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CTOC 可靠性初级讲座 可靠性讲座内容提要 观念的改变 例子说明 第一节可靠性的基本概念 一 可靠性1 定义 产品在规定的条件下和规定的时间内 完成规定功能的能力称为可靠性 产品 这里指硬件和流程性材料等有形产品以及软件等无形产品 产品按从发生故障后是否可以通过维修恢复到规定功能状态 可分为可修产品和不可修产品 定义中的 三个规定 是理解可靠性概念的核心 规定条件 是指产品工作时所处的全部环境条件和工作条件 其中包括自然因素 机械负载 辐射 使用因素 维护条件等 规定时间 是指规定的工作时间 即产品可以完成规定功能的工作时间内所预定的寿命 规定功能 是指产品规格书中给出的正常工作的性能指标 2 可靠性分类 1 从产品可靠性的形成过程分 固有可靠性 产品在设计 制造过程中赋予的 是产品的一种固有特性 使用可靠性 产品在实际使用过程中表现出来的一种性能的保持能力的特性 除固有可靠性外 还有产品安装调试 操作使用 维修保障 环境条件等方面因素的影响 一般说来 使用可靠性 固有可靠性使用可靠性 固有可靠性 2 从产品的功能分 基本可靠性 是产品在规定条件下无故障的持续时间或概率 它反映产品对维修人力的要求 任务可靠性 是产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能力 通常 基本可靠性 任务可靠性任务剖面 是产品在完成某特定任务这段时间内所经历的事件和环境的时序描述 其中包括了任务成功或致命故障的判断准则 二 故障 失效 及其分类1 故障的定义 在规定条件下 产品或产品的一部分不能或将不能完成规定功能的事件或状态称为故障 故障 终止即丧失完成规定的功能 2 故障模式 即故障的表现形式 如三极管的短路或开路 灯丝的烧断等 3 故障机理 引起故障的物理 化学变化等内在原因 4 故障的分类 1 按故障的规律分 偶然故障 耗损故障 2 按故障引起的后果分 致命性故障 非致命性故障 3 按故障的统计特性分 独立故障 从属故障 三 维修性1 维修性的定义 产品在规定的条件下和规定的时间内 按规定的程序和方法进行维修时 保持或恢复执行规定状态的能力 称为维修性 2 维修的分类 维护 保养 预防性维修 修理 修复性维修 维修活动的通常有 故障识别 故障定位 故障隔离 故障诊断 故障修复 功能检查3 维修性是产品质量的一种特性 四 保障性1 定义 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称为保障性 包括两方面含义 即与装备保障有关的设计特性和保障资源的充足和适用程度 装备是有可保障的特性和能保障的特性才是具有完整保障性的装备 五 可用性和可信性1 可用性定义 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的能力 2 可用性分类 固有可用性 使用可用性 3 提高产品的可用性可靠性 延长其正常工作时间维修性 缩短其停机时间 4 可信性定义 用来表示可用性及其影响因素 可靠性 维修性和保障性 的集合术语 注 可信性仅用于非定量条款中的一般描述可信性的定性和定量具体要求是通过可用性 可靠性 维修性 维修保障的定性和定量要求表达的 六 可靠性与产品质量的关系1 质量的定义 一组固有特性满足要求的程度 固有特性 性能特性 性能指标专门特性 可靠性 维修性 维修保障性等及时性 交货期适应性 适合顾客需要的程度2 可靠性指标与性能指标的关系3 可靠性与性能的最大区别 第二节可靠性与维修性的常用度量及浴盆曲线 一 可靠性与维修性的常用度量 一 可靠度1 定义 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 称为可靠度 2 可靠度的计算公式 例1 有1000只电子管 开始工作至500小时内有100只失效 工作至1000上时时共计有500只失效 求500小时和1000小时的可靠度 解 已知N0 1000只r 500 100只r 1000 500只则 R 500 1000 100 1000 0 9 90 R 1000 1000 500 1000 0 5 50 3 可靠度函数 产品可靠度是产品在规定条件下规定时间完成规定功能的概率 是时间的函数 一般用R t 表示 R t P T t 4 累积故障 失效 分布函数 不可靠度函数 产品在规定条件下规定时间内不能完成规定功能的概率 也是时间的函数 一般用F t 表示 F t 称为累积故障分布函数 不可靠度函数 即 F t P T t 5 R t 与F t 的关系 R t F t 1 对立事件 例2 某电子元器件110个 在同样条件下进行试验 试验的结果如下 求R t F t 解 i失效时间范围h失效数累计数r t 仍在工作数Ns t R t F t 10001101020 400661040 9450 0553400 8002834760 6910 3094800 12003771390 3550 64551200 16002394160 1450 85561600 2000910370 0640 93672000 2400510820 0180 98282400 2800110910 0090 99192800 32001110001 分析 1 从概率的意义和上面的例题可知 F t 与R t 的取值范围是 0 1 R 0 1R 0 F 0 0 F 1 2 单调性 R t 非增函数F t 非减函数 3 对偶性 R t 1 F t F t 1 R t 4 交点 F t R t 0 5 6 故障密度函数 1 故障密度函数定义 故障密度函数f t 是累积故障分布函数的导数 它表示在t时刻后的一个单位时间内产品故障的概率 2 可推导出 3 4 二 故障 失效 率1 定义 工作到某时刻尚未发生故障 失效 的产品 在该时刻后单位时间内发生故障 失效 的概率 称之为产品的故障 失效 率 故障率一般用 t 表示 2 t 可用下式进行工程计算 3 故障率的单位 10 9 h 菲特 Fit 4 t f t R t 5 当产品的故障服从指数分布时 故障率 为常数R t e t 例3 100个不可修产品进行试验 在500小时3个坏掉了 到600小时时 又有2个坏掉了 求 t 在500小时这个时刻的故障率 解 t 500小时 t 600 500 100小时 r t 2N0 100Ns t 100 3 97 三 平均失效 故障 前时间 MTTF MeanTimeToFailure设N0个不可修复的产品 当N0趋向无穷时 当产品的寿命服从指数分布时 四 平均故障间隔时间 MTBF MeanTimeBetweenFailure一个可修产品 对于完全修复产品 当产品的寿命服从指数分布时 产品的故障率为常数 则MTBF MTTF 1 MTBF MEANTIMEBETWEENFAILURE 是指产品在使用过程中前一个故障至后一个故障的平均时间 称为平均寿命时间 又名平均无故障时间 采用MIL STD 781 POISSON CONFIDENCELEVEL90 计算 3 2MTBF计算公式 for电之产品 N TL FCC FT FCC MTBF C L R N 在试验中的台数TL 每一台总的试验时间FT 所发生故障以前的时间 因此又称为 时间为零的品质 平均故障间隔时间计算公式 FCC 2 TR TA 10环境温度应力系数 也称加速因子 TR 试验室温度TA 室温 常温 以25 C为标准C L R C L信心水准与失效时相对应的 2分布系数 C L信心水准可按客户要求 如无特殊要求 按公司标准90 计算 公式 A 是MIL STD 781E文献定时截尾寿命试验方案代号10 1所推荐采用的公式 平均故障间隔时间计算公式 2 7 二 浴盆曲线大多数产品的故障概率随时间的变化曲线形似浴盆 故将故障率曲线称为浴盆曲线 一 早期故障期 二 偶然故障期 三 耗损故障期 第三节基本的可靠性设计与分析技术 一 可靠性设计产品设计 产品的功能 结构上设计产品从可靠性指标来设计产品产品的可靠性是设计出来的 生产出来的 也是管理出来的 可靠性设计与分析在产品开发过程中具有很重要的地位 可靠性设计的主要技术有 1 规定定量的可靠性要求 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 国标GB1772 79电子元器件可靠性等级代号最大失效率 亚五级Y3 10 5 h五级W1 10 5 h六级L1 10 6 h七级Q1 10 7 h八级B1 10 8 h九级J1 10 9 h十级S1 10 10 h 二 严酷度是指某种故障模式影响的严重程度 一般分为四类 类 灾难性故障严酷度 类 致使性故障 类 严重故障 类 轻度故障 故障模式发生的概率等级一般可分为 A级 经常发生 0 2B级 很可能发生 0 1 0 2故障概率等级 C级 偶然发生 0 01 0 1D级 很少发生 0 001 0 01E级 极不可能发生 0 001现在国际上流行的严酷度和故障概率等级都分成十类和十级 如汽车行业 7 串并联模型的可靠性框图与数学模式 三 维修性设计产品的维修性是设计出来的 只有在产品设计开发过程开展维修性设计与分析工作 才能将维修性设计到产品中 维修性设计的主要方法有定性和定量两种 维修性的定性设计是最主要的 只要设计人员有维修性的意识和工程经验就能将维修性设计进产品 维修性定性设计主要有 1 简化设计 2 可达性设计 3 标准化互换性与模块化设计 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 第四节可靠性试验 可靠性试验是对产品的可靠性进行调查 分析和评价的一种手段 用试验数据来说明产品 是否符合可靠性的定量要求 可以确定是接收或拒收产品 判定产品合格与不合格 通过可靠性试验 提高产品可靠性 发现产品设计 元器件 零部件 原材料和工艺方面的缺陷 对应采取有效的措施 可靠性试验可以是实验室的试验 也可以是现场试验 可靠性试验一般可分为工程试验和统计试验 工程试验 环境应力筛选试验可靠性增长试验统计试验 可靠性鉴定试验可靠性验收试验 1 可靠性 基本观点 常识 1 可靠性 基本观点 常识 1 1电子产品一旦设计成功 不论 有意 无意 本产品的固有的可靠性就确定 今后所有的 活动 改善 不会超过原有的值 1 2产品在设计 加工制造 使用维护的重要性 设计 研制阶段完毕固有可靠性已定型 即BOM 电路图及Layout设计 主要关键件确定 生产控制不能提高 只能保持接近固有可靠性水平 EVT SIT SVT MVT 安全运输 正确使用 只起到保持固有可靠性水平 维修维护不能提高固有可靠性水平 有时还可能会倒退 1 1 可靠性 基本观点 常识 1 3任何可靠性指标 都是有条件的情况下的指标 无条件 它就会失去意义 1 4产品可靠性指标不能无限追求 有成本问题 但也不能太低 因为今后将付很高的维修成本 寿命周期成本 应择佳 综合考虑 根据使用于不同领域 可以有不同的平衡点 指民用 商用 军用 太空 深海等等 2 1 可靠性 基本观点 常识 1 5可靠性不是只指一个产品而言 而是一批或多批而言 可靠性不能用来预计单个事件 只能预计概率和平均数 可靠性不能预计一个设备 产品 能工作多长时间失效 因为群体 产品 寿命是一个分布 3 2 提高产品可靠性的努力方向 4 2 1从设计源头开始 可靠性分配与设计 2 2减少分离元件 集成化