可靠性基础知识讲解

可靠性基础知识讲解好的的产品设计，能够做到对各个方面统筹兼顾、协调一致。某一具体的产品，所涉及的设计要求的内容，其主次轻重是不同的，要着重考虑人、机、材料、成本。对于设计的可靠性、适用性与完善性的考虑，一般可以归结为：保证功能要求与适当使用寿命下不断降低成本。可靠性使用经济性成本人机工程学法律、法规、安全防护包装、运输功能、适应性、性能制造工艺、效率、能力一、可靠性在产品设计中的定位二、研究可靠性的目的和必要性可靠性是产品质量诸多特性中的专门特性之一，产品的专门特性还包括维修性。提高产品的可靠性从设计、制造等方面开始，因此会增加产品的设计费用、材料成本、制造成本。但是由于可靠性增加，减少维修，提高寿命。目的：通过与维修性相互协调，使产品在规定的研制费用以及时间进度、重量体积等条件下达到最佳的可靠性。或者在满足规定的可靠性指标前提下，尽理减少其体积重量、节省费用和缩短研制时间、成本。协调的标准是总费用与可用度的权衡。可靠性与总费用关系图费用可靠性R(t)研制费用维修费用总费用三、可靠性的定义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。产品完成功能能力的大小是以概率来表示的。产品不能完成规定功能称为失效(或故障)，产品何时出现失效与很多因素有关，因此产品出现失效时间是一个随机现象，所以研究可靠性就要研究随机现象及其规律。它是以概率论、数理统计等为数学基础，以失效物理为物理学基础。多项技术经济指标。规定功能工作时间小时次数公里……规定时间非工作时间贮存状态待机状态……环境条件温度振动湿度盐雾……规定条件工作条件工作应力工作负荷循环周期……系统、设备、组件、零件、软件等有形产品及无形产品产品1940s1950s1960S1970S起源于美国●重点在于电子管和真空管的可靠性研究。●成立AGREE，电子设备可靠性顾问委员会Texthe

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re四、可靠性发展历程推广发展●美国制定了一系列军用可靠性标准。●AGREE在1957年发表的《军用电子设备的可靠性》报告成为后来全世界可靠性工作的指南。●前苏联、日本、英国等国家开始介入可靠性研究。●可靠性由电子设备拓展到电力、机械、动力等方面。可靠性工程的系统化●阿波罗项目全面采用的可靠性工程技术，极大地推动了可靠性技术在全世界的推广●可靠性工程已经成为系统工程的一部分，日益系统化。●可靠性统计试验逐步完善。可靠性保证阶段●可靠性管理的作用突出显现，美国将可靠性管理作为质量管理的核心。●日本全面引进可靠性技术，推行全面质量管理，取得巨大效益。1980S可靠性体系完善●美国建立了完备的可靠性标准体系，如可靠性通用大纲、可靠性预计、FMEA等●可靠性工作项目不断丰富，例如电路容差设计、潜在电路分析、随机有限元分析等●波音公司建立了完备的故障信息闭环管理体系。1990S可靠性工程深度拓展●ISO9000将可靠性列入研制过程的必要工作项目。●民用产品全面建立可靠性要求体系。●机械、结构、机构的可靠性分析方法成熟。●诞生了大量可靠性软件工具可靠性引入中国现在可靠性工作成为产品质量的核心●GJB450-88《武器装备可靠性通用大纲》推行，成为军工和民用产品的可靠性工作标准●机车行业推出QS9000，强制采用可靠性工程控制可靠性理论分为三个重要领域或三个独立学科：1、可靠性工程：可靠性工程是指为了达到产品可靠性要求而进行的有关设计、试验和生产等一系列工作。可靠性工程包括对零件、部件、装备和系统等产品的可靠性数据的收集、分析，可靠性设计、预测、试验、管理、控制和评价。2、可靠性物理：可靠性物理又称为失效物理。它从机理方面、失效本质方面研究产品的不可靠因素，研究失效的物理原因与数学物理模型、检测方法及纠正措施等，如研究机械零件的疲劳损伤、裂纹的形成和扩展规律等，从而为研制、生产高可靠性产品提供理论依据。3、可靠性数学：研究可靠性的理论基础。它着重研究解决各种可靠性问题的数学方法及数学模型，研究可靠性的定量问题。主要数学手段有概率论、数理统计、随机过程、运筹学、拓扑学等数学分支，应用于数据收集、数据分析、系统设计及寿命实验。五、可靠性内容可靠性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；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、可靠性教育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、使用的可靠用性保证

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、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；产品标准可靠性工程的基本任务概括起来就是：1、确定产品可靠性，就是通过各种途径，如各种预计、试验、系统分析等来确定产品的失效机理、失效模式以及各种可靠性特征量的数值或范围等。2、获得产品可靠性，就是通过产品的寿命循环期即从构思、审查、研制、生产、使用、维修等一系列活动中的各种获得并提高可靠性的各项措施，得到最优化的可靠性。可分为以下几个部分：五、可靠性内容可靠性是衡量产品保持其功能的能力。丧失了功能就是发生了故障。研究可靠性实际上是从研究故障着手的。一切可靠性活动都是围绕故障展开的，都是为了防止、消除和控制故障的发生。名称定义1可靠度R(t)产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率2不可靠度F(t)产品在规定的条件下和规定的时间内，丧失规定功能的概率3故障密度函数f(t)如果N0是产品试验总数，△Nf是时刻t→t+△t时间间隔内产生的故障产品数，△Nf

(t)／(N0△t)称为t→t+△t时间间隔内的平均失效(故障)密度，表示这段时间内平均单位时间的故障频率，若N0→∞，△t→0，则频率→概率。4故障率λ（t）产品工作到t时刻后的单位时间内发生故障的概率，即产品工作到t时刻后，在单位时间内发生故障的产品数与在时刻t时仍在正常工作的产品数之比。当N0→∞时，λ（t）=f（t）/R（t）根据R

(t)，F

(t)，f(t),λ(t)的定义，还可以推导出：六、可靠性常用度量名称定义5平均寿命MTTF平均寿命MTBF平均寿命是指产品从投入运行到发生故障的平均工作时间。对于不可维修产品又称失效前平均时间MTTF对于可维修产品而言，称为平均故障间隔时间MTBF6维修度M(t)对于可修复产品，只考虑其发生故障的概率显然是不合适的，还应考虑被修复的可能性，衡量修复可能性的指标为维修度，用M(t)表示：产品在规定条件下进行修理时，在规定时间内完成修复的概率。7平均修复时间MTTR平均修复时间(MTTR—MeantimetoRepair)应理解为产品修复时间的数学期望。8平均等待时间MWT当考虑后勤保障、服务质量时，就会在时间序列上出现平均等待时间MWT,9固有有效度A(t)对可修复系统，当考虑到可靠性和维修性时，综合评价的尺度就是有效度A(t)，它表示产品在规定条件下保持规定功能的能力。10使用有效度A0当考虑后勤保障、服务质量时，从实际出发，使用有效度A0应表示为：六、可靠性常用度量早期失效期偶然失效期耗损失效期原因设计、制造、加工、装配、运输等形成的缺陷。以及调试、磨合、启动不当等人为因素非预期的过载、误操作、意外的天灾以及一些尚不清楚的偶然因素所造成。由于产品老化、疲劳、磨损、腐蚀等所谓耗损的原因所引起。可通过实验数据分析损耗期到来的开始拐点，并通过预防维修来延长产品寿命浴盆曲线：大多数产品故障概率随时间变化的曲线，呈浴盆形状，故称“浴盆曲线”。六、可靠性常用度量七、加速寿命试验定义：以缩短实验时间为目的,比基准条件加严的条件下进行的实验。加速应力测试(AST:AcceleratedStressTest)加速寿命测试(ALT:AcceleratedLifeTest)方法将振动、温度、电及湿度等应力进行各种不同的整合，并以阶梯应力的方式，依序或同时施加