质量管理学可靠性基础知识讲义

本资料来源第12章

可靠性基础知识12.1基本概念12.1.1可靠性的基本概念可靠性概念

经典的定义：产品在规定条件下和在规定的时间内，完成规定功能的能力。（三要素）用概率→可靠度产品→硬件，软件和流程性材料。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）。各个阶段对可靠性的影响大小：设计40～50%制造20～30%固有可靠性使用20～30%使用可靠性实际过程中表现出的能力——使用可靠性，与安装、操作使用、维修保障有关。还可分为：基本可靠性、任务可靠性。在规定任务剖面内完成规定的功能的能力。第12章

可靠性基础知识12.1.2故障及其分类条件、时间容易理解，功能→故障产品或其一部分不能本将不完成预定的功能的事件或状态称为故障。对于不可修的产品也称失效。故障——表现形式——故障模式物理、化学变化的原因——机理

第12章

可靠性基础知识分类有多种方法：由后果——致命和非致命统

计——独立和从属规

律——早期、偶然和耗损第12章

可靠性基础知识12.1.3维修性定义：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，保持或恢复其规定状态的能力。条件：机构和场所，人、设备、工具、备件、资料。程序、方法：技术文件规定的，维修工作、类型、步骤方法。维修性也是产品设计赋予的固有特性。第12章

可靠性基础知识12.1.4可信性和可用性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述。可用性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区间内处于执行规定功能状态的能力，R.M.S综合反映概率度量→可用度

（有效度）第12章

可靠性基础知识12.1.5可靠性与产品质量的关系质量：

性能特性——容易评价

专门特性——可用性、难于直观判断

安全性——难于直观判断经济性——容易判别、比较

时间性——容易判别、比较 适用性——容易判别、比较

第12章

可靠性基础知识12.1.6可靠性发展历史

二战：雷达

军事→电子→机械→其它、民用

可靠性—维修性—维修保障性—安全性

宏观→微观.定性→定量.手工→计算机

统计试验→工程试验、筛选、强化.

以可靠性为中心的全面质量管理可靠性与性能最大区别：看不见、测不到。但可以统计、评估。第12章

可靠性基础知识12.2可靠性、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、故障率函数累积故障概率分布函数 F(t)=P(T≤t) F(t)=1－R(t) R(t)+F(t)=1第12章

可靠性基础知识第12章可靠性基础知知识可靠度函数能力——概率率→可靠度R(t)=P(T>t)T

——产品故障前的的工作时间，，随机变量。。t——规定时间间设有No个产品投入使使用，r(t)——故障数。。R(t)=(No-r(t))/NoF(t)=r(t)/No第12章可靠性基础知知识第12章可靠性基础知知识故障概率密度度函数某种产品，试试验可得直方方图f(t)=R(t)、F(t)的性质质取值范围（概概率）【0.1】单调性：非增、非减对称性1－F（t）1－R(t)第12章可靠性基础知知识12.2.2故障率与与浴盆曲线故障率函数（（失效率）某时刻尚未发发生故障的产产品，在该时时刻后单位时时间内发生故故障的概率———故障率（（风险函数））λ(t)=λ0————指数分分布第12章可靠性性基础础知识识浴盆曲曲线第12章可靠性性基础础知识识①早期期故障障阶段段机械：：跑合合期（（磨合合期））、设设计缺缺陷、、加工工缺陷陷、安安装缺缺陷②偶然然：偶偶然因因素，，操作作、负负荷③耗损损：老老化、、疲劳劳、磨磨损、、腐蚀蚀。可可通过过维修修、更更换第12章可靠性性基础础知识识故障率率与可可靠度度及故故障密密度函函数的的关系系四个函数之之间的的关系系：R(t)F(t)λ(t)f(t)第12章可靠性性基础础知识识12.2.3平平均均故障障前时时间与与平均均故障障间隔隔时间间平均故故障前前时间间（MTTF）MTTF=∑∑ti/N每每个个产品品的寿寿命平均故故障间间隔时时间（（MTBF）MTBF=∑∑ti/N每每次次故障障前的的寿命命产品的的MTBF与产品品维修修效果果有关关。基本修修复和和完全全修复复第12章可靠性性基础础知识识产品的的特征征寿命命产品寿寿命：：可靠靠寿命命、使使用寿寿命、、总寿寿命、、贮存存期限限可靠寿寿命：：tR一定可可靠度度下的的寿命命使用寿寿命：：tr一一定定故障障率下下的寿寿命总寿寿命命：：投投入入使使用用到到报报废废的的总总工工作作时时间间贮存存期期限限：：在在规规定定条条件件下下，，产产品品能能贮贮存存的的日日历历持持续续时时间间→→启启封封使使用用能能满满足足规规定定要要求求。。第12章章可靠靠性性基基础础知知识识平均修复复时间MTTR和可用度度AMTTR=∑ττi/NA=MTBF/(MTTR+MTBF)第12章章可靠性基基础知识识12.3可靠靠性设计计、分析析12.3.1可可靠性性设计产品的可可靠性与与设计、、生产和和管理相相关可靠性设设计水平平与固有有可靠性性关系重重大。可靠性性设计计的主主要技技术：：规定定定性定定量的的可靠靠性要要求———可可靠性性指标标指标体体系：：目标标、产产品质质量水水平、、考核核、验验证、、动力力，MTBF、MTTF、MTTR、A、λ(t)、R(t)第12章可靠性性基础础知识识12.3.2可靠性性模型型产品系系统级级、分分系统统级、、部件件级的的可靠靠性模模型功能→→数学学方法：：定量的的可靠靠性分分析，，分配配、预预计、、评估估乘法模模型（（串联联）加法模模型（（并联联）第12章可靠性性基础础知识识第12章可靠性性基础础知识识第12章可靠性性基础础知识识12.3.3可靠性性分配配Rs(t)=f(R1,R2,····Rn)Rs*：：R1*,R2*,····Rn*把总的的可靠靠性定定量要要求分分配到到规定定的层层次，，使可可靠性性、性性能、、经济济性达达到综综合平平衡。。λs=∑∑λi---λi=λs/n第12章可靠性性基础础知识识评分分分配法法：λi=CiλsCi———第i个个子系系统的的评分分系数数Ci=wi/wwi———第i个个子系系统的的评分分数w———系统的的评分分数第12章可靠性性基础础知识识12.3.4可靠性性预计计对产品品可靠靠性的的定量量估计计R1，R2，····RnRs串联模模型：：Rs=R1*R2*····*Rn=∏∏Ri相似产产品可可靠性性数据据、结结构构构成、、特点点、环环境第12章可靠性性基础础知识识12.3.5可靠性性设计计准则则原有的的工程程经验验总结结：条条理化化、系系统化化、标标准化化、科科学化化。产品类型、、重要程度度及要求、、特点，类类似产品经经验，已有有的标准、、规范，概概率设计方方法第12章可靠性基础础知识耐环境设计计产品使用环环境的影响响：振动、、冲击、噪噪音、防潮潮、防腐、、热设计。。电子元器件件的选用与与控制（数数据）电子元器件件可靠性设设计数据。。电磁兼容性性设计降额设计和和热设计第12章可靠性基础础知识12.4可可靠性性分析12.4.1故障障模式影响响及危害性性分析（FMECA）可靠性———故障，减减少故障→→危害、安安全性→可可靠性影响响故障模式→→产品功能能影响→单单点故障。。影响的严重重程度（严严酷度）＋＋发生概率率→危害提提出可能的的预防第12章可靠性基础础知识FMECA实施步骤危害性矩阵阵图危害性———以线段长长段评定FMECA用途①确确定关键件件和重要件件②单单点故障和和薄弱环节节③为为维维修修性性、、测测试试性性、、安安全全性性、、保保障障性性、、试试验验提提出出信信息息第12章章可靠靠性性基基础础知知识识第12章章可靠靠性性基基础础知知识识FMECA的工工作作效效果果因因素素①分分析析者者的的水水平平②可可利利用用的的信信息息③分分析析的的时时机机，，设设计计过过程程第12章章可靠靠性性基基础础知知识识12.4.2维维修修性性设设计计产品品的的维维修修性性是是设设计计出出来来的的。。维修修性性定定性性设设计计主主要要有有：：简简化化设设计计、、可可达达性性设设计计、、标标准准化化互互换换性性与与模模块块化化设设计计、、防防差差错错及及识识别别标标志志设设计计、、维维修修安安全全设设计计、、故故障障检检测测设设计计、、维维修修中中人人素素工工程程设设计计等等。。第12章可靠性基础知知识(1)简化设设计：尽可能能采用最简单单的结构和外外形,以降降低对使用用和维修人员员的技能要求求。(2)可达性设计：：是当产品发发生故障进行行维修时,容容易接近需需维修部位的的设计。(3)标准化、互换换性与模块化化设计。(4)防差错及识识别标志设设计。(5)维修安全性性设计。(6)故障检测设设计。(7)维修中的人人素工程设设计。第12章可靠性基础础知识12.5可可靠性试试验作用：调查查、分析和和评价的手手段目的：①定定量要求，，合格与否否②保证可靠靠性，实现现可靠性增增长分类：地点——实实验室、现现场试验目的——工工程试验、、统计试验验应力筛选、、鉴定可靠性增长长、验收第12章可靠性基础础知识12.5.1环境应力筛筛选低于极限的的环境应力力，模拟真真实条件。。剔除早期故故障，100%筛选12.5.2可靠性增长长暴露产品薄薄弱环节，，改进薄弱弱环节，提提高可靠性性Rs=R1*R2*···*Rn=∏RiRs≤Min(Ri)第12章可靠性基础础知识12.5.3可靠性测定定试验测定产品的的R定时、定数数截尾MTBF→指数分布布为前提假假设12.5.4可靠靠性鉴定试试验开发产品的的R——规定R要求的验证证。具有代表性性的产品，，规定的条条件，定型型依据国家标准，，企业标准准第12章可靠性基础础知识12.5.5验收试验交付使用产产品的可靠靠性试验→→验收统计计试验。序贯、定时时