系统可靠性基本知识

可靠性设计，I .可靠性基本知识，体积，2020/6/9，可靠性设计，1，提高可靠性基本概念可靠性的参数体系可靠性设计内容，本章内容，1 .可靠性基本概念，2020/6/9，可靠性设计，3，可靠性定义，可靠性产品在规定条件和规定时间内完成规定功能的能力。 产品可靠性定义的要素有三个“规定”。 “规定条件”包括使用时的环境条件和工作条件。 “规定时间”是指产品规定的任务时间。 “规定功能”是产品规定的必备功能及其技术指标。 2020/6/9、可靠性设计、4、故障及其分类、部分产品或产品无法完成预定功能的事件或状态称为故障(失去了产品规定的功能)。 不可修理的产品(电子零件等):故障。 故障的表现形式称为故障模式。 引起故障的物理化学变化等内在原因被称为故障机制。 2020/6/9，可靠性设计，5，故障及其分类，产品故障按其故障规律分为两类：偶然故障的渐变故障产品故障按其故障结果分为两类：致命故障非致命故障产品故障按其统计特性分为两类：独立故障从属故障，2020/6/9， 可靠性设计、6、寿命剖面、从寿命剖面产品的制造到寿命结束或使用结束所经历的所有事件和环境的时间序列记述。 这包括一个或多个任务截面。 通常将产品的寿命截面分为后勤和使用两个阶段。 2020/6/9，可靠性设计，7，寿命描述文例，事件(使用方法)，生产，检验，卸货和道路运输，卸货和铁路运输，卸货和空运，卸货和交货，卸货和物流支援运输(最差路线)，掩模保管，帐篷，拱顶，掩模保管，工作准备阶段，发射阶段，调整状态，调整状态，以及导弹位于战斗位置，发射后最初的动作，飞行阶段，着落目标，发射区间，惯性飞行区间，下降区间，能动区间，某个导弹的寿命截面，2020/6/9，可靠性设计，8，任务截面，产品到完成规定任务为止经历的事件任务截面通常包括产品的工作状态维护计划定义产品的工作时间和顺序产品所在环境中的时间和顺序任务的成功或致命失败。 2020/6/9、可靠性设计、9、任务剖面示例、2020/6/9、可靠性设计、10、可靠性产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的概率称为可靠性。 该定义表明，系统的可靠度是时间的函数，其中由表示为R(t)3的可靠度函数的3354发生故障之前的工作时间t所规定的时间段，可靠度测量单元3354的可靠度，2020/6/9，可靠度设计，11，可靠度函数，并且定义了可靠度函数R(t ) N0t=0时，在规定条件下动作的产品数r(t)是从时刻0到时刻t的运行时间内产品的累计故障数。 2020/6/9，可靠性设计，12，累积故障分布函数，产品在规定条件下和规定时间内，丧失规定功能的概率称为累积故障概率。 根据定义可知，产品的累积故障概率是时间的函数，以下关系成立：2020/6/9，可靠性设计，13，可靠性函数和累积故障分布函数的性质，对偶性，非减法函数，非增量函数，单调性，0，1 ， 0， 1 )、取值范围、R(t )和F(t )的性质如下表所示：2020/6/9可靠性设计、14、可靠性函数和累计故障分布函数的性质、密度函数的性质，在图中表示R(t )、F(t )和F(t )的关系。2020/6/9、可靠性设计、15、故障率函数、到有故障率时为止未发生故障的产品，从该时刻起单位时间内发生故障的概率称为产品故障率。 数学式中，(t)故障率dr(t)t时刻后，dt时间内故障的产品数Ns(t)的剩馀产品数，即t时刻未故障的产品数。2020/6/9、可靠性设计、16、故障率函数、式中r(t)t时刻后，t时间内故障的产品数t取得的时间间隔Ns(t)残存产品数。 故障率低的要素部件，故障率以10-9/h为单位，常被称为失效(Fit )。 2020/6/9、可靠性设计、17、问题、故障率是概率值吗？ 故障率与累积故障密度有没有测量绳？ 2020/6/9，可靠性设计，18，故障率的例子，例右表是某产品的10万个18年以内的故障数据，计算这些产品的1年，2年的故障率。 2020/6/9，可靠性设计，19，人的健康曲线，图人的典型健康曲线，t，为革命健康工作50年，幼体弱，年富，老年体衰，a，b，2020/6/9，可靠性设计，20，产品故障浴缸曲线，浴缸曲线多种产品根据产品故障机制的不同，产品故障率随时间的变化大致可分为三个阶段： 2020/6/9，可靠性设计，21，对故障发生规律的认识变化：2020/6/9，可靠性设计，22，故障发生规律6个模式，6个模式所占比例(美国联合航空公司统计) 中国海军、装甲兵和通信装备的统计资料证明了许多产品没有明显的消耗性故障区。 2020/6/9，可靠性设计，24，故障率与可靠性，故障密度函数关系，2020/6/9，可靠性设计，25，故障率与可靠性，故障密度函数关系，典型的(系统)产品故障率，可靠性与故障密度函数曲线，2020/6/9，可靠性设计，26，平均故障前时间(MTTF )，N0个不可修复产品同步由于当N0趋向于无限远时，直到平均故障为止的时间(用符号TTF表示)，TTF是对产品故障时间的随机变量的数学期望，因此如果产品寿命遵循指数分布，则2020/6/9的可靠性设计，27，平均故障间隔时间(MTBF )表示为在可修复系统使用期间发生n-0次故障并且每次故障被修复时重新获得其平均故障间隔时间为式中T产品的总运行时间。 显然，系统的平均故障间隔时间与系统维修效果有关。 2020/6/9、可靠性设计、28、平均故障间隔时间(MTBF )、产品的典型修复状态有基本修复和完全修复两种。 基本的修复和完全的修复，产品修复后的瞬时故障率和故障前的瞬时故障率相同，产品修复后的瞬时故障率和新产品投入后的故障率相同，意味着2020/6/9，可靠性设计，29，问题，微机的MTBF=10000小时，该计算机每10000小时发生一次故障吗某计算机系统的MTBF为2000h，要求故障率和可靠性。 MTBF越小越长的机器是好机器。 可靠性已经成为衡量系统和产品(计算机)性能的主要指标之一，通常用MTBF和MTTF直接表现可靠性的大小。 另外，2020/6/9、可靠性设计、30、寿命特性和可靠性寿命：指定了与指定可靠性相对应的产品的工作时间。 寿命：是指产品具有在规定的使用条件下允许的故障率的工作时间区间。 可靠寿命、寿命、2020/6/9、可靠性设计、31、寿命特征、初次修改期间(初次修改期间) :是指在规定的条件下，从产品开始使用到首次修改的工作时间和日历的持续时间。 翻修是指通过将产品拆卸、清洗、检查、修理、更换出故障的部件，恢复产品的寿命，等于或接近其最初的转型期的修理。 翻新间隔：指的是在规定的条件下，产品被连续翻新两次之间的工作时间、循环次数、日历的持续时间。 总寿命：是指在规定的条件下，从产品开始使用到被丢弃的工作时间、周期次数、日历的持续时间。存储期限：是在规定的条件下产品可以存储的日历的持续时间，在此时间内，产品的开封使用可以满足规定的要求。 2020/6/9，可靠性设计，32，首次，翻修间隔和寿命，、翻修间隔，寿命，2020/6/9，可靠性设计，33，寿命分布，寿命分布(或故障分布，故障分布)是可靠性工程应用和可靠性研究的基础。 寿命分布的类型各种各样，某些分布适用于具有共同故障机制的某些产品，它与装备的故障机制、故障模式以及施加的应力类型有关。 寿命分布在抽象简化工程问题后，从理论上深入研究其特性。 产品寿命分布是产品故障规律的具体表现，分析寿命分布的过程实际上是从可靠性角度对产品进行分类的过程，在理论上深化可靠性研究，在工程上对可靠性的分析、试验、验证、评价等进行量化。 确定2020/6/9、可靠性设计、34、寿命分布和产品寿命分布类型具有重要意义，但仍难确定其属于哪种分布类型。 目前常用的方法有两种，一种是通过故障物理分析，证明该产品的故障模式和故障机制与某些分布的物理背景近似吻合。 另一种方法是通过可靠性测试，利用数学统计中的判定方法来决定分布的方法。 2020/6/9，可靠性设计，35，离散随机变量的常见分布，二元分布(XB(n，p ) )的二元分布又称伯努利分布。 用x表示在n重独立测试中事件a发生的次数，x是随机变量，其可能的值为0、1、2、k、n，合计(n 1种)，此时将x所遵循的概率分布称为二元分布。 数学期望、方差、可靠度分别为2020/6/9、可靠性设计、36、离散型随机变量常见分布、二项分布(XB(n，p ) )的二项分布用途广泛。 可靠性设计可用于解决冗馀部件的可靠性分配问题。 如果希望系统中的所有组件都能正常工作，则二元展开公式的第一项是系统成功的概率，这种情况下，实际上没有冗馀度的系统中的所有组件都正常，或者只允许一个组件发生故障的系统时，系统成功的概率是二元展开公式的前两项之和的两个通常，若k个部件的故障被接受，则系统成功的概率为前k 1项的和。 2020/6/9，可靠性设计，37，离散型随机变量常见分布，泊松分布的二元分布在采样数n大、p小时可接近泊松分布，概率分布称为泊松分布。 高斯分布的数学期望、方差和置信度为2020/6/9，置信度设计，38，连续随机变量的常见分布，正态分布(XN(，2 ) )是电子产品置信度计算中经常使用的系统寿命分布类型。 其失效率函数可以描述浴缸曲线中损耗故障区的失效率随时间的变化。 给定随机变量x的分布函数，x服从正态分布。 2020/6/9，可靠性设计，39，连续随机变量的常见分布，正态分布(x到N(，2 ) )，2020/6/9，可靠性设计，40，连续随机变量的常见分布，对数正态分布x是随机变量，并且随机变量Y=lnX遵循正态分布N(，2 ) 众所周知，通过对数变换可以把大的数据变成小的数据，把大的数据变成小的数据。 众所周知，此特性可以使分散的数据在对数变换中相对集中，因此可以按对数正态分布拟合跨n个级别的数据。 在机械零件和材料的疲劳寿命研究中，对数正态分布的应用很多。 2020/6/9，可靠性设计，41，是连续随机变量的常见分布，指数分布x为非负随机变量，密度函数称为的指数分布表示为e()，其中为常数，指数分布具有低效率。2020/6/9，可靠性设计，42，连续随机变量的常见分布，指数分布可靠性特征量如下：可靠性失效率平均寿命方差，2020/6/9，可靠性设计，43，连续随机变量的常见分布，指数分布的重要特征失效率为常数时，其寿命遵循指数分布的平均寿命和失效率“没有记忆性”，也就是说“永远年轻的性质”。 这意味着，如果某个产品的寿命遵循指数分布，那么即使经过一定期间t0的工作也是正常的，那么与新的一样，t0以后的剩馀寿命依然遵循指数分布。 2020/6/9，可靠性设计，44，连续随机变量的常见分布，Weibull分布Weibull分布是瑞典物理学家在分析材料强度和链强度时推导出的分布函数。 威布尔分布适配各种试验数据的能力强，例如指数分布只能适应偶然的失效期间，但威布尔分布能适应浴缸曲线的3个失效期间，另外，在各种领域中大多与威布尔分布近似一致，因此其使用范围广，在可靠性工序中被广泛使用的连续如果指数分布常被用于表示系统的寿命，则Weibull分布常被用于表示各个部件的寿命，例如，部件的疲劳破坏、轴承破坏等寿命分布。 2020/6/9，可靠性设计，45，连续随机变量的常见分布，Weibull分布是其中x为非负随机变量，密度函数称其遵循Weibull分布(m，)，并且表达为x到XW(m，x )。 式中，m为形状参数，为比例参数为位置参数。 另外，对于2020/6/9、可靠性设计，46，常用的产品寿命分布，2020/6/9，可靠性设计，47，常用的产品寿命分布，2020/6/9，可靠性设计，48，维数或维数，仅考虑发生故障的概率显然是不合适的，还应该考虑到可能的修复。 服务是指维持、恢复产品规定功能的技术和管理措施。 “服务性”是指系统在规定的时间内以规定的程序或方法进行维护时，维持或恢复能够实现规定的功能的能力。 这通常是从故障判定到故障排除所需的时间，故障诊断、故障定位、系统修正和恢复等时间是系统维护效率的尺度。 2020/6/9、可靠性设计、49、维度和维度保留性是指系统在某个时间内能够隔离故障或修复的概率。 表示系统正常工作的概率。 这是自动故障处理系统的重要指标，也是反映维护人员对系统维护好坏的重要指标。 修理率是指修理时间达到某个时间点，但尚未修理的产品在该时间点开始的单位时间内修