第三章面向质量设计三可靠性FMEA

1、第三章面向质量设计三可靠性 FMEA 第五节第五节 可靠性设计的基础知识可靠性设计的基础知识 可靠性问题的出现和电子工业发展有密切关系。伴随着可靠性问题的出现和电子工业发展有密切关系。伴随着 宇宙、通讯、航空、计算机技术及其工业的发展，对元宇宙、通讯、航空、计算机技术及其工业的发展，对元 器件、零部件、整机和系统的可靠性要求越来越高。可器件、零部件、整机和系统的可靠性要求越来越高。可 靠性已作为评价产品质量的重要指标，将可靠性作为重靠性已作为评价产品质量的重要指标，将可靠性作为重 要因素考虑。要因素考虑。 一、可靠性的基本概念一、可靠性的基本概念 二、可靠性指标和产品失效规律二、可靠性指标和产

2、品失效规律 三、可靠性设计和分析的基本技术三、可靠性设计和分析的基本技术 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA 可靠性工程的由来和发展：可靠性工程的由来和发展： 美国国防部在美国国防部在1952年成立了电子设备可靠性咨询组（年成立了电子设备可靠性咨询组（AGREE），）， 1957年发表了年发表了军用电子设备可靠性军用电子设备可靠性的研究报告，标志可靠性的研究报告，标志可靠性 已成为一个独立的学科。半个世纪以来，可靠性工程经历了已成为一个独立的学科。半个世纪以来，可靠性工程经历了50年年 代的起步阶段，代的起步阶段，60年代的发展阶段，年代的发展阶段，70年代的成熟阶段和年代的成熟阶段和80年

3、代年代 的更深更广的发展阶段，以及的更深更广的发展阶段，以及90年代以来进入向综合化、自动化、年代以来进入向综合化、自动化、 智能化和实用化发展的阶段，使可靠性工程成为一门提高产品质智能化和实用化发展的阶段，使可靠性工程成为一门提高产品质 量的重要的工程技术学科。可靠性工程已从电子产品可靠性发展量的重要的工程技术学科。可靠性工程已从电子产品可靠性发展 到机械和非电子产品的可靠性；从硬件的可靠性发展到软件的可到机械和非电子产品的可靠性；从硬件的可靠性发展到软件的可 靠性；从重视可靠性统计试验发展到强调可靠性工程试验，通过靠性；从重视可靠性统计试验发展到强调可靠性工程试验，通过 环境应力筛选及可靠

4、性强化试验来暴露产品故障，进而提高产品环境应力筛选及可靠性强化试验来暴露产品故障，进而提高产品 可靠性；从可靠性工程发展为包括维修性工程、测试性工程、保可靠性；从可靠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；从军事装备的可靠性发展到民用产障性工程在内的可信性工程；从军事装备的可靠性发展到民用产 品的可靠性。品的可靠性。 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA 一、可靠性的基本概念一、可靠性的基本概念 （一）可靠性（一）可靠性（Reliability）：）： 定义：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功定义：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功 能的能力。能的能力

5、。 规定条件：指使用时的环境条件、工作条件和维护条规定条件：指使用时的环境条件、工作条件和维护条 件；件； 环境条件：温度、湿度、气压；环境条件：温度、湿度、气压； 工作条件：工作时间、供电电压、工作介质；工作条件：工作时间、供电电压、工作介质； 机械负载：振动、冲击、加速度、负载机械负载：振动、冲击、加速度、负载 规定时间：指产品预定的寿命期，在寿命期内，产品规定时间：指产品预定的寿命期，在寿命期内，产品 应能完成规定的任务。时间是广义的，也包括里程、次应能完成规定的任务。时间是广义的，也包括里程、次 数，小时数；人们追求产品数，小时数；人们追求产品“总体寿命的均衡性总体寿命的均衡性”。产。

6、产 品品 的质量和性能有一定的时间要求。的质量和性能有一定的时间要求。 规定功能：指完成产品设计规定的功能，达到产品规规定功能：指完成产品设计规定的功能，达到产品规 范和标准中要求的正常工作性能指标。范和标准中要求的正常工作性能指标。 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA 可靠性分类：可靠性分类： 、固有可靠性和使用可靠性、固有可靠性和使用可靠性 固有可靠性是在产品的设计、生产中赋予的，是产品的一种固固有可靠性是在产品的设计、生产中赋予的，是产品的一种固 有的特性，是人可控制的。有的特性，是人可控制的。 使用特性是一种性能的保持能力的特性使用特性是一种性能的保持能力的特性,除了考虑固有可靠性外

7、，除了考虑固有可靠性外， 还要考虑产品的安装、操作和维修性等因素。、任还要考虑产品的安装、操作和维修性等因素。、任 务可靠性和基本可靠性务可靠性和基本可靠性 任务可靠性（任务可靠性（mission reliability）：是指产品按规定的任务）：是指产品按规定的任务 剖面完成规定功能的能力。剖面完成规定功能的能力。 基本可靠性（基本可靠性（basic reliability）:是指产品在规定条件下，无是指产品在规定条件下，无 故障工作的持续时间及其概率。故障工作的持续时间及其概率。 需注意两点：一是需要统计产品的所有的寿命单元和所有的故障；需注意两点：一是需要统计产品的所有的寿命单元和所有的

8、故障； 二是基本可靠性应反映产品对维修人力和维修保障的要求。二是基本可靠性应反映产品对维修人力和维修保障的要求。 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA （二）维修性和保障性（二）维修性和保障性 1、维修性维修性(Maintainability) 产品在规定条件下和规定时间内，按规定的程序和方产品在规定条件下和规定时间内，按规定的程序和方 法进行维修时，保持或恢复规定状态的能力。法进行维修时，保持或恢复规定状态的能力。 维修性是产品质量维修性是产品质量 的重要特性，即由产品设计赋予的的重要特性，即由产品设计赋予的 使其维修简便、迅速和经济的固有特性。使其维修简便、迅速和经济的固有特性。 2、保障

9、性、保障性(Indemnify) 系统的设计特性和计划的保障资源能满足平时和突发系统的设计特性和计划的保障资源能满足平时和突发 时期使用要求的能力。是系统和产品的固有特性。顾客时期使用要求的能力。是系统和产品的固有特性。顾客 在使用中操作简便、装卸方便、故障有预警、维修有备在使用中操作简便、装卸方便、故障有预警、维修有备 件、消耗品有供应。产品只有具备了良好的保障性，才件、消耗品有供应。产品只有具备了良好的保障性，才 能使产品的各种功能得到充分的发挥。顾客才能满意。能使产品的各种功能得到充分的发挥。顾客才能满意。 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA （三）可信性和可用性（三）可信性和可用性

10、1、可信性（、可信性（Dependibility） 根据根据ISO9000：2000定义：可信性用于表述可用性及其定义：可信性用于表述可用性及其 影响因素（可靠性、维修性及保障性）的集合术语。影响因素（可靠性、维修性及保障性）的集合术语。 可信性仅用于非定量方式的总体表述。可信性的定量和可信性仅用于非定量方式的总体表述。可信性的定量和 定性具体要求是通过以上各量要求表述的。定性具体要求是通过以上各量要求表述的。 2、可用性（、可用性（ Avilability） 可用性是产品保持正常工作的能力，它是可靠性、维修可用性是产品保持正常工作的能力，它是可靠性、维修 性及保障性的综合反映。性及保障性的综

11、合反映。 定义：在要求的外部资源得到保障的前提下，产品在规定义：在要求的外部资源得到保障的前提下，产品在规 定条件下和规定时刻或时间内，处于可执行规定功能状定条件下和规定时刻或时间内，处于可执行规定功能状 态的能力。态的能力。 可用性的概率度量成为可用度。通俗的说法是可用性的概率度量成为可用度。通俗的说法是“要用时要用时 就可用就可用” 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA ISO 9241-11国际标准对可用性作了如下定义：国际标准对可用性作了如下定义： 产品在特定使用环境下为特定用户用于特定用产品在特定使用环境下为特定用户用于特定用 途时所具有的有效性（途时所具有的有效性（effectiv

12、eness）、效率）、效率 （efficiency）和用户主观满意度）和用户主观满意度 （satisfaction）。其中：）。其中： 有效性有效性 -用户完成特定任务和达到特定目标用户完成特定任务和达到特定目标 时所具有的正确和完整程度；时所具有的正确和完整程度； 效率效率 -用户完成任务的正确和完整程度与所用户完成任务的正确和完整程度与所 使用资源（如时间）之间的比率；使用资源（如时间）之间的比率； 满意度满意度 -用户在使用产品过程中所感受到的用户在使用产品过程中所感受到的 主观满意和接受程度。主观满意和接受程度。 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA 国际电工委员会国际电工委员会IEC

13、/TC56（可信性技术委员（可信性技术委员 会）颁发的会）颁发的“可信性可信性”国际标准国际标准 GB/6583-94定义：定义： 描述可用性及其影响因素：可靠性、维修性描述可用性及其影响因素：可靠性、维修性 和维修保障性等性能的一个集合术语。和维修保障性等性能的一个集合术语。 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA 可用性、可靠性、维修性从三个不同的方面产可用性、可靠性、维修性从三个不同的方面产 品的可靠性问题，他们之间又有着内在的联系。品的可靠性问题，他们之间又有着内在的联系。 有时也称为广义的可靠性。可靠性和维修性都有时也称为广义的可靠性。可靠性和维修性都 是为了使用户手中的产品随时可用。

14、而可靠性是为了使用户手中的产品随时可用。而可靠性 是通过延长正常工作时间来提高产品可用性，是通过延长正常工作时间来提高产品可用性， 而维修性是通过缩短停机时间来提高可用性。而维修性是通过缩短停机时间来提高可用性。 可用性是顾客对产品质量的一个重要的需求。可用性是顾客对产品质量的一个重要的需求。 （简称可靠性（简称可靠性Reliability 、可用性、可用性Availability 、 维修性维修性Maintainability为为RAM技术）技术） 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA （四）故障及分类（四）故障及分类 故障是产品在规定环境条件和使用条件下，产故障是产品在规定环境条件和使用条

15、件下，产 品丧失或部分丧失规定功能的现象。对于不可品丧失或部分丧失规定功能的现象。对于不可 修复的产品故障称为失效。修复的产品故障称为失效。 故障对规定条件而言是一个随机事件。故障对规定条件而言是一个随机事件。 故障模式：故障的表现形式。故障模式：故障的表现形式。 故障分类：故障分类： 1、按故障的规律分为：早期故障、偶然故障和、按故障的规律分为：早期故障、偶然故障和 耗损故障耗损故障 2、按故障发生的时间性分为：间隙故障和永久、按故障发生的时间性分为：间隙故障和永久 故障故障 3、按故障发生概率：独立故障和从属故障、按故障发生概率：独立故障和从属故障 4、按故障引起的后果分为：局部故障和整体

16、故、按故障引起的后果分为：局部故障和整体故 障，致命故障和非致命故障障，致命故障和非致命故障 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA （五）可靠性和产品质量（五）可靠性和产品质量 1、可靠性是产品重要的固有特性之一，是产品质量的重要表可靠性是产品重要的固有特性之一，是产品质量的重要表 现。现。 产品质量中的性能、时间性、适应性等是确定性概念，产品质量中的性能、时间性、适应性等是确定性概念，“看得看得 见、测得到、摸得着、感觉到见、测得到、摸得着、感觉到”，可以直观的作出判断。而可，可以直观的作出判断。而可 靠性是个不确定性概念，事前靠性是个不确定性概念，事前“看不见看不见”“”“测不准测不准”，

17、经统计，经统计 分析和评估，来预测产品的可靠性和使用的寿命。产品的可靠分析和评估，来预测产品的可靠性和使用的寿命。产品的可靠 性是产品性能随时间的保持能力，要长时间地保持性能就是不性是产品性能随时间的保持能力，要长时间地保持性能就是不 要出故障，出了故障能很快维修好产品恢复产品功能，这是很要出故障，出了故障能很快维修好产品恢复产品功能，这是很 重要的质量特性。重要的质量特性。 可靠性是建立在概率论和数理统计基础上，以零部件、产品或可靠性是建立在概率论和数理统计基础上，以零部件、产品或 系统的失效规律为基本内容的学科。系统的失效规律为基本内容的学科。 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA 2、可

18、靠性和可靠性工程、可靠性和可靠性工程 要获得高可靠性、好维修性，良好可用性的产要获得高可靠性、好维修性，良好可用性的产 品就要从产品的论证阶段开始，提出可靠性的品就要从产品的论证阶段开始，提出可靠性的 要求，然后在产品开发阶段开展可靠性设计、要求，然后在产品开发阶段开展可靠性设计、 分析、试验、管理和评定活动。要寻求失效规分析、试验、管理和评定活动。要寻求失效规 律，必须进行统计和实验，找到合适的数学模律，必须进行统计和实验，找到合适的数学模 型。这就是可靠性工程的任务。型。这就是可靠性工程的任务。 1）产品或零件的可靠性预测或可靠性评价；）产品或零件的可靠性预测或可靠性评价； 2）零件、产品

19、和系统的可靠性设计；）零件、产品和系统的可靠性设计； 3）可靠性指标的分配和可靠性优化；）可靠性指标的分配和可靠性优化； 4）可靠性实验及其数据处理）可靠性实验及其数据处理 5）可靠性管理）可靠性管理 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA 二、可靠性指标和产品失效规律二、可靠性指标和产品失效规律 （一）可靠度和可靠度函数 可靠度是产品或系统在规定条件下和规定时间内，完成规定功能产品或系统在规定条件下和规定时间内，完成规定功能 的概率。的概率。概率就是可能性。 可靠度是产品工作时间时间t的函数，的函数，表示为R （t），称为称为可靠度函数， 0 R(t) 1.。 相应的不可靠度表示开始启动工作至

20、t 的失效的概率 ， F（t）=1-R（t） 开始工作的产品总数 失效的产品数时刻）（ ）（ 开始工作的产品总数 正常工作的产品数时刻 t N tn tF t N tnN tR 0 0 0 )( )( 0)(,1)0( 1)( RR F 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA 设故障概率密度函数为设故障概率密度函数为f（t），累积故障分布函数即不），累积故障分布函数即不 可靠函数可靠函数F（t），与），与R（t）三者之间的关系为：）三者之间的关系为： 如果通过大量试验统计分析掌握了故障分布规律，就如果通过大量试验统计分析掌握了故障分布规律，就 可以用概率统计理论来研究可靠性。产品的故障概率密可以

21、用概率统计理论来研究可靠性。产品的故障概率密 度函数度函数f（t）服从指数分布、威布尔分布、正态分布等。）服从指数分布、威布尔分布、正态分布等。 最简单的是指数分布：最简单的是指数分布： t t t duufduuftR duuftF dt tdR dt tdF tf )()(1)( )()( )()( )( 0 0 或 t t t t etF eduuftRetf 1)( )()()(，那末 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA 如果失效时间随机变量可用指数 分布来描述，其失效概率密度函 数为： )0, 0( )( t etf t 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA 可靠度函数: tt t

22、 edtetR )( 当失效时间随机变量可用指数分布来描述，其失效 （故障）概率密度函数服从指数分布，可靠度函数 为： ， 失效率为常数。 dttR tdR t )( )( )( t etR )( 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA （二）故障（失效）率（二）故障（失效）率（FailureRate) 产品工作到某时刻尚未发生故障（失效）的产品，在产品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。该时刻后单位时间内发生故障（失效）的概率。 失效率是测定可靠性的基本尺度，用来表征产品发生失效率是测定可靠性的基本尺度，用

23、来表征产品发生 故障的程度，用符号故障的程度，用符号（t）表示，很多产品是用失效）表示，很多产品是用失效 率来表示可靠性的等级。率来表示可靠性的等级。 当失效时间随机变量可用指数分布来描述，其当失效时间随机变量可用指数分布来描述，其 失效（故障）概率密度函数服从指数分布，可失效（故障）概率密度函数服从指数分布，可 靠度函数为：靠度函数为： t etR )( dttR tdR t )( )( )( 失效率为常数失效率为常数 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA 期望寿命的两种表达形式期望寿命的两种表达形式 MTTF（Mean Time to Failure)：表：表 示产品发生故障前正常运行时间

24、的平示产品发生故障前正常运行时间的平 均值。均值。 MTBF （Mean Time between Failure)： 表示两次故障间隔的平均表示两次故障间隔的平均 时间，用于可修复产品。时间，用于可修复产品。 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA （三）平均无故障工作时间：（三）平均无故障工作时间： 平均寿命（平均寿命（MTTF） 平均故障间隔时间（平均故障间隔时间（MTBF） 对不可修复的产品：平均寿命，产品从投入运行到发对不可修复的产品：平均寿命，产品从投入运行到发 生失效前平均正常工作时间。（生失效前平均正常工作时间。（Mean Time to Failure ） 对可修复的产品：平均

25、故障间隔时间，两次故障间隔对可修复的产品：平均故障间隔时间，两次故障间隔 的平均时间的平均时间 。（。（Mean Time Between） 其中其中N0个产品的无故障时间为：个产品的无故障时间为： 0 1 0 1 N i i t N MTTF N tttt., 3,21 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA （三）期望寿命（平均寿命）（三）期望寿命（平均寿命） 指产品从投入运行到发生失效的平均无故指产品从投入运行到发生失效的平均无故 障工作时间。障工作时间。 期望寿命表达式期望寿命表达式 0 0 )( 经分部积分后 )()( dttR dtttftE 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA （

26、四）产品的寿命特征（四）产品的寿命特征 对耗损故障可以用可靠寿命、使用寿命、总寿命、储对耗损故障可以用可靠寿命、使用寿命、总寿命、储 存期限存期限 ，平均修复时间等指标来描述。，平均修复时间等指标来描述。 1、R（t）t 可靠寿命可靠寿命 ： Rt teRtR R R t R ln 1 , * 求已知 R t 0 00 5.0 5.0 693.0 693.05.0ln 5.0 t tR为中位寿命时当 037.037.0 0 不是即可靠性为 平均寿命即为当 R MTTFt R 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA 2、使用寿命、使用寿命 具有恒定故障率的工作时间，故障的发生是随机的。是具有恒定故

27、障率的工作时间，故障的发生是随机的。是 一个稳定的工作区间。见浴盆曲线中的偶然失效期。一个稳定的工作区间。见浴盆曲线中的偶然失效期。 3、总寿命、总寿命 产品从开始使用到规定报废的工作时间。产品从开始使用到规定报废的工作时间。 4、储存期限、储存期限 （有效期）（有效期） 产品在规定条件下储存时，能满足规定质量要求的时产品在规定条件下储存时，能满足规定质量要求的时 间长度称为储存寿命。它是产品储存可靠性的一种度量。间长度称为储存寿命。它是产品储存可靠性的一种度量。 5、平均修复时间（、平均修复时间（MTTR） 排除故障所需用于直接维修时间的平均值。其观测值排除故障所需用于直接维修时间的平均值。

28、其观测值 是修复时间的总和与修复次数之比。是修复时间的总和与修复次数之比。 nTntMTTR n i i / 1 总 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA （五）失效率三种类型（五）失效率三种类型 1、递减型、递减型 失效率随时间的推移而减少，。特点失效率随时间的推移而减少，。特点 是开始工作是易发生故障，工作一段时间后不易发生故是开始工作是易发生故障，工作一段时间后不易发生故 障。许多电子元件的失效率多属此类性。常常采用老化障。许多电子元件的失效率多属此类性。常常采用老化 筛选方法。筛选方法。 2、恒定型、恒定型 失效率是规定的常数，失效是随机发生，失效率是规定的常数，失效是随机发生， 无法

29、预测。无法预测。 多见于比较复杂产品的的最佳状态。多见于比较复杂产品的的最佳状态。 3、递增型、递增型 它是失效率随时间的推移而逐渐上升的一种失效类型。它是失效率随时间的推移而逐渐上升的一种失效类型。 因此在故障发生前更换零件可预防失效。多见于零件材因此在故障发生前更换零件可预防失效。多见于零件材 料的老化、磨损、腐蚀等原因使寿命终止。料的老化、磨损、腐蚀等原因使寿命终止。 详见下图失效率三种基本形式比较图：详见下图失效率三种基本形式比较图： )(,)(tetf t 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA （六）（六） 产品的失效规律产品的失效规律 大多数产品的失效率随时间的变化曲线形似浴盆，称

30、大多数产品的失效率随时间的变化曲线形似浴盆，称 为浴盆曲线。产品的失效或故障机理虽然不同，但浴为浴盆曲线。产品的失效或故障机理虽然不同，但浴 盆曲线随时间变化可分为三个阶段：盆曲线随时间变化可分为三个阶段： 1、早期失效期（、早期失效期（DFR） 产品在投入使用初期，故障率较高，但随时间呈递减产品在投入使用初期，故障率较高，但随时间呈递减 型。原因：产品的早期故障因设计、制造和安装不当型。原因：产品的早期故障因设计、制造和安装不当 引起的，投入使用后很快暴露。可以通过加强质量管引起的，投入使用后很快暴露。可以通过加强质量管 理或环境应力筛选来减少早期故障。理或环境应力筛选来减少早期故障。 2、

31、偶然故障期（、偶然故障期（CFR） 产品使用一段时间后，故障降低到一定水平，并处平产品使用一段时间后，故障降低到一定水平，并处平 稳状态，故障率近似认为是常数。这阶段为偶然故障稳状态，故障率近似认为是常数。这阶段为偶然故障 期，故障因偶然因素产生，该阶段是产品的主要使用期，故障因偶然因素产生，该阶段是产品的主要使用 期。期。 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA 3、耗损故障期（、耗损故障期（IFR） 产品使用相当长的时间后，故障率迅速上升，产品故产品使用相当长的时间后，故障率迅速上升，产品故 障大量出现直到最后报废。主要是由各种耗损因素引障大量出现直到最后报废。主要是由各种耗损因素引 起的，

32、通过试验数据分析确定耗损故障阶段的起点，起的，通过试验数据分析确定耗损故障阶段的起点， 采取停止使用、维修或更换耗损零件等办法，减低产采取停止使用、维修或更换耗损零件等办法，减低产 品的故障率，延长产品的使用寿命。品的故障率，延长产品的使用寿命。 产品的使用寿命与产品规定的条件、规定的可接受故产品的使用寿命与产品规定的条件、规定的可接受故 障率有关。规定允许故障率越高，使用寿命就越长，障率有关。规定允许故障率越高，使用寿命就越长， 反之就越短。反之就越短。 产品失效率曲线产品失效率曲线 通常称为浴盆曲线：通常称为浴盆曲线：tt )( 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA 失效率曲线（浴盆曲线）

33、 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA 三、可靠性设计和分析的基本技术三、可靠性设计和分析的基本技术 （一）可靠性设计技术一）可靠性设计技术 产品的可靠性是设计出来的，是生产和管理出来的。可产品的可靠性是设计出来的，是生产和管理出来的。可 靠性设计水平对产品的固有可靠性影响很大。可靠性设靠性设计水平对产品的固有可靠性影响很大。可靠性设 计与分析技术在产品开发过程中具有很重要的地位。其计与分析技术在产品开发过程中具有很重要的地位。其 主要技术有：主要技术有： 1、确定可靠性目标、确定可靠性目标可靠性设计的第一步可靠性设计的第一步 包括定量的和定性的。定量的可靠性指标是一个完整的包括定量的和定性的

34、。定量的可靠性指标是一个完整的 指标体系。常用可靠性指标是可靠度、指标体系。常用可靠性指标是可靠度、MTBF、MTTF， 失效率失效率 2、建立可靠性模型、建立可靠性模型可靠性框图和可靠性数学模型可靠性框图和可靠性数学模型 建立系统级、子系统级和设备级的可靠性模型。用于可建立系统级、子系统级和设备级的可靠性模型。用于可 靠性指标分配、预测和评价可靠性。靠性指标分配、预测和评价可靠性。 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA 几种系统的可靠性模型几种系统的可靠性模型 系统的可靠性框图称为可靠性模型，它用方框图表示系统的可靠性框图称为可靠性模型，它用方框图表示 个组成部分如何导致产品发生故障的逻辑图

35、。个组成部分如何导致产品发生故障的逻辑图。 串联系统可靠性框图：串联系统是组成系统的所有单串联系统可靠性框图：串联系统是组成系统的所有单 元中任一单元失效就会导致整个系统失效的系统。元中任一单元失效就会导致整个系统失效的系统。 假定各单元是统计独立的，则其可靠性数学模型为假定各单元是统计独立的，则其可靠性数学模型为 式中，式中，Ra系统可靠度；系统可靠度；Ri第第i单元可靠度单元可靠度 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA 若系统有若系统有n个元件组成，各元件的失效（故障）概个元件组成，各元件的失效（故障）概 率密度函数服从指数分布，可靠度函数为：率密度函数服从指数分布，可靠度函数为： t i

36、 i etR )( is s tn i i MTTF etRtR 11 : . )()(: n21s 1 s n 1i i 系统的平均寿命 系统的失效率为： 系统的可靠度函数为 串联系统串联系统 )1()(1( )1(1)( 1 1 t n i is t n i s i i etRF etR 并联系统并联系统 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA 并联系统可靠性框图：并联系统是组成系统的所有单并联系统可靠性框图：并联系统是组成系统的所有单 元都失效时才失效的失效的系统。元都失效时才失效的失效的系统。 假定各单元是统计独立的，则其可靠性数学模型为假定各单元是统计独立的，则其可靠性数学模型为 式中

37、式中 Ra：系统可靠度：系统可靠度 ， Fi：第：第i单元不可靠度，单元不可靠度， Ri ： 第第i单元可靠度单元可靠度 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA 并串联系统可靠度并串联系统可靠度 并联：并联：Parallel connection 串联：串联：Serial connection 串并联系统（先并后串）：串并联系统（先并后串）： 其中假设每个元件的可靠度为其中假设每个元件的可靠度为Ri ，有，有K个元件并联个元件并联 成一个子系统，共有成一个子系统，共有n个子系统串联。个子系统串联。 并串联系统（先串后并）：并串联系统（先串后并）： 有有n个元件串联成一个子系统，个元件串联成一个子

38、系统，K个子系统并联成系个子系统并联成系 统。统。 nK is RR)1 (1 K n is RR)1 (1 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA 3、可靠性指标分配、可靠性指标分配 将总指标定量分配到规定的产品层次上，通过分将总指标定量分配到规定的产品层次上，通过分 配是总体和部分的可靠性协调一致。它是自上而配是总体和部分的可靠性协调一致。它是自上而 下，由总体到局部的分解过程。下，由总体到局部的分解过程。 分配的方法有：等分法、加权分配法（评分分配分配的方法有：等分法、加权分配法（评分分配 法）、动态规划法等。常用

39、的是评分分配法。法）、动态规划法等。常用的是评分分配法。 （见实例）（见实例） 分配原则：分配原则： 1）重要的影响大的子系统分配高可靠性。）重要的影响大的子系统分配高可靠性。 2）容易实现的分系统，提高可靠度指标；）容易实现的分系统，提高可靠度指标； 3）在满足目标前提此时）在满足目标前提此时 ，应使系统的成本小，应使系统的成本小， 研制周期短研制周期短 ，结构尽量简单、路线短。，结构尽量简单、路线短。 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA 评分分配法是一种常用的分配方法。如：选择故障率评分分配法是一种常用的分配方法。如：选择故障率 为分配参数，要考虑四种影响因素为分配参数，要考虑四种影响因

40、素复杂度、技术复杂度、技术 成熟度、重要度及环境条件。每一种因素的分值在成熟度、重要度及环境条件。每一种因素的分值在1-10 之间。之间。 , is 各分系统，总系统的故障率指标 / i is is i C C i i i s 第 i 个 分 系 统 的 评 分 系 数 C 第个 系 统 的 评 分 系 数 系 统 的 评 分 系 数 4 1 1 iij j n si i 环境条件表示重要的度。 表示技术成熟度；代表复杂度； 个因素的评分数；个分系统第第 43 21 jj jj ji ij 数数 数数 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA 例例 假设由部件假设由部件A、部件、部件B、部件、部件

41、C、部件、部件D组成的串联电组成的串联电 子系统，其可靠性指标为子系统，其可靠性指标为MTBF=500h,试用评分分配法将试用评分分配法将 可靠性指标分配到各部件。可靠性指标分配到各部件。 解：解： 请五位相关的专家进行评分，并通过计算，得出下表的结请五位相关的专家进行评分，并通过计算，得出下表的结 果果 11 0.002 500 s MTBF 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA 4、可靠性预测、可靠性预测 在设计阶段对系统的可靠性进行定量的估计，在设计阶段对系统的可靠性进行定量的估计， 首先计算基本级元件的可靠度，再根据系统首先计算基本级元件的可靠度，再根据系统 的构成和模型计算更高一级的可靠度，最后计的构成和模型计算更高一级的可靠度，最后计 算总的可靠度。算总的可靠度。 系统可靠度预测是一个自下而上，从局部到整系统可靠度预测是一个自下而上，从局部到整 体的系统综合过程。体的系统综合过程。 5、冗余设计、冗余设计 在系统中并联增加一个环节，可以提高系统的在系统中并联增加一个环节，可以提高系统的 可靠性，而且在预防性维修时，可以不停机，可靠性，而且在预防性维修时，可以不停机， 提高了使用率。大增加了成本。提高了使用率。大增加了成本。 第三章面向质量设计三可靠性 FMEA 手电筒