《中级可靠性基础》PPT课件.ppt

第五章 可靠性基础知识,知金教育北京数字化学习中心 Beijing Cyber Learning Center,中级质量专业理论与实务各章所占分值比重统计,50,40,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,30,20,10,第一章：16分 第二章：36分 第三章：30分 第四章：32分 第五章：24分 第六章：32分,第六章,可靠性基础知识题量及所占分值比重统计,一、可靠性认知 二、可靠性发展的标志 1952年美国国防部成立电子设备可靠性咨询组。 1957年发表了军用电子设备可靠性报告。 三、可靠性运动 四、可靠性发展的动力 五、可信性工程发展为包括维修性工程、测试性工程、保障性工程 在内的可信性工程。,第五章 可靠性基础知识,大纲要求 1、掌握故障（失效）、可靠性、维修性的概念 2、熟悉保障性、可用性与可信性的概念 3、掌握可靠性的主要度量参数 *（7个术语 2个函数 6个度量指标）* 4、熟悉浴盆曲线 5、了解产品质量与可靠性的关系,第一节 可靠性的基本概念及常用度量,第一节 可靠性的基本概念及常用度量故障,a.故障（失效）的定义,故障：产品或产品的一部分 不能或将不能完成预定功能 的事件或状态。,失效：产品终止规定功能。,对可修复产品而言,对不可修复产品而言,例：投影仪与灯泡,故障的表现形式称为故障（失效）模式。例：投影仪不出影象。 引起故障的原因称为故障（失效）机理。 例：1、灯泡故障；2、电源变压器故障；3、主电路板故障等,故障通常是产品失效后的状态，但也可能失效前就存在。,b.故障模式、故障机理的定义,1、按出现故障的规律分：偶然故障和耗损故障 2、按故障的结果分：致命性故障和非致命性故障 3、按故障的统计特性分：独立故障和从属故障,偶然故障：由于偶然因素引起的故障。偶然故障是随机的，无法 控制，只能通过概率统计方法来预测。 耗损故障：是由于产品的规定性能随时间增加而逐渐衰退引起的。 耗损故障可以统计监测，可以通过预防维修，延长使用寿命。,c.故障的分类依据：,d.不同故障的基本概念,注意：浴盆曲线揭示了产品的早期、偶然以及耗损故障期。其中早期故障指由于设计和制造过程（人为）的缺陷引起的故障，可以通过设计与过程质量改进加以消除，通常不作为出现故障的规律来划分。,致命性故障：完全丧失完成规定功能的能力，并可能造成人或物的 重大损失。 非致命性故障：不影响任务的完成，但会导致非计划的维修。,独立故障：由产品本身原因引起而又不能成为引起其它器件故障原因的故障。 从属故障：其它产品故障引起的故障。,在评价产品可靠性时只统计独立故障。,d.评价可靠性的故障统计原则,习题：产品的故障分类有多种，按故障的规律可分为（ ） A.偶然故障 B.耗损故障 C.独立故障 D.从属故障,A.B,习题：关于不同类型的故障，以下说法正确的是（ ） A.偶然故障由偶然因素引起，只能通过统计方法进行预测 B.耗损故障可通过适当的修理延长产品的使用寿命 C.致命性故障是造成人或物的重大损失，导致任务失败的故障 D.非致命性故障不影响任务完成，一般也不需要进行维修,A.C,习题：在评价产品可靠性时，只统计（ ）。 A.致命性故障 B.非致命性故障 C.独立故障 D.从属故障,C,习题:关于故障（失效），以下理解错误的是（ ） A.故障指产品或产品的一部分不能完成规定功能的事件或状态 B.失效是指产品终止或丧失完成规定功能的能力 C.故障在产品失效后才表现出来 D.故障也可能在失效前就存在,A.C,第一节 可靠性的基本概念及常用度量可靠性,a.可靠性定义,b.“三个规定”的含义,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。,规定条件是指使用时的环境条件和工作条件。环境条件越恶劣，工作条件越不正常，可靠性越低。,规定时间内是指产品可以完成规定动能的工作时间内所预定的寿命。这里的“时间”是广义的概念，除时间外，还包括：里程、次数等。 可靠性是随时间的递减函数（不能理解为成反比）。,规定功能是指产品规格书中给出了正常工作的性能指标。,c.固有可靠性与使用可靠性,可靠性可分为固有可靠性和使用可靠性 固有可靠性：是产品在设计和制造过程中赋予的，是产品的一种固有特性，是产品开发者可以控制的。 使用可靠性：是产品在使用过程中表现出的一种性能保持能力的特性，它与产品的固有可靠性，及安装、操作和维修保障有关。,固有可靠性可以理解为产品设计者根据已知的产品的基本特性，设定其在正常工作条件下应具备的保持完成规定功能的能力，在制造过程中这种能力被完整赋予到产品身上，因此是产品的一种固有特性。 使用可靠性强调的是产品在使用过程中使用者使用和维护产品以及使用环境对固有可靠性的影响。产品固有可靠性的优劣通常决定着使用可靠性的高低，同时，使用可靠性还与操作使用、维修保障以及使用环境有关。,d.基本可靠性与任务可靠性,可靠性还可分为基本可靠性和任务可靠性 基本可靠性：产品在规定条件下无故障的持继时间或概率，它反映产品对维修人力的要求。要统计产品的所有故障。 任务可靠性：是产品在规定的任务剖面内完成功能的能力。只考虑任务期间影响任务完成的故障。,基本可靠性需分析统计（系统所有器件）的故障模式，任一故障模式都有可能发生，都直接影响着产品的基本可靠性，其中所有可维修的故障决定着对维修人力的合理安排。 任务剖面是指产品在完成特定任务这段时间内所经历的事件和环境的时序描述。任务剖面内并非所有故障都会发生，也并非都是致命故障，所有影响任务完成的故障都决定着产品的任务可靠性。,e.提高任务可靠性的原则,提高任务可靠性可采用冗余或代替工作模式，但这将增加产品的复杂性，降 低基本可靠性。设计时要在基本可靠性和任务可靠性之间进行权衡。,习题：产品可靠性定义中,规定的时间可用（ ）度量03考题 A.小时 B.里程 C.次数 D.概率,A.B.C,习题：产品的可靠性与（ ）有关. A.规定的条件 B.规定的时间 C.规定的功能 D.规定的地点,A.B.C,习题：产品的可靠性随工作时间的增加而（ ）03年考题 A.逐渐增加 B.保持不变 C.逐渐降低 D.先降后增,C,习题：产品的使用可靠性与（ ）因素有关。 A.固有可靠性 B.产品功能 C.操作使用 D.维修保障,A.C.D,习题：以下说法不正确的是（ ） A.固有可靠性是产品的固有特性，是产品开发者可以控制的 B.使用可靠性是产品使用过程表现出来的特性，不是固有特性 C.基本可靠性需要统计所有故障，反映产品对维修人力的要求 D.任务可靠性只考虑任务期间影响任务完成的故障 E.采用冗余技术，可以全面提高产品的基本可靠性,B.E,第一节 可靠性的基本概念及常用度量维修性,a.维修性定义,维修性的定义：产品在规定的条件下和规定时间内，按规定的程序 和方法，保持和恢复执行规定状态的能力。,维修含义包括维护和修理两个方面：1）维护：也称预防性维修，是根据产品功能随时间的衰减特性以及对已掌握的故障规律采取的预防性措施，以延长产品寿命的过程。2）修理是产品发生故障后，使其尽可能恢复故障前的状态。 维修性概念不能等同于维修活动，前者是在产品设计中赋予产品可接受维修并便于维修的能力，是产品本身所具备的固有属性。后者是针对可维修产品具备的维修特性必要时所采取的活动。,b.维修性的性质,维修性是产品质量的一种特性,即由产品设计赋予其维修简便、迅速和经济的固有特性。,产品可靠性与维修性密切相关，都是产品的重要设计特性。在产品的论证阶段就应对可靠性和维修性提出要求，并通过设计、分析、试验、评定等活动将要求落实到产品的设计中，使要求在产品生产、使用和维护阶段的全寿命过程得到充分体现。,习题：可靠性和维修性都是产品的重要设计特性，可靠性和维修性工 作从（ ）阶段就应开始进行 A.产品论证 B.产品设计 C.产品试制 D.产品生产,A,习题：以下说法错误是（ ） A.维修性是产品的固有特性 B.维修性是可以使产品达到使用前状态的特性 C.产品的维修性就是指产品出现故障后进行维修 D.产品的维修性与可靠性密切相关，都是产品重要的设计特性,B.C,习题：与产品维修性定义有关的是（ ）01年考题 A.规定的条件 B.规定的时间 C.规定的程序与方法 D.规定的地点 E.规定的费用,A.B.C,四.保障性 五.软件可靠性 六.可用性 七.可信性,保障性：系统（装备）的设计特性和计划的保障资源满足平时和战 时使用要求的能力。,保障性是装备系统的固有属性。装备具备可保障和能保障的特性才是完整保障性的装备。保障性与可靠性和维修性、保障的设计特性、计划的保障资源紧密相关。,军事装备要保证今后15年的应战需要。因此，装备的设计要保证装备便于贮存、装卸、操作、检测、维修、运输以及消耗品的补给等。,保障性同样适用于民用产品，表现为产品设计使产品装卸和操作简便、维修及时、备件充足、消耗品有供应等。,第一节 可靠性的基本概念及常用度量保障性,系统（或产品）可靠性通常包括：硬件可靠性和软件可靠性。 国际电工委员会发布的软件可靠性标准 IEC60300-3-6软件可靠性应用指南 IEC61713软件生存期的软件可信性应用指南,第一节 可靠性的基本概念及常用度量软件可靠性,可用性的定义：可用性是在要求的外部资源得到保证的前提下，产 品在规定的条件下和规定的时刻或时间区间内处于可执行规定功能状态 的能力。,可用性分为固有可用性和使用可用性。固有可用性不受外部资源的影响；使用可用性受外部资源的影响。,可用性即“要用时就可用”。可用性是可靠性、维修性和维修保障的综合反映。可靠性通过延长产品的工作时间提高产品可用性。 维修性通过缩短产品的停机时间提高产品可用性。,在任意时刻使用产品时，该产品在此时刻所表现的可用的能力，既是可用性，它反映了可靠性、维修性和维修保障的综合成绩或效果。,第一节 可靠性的基本概念及常用度量可用性,可信性一般只用于非定量的总体描述，其定性和定量要求是通过可用性、可靠性、维修性及维修保障的定性和定量要求来表达的。 可信性是一个集体合术语，用来表示可用性及其影响因素：可靠性、维修性及维修保障。,可信性在于向顾客提供信任，是质量保证的重要内涵。,第一节 可靠性的基本概念及常用度量可信性,习题：系统的保障性与（ ）有关 A.可靠性和维修性 B.保障的设计特性 C.计划的保障资源 D.性能的设计特性,A.B.C,习题：可用性定义中的规定时间指的是（ ） A.产品的工作时间 B.产品的使用寿命 C.产品即用的时刻 D.产品无故障时间,C,习题：维修性通过（ ）来提高产品的可用性 A.延长产品工作时间 B.缩短因维修的停机时间 C.提高故障修理质量 D.降低产品维修成本,B,习题：影响产品可信性的因素有（ ）03、04年考题 A.适用性 B.可靠性 C.维修性 D.维修保障 E.性能,B.C.D,八.可靠度函数 九.累计故障(失效)分布函数,可靠度：产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的概率。,可靠度是可靠性的度量指标，是随时间变化的函数，用R(t)来表示。可靠度函数的表达式： R（t）= P（Tt） T 是产品发生故障（失效）时间，当产品失效时，T 也称寿命。 t 为规定的时间。,R(t),t,可靠度函数,随时间递减的函数,累计故障（失效）分布函数是 故障的度量指标，也是随时间变化 的函数，通常用F（t）表示。 累计故障（失效）分布函数数 学表示为： F（t）= P（Tt）,累计故障（失效）分布函数,t,随时间递增的函数,F(t) 不可靠度,假定产品要么处于正常工作状态，要么处于故障状态，可靠性与故 障可以表述为两个对立的事件。 可靠度函数与累计故障分布函数的关系为： R（t）+ F（t）=1 由于F(t)=1-R(t),因此，累积故障分布函数通常也成为不可靠度。,故障概率密度函数f（t）是累积故障分布函数的导数，它表示在t 时刻后一个单位时间内产品发生故障的概率。,根据教材所给故障实验统计数据 （对数正态分布）,一个由若干组成部分构成的复杂产品，不论组成部分的故障是什么分布，只要在故障后即予维修，且修后如新，则产品的故障分布就近似指数分布。 指数分布因其简单得到广泛而有时不恰当的应用，常见的分布形式还有威尔布分布、对数正态分布等。,服从指数分布的密度函数f(x)为：,f(t)服从指数分布下的分布函数（本书第一章P43页）,当故障率f(t)服从指数分布时：,t,指数分布的概率密度函数,f(t),0,可靠性与维修性的常用度量,可靠度：,N0为产品总数，r(t)为工作到t时刻产品发生的故障数。,可靠度计算示例： 例：设t=0时，投入工作的10000只灯泡，当t=365天时，发现有300只灯泡坏了，求一年时的工作可靠度。 参考答案：R（年）=0.97 F(t)=1-0.97=0.03,第一节 可靠性的基本概念及常用度量可靠度,（二）故障（失效）率 产品工作到某时刻尚未发生故障，在该时刻后一个单位时间发生故 障的概率，称为产品故障（失效）率（或瞬时故障率） 。 产品故障率一般用(t)表示。,r(t) t 时刻后，t 时间内发生故障的产品数 t所取时间间隔 NS(t)在t 时刻没有发生故障的产品数,第一节 可靠性的基本概念及常用度量故障（失效）率,之间的相互关系,设在规定的 t 时间内发生故障的产品数为 ，未发生故障的产品数为 ，产品总数为 ，则有：,当t 趋近于 0 时：,低故障的元器件常以 10-9/h 为故障率的单位，称之为菲特（Fit） 如果产品服从指数分布，故障率为常数，此时可靠度为R(t)=e-t 。,故障率计算示例： 例1：上题若一年后第一天又有一只灯泡坏了，求此时的故障率。 t=1(天)， r(t)=1(只)，Ns(t)=10000-300=9700 (只) 参考答案：（t）=0.000103/天,指数分布： 注意：若给出指数分布概率密度函数的图形，是当 t=0时，f(t)的取值,三、平均失效（故障）前时间MTTF,设N0个不可修复的产品在同样条件下进行试验，测得其全部失效时 间为 t1，t2tNO，其平均失效前时间为：,对于不可修复的产品，失效时间即产品的寿命，因此，MTTF即为平均寿命。当产品服从指数分布时：,平均失效前时间计算示例 例：设有5个不可修复产品进行寿命试验，它们发生失效的时间 分别是1000h、1500h、2000h、2200h、2300h，问该产品的MTTF的 观测值？若已知该产品服从指数分布，则其故障率是多少？在平均 寿命内的可靠度是多少？ 参考答案：MTTF=1800h;(t)=0.00056/h; R(t)=e-1,四、平均故障间隔时间MTBF,一个可修复产品在使用中发生了N0次故障，每次故障修复后，又 重新投入使用，测得其每次故障前工作持续时间为t1，t2tNo，其 平均故障间隔时间MTBF为：,T 为产品总工作时间。,对于完全修复产品，因修复后产品如新，一批产品发生了N0次故障，相当于N0个新产品工作到首次故障，因此：,当产品的寿命服从指数分布时：MTBF = MTTF = 1/,平均故障间隔时间MTBF计算示例： 例：设有一个电子产品累计共工作10万小时，共发生故障50次，问 该产品的 MTBF的观测值？如果该批产品服从指数分布，问其故障率 是多少？ MTBF内的可靠度是多少？ 参考答案：MTBF=2000h；(t)=0.0005/h; R(t)=e-1,五、贮存寿命,贮存寿命的概念： 产品在规定条件下贮存时，仍能满足规定质量要求的时间长度， 称为贮存寿命。 贮存寿命是产品贮存可靠性的一种度量。 产品在规定条件下贮存，仍存在偶然故障，但其故障率比在工作 条件下的故障率要小得多。,六、平均修复时间MTTR,平均修复时间MTTR的概念： 平均修复时间是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。 平均修复时间MTTR是维修性的度量指标。,T是修复总时间，n是修复次数。,第一节 可靠性的基本概念及常用度量浴盆曲线,产品典型的故障率曲线,(t),使用寿命,规定的故障率,维护后故障率下降,偶然故障期,t,耗损故障期,早 期 故障期,A,B,1、早期故障降至最低，产品耗损期到来之前，是产品的主要使用期。 2、故障率基本平稳，可近似看作一个常数。 3、由偶然因素引起的。 4、可以通过统计方法来预测。,1、产品使用很长时间以后。 2、故障迅速上升，直至极度。 3、主要由老化，废劳、磨损、腐蚀引起。 4、可通过试验数据分析确定耗损起始点，并通过预防维修延长产品的寿命。,产品的使用寿命与产品规定条件和规定的可接受故障有关。 规定的允许故障率越高，产品使用寿命越长，反之寿命越短。,1、产品使用初期，故障容易暴露出来。 2、故障率较高，且呈迅速下降趋势。 3、由设计和制造缺陷引起。如设计不当、材料缺陷、加工缺陷、安装调整不当等。 4、可以通过加强质量管理及采取环境应力筛选加以减少。,高质量电子产品其故障率曲线在其寿命内基本是一条平稳的直线。 质量低劣产品要么存在大量早期故障要么很快进入耗损故障阶段。,可靠性与产品质量的关系,可靠性 是随时间变化的产品重要的质量特性 是顾客最为关注而又无法直接感知的特性 贯穿于产品设计、制造、储运、使用、维修的整个过程 是质量的重要内涵，是每时没刻的质量,习题：产品在规定条件下和规定时间内,完成规定功能的概率称之为 （ ）05年考题 A.可用度 B.可靠度 C.可信度 D.耐久度,B,习题：低故障率元器件通常用菲特（Fit）作为故障率单位，其符号为 （ ） A.10-3/h B.10-6/h C.10-9/h D.10-12/h,C,习题：当产品的故障服从指数分布时，其故障率为一常数，此时的可 靠度为（ ） A. B. C. D.,B,习题：贮存寿命是指产品在规定条件下贮存,仍能满足（ ）的时 间长度 A.规定可靠性要求 B.规定质量要求 C.执行规定功能 D.维修性要求,B,习题：维修性常用的度量参数是（ ） A.MTTF B.MTBF C. D.MTTR,D,习题：度量电视机可靠性最通用的指标是（ ）04年考题 A.故障率 B.可靠度R C. MTTF D. MTBF,D,习题：以下不属于可靠性度量指标是（ ）05年考题 A.平均故障间隔时间 B.故障率 C. 风险顺序数 D.贮存寿命,C,习题：已知产品故障服从指数分布如图： 则产品在2000h时的可靠度 （ ） A. e-1 B. e-10 C. e-2 D. e-20,t,f(t),0.005/h,2000h,B,0,习题：产品的故障浴盆曲线包括（ ）阶段03、05年考题 A.早期故障期 B.使用故障期 C.偶然故障期 D.贮存故障期 E.耗损故障期,A.C.E,习题：根据故障浴盆曲线，（ ）理解是错误的 A.早期故障主要是设计和制造中的缺陷 B.产品使用初期，故障率较高，并呈明显上升趋势 C.偶然故障期是产品的主要工作期，故障率低且基本平稳 D.耗损期故障迅速上升，通过预防维修可以延缓故障增加,B,习题：规定允许的故障率高，产品的使用寿命则（ ） A.短 B.增加越快 C. 降低越快 D.长,D,习题：高质量等级的电子产品，其故障率在其寿命期内基本是一条 （ ） A.呈下降趋势的直线 B.平稳的直线 C.呈上升趋势的直线 D.先降后升的曲线,B,习题：某产品使用了1810h，其间发生三次故障，第一次维修时间 为3h，第二次为8h，第三次为2h，则：04年考题 1、产品平均修复时间为（ ） A.4.33h B.4.75h C.4.00h D.5.50h 2、产品平均故障间隔时间（ ） A.600h B.603.3h C.595h D.599h 3、假定产品故障服从指数分布，则故障率（ ） A.1/600h B.1/603.3h C.1/595h D.1/599h 4、若已知使用寿命是平均寿命的2倍，则可靠度（ ） A. e B. e-1 C. e-2 D. e2,A,D,D,C,第二节 基本可靠性设计与分析技术,大纲要求 1、了解可靠性设计的基本内容和主要方法 2、熟悉可靠性模型及串并联模型的计算 3、熟悉可靠性预计和可靠性分配 4、熟悉故障模式影响及危害性分析FMECA 5、了解故障树分析FTA 6、熟悉维修性设计与分析的基本方法,一、可靠性设计的基本内容,产品可靠性是设计出来、生产出来和管理出来的。 设计是保证产品可靠性的首要环节，是保证产品可靠性的关键。 产品开发者的可靠性设计水平对产品可靠性影响重大。,a.了解可靠性设计的基本内容,可靠性设计的主要技术 1、规定定性定量的可靠性要求 2、建立可靠性模型 3、可靠性分配 4、可靠性预计 5、可靠性设计准则 6、耐环境设计 7、元器件选用与控制 8、电磁兼容性设计 9、降额设计与热设计,b.最常用的可靠性定量指标,可靠性指标是可靠性设计的目标，也是检验产品可靠性的依据。 常用的可靠性指标为： MTBF； 使用寿命。,主要的可靠性指标,c.了解可靠性设计方法中的一些要求,可靠性设计准则：根据产品类型，重要程度、可靠性要求，使 用特点和相似可靠性设计经验及有关标准、规范制定。,耐环境设计：包括产品的抗振动、抗冲击、抗噪音、防潮、防霉、防腐设计和热设计。,元器件的选用和控制：制定并实施元器件大纲是控制元器件选择和使用的有效途径。,电磁兼容性设计：增强产品抗电磁干扰的能力。 降额设计与热设计：环境温度过高，故障率会增大。对运动系统或电子产品采取通风、水冷等措施是可靠性热设计的要求。,d.掌握可靠性串联模型和并联模型的概念,可靠性模型是用以预计或估计产品可靠性的一种模型。建立产品 系统级、分系统级或设备级的可靠性模型，便于定量分配、估计和评 价产品的可靠性。,可靠性模型包括：可靠性方框图和可靠性数学模型。 典型的可靠性模型有：串联模型和并联模型,串联模型：组成产品的所有单元中任一单元发生故障都会导致整个产品故障的模型。 并联模型：组成产品所有单元同时工作时，只要还有一个单元不发生故障，产品就不会发生故障，也称工作贮备模型（冗余模式）。,串联模型,并联模型,C(电容）,L(电感）,产品原理图,可靠性框图,可靠性框图,产品原理图：表示产品中各单元之间的物理关系。,可靠性框图：表示产品中 各单元之间逻辑功能关系。,e.掌握可靠性串联模型和并联模型的计算,串联模型的数学模型 （1）可靠度是产品各单元可靠度的积 （2）故障率是产品各单元故障率的和,串联系统的可靠度是指所有单元都正常工作的概率。因此，系统总的可靠度等于各单元可靠度的积。应注意的是上述数学模型是基于各工作单元彼此相互独立（都是独立故障），若不独立，相关联单元的概率用条件概率表述。,产品服从指数分布情况下，若设计赋予各单元的故障率为i 求：1）可靠度Rs(t) 2）当工作时间 t= MTBF（平均寿命），Rs(t)值 计算： 可靠度： t= MTBF时： 可靠度：,串联模型计算示列： 例1：已知振荡器的电感和电容故障率L = C= 10-6/h,振荡器寿命 服从指数分布，求振荡器的故障率S；MTBF S及可靠度R S（t）。 参考答案：S =210-6/h；MTBFS =510 5 h；RS（t） =e -210-6 t,串联模型计算示列： 例2：假设一个产品是10个部件串联组成，寿命服从指数分布，若 每个部件工作10000小时的可靠度为0.9，求产品工作到10000小时的可 靠度。 参考答案： R S（10000) =0.910 =0.349,并联模型的数学模型,并联模型计算示列： 例2：假设一个产品是10个部件并联组成，寿命服从指数分布，若每个部件工作10000小时的可靠度为0.9，求产品工作到10000小时的可靠度。 参考答案： R S（10000) =1-0.110 =0.9999999999,并联模型 考察的是所有单元都发生故障的概率，即总的不可靠度。 即： 因此： （要求各单元相互独立）,如图，假定各单元的可靠度均为 R，求系统总的可靠度 Rs,n列,n列,k行,并串联模型,串并联模型,k行,n列,f.掌握可靠性串联模型和并联模型的特点,1、串联模型的特点：组成串联系统的单元越多，产品的可靠性越低。 2、并联模型的特点：产品的可靠性高于各组成单元的可靠性。 （要考虑冗余提高任务可靠性、降低基本可靠性的特点）,提高产品可靠性的重要途径 1、在满足性能要求的前提下尽量简化设计，使“部件数要少”， 此点不仅对提高可靠性有重要意义，同时可以降低零部件的采购和处理费用，降低成本。 2、提高产品各组成单元的可靠性。 包括发展新材料、新技术，推行标准化，应用冗余技术以及进行可靠性增长试验等。,习题：产品的可靠性是（ ）出来的03年考题 A.设计 B.计算 C.试验 D.制造 E.管理,A.D.E,习题：主要的可靠性设计技术包括（ ） A.建立可靠性模型 B.可靠性设计评审 C.可靠性分配 D.可靠性预计,A.C.D,习题：最常用的可靠性模型有（ ） A.串联 B.并联 C.旁联 D.互联 E.混联,A.B,习题：以下说法正确的是（ ） A.可靠性串联模型，组件越多，可靠性越低 B.可靠性并联模型，组件越多，可靠性越高 C.提高产品可靠性，采用简化设计技术是有效的途径 D.适当采用冗余技术，可以提高产品的可靠性,A.C.D,习题：有三个相同的元件，其可靠度均为0.8，则01年考题 1、串联后，系统的可靠度为（ ） A. 0.512 B. 0.76 C. 0.764 D. 0.8 2、并联后，系统的可靠度为（ ） A. 0.512 B. 0.76 C. 0.992 D. 1 3、如图系统，可靠度为（ ） A. 0.760 B. 0.764 C. 0.768 D. 1,A,C,C,习题：由4个单元组成的串联系统，每个单元寿命都服从指数分布， 故障率为A=0.002/h B=0.001/h C=0.004/h D=0.003/h 1、系统的故障率（ ） 05年考题 A. 0.01/h B. 0.001/h C. 0.0001/h D. 0.1/h 2、系统的平均故障间隔时间为（ ） A. 1000h B. 100h C. 10h D. 500h 3、为提高系统可靠性，应优先降低（ ）的故障率 A.单元A B. 单元B C. 单元C D. 单元D,A,B,C,二、可靠性分配 三、可靠性预计,a.熟悉可靠性分配常用方法及分配参数,可靠性分配：在产品设计阶段，将产品的可靠性定量要求按规定 的准则分配到规定的产品层次的过程。 可靠性分配的方法：评分分配法、比例分配法等。 评分分配法是最常用的分配方法，分配参数选择的是故障率。,b.了解可靠性分配需考虑的主要影响因素,主要考虑的影响因素有： 1）产品复杂程度 2）技术成熟度 3）重要度 4）环境条件 注意每项影响因素评分高低原则。,c.熟悉简单的可靠性评分分配方法,可靠性评分分配方法： 分配给第i个分系统的故障率i为:i= Cis s是系统规定的故障率指标。Ci是分系统的评分系数，Ci=i / =i,例：假设由四个部件A、B、C、D组成的串联电子系统，寿命分布 服从指数分布，其可靠性指标为MTBF=500h，试用评分分配法将可靠 性分配到个部件。 1、计算系统规定的故障率s =1/500=0.002/h； 2、请专家对四种影响因素进行评分，见下表。,d.了解常用的可靠性预计的方法,e.了解元器件计数法和应力分析法的特点,可靠性预计：产品设计阶段，根据产品各组成部分的可靠性预 测产品在规定的工作条件下的可靠性所进行的工作。 可靠性预计的方法：元器件计数法，应力分析法等。,元器件计数法的特点：1、适用于产品的设计开发早期，2、不需要了解各元器件详细信息及逻辑关系，3、预计结果比较粗糙。 应力分析法的特点：1、适用于产品的详细设计阶段，2、具备详细信息，3、预计结果较准确。,f.熟悉元器件计数法和应力分析法的公式,元器件计数法公式： 产品总的故障率 第i 种元器件的通用故障率 第i 种元器件数量 第i 种元器件通用质量系数 n 产品所用元器件种类数目,应力分析法公式： 1）各元器件工作故障率： 元器件工作故障率 元器件基本故障率 环境系数 降额因子（K1） 2）产品的工作故障率： 3）得出产品的MTBF：,Ni是元器件数量 n是元器件种类,习题：可靠性分配的主要方法有（ ） A.评分分配法 B.元器件计数法 C.应力分析法 D.比例分配法,A.D,习题：在可靠性分配中，一般选用（ ）作为分配参数 A.故障率 B.可靠度R C. MTTF D. MTBF,A,习题：可靠性专家对某元件的复杂度、重要度均给出8分的评分，这 表明该元件的复杂度、重要度（ ） A.高、高 B.高、低 C.低、高 D.低、低,B,习题：元器件计数法的的特点有（ ） A.适用设计开发早期 B.具备较详细的信息 C.预计结果比较粗糙 D.预计结果比较精确,A.C,习题：运动设备和电子元器件通常要增加通风和水冷设计，这属于 可靠性设计技术中的（ ） A.耐环境设计 B.抗振动设计 C.电磁兼容性设计 D.降额设计与热设计,D,习题：某产品由5类主要部件组成，各类产品的用量、通用故障率如 下表，通用质量系数 都为1，04年考题 用元器件计数法预计该产品的故障率为（ ）(单位: 10-4/h) A. 31.1 B. 266 C. 4.50 D. 122.2,D,元器件计数法公式:,四、故障模式、影响及危害性分析 五、故障(失效性)分析 六、维修性设计,a.熟悉可靠性分析的主要方法,当前实用而有效的可靠性技术为“三 F”技术，即 1）故障模式，影响及危害分析（FMECA） 2）故障树分析（FTA） 3）故障报告、分析及纠正措施系统（FRACAS） “三 F”技术的主要用途有： 1）设计中运用FMECA、FTA，可及时发现和纠正设计缺陷，实施 重点管理。 2）实施FRACAS，可彻底查明故障原因，采取改进措施，防止故 障再发生。 3）运用“三 F”技术可以积累工程经验，提高产品设计水平，并为建 立系统维修和维护提供指南，为可靠性改进活动指出方向。,b.熟悉FMEA、CA的基本概念,FMECA是对产品所有可能的故障模式进行分析，确定每种故障模 式对产品工作的影响，找出单点故障，并按故障模式的严酷度及其发生 概率确定其危害性。,FMECA包括：故障模式及影响分析FMEA、危害性分析CA FMEA是对故障进行分析改进提高的过程； CA是综合分析评价的过程。CA是FMEA的继续； FMEA 只能定性分析，而CA可以定性也可以定量分析。 FMECA分析方法可用于整个系统到零部件任何一级，一般根据要求和可能在规定的产品层次上进行。,c.熟悉影响FMEA的主要因素,影响FMECA工作效果的主要因素包括：分析者的水平高低、可利用信息的多少以及分析时机的选择。,故障模式是指故障的表现形式。元器件的主要故障表现形式有：断裂、接触不良，短路、腐蚀等。,故障影响指该故障模式对产品安全性或产品功能的影响。故障影响一般可分为：对局部、高一层次及最终影响三个等级。,严酷度：某种故障模式影响严重程度。分为四类： 类（实难性故障）：造成人员死亡或系统毁坏的故障 类（致命性故障）：造成人员严重受伤或系统严重损坏的故障 类（严重故障）：造成系统轻度损坏，导致任务推迟完成的故障 类（轻度故障）：不造成系统损坏，但会导致非计划维修的故障,故障模式发生的概率等级分为五级 A级（经常发生） B级（很可能发生） C级（偶然发生） D级（很少发生） E级（极不可能发生）,d.了解FMECA的主要步骤,1）2）3）掌握产品/系统的相关信息和资料； 4）定义产品及其功能和最低工作要求； 5）画出产品/系统的功能方框图； 6）规定故障分析级别，即规定分析的层次； 7）找出故障模式，分析其原因及影响； 8）找出故障的检测方法； 9）分析故障原因，提出预防措施； 10）确定各种故障模式对产品危害的严酷度； 11）确定各种故障模式发生的概率等级； 12）填写FMEA表及绘制危害性矩阵图。,e.了解故障树分析的主要内容,故障树分析FTA：通过对造成系统故障（顶端事件）的各种可能的 原因（中间事件或底事件）进行分析，画出逻辑因果图（故障树），进 而确定中间事件或底事件的各种可能的组合方式或共发生概率，以便采 取措施，提高系统的可靠性。,FMECA：找出单点故障，由局部到总体分析其对系统的影响。 FTA：首先确定顶端事件，由总体到局部分析故障发生的原因。,FTA分析的一般要求,故障树分析的准备：熟悉系统相关资料，掌握设计意图、结构、功能和环境情况。确定顶端事件及各级故障事件，根据任务要求确定分析目的及系统故障判据。,从顶端事件出发根据基本规则和方法建造故障树。,故障树的规范化；简化及模块分解；计算故障树的最小割集。,由各底事件发生概率计算出顶事件的发生概率。,f.熟悉维修性设计的主要内容,维修性是设计出来的。维修性设计的主要有定性和定量两种方 法，其中定性设计是最主要的。,定性设计主要内容 1、简化设计； 2、可达性设计； 3、标准化互换与模块化设计；4、防差错及识别标志设计； 5、维修安全设计； 6、故障检测设计； 7、维修中人素工程设计。,1、 简化设计： 在不影响性能要求和使用要求前提下，使产品结构尽可能简化。 其基本原则是尽可能简化产品功能、合并产品功能和尽量减少零部件 的品种及数量。此要求不仅便于使用和维修，对提高产品可靠性、降 低生产和维修成本都由重要意义。,2、可达性设计： 产品发生故障进行维修时身体的某一部位或借助工具更容易接近 维修部位，同时为维修操作留有空间的设计。可达性设计要求视觉可 达和实体可达。合理设置维修窗口和维修通道是重要的途径。,3、标准化，互换性与模块化设计： 采用标准件便于零部件供应储备和调剂，利于维修。互换性设计 可简化维修作业和节约储备品费用。模块化设计实现部件互换通用。,4、防差错及识别标志设计： 防差错设计指产品维修时必须在正确安装程序上才能安装的设 计。识别标志设计是指产品的维修部位及备件、专用工具、测试器 材等易于辨认的设计。 5、维修安全性设计： 是指避免维修人员的伤亡和产品损坏的设计。 6、故障检测设计： 使故障检测准确快速的设计。 7、维修中的人素工程设计： 考虑维修人员的人素工程，以便提高维修效率的设计。,习题：常用的可靠性分析方法有（ ）03年考题 A.FMECA B. PDCA C.FTA D.FRACAS,A.C.D,习题：对每种故障模式的严酷度及其发生概率进行分析，以全面评 价每种故障模式对产品的综合影响的分析方法是（ ） A.FMEA B.CA C.FTA D.FRACAS,B,习题：影响FMECA工作效果的主要因素有（ ） A.分析者的专业水平 B.可利用信息的多少 C.计算机技术的应用 D.对分析时机的把握,A.B.D,习题：故障影响是指某故障模式对产品的安全性及功能的影响，故 障影响通常分为（ ）等几个等级 A.对元件本身影响 B.对局部影响 C.对高一层次影响 D.对最终影响,B.C.D,习题：以下不属于故障树分析工作内容的是（ ） A.构建故障树 B.分析故障模式的严酷度 C.计算顶端事件的发生概率 D.编写故障树分析报告,B,习题：以下属于维修性设计的有（ ）05年考题 A.简化设计 B.防差错及识别标志设计 C.故障检测设计 D.冗余设计 E.标准化、互换性与模块化设计,A.B.C.E,第三节 可靠性试验,大纲要求 1、熟悉可靠性试验概念、作用和分类 2、掌握环境应力筛选试验内容 3、了解可靠性增长试验和加速寿命试验 4、熟悉可靠性测定试验 5、了解可靠性鉴定试验,可靠性试验的基本概念,a.了解可靠性试验的概念,可靠性试验是对产品的可靠性进行调查、分析和评价的一个过程。 可靠性试验可以包括实验室试验和现场试验。,b.熟悉可靠性试验的作用,1、通过试验数据说明产品是否符合规定可靠性定量要求，作出按收或不接收，合格与不合格的判定。 2、通过试验发现产品设计、零部件、原材料和工艺方面的缺陷和潜在故障，以便采取有效改进措施，提高产品可靠性。,c.熟悉可靠性试验的分类,工程试验：环境应力筛选试验、可靠性增长试验、加速寿命试验 统计试验：可靠性测定试验、可靠性鉴定试验、可靠性验收试验,一、环境应力筛选试验,a.了解环境应力筛选试验的概念,b.掌握环境应力筛选试验的特点,环境应力筛选试验是通过在产品上施加一定的环境应力，以剔除由不 良元器件、零部件或工艺缺陷引起的产品早期故障的一种工序或方法。,1、试验是对产品施加一定环境应力，排除早期故障。 2、产品开发和批生产早期阶段，环境应力筛选在产品各层次上都应 100%的进行。 3、正常筛选的淘汰率不应超过15%，否则应停止试验。 4、环境应力筛选试验不能提高产品的固有可靠性，但通过改进设计 和工艺等可以提高产品的可靠性水平。,环境应力不必准确模拟真实的环境条件，但不应超过设计极限。对电子产品施加的环境应力通常是随机振动和温度循环应力。,二、可靠性增长试验 三、加速寿命试验,a.了解可靠性增长试验的概念,b.熟悉可靠性增长试验的特点,可靠性增长试验是一个在规定的环境应力下，为暴露产品薄弱环 节，并证明改进措施能防止薄弱环节再现而进行的试验。规定的环境应力 可以是产品工作的实际环境应力、模拟环境应力或加速变化的环境应力。,可靠性增长试验是发现故障、分析和纠正故障以及对纠正措施的有效 性进行验证以提高产品可靠性水平的过程。一般称为试验分析改进。 试验本身并不能提高产品的可靠性，只有采取了有效的纠正措施来防 止产品在现场工作期间出现重复故障之后，产品的可靠性才能真正提高。,c.了解加速寿命试验的概念,加速寿命试验在不改变产品失效机理的条件下，通过提高工作环 境的应力水平加速产品的失效，尽快暴露产品设计过程中的缺陷，发现故 障模式，称这种超过正常应力水平下的寿命试验为加速寿命试验。,四、可靠性测定试验,a.了解可靠性测定试验的概念,b.熟悉可靠性测定试验的简易计算,可靠性测定试验是通过试验测定产品的可靠性水平的试验。可靠 性测定试验是一项统计试验。对于电子产品寿命（指数分布）的测定试验 通常分为：定时截尾试验和定数截尾试验。,设定时截尾试验时间为T*，出现的故障数为r，则MTBF的点估计值 为： 给定置信水平，MTBF 的相应单侧置信下限L为： 式中： 由度为2r+2的 2 分布的分位点。,例：某种产品作累积试验时间为3万小时的定时截尾试验，共出现5次故障，求=95%的L。 解： =30000/5=6000 h 给定=95% =21.026 故 =2853.6 h （注意自由度的取值是2r+2）,用试验样本数据估计总体，一般平均寿命越长越好，因此，不考虑上限。 点估计,五、可靠性鉴定试验 六、可靠性验收试验,a.了解可靠性鉴定试验的概念和特点,可靠性鉴定试验为了验证开发产品的可靠性是否与规定的可靠 性要求一致，用具有代表性的产品在规定条件下所作的试验，并以此作 为是否满足要求的依据。,可靠性鉴定试验是一种统计验证试验，在方法上是一种抽样检验程 序，选取的指标是与时间有关的产品质量特性。试验只要求累计试验时 间，试验样本一般抽取2-3个以上产品。,寿命服从指数分布的定时截尾可靠性鉴定试验有标准的试验方案。 当受试的产品累积试验时间达到方案规定的时间T* 时即停止试验，把试 验中出现的故障数r与方案中的判别标准相比较：当故障数大于或等于拒 收数Re时即做出不接收判断，若小于拒收