿命仍仍然具有有原来工工作寿命命相同的的分布，而与t无关(马尔克夫夫性)。这个性性质说明明，寿命命分布为为指数分分布的产产品，过过去工作作了多久久对现在在和将来来的寿命命分布不不发生影影响。实际意义义?在“浴盆盆曲线”中，它它是属于于偶发期期这一时时段的。常用寿命命分布函函数2.正态分布布正态分布布在机械械可靠性性设计中中大量应应用，如如材料强强度、磨磨损寿命命、齿轮轮轮齿弯弯曲、疲疲劳强度度以及难难以判断断其分布布的场合合。若产品寿寿命或某某特征值值有故

17、障障密度(t0，0，0)则称t服从正态态分布。正态分布布则有：不不可靠靠度可靠度故障率正态分布布计算可可用数学学代换把把上式变变换成标标准正态态分布，查表简简单计算算,得出各参参数值。常用寿命命分布函函数3.威布尔分分布威布尔分分布应用用比较广广泛，常常用来描描述材料料疲劳失失效、轴轴承失效效等寿命命分布的的。威布尔分分布是用用三个参参数来描描述，这这三个参参数分别别是尺度度参数，形状参参数、位置参参数，其概率率密度函函数为：(t，0，0) 不同值的威布尔分布 （=2，=0） =1/3 =1/2 =2 =1f(t)t不同值值的威威布尔分分布（ =1，=0） =3 =1/2 =2 =1f(t)t

18、=0 =0.5 =-0.5=1f(t)t不同值的威威布尔分分布（ =1， =2）威布尔分分布则有：不不可靠靠度可靠度故障率威布尔分分布特点点当和不变，威威布尔分分布曲线线的形状状不变。随着的减小，曲线由由同一原原点向右右扩展，最大值值减小。当和不变，变化时，曲线形形状随而变化。当值约为3.5时时，威布布尔分布布接近正正态分布布。当和不变时，威布尔尔分布曲曲线的形形状和尺尺度都不不变，它它的位置置随的增加而而向右移移动。威布尔分分布其它它一些特特点，1时，表示示磨损失失效；=1时，表示示恒定的的随机失失效，这这时为常数；1时，表示示早期失失效。当当=1，=0时，为指数数分布，式中为为平均寿寿命。

19、7.2系统可靠靠性模型型可靠性模模型指的的是系统统可靠性性逻辑框框图(也称可靠靠性方框框图)及其数学学模型。原理图图表示系系统中各各部分之之间的物物理关系系。而可可靠性逻逻辑图则则表示系系统中各各部分之之间的功功能关系系，即用用简明扼扼要的直直观方法法表现能能使系统统完成任任务的各各种串并旁联方框框的组合合。逻辑图和和原理图图了解系统统中各个个部分(或单元元)的功功能和它它们相互互之间的的联系以以及对整整个系统统的作用用和影响响对建立立系统的的可靠性性数学模模型、完完成系统统的可靠靠性设计计、分配配和预测测都具有有重要意意义。借借助于可可靠性逻逻辑图可可以精确确地表示示出各个个功能单单元在系系

20、统中的的作用和和相互之之间的关关系。虽虽然根据据原理图图也可以以绘制出出可靠性性逻辑图图，但并并不能将将它们二二者等同同起来。逻辑图和和原理图图的关系系逻辑图和和原理图图在联系系形式和和方框联联系数目目上都不不一定相相同，有有时在原原理图中中是串联联的，而而在逻辑辑图中却却是并联联的；有有时原理理图中只只需一个个方框即即可表示示，而在在可靠性性逻辑图图中却需需要两个个或几个个方框才才能表示示出来。逻辑图和和原理图图例如，为为了获得得足够的的电容量量，常将将三个电电器并联联。假定定选定失失效模式式是电容容短路，则其中中任何一一个电容容器短路路都可使使系统失失败。因此，该该系统的的原理图图是并联联

21、，而逻逻辑图应应是串联联的。逻辑图和和原理图图例如，为为了获得得足够的的电容量量，常将将三个电电器并联联。假定定选定失失效模式式是电容容短路，则其中中任何一一个电容容器短路路都可使使系统失失败。因此，该该系统的的原理图图是并联联，而逻逻辑图应应是串联联的。c1c2c3逻辑图和和原理图图例如，为为了获得得足够的的电容量量，常将将三个电电器并联联。假定定选定失失效模式式是电容容短路，则其中中任何一一个电容容器短路路都可使使系统失失败。因此，该该系统的的原理图图是并联联，而逻逻辑图应应是串联联的。c1c2c3c1c2c3可靠性框图在建立可可靠性逻逻辑图时时，必须须注意与与工作原原理图的的区别。 画可

22、靠性性逻辑图图，首先先应明确确系统功功能是什什么，也也就是要要明确系系统正常常工作的的标准是是什么，同时还还应弄清清部件A、B正常工作作时应处处的状态态。V常开触头头继电器器故障模式式：1、给电电后，合合不上；2、断电电后，分分不开。原理图可靠性框框图导管及二二个阀门门的原理图和和逻辑图图阀门A阀门B流体阀门A阀门B流体原理图ABAB可靠性框框图由此可见见，系统统内各部部件之间间的物理理关系和和功能关关系是有有区别的的。如果果仅从表表面形式式看，二二个元件件像是串串联的，如不管管其系统统的功能能如何，把它作作为串联联系统进进行计算算就会产产生错误误。随着系统统设计工工作的进进展，必必须绘制制一

23、系列列的可靠靠性逻辑辑框图，这些框框图要逐逐渐细分分下去，按级展展开。可靠性逻逻辑框图图按级展展开abdce42135CLRXXDD系统级分系统级设备级部件级组件级当我们知知道了组组件中各各单元的的可靠性性指标(如可靠度度、故障障率或MTBF等)即可由下下一级的的逻辑框框图及数数学模型型计算上上一级的的可靠性性指标，这样逐逐级向上上推，直直到算出出系统的的可靠性性指标。这就是是利用系系统可靠靠性模型型及已知知的单元元可靠性性指标预预计或估估计系统统可靠性性指标的的过程。系统可靠靠性模型型图7-9 可靠性模型分类可靠性模型工作储备非储备非工作储备旁联串联多数表决并联混联混合n中取r简单系统可靠靠

24、性模型型一、串联联模型组成系统统的所有有单元中中任一单单元的故故障就会会导致整整个系统统故障的的系统称称串联系系统。它它属于非非贮备可可靠性模模型，其其逻辑框框图如图图所示。123n系统可靠靠性模型型(串联模型型)根据串联联系统的的定义及及逻辑框框图，其其数学模模型为：（7-22）式中Rs(t)系系统的可可靠度；Ri(t)第i个单元的的可靠度度。系统可靠靠性模型型(串联模型型)若各单元元的寿命命分布均均为指数数分布，即（7-23）式中s系统统的故障障率；i各单元的的故障率率。系统可靠靠性模型型(串联模型型)系统的平平均故障障间隔时时间为(7-24)可见，串串联系统统中各单单元的寿寿命为指指数分

25、布布时，系系统的寿寿命也为为指数分分布。由于Ri(t)是个小于于1的数值，由式(7-22)，它的连连乘积就就更小，所以串串联的单单元越多多，系统统可靠度度越低。由式(7-24)可以看到到，串联联单元越越多，则则MTBFs也越小。系统可靠靠性模型型二、并联联模型组成系统统的所有有单元都都故障时时，系统统才故障障的系统统叫并联联系统，它属于于工作贮贮备模型型。其逻逻辑框图图如图所所示。12n图7-11 并联模型系统可靠靠性模型型(并联模型)根据并联联系统定定义逻辑辑框图，其数学学模型为为(7-25)式中Fs(t)系系统的不不可靠度度；Fi(t)第i个单元的的不可靠靠度。系统可靠靠性模型型三、n中取

26、r模型(r/n)组成系统统的n个单元中中，不故故障的单单元数不不少于r(r为介于1和n之间的某某个数)系统就不不会故障障，这样样的系统统称为r/n系统。它它属于工工作贮备备模型。如四台发发动机的的飞机，必须有有二台或或二台以以上发动动机正常常工作，飞机才才能安全全飞行，这就是是4中取2系统。系统可靠靠性模型型（n中取r模型(r/n)）当n个单元都都相同时时，其可可靠度可可按二项项展开式式计算：(7-29)式中n系统统的单元元数；r系统正常常工作所所必须的的最少单单元数。系统可靠靠性模型型（n中取r模型(r/n)）式中第一一项Rn(t)是n个单元都都正常工工作的概概率。第第二项是是(n-1)个单

27、元正正常工作作，一个个单元故故障的概概率，前r+1项是r个单元正正常工作作(n-r)个单元故故障的概概率。上式可看看出，当当r=1时即为并并联模型型，当r=n时即为串串联模型型。系统可靠靠性模型型四、混混合式贮贮备模型型可靠性逻逻辑框图图如图所所示。并串联系统可靠靠性模型型四、混混合式贮贮备模型型可靠性逻逻辑框图图如图所所示。串并联系统可靠靠性模型型（混合式贮贮备模型型）当各单元元相同时时，串并并联或并并串联贮贮备模型型如下：串并联贮贮备的数数学模型型为：(7-30)并串联贮贮备的数数学模型型为：(7-31)Rs(t)t并串联n=2,N=2串并联n=2,N=2单个元件件混联模型型例五、多数数表

28、决贮贮备模型型n中取r模型的的一个特特殊情况况就是多多数表决决贮备模模型。一个系统统将三个个以上(必须是是奇数)并联单单元的输输出进行行比较，把多数数单元出出现相同同的输出出作为系系统的输输出，这这就是多多数表决决贮备系系统。表决器（R1)R1R2R3旁联系统统R1R2R3转换器实际中，系统是是比较复复杂的，如果系系统可靠靠性框图图不能分分解成上上述的几几种模型型，可用用：网络计算算法；布尔直值值表法；部件状态态图示法法最小路集集法；全概率分分解法等等，7.3故故障模模式、影影响分析析故障模式式、影响响分析(FailureMode EffectAnalysis)简简称FMEA，是一种种定性的的

29、可靠性性分析方方法。资料表明明这种方方法是很很有效的的，在工工程上很很有价值值。这种种方法是是找出设设计上的的潜在缺缺陷的手手段，是是设计审审查中必必须重视视的资料料之一，是设计计者和生生产者必必须完成成的任务务。通过分析析产品所所有可能能的故障障模式来来确定每每一故障障对人员员和系统统安全、任务成成功、系系统性能能、维修修性、维维修要求求等的潜潜在影响响，并按按其影响响的严重重程度及及其发生生概率，确定其其危害度度，找出出薄弱环环节，以以便采取取有效的的措施消消除或减减轻这些些影响。在FMEA基础础上增加加危害度度分析（CA）就形成成故障模模式、影影响及危危害度分分析(Failure Mod

30、eEffect andCriticalityAnalysis)，简称FMECA。1.FMEA和FMECA的任务务(1)列列出全全部部件件的故障障模式。(2)分分析对系系统功能能造成的的影响和和后果。(3)判判断每种种故障模模式的危危害度大大小。估估计危害害度发生生的概率率。(4)提出相应应对策和和建议，进行更更改设计计、冗余余设计，把潜在在的、危危害大的的故障消消灭在设设计阶段段。2.故故障模式式彻底寻清清失效模模式至关关重要。1）基本本故障模模式（如：提提前启动动；在规规定时刻刻停机失失效；在在规定时时刻启动动失效等等。）2）可能发发生的故故障模式式。（如：结结构失效效(破损)；机械上上卡住

31、；振颤；不能开开（关）；误开开（关）；内（外）漏漏；超出出允许上上（下）限；流流动不畅畅；错误动动作；提提前（滞滞后）运运行；输输出量过过大（小小）；电电路开（断）等等。）3、FMEA的分分析方法法进行FMEA的的目的是是为了研研究产品品故障对对系统工工作所产产生的后后果和影影响，并并将每一一可能的的故障模模式按其其危害度度进行分分类，并并采取必必要的纠纠正措施施。初步设计计阶段进进行FMEA对设计方方案进行行评定对多个方方案进行行比较FMEA可以迅速速暴露比比较明显显的故障模式确定单个个故障。有些故故障略加加设计更更改消除重复进行行FMEA消除或减减少已确确定的故障模式的影影响功能法FMEA

32、的基本方方法还包包括硬件件法。采采用哪种种分析方方法，通通常根据据设计复复杂程度度的不同同和可利利用的数数据的差差异来确确定。硬件法是是列出各各个硬件件产品，并对它它们可能能出现的的故障模式加以以分析。功能法法认为每每个产品品用于完完成多个个功能。4CA的分分析方法法CA的目的是是按每一一故障模式的危危害度类类别及该该故障模模式的发发生概率率所产生生的综合合影响来来对其分分类，以以便全面面评价各各潜在故障模式的影影响。进行危害害度分析析时，要要了解严严重程度度等级，表7-2CA可以分为为定性分分析和定定量分析析两种。在不具具有产品品故障率率数据的的情况下下，应选选择的定定性分析析法。反之，若若

33、有可利利用的技技术状态态数据及及故障率率数据时时，则应应以定量量的方法法计算并并分析危危害度数数值。5FMECA实施施步骤(1)定定义系统统及功能能和性能能要求；(2)功功能级级和系统统可靠性性框图；(3)确确定潜在在的故障障模式；(4)功功能级级的故障障模式原原因及后后一级的的影响；(5)如如何检检测知道道各种故故障模式式的方法法；(7)FMECA的故故障影响响的严重重程度，确定危危害度；(6)针针对故障障模式、原因、效应，提出可可能的预预防措施施；(8)估估计故障障模式的的发生概概率范围围；(9)为为排除故故障或控控制风险险所需的的设计更更改或其其他措施施；（10）确定采采取改进进措施或或

34、系统其其它属性性所带来来的影响响；(11)填写FMEA和FMECA表格。格式见表表7-3和7-4。表7-3FMEA装置名称：代 号：序 号：分析者：设计者：日 期：序号功能描述功 能装置数量故障模式故障原因故障影响故障检测可能预防措施危害度类别备注局部影响最终影响01234567891012表7-4FMECA表装置名称：代 号：序 号：分析者：设计者：日 期：序号功能描述功 能故障模式危害度类别故障原因故障概率及数据源产品故障率p故障模式频数比j故障影响概率j工作时间t故障模式危害度Cmj产品危害度Cr备注012345678910111212.产品故障障率p可通过可可靠性预预计得到到。通常常来

35、自手手册和其其他参考考资料的的故障率率是产品品的基本本故障率率b，使用时时应根据据需要用用应用系系数A、环境系系数E、质量系系数Q及所需要要的其他他系统作作修正，其修正正方法按按下式计计算：p=b（AEQ）故障模式式频率比比j是指产品品故障模模式j出出现故障障的百分分比。各各故障模模式的频频数比可可以从故故障率数数据或以以试验及及使用数数据推导导出来。故障影响响概率jj值是分析析人员通通过经验验判断得得出，它它是产品品以故障障模式j发生故故障而导导致系统统发生故故障的条条件概率率。故障模式式危害度度CmjCmj是产品危危害数值值的一部部分。是是产品在在特定危危害度类类别下的的那些故故障模式式中

36、的某某一故障障模式所所具有的的危害度度数值，可由下下式计算算：Cmj=pjjt产品危害害度CrCr是指预计计将由产产品的故故障模式式造成的的某一类类型（以以产品故故障模式式的危害害度表示示）的系系统故障障的危害害度数值值。可按按下式计计算：由此可知知，若系系统中某某产品具具有最大大的Cr值，则表表示该产产品是系系统中应应首先采采取改进进措施的的产品。7.4可可靠性性设计基本确定定系统固固有可靠靠性,说说“基本确确定”是是因为在在以后的的生产制制造过程程还会影影响固有有可靠性性。该固固有可靠靠性是系系统所能能达到的的可靠性性上限。其它因因素(如如维修性性设计等等)只能能保证系系统的实实际可靠靠性

37、尽可可能地接接近固有有可靠性性。我们不能能把可靠靠性设计计简单理理解只是是提高系系统的可可靠性，应当理理解为要要在系统统的性能能、可靠靠性、费费用等各各方面的的要求之之间进行行综合权权衡，从从而得到到最优设设计。表7-5各各种因素素对系统统可靠性性的影响响程度 固有可靠性 使用可靠性影 响 因 素影响程度 1 零、部件材料 2 设计技术 3 制造技术 4使用(运输、操作安装、维修)30%40%10%20%一、电子子类产品品可靠性性设计思思想1.电电子元件件与电路路的容差差分析电路容差差分析技技术也就就是电路路性能参参数稳定定性预计计技术。对于精精度要求求高的复复杂系统统，性能能稳定性性问题在在

38、系统可可靠性中中占很重重要的地地位。漂移退化化的原因因有三种种：一、忽略略公差；（原因产生生的参数数偏差是是固定的的）二、是环环境条件件；（偏差在在许多情情况下是是可逆的的）三、退化化效应。（偏差差是不可可逆的）三次设计计”的主主要内容容第一次设设计系统设设计(或或功能设设计)：第二次设设计参数设设计(或或质量设设计)：第三次设设计容差设计计(裕度设计计或敏感感度分析析)：容差设计计是“三三次设计计”中最最重要的的一环。“三类元件件制造一一类整机机”2.电电磁兼容容设计电磁兼容容性指的的是：设设备、分分系统、系统不不会由于于受到处处于同一一电磁环环境中其其它设备备的电磁磁辐射而而导致性性能降低

39、低或故障障；也不不会由于于自身的的电磁辐辐射使处处在同一一电磁环环境中的的其它设设备、分分系统、系统产产生不允允许的性性能降低低或故障障。3.潜潜在电路路分析系统发生生故障，有时并并非由于于元、部部件损坏坏、参数数漂移、电磁干干扰等原原因所造造成，而而是由于于系统的的“潜在在电路”作用造造成的。所谓“潜在电电路”指指的是在在某种条条件下。电路中中产生的的不希望望有的通通路，它它的存在在会引起起功能异异常或抑抑制正常常功能4.热热设计热设计就就是要考考虑温度度对产品品影响的的问题。热设计计的重点点是通过过器件的的选择、电路设设计(包包括容差差与漂移移设计和和降额设设计等)及结构构设计来来减少温温

40、度变化化对产品品性能的的影响，使产品品能在较较宽的温温度范围围内可靠靠地工作作。热设计通通常采用用散热或或冷却方方法。散散热的基基本设计计措施有有：传导导、对流流、辐射射等几种种方式。二、机械械类产品品可靠性性设计思思想安全系数数法（许许用应力力法）结构承受受外载荷荷后，由由计算得得到工作作应力应小于于该结构构件的许许用应力力，即其中lim为材料的的极限应应力；n为预定的的设计安安全系数数。强度概率率计算法法的基本本理论基本出发发点：认为零件件材料的的强度c是服从于于概率密密度函数数f(c)随机变量量，而作作用于零零件危险险截面上上的工作作应力s，是服从于于概率密密度函数数g(s)的随机变变量

41、。g(s)f(c)f(c)c,s c sg(s)概率密度度曲线不不重叠。工作应应力大于于零件强强度的概概率等于于零。如如用安全全系数的的概念来来表达，则计算算安全系系数小于于1的概概率等于于零，即即P(sc)=0P(n计1)=0具有这样样强度应力关系系的机械械零件是是安全的的，不会会发生强强度破坏坏。g(s)f(c)f(c)c,s c s两概率密密度曲线线有相互互重叠的的部分。虽然工工作应力力的平均均值s仍远小于于极限应应力(强度)的平均值值c，但不能绝绝对保证证工作应应力在任任何情况况下都不不大于极极限应力力。虽然以均均值计算算的安全全系数是大于于1的，但从上上分析可可见，仍仍不能保保证10

42、0%的的安全。对于机械械零件的的疲劳强强度，零零件的承承载能力力将随时时间而衰衰减，f(c)s,cg(s)cst概率密度度函数联联合积分分法零件破坏坏的概率率为：P(sc)，即当当零件材材料的强强度c小于零件件工作应应力s时，零件件发生强强度破坏坏。曲线f(c)以下，a-a线以左(即变量c小于s时)的面积，表示示零件的的强度值值小于s的概率，它按下下式计算算：g(s)f(c)f(c)c,s cssds曲线g(s)下，位于于s到s+ds之间的面面积，它它代表了了工作应应力s处于ss+ds之间概率率，它的的大小为为g(s)ds。零件的强强度和工工作应力力两个随随机变量量。根据据概率乘乘法定理理：P(AB)=P(A)P(B)所以乘积积f(c)g(s)ds即为对于于确定的的s值时，零零件中的的工作应应力刚刚刚大于强强度值的的概率。 把应力