可靠性设计概论1

1、机械零件 可靠性设计 本课程的内容 可靠性的基本概念：可靠性、维修性与可用 性 不可修系统的可靠性 可修系统的可靠性 可靠性的预计 可靠性的分配 故障树分析 故障模式影响及危害程度分析 机械零件的可靠性设计 维修性与维修工程简介 第一章 可靠性设计概论 1-1 概述 一、为什么研究可靠性一、为什么研究可靠性 定义：可靠性是产品在规定的时间内，在 规定的条件下，完成规定功能的能力。 可靠性的定量指标是可靠度，可靠度是 产品在规定的时间内，在规定的条件下， 完成规定功能的概率。 第一章 可靠性设计概论 一、为什么研究可靠性一、为什么研究可靠性 可靠性概念最早由美国军用航空部门提出， 可靠性问题使美

2、国空军在二战中损失巨大。 据统计：二战中美国共损失飞机35000架， 其中被击落的飞机只有14000架， 其余为故障损失，损失21000架， 当时表现出的主要问题是电子设备的可靠 性较差，为此，1952年美国成立电子可靠 性咨询委员会，为可靠性理论和实践作了 大量有效的工作。 产品故障影响国家安全与声誉，可造成巨大经济损失 泰坦尼克号沉没 1979年美国三里岛核电站发生的放射性物质 泄漏，是由于冷凝器循环泵发生故障和人为 因素等造成的 1984年12月，美国联合炭化物公司设在印度 博帕尔的农药厂，由于地下的气罐阀门失灵 发生毒气泄漏事故。 1986年1月28日挑战者号航天飞机升空爆炸（ 助推器

3、密封圈失效） 2013年8月31日10时50分左右 位于上海市丰翔 路1258号的上海翁牌冷藏实业有限公司发生 液氨泄漏事故，造成15死25伤 6/21/20216 经认定液氨泄漏事故的直接原因 系公司生产厂房内液氨管路系统 管帽脱落，引起液氨泄漏，导致 企业操作人员伤亡。 以上事故均表现为机械系统故障 二、机械可靠性发展历史二、机械可靠性发展历史 机械可靠性的研究始于20世纪60年代美国的航天计划 机械和电子故障是美国宇航局主要关心的问题， 其中机械故障引起的事故多，损失大。如： 1963年同步通讯卫星SYMCOM，高压容器断 裂，引起卫星空中坠毁； 1964年人造卫星号因机械故障而损坏 1

4、965年始，美国宇航局开始三项机械可靠性工作 用过载试验方法进行可靠性试验验证 用随机动载荷验证结构和零件的可靠性 在关键机械零件中采用概率设计方法，将可靠 度设计运用到结构和机械零部件设计中去 二、机械可靠性发展历史二、机械可靠性发展历史 从20世纪70年代起，西方工业发达国家全 面开展可靠性工程实践和应用，可靠性技 术变得越来越重要 从航空、航天、尖端武器和电子等行业，逐 步推广应用到各个行业 核能、机械、电气、冶金、化工、铁道、船舶、 电站、建筑、水利、通讯、医药等 从宇宙飞船到日用产品全面普及 汽车、洗衣机、冰箱、复印机等 美国宇航局将可靠性工程技术列为登月成功 的三大技术成就之一 二

5、、机械可靠性发展历史二、机械可靠性发展历史 美国上世纪六七十年代就将可靠性技术引入汽车、 发电设备、拖拉机、发动机等机械产品。 80年代，美国罗姆航空研究中心专门作了一次非 电子设备可靠性应用情况的调查分析 美国国防部可靠性分析中心收集和出版了大量的 非电子零部件的可靠性数据手册 以美国亚利桑那大学为首的可靠性专家开展机械 可靠性设计理论的研究，积极推行概率设计法， 提出开展机械可靠性设计的十五个步骤 二、机械可靠性发展历史二、机械可靠性发展历史 由美国、英国、加拿大、澳大利亚和新西兰五国组成 的技术合作计划（TTCP）委员会编制出一本常用机 械设备可靠性预计手册 日本以民用产品为主，大力推进

6、机械可靠性的应用研究 日本科技联盟的一个机械工业可靠性分会将故障 模式、影响等技术成功地引入机械工业的企业中 日本企业界普遍认为：机械产品是通过长期使用 经验的累积，发现故障经过不断设计改进获得的 可靠性 日本一方面采用成功的经验设计，同时采用可靠 性的概率设计方法的结果以及与实物试验进行比 较，总结经验，收集和积累机械可靠性数据 二、机械可靠性发展历史二、机械可靠性发展历史 前苏联对机械可靠性的研究十分重视，在其二十年科技规 划中，将提高机械产品可靠性和寿命作为重点任务之一。 发布了一系可靠性国家标准，这些标准主要以机 械产品为对象，适于机械制造和仪器仪表制造行 业的产品 在各类机械设备的产

7、品标准中，还规定了可靠性 指标或相应的试验方案 前苏联还充分利用丰富的实际经验，研究并提出 典型机械零件的可靠性设计可经验公式，专门出 版机械可靠性设计手册 前苏联还十分重视工艺可靠性和制造过程的严格 控制管理，认为这是保证机械产品可靠性的重要 手段 二、机械可靠性发展历史二、机械可靠性发展历史 80年代以来机械可靠性研究在我国开始受到重视 从1986年起，机械部已经发布了六批限期考 核机电产品可靠性指标的清单，前后共有879 种产品已经进行可靠性指标的考核 1990年11月和1995年10月，机械工业部举行 了两次新闻发布会，先后介绍了236和159种 带有可靠性指标的机电产品 1992年3

8、月国防部科工委委托军用标准化中心在 北京召开了“非电产品可靠性工作交流研讨会 ” 2005年GJB450改版，增加机械可靠性内容 三、为什么会出现可靠性问题三、为什么会出现可靠性问题 从机械可靠性设计方法和传统的以安全系数 为主的机械设计方法有什么不同来说明这个 问题。 传统的机械设计方法是以计算安全系数为主 要内容的 零件的安全系数零件的安全系数=零件的强度零件的强度/零件的应力零件的应力 而零件的强度和零件的应力都是取单值为前 提的，没有考虑数据的分散性。 相比之下，采用机械可靠性设计方法，所得 结果则更接近于实际情况。 三、为什么会出现可靠性问题三、为什么会出现可靠性问题 机械可靠性设计

9、方法则认为零件的应力、强 度以及其他设计参数，如载荷、几何尺寸和 物理量等都是多值的，都呈分布状态。都视 为属于某种概率分布的统计量，应用概率与 数理统计理论及强度理论，求出在给定设计 条件下零、部件不产生破坏的概率公式，应 用这些公式，就可以在给定可靠度下求出零、 部件的尺寸。或给定其尺寸确定其安全寿命。 三、为什么会出现可靠性问题三、为什么会出现可靠性问题 机械可靠性设计的特点，首先是它采用了可 靠度或其它可靠性指标，来确保结构的可靠 性，而传统机械设计是用安全系数来保证结 构的可靠性。因此，机械可靠性设计方法对 失效可能性的认识和估计都比较合理。 其次，机械可靠性设计除引入可靠度或其它

10、可靠性指标外，还对结构的安全系数作了统 计分析，这样得出的安全系数比传统机械设 计中的安全系数更符合实际，因为它已经是 与可靠度相联系的安全系数了。 三、为什么会出现可靠性问题三、为什么会出现可靠性问题 从对结构安全性的评价来看，传统机 械设计只有“安全系数”这样一个指 标；而机械可靠性设计则有可靠度和 安全系数(指在一定可靠度下)两个指 标。 四、可靠性研究的内容四、可靠性研究的内容 可靠性理论可靠性理论 可靠性理论可靠性理论在科学实验、生产实践和 人们的日常生活等方面都有很重要的 意义。可靠性理论在其发展过程中形 成了三个主要领域或三个独立学科： 可靠性数学 可靠性物理 可靠性工程 四、可

11、靠性研究的内容四、可靠性研究的内容 (1)可靠性数学可靠性数学 可靠性数学是可靠性研究的最重要 的基础理论之一，它主要是研究与解 决各种可靠性问题的数学方法和数学 模型，研究可靠性的定量规律。它属 于应用数学范畴，涉及到概率论、数概率论、数 理统计理统计、随机过程、运筹学及拓朴学 等数学分支。它应用于可靠性的数据 收集、数据分析、系统设计及寿命试 验等方面。 四、可靠性研究的内容四、可靠性研究的内容 (2)可靠性物理可靠性物理 可靠性物理又称失效物理失效物理，是研究 失效的物理原因与数学物理模型数学物理模型及检 测方法与纠正措施的一门可靠性理论。 它使可靠性工程从数理统计方法发展 到以理化分析

12、为基础的失效分析方法。 它是从本质上、从机理方面探究产品 的不可靠因素，从而为研制、生产高 可靠性产品提供科学的依据。 四、可靠性研究的内容四、可靠性研究的内容 (3)可靠性工程可靠性工程 可靠性工程是对产品(零、部件，元、器件，总成， 设备或系统)的失效及其发生的概率进行统计、分析， 对产品进行可靠性设计设计、可靠性预测预测、可靠性试验试验、 可靠性评估评估、可靠性检验检验、可靠性控制控制、可靠性维修维修 及失效分析的一门包含了许多工程技术的边缘性工程 学科。 它是立足于系统工程方法，运用概率论与数 理统计等数学工具(属可靠性数学)，对产品的可靠性 问题进行定量的分析；采用失效分析方法(可靠

13、性物 理)和逻辑推理对产品故障进行研究，找出薄弱环节， 确定提高产品可靠性的途径，并综合地权衡经济、功 能等方面的得失，将产品的可靠性提高到满意的程度 的一门学科。 四、可靠性研究的内容四、可靠性研究的内容 它包括了对产品可靠性进行工作的全过程，即从对零 件、部件和系统等产品的可靠性方面的数据进行收集 与分析做起，对失效机理进行研究，在这一基础上对 产品进行可靠性设计；采用能确保可靠性的制造工艺 进行制造；完善质量管理与质量检验以保证产品的可 靠性；进行可靠性试验来证实和评价产品的可靠性； 它包括了以合理的包装和运输方式来保持产品的可靠 性；指导用户对产品的正确使用、提供优良的维修保 养和社会

14、服务来维持产品的可靠性。即可靠性工程包 括了对零件、部件和系统等产品的可靠性数据的收集 与分析、可靠性设计、预测、试验、管理、控制和评 价。 四、可靠性研究的内容四、可靠性研究的内容 在可靠性工程中，很重视对现场使用 的数据和试验数据的收集与交换。许 多国家都有全国性的数据收集与交换 组织，建立有各种数据库。因为数据 是可靠性设计和可靠性研究的基础。 在整个可靠性工程中，都是通过可靠 性数据和信息反馈来改进产品的可靠 性。 四、可靠性研究的内容四、可靠性研究的内容 可靠性设计可靠性设计 可靠性设计可靠性设计是可靠性工程的一个重要 分支，因为产品的可靠性在很大程度 上取决于设计的正确性。在可靠性

15、设 计中要规定可靠性和维修性的指标， 并使其达到最优。 四、可靠性研究的内容四、可靠性研究的内容 可靠性预测可靠性预测 可靠性预测可靠性预测是可靠性设计的重要内容之一， 它是一种预报方法，在设计阶段即从所得的 失效率数据预报零部件和系统实际可能达到 的可靠度，预报这些零件、部件和系统在规 定的条件下和规定的时间内完成规定功能的 概率。在设备设计的初期，及时完成可靠性 预测工作，可以了解该设备中各零件、部件 之间可靠度的相互关系，找出提高整个设备 的可靠度的有效途径。 四、可靠性研究的内容四、可靠性研究的内容 可靠性设计的另一重要内容是可靠性可靠性 的分配的分配，它是将系统规定的容许失效 概率合

16、理地分配给该系统的零、部件。 在可靠性设计中采用最优化方法进行 系统的可靠性分配系统的可靠性分配，是当前可靠性研 究的重要方向之一，称为可靠性优化可靠性优化 设计设计 四、可靠性研究的内容四、可靠性研究的内容 在可靠性设计中有时采用冗余设计法冗余设计法或贮备贮备 法法。冗余法或贮备法是在系统中配置作贮备 用的零件或设备，当原用零件或设备出现故 障时，贮备件立即替换上去。并联冗余并联冗余即并并 行工作贮备法行工作贮备法是使完成同一职能的一批零、 部件或设备同时(并行)工作，且当其中某个 或部分失效时，其余的仍能保证系统的正常 工作。在系统设计中采用贮备法，可成倍地 提高系统的可靠度。对系统贮备的

17、分配，也 广泛地采用最优化方法。 四、可靠性研究的内容四、可靠性研究的内容 由于在不同领域中可靠性工程所处理 的具体问题有所不同，内容也会有差 异，但都是以系统的方法、综合的方 法，以长远的眼光来研究问题，不仅 重视技术，也重视管理，以取得系统 的最大经济效益和运行的安全可靠为 目的。 四、可靠性研究的内容四、可靠性研究的内容 机械可靠性设计又称为机械概率设计机械概率设计，是可 靠性工程学的主要内容之一，是可靠性工程 学在机械设计中的应用。 由于对机械破坏机理认识的日益深化，对机 械故障概率资料的逐步累积，以及概率与统 计在机械零件的应力与强度分析方面的应用 等等，都为机械可靠性设计提供了理论

18、基础 和实践经验，使可靠性理论的应用扩展到结 构设计、强度分析、疲劳研究等方面。 29 五、机械产品可靠性的特点五、机械产品可靠性的特点 机械产品的可靠性与电子产品相比具有以下特点： 耗损型故障耗损型故障 如疲劳、老化、磨损、腐蚀和强度退化等，具有渐变性的 特点 故障率随时间的变化不是恒定值，随时间增长故障率随时间的变化不是恒定值，随时间增长 符合此特性的分布有正态、威布尔、对数正态和极值分布 等； 故障模式多故障模式多 一个零部件可能有多种故障模式,同一故障模式可能发生在 不同部位 30 五、机械产品可靠性的特点五、机械产品可靠性的特点 零部件多是非标准件零部件多是非标准件 失效数据的统计困

19、难，预计失效率困难 机械产品的大多数零部件都是非标准件,只有少数 零部件如轴承、密封件、阀、泵等已实现标准化 、通用化.大部分零部件由于功能、结构各异,只 能将其特征参数(如齿轮模数、液压缸直径、螺纹 直径等)标准化.设计人员在系统设计的同时,还要 根据具体结构要求及载荷性质、几何尺寸进行零 部件设计.而机械可靠性设计的难点之一是缺乏材 料强度和载荷分布的数据,难以给出像电子元器件 那样工程上实用的机械零部件故障率手册。 五、机械产品可靠性的特点五、机械产品可靠性的特点 失效模式往往是相关的失效模式往往是相关的 在进行可靠性分析时需要考虑失效模式相关性。机械 产品的故障模式与其材料、具体结构、

20、载荷性质和大 小等有密切关系,故障模式之间还存在着相关性.实现 同一功能要求,由于采用不同的结构形式,可以改变机 械产品零部件的应力状态. 失去规定的功能可以是损坏、失调、渗漏、堵塞、老 化、松脱或它们的组合等多种表现形式. 6/21/202132 机械产品失效模式类型机械产品失效模式类型 损坏型 如断裂、变形过大、塑性变形、裂纹等 退化型 如老化、腐蚀、磨损等 松脱型 如松动、脱焊等 失调型 如间隙不当、行程不当、压力不当等 堵塞或渗漏型 如堵塞、漏油、漏气等 功能型 如性能不稳定、性能下降、功能不正常等 五、机械产品可靠性的特点五、机械产品可靠性的特点 机械加工制造质量对产品可靠性影响大机

21、械加工制造质量对产品可靠性影响大 机械产品通过设计获得了固有可靠性,但在加工制造过 程中,工艺设备、工艺方法、工艺流程、各种工艺因素 控制、装配工艺等对产品质量将产生重大影响. 如应力集中,热处理引起的变形,高速旋转轴线的对中, 组合装配时引入的预应力等,均是引起故障的因素.没 有先进的、稳定的加工工艺,产品的可靠性将得不到保 证 六、 机械产品可靠性设计的原则机械产品可靠性设计的原则 传统设计与可靠性设计相结合 传统的安全系数法直观、简单、容易掌握、设计工作传统的安全系数法直观、简单、容易掌握、设计工作 量小量小,在多数情况下能保证机械零部件的可靠性在多数情况下能保证机械零部件的可靠性,因此

22、因此, 不应完全摒弃安全系数法不应完全摒弃安全系数法. 现阶段比较切实可行的做法是审慎地采用概率设计法现阶段比较切实可行的做法是审慎地采用概率设计法 的概念去完善和改进传统的安全系数法的概念去完善和改进传统的安全系数法,对一些条件对一些条件 成熟或精度要求非常高的关键件可逐步开展可靠性概成熟或精度要求非常高的关键件可逐步开展可靠性概 率设计率设计. 更为实际的做法是先按照传统设计方法确定零部件的更为实际的做法是先按照传统设计方法确定零部件的 材料及结构尺寸等材料及结构尺寸等,而根据相应的模型进行可靠性定而根据相应的模型进行可靠性定 量计算量计算,若不满足规定的可靠性要求若不满足规定的可靠性要求

23、,则修改结构、尺则修改结构、尺 寸或更换材料寸或更换材料,再进行可靠性校核再进行可靠性校核,直至满足规定要求直至满足规定要求 35 七、机械产品可靠性工作的要点七、机械产品可靠性工作的要点 产品的可靠性预计指出薄弱环节和改进方向 非标准件较多和失效率受失效环境、工作条件的影响较大等，零 部件的失效率数据应是在相似产品以往可靠性信息的基础上，经 分析（失效模式、载荷条件、环境条件和使用条件等方面的差异 比较）后选用。 可靠性预计的重要作用之一是在设计过程中为了达到要求的可靠 性指标指出该系统中应予特别注意的薄弱环节和改进方向 在产品研制过程中重视可靠性试验对保证产品可靠性的 作用 机械产品工作环

24、境非常复杂，试验很难模拟真实的环境和应力。 因此必要时需进行现场可靠性试验，或收集使用现场的失效信息 复杂机械产品体积大、成本高等原因不能进行可靠性试验，可采 用较低层次（部件、组件或零件）的可靠性试验，然后综合试验 结果、应力分析结果和类似产品的可靠性数据及产品现场使用的 情况，对其可靠性进行综合评价。 1-2 可靠性的定义可靠性的定义 可靠性是产品在规定条件下和规定时间内完成规定功 能的能力 在可靠性的上述定义中，含有以下五个要素： (1)对象 可靠性问题的研究对象是产品，它是泛指的，可以 是元件、组件、零件、部件、总成、机器、设备，甚 至整个系统：研究可靠性问题时首先要明确对象。不 仅要

25、确定具体的产品，而且还应明确它的内容和性质。 如果研究对象是一个系统，则不仅包括硬件，而且也 包括软件和人的判断和操作等因素在内。需要以人一 机系统的观点去观察和分析问题。 (2)使用条件 包括运输条件、储存条件、使用时的环境条件(如温度、 压力、湿度、载荷、振动、腐蚀、磨损等等)、使用方 法、维修水平、操作水平等预期的运输、储存及运行条 件，对其可靠性都会有很大影响。 (3)规定时间 与可靠性关系非常密切的是关于使用期限的规定，因为 可靠度是一个有时间性的定义。对时间性的要求一定要 明确。时间可以是区间(0，t)，也可以是区间(t1，t2)。 有时对某些产品给出相当于时间的一些其它指标可能会

26、 更明确，例如对汽车的可靠性可规定行驶里程(距离)； 有些产品的可靠性则规定周期、次数等等会更恰当些。 一般来说，产品的可靠性是随着产品使用时间的延长而 逐渐降低所以，一定的可靠性是对一定时间而言的 1-2 可靠性的定义可靠性的定义 (4)规定功能 要明确产品的规定功能的内容。一般来说，所谓“ 完成规定功能”是指在规定的使用条件下能维持所规 定的正常工作而不失效(或发生故障)，指研究对象(产 品)能在规定的功能参数下正常运行。应注意“失效 ”不一定仅仅指产品不能工作，因为有些产品虽然还 能工作，但由于其功能参数已漂移到规定界限之外了 ，即不能按规定正常工作，也视为“失效”。要弄清 该产品的功能

27、是什么，其失效或故障(丧失规定功能) 又是怎样定义的。 还要注意产品的功能有主次之分，故障也有主次之 分。有时次要的故障不影响主要功能，因而也不影响 完成主要功能的可靠性。 1-2 可靠性的定义可靠性的定义 (5)概率 “可靠度”是可靠性的概率表示。把概念性 的可靠性用具体的教学形式概率表示， 这就是可靠性技术发展的出发点。因为用概 率来定义可靠度后，对元件、组件、零件、 部件、总成、机器、设备、系统等产品的可 靠程度的测定、比较、评价、选择等等才有 了共同的基础，对产品可靠性方面的质量管 理才有了保证。 1-2 可靠性的定义可靠性的定义 如上所述，讨论产品的可靠性问题时 ，必须明确对象、使用

28、条件、使用期 限、规定的功能等因素，而用概率来 度量产品的可靠性时就是产品的可靠 度。可靠性定量表示的另一特点是其 随机性。因此，广泛采用概率论和数 理统计方法来对产品的可靠性进行定 量计算。 1-3 失效失效 失效失效(Failure，对于可修复的产品，通 常称为故障故障)，其定义为“产品丧失规 定的功能”。这不仅指规定功能的完全 丧失，亦包括规定功能的降低等。 失效可作如下的分类： 1)按失效原因 (1)误用失效误用失效：未按规定条件使用产品而引起的失效； (2)本质失效本质失效：由于产品本身固有的弱点而引起的失效，与是否 按规定条件使用无关； (3)早期失效早期失效(Early Fail

29、ure)：由于产品在设计、制造或检验方面 的缺陷等原因而引起的产品失效。新产品在研究和试制阶段出现 的失效，通常多为早期失效。一般早期失效可以通过强化试验找 出失效原因并加以排除； (4)偶然失效偶然失效(随机失效随机失效，Radom Failure)：产品因为偶然的因素 而发生的失效，通常它使产品完全丧失规定功能；这种失效既不 能通过强化试验加以排除，采取良好维护措施也不能避免。失效 在什么时候发生也无法判断； (5)耗损失效耗损失效(WearoutFailure)：产品由于磨损、疲劳、老化 、损耗等原因而引起的失效。它往往使产品的输出特性变坏，但 仍有一定的工作能力。 失效可作如下的分类：

30、 2)按失效程度 (1)完全失效完全失效(Complete Failure)：完全丧失规定功能 的失效； (2)部分失效部分失效：产品的性能偏离某种规定的界限，但 尚未完全丧失规定功能的失效。 3)按失效的时间特性 (1)突然失效突然失效：通过事先的测试或监控不能预测到的 失效； (2)渐变失效渐变失效：通过事先的测试或监控就可以预料到 的失效，这时，产品的规定功能 是逐渐减退的，但开始这一过程的时间不明显。 失效可作如下的分类: 4)按失效后果的严重性 (1)致命失效致命失效：导致重大损失的失效； (2)严重失效严重失效：指能导致复杂产品完成规定功能的能 力降低的产品组成单元的失 效； (3

31、)轻度失效轻度失效：指不致引起复杂产品完成规定功能 的能力降低的产品组成单元的失效。 5)按失效的独立性 (1)独立失效独立失效：不是因为其它产品的失效而引起的本 产品的失效； (2)从属失效从属失效：是因为其它产品的失效而引起的本产 品的失效。 失效可作如下的分类: 6)按失效的关联性 (1)关联失效关联失效：在解释试验结果或计算可靠性特征 数值时必须计入的失效； (2)非关联失效非关联失效：在解释试验结果或计算可靠性特 征数值时不应计入的失效。 7)按两种划分标准的组合来划分的失效分类 (1) 突变失效突变失效(突发故障突发故障Catastrophic Failure)为突然 而完全的失效

32、； (2)退化失效退化失效(退化故障退化故障Degradation Failure)为渐变而 部分的失效。 失效可作如下的分类: 产品的零件失效，并不总会引起产品的不可靠。对于 一个复杂的产品，会有这样的零件，它的失效不一定 会引起产品基本特性偏离规定界限之外。例如，汽车 客厢内的照明灯，对于汽车的可靠性没有影响。在计 算产品的可靠性时，这些零件的失效不予考虑。 为了判断失效，必须制定失效的判据或失效标准， 规定出判断失效的技术指标。同一产品在不同情况下 使用，可能会有不同的失效标准。同一产品上的不同 组件，也可能具有不同的失效标准。 为了提高产品的可靠性，研究产品失效的原因、掌 握产品的失效

33、规律是很重要的，因为，只有对产品失 效的原因及失效的规律有全面的了解，才能采取有效 的措施，提高产品的可靠性。 1-4可靠性指标 为了评价产品的可靠性，制定一些评定产品可靠性的 数值指标是非常必要的。可靠性的数值指标就是可靠 性的尺度。 常用的可靠性尺度有：可靠度，失效率，平均寿命、 寿命方差和寿命标准差，可靠寿命与中位寿命及特征 寿命，有效寿命与更换寿命等可靠性寿命尺度，维修 度，平均修理时间，修复率，有效度和重要度等等。 有了统一的可靠性尺度或评价产品可靠性的数值指 标，就可在设计产品时用数学方法来计算和预测其可 靠性；在产品生产出来后用试验方法等来考核和评定 其可靠性。 1-4可靠性指标

34、 1.可靠度：产品在规定的时间内，在规定的条 件下，完成规定功能的概率。 符号表示为： 或简写为： 它是时间的函数,就概率分布而言，它又 叫作可靠度分布函数可靠度分布函数，且是累积分布函数。 它表示在规定的使用条件下和规定的时间内 ，无故障地发挥规定功能而工作的产品占全 部工作产品(累积起来)的百分率。因此，可 靠度R或R(t)的取值范围是 OR(t)1 )(tRR 1-4可靠性指标 2. 不可靠度： 与可靠度相对应的有不可靠度不可靠度，表示“产品 在规定的条件下和规定的时间内不能完成 规定功能的概率”，因此又称为失效概率 ，记为F。失效概率F也是时间t的函数，故 又称为失效概率函数失效概率函

35、数或不可靠度函数不可靠度函数，并 记为F(t)。它也是累积分布函数，故又称 为累积失效概率。显然，它与可靠度呈互 补关系，即 R(t)+F(t)=1 F(t)=1一R(t) )(1)(tRtF 第一章 可靠性设计概论 1-4 可靠性指标可靠性指标 3.失效概率密度：产品在t时刻单位时间内 发生失效的概率。 对不可靠度函数F(t)求导，则得失效密度失效密度 函数函数f(t)，即 f(t)=dF(t)/dt=-dR(t)/dt 失效密度函数又称为故障密度函数故障密度函数。 t dttftF 0 )()( 1-4 可靠性指标可靠性指标 4.失效率失效率(Failure Rate)又称为故障率故障率，

36、其定义为“工作到某时 刻t时尚未失效(故障)的产品，在该时刻t以后的下一个单位时 间内发生失效(故障)的概率”。失效率的观测值即为“在某时 刻t以后的下一个单位时间内失效的产品数与工作到该时刻尚 未失效的产品数之比”。 失效率是产品可靠性常用的数量特征之一，失效率愈高 ，则可靠性愈低。可靠度与不可靠度均为无量纲值，而失效 率为有量纲值。失效率的单位多用每千小时百分之几，即用 103h=10-5h表示。 对于可靠度高、失效率低的产品则采 用Fit(Failure Unit) =10-9h=10-6103h为单位。有时不用时间 的倒数而用与其相当的“动作次数”、“转数”、“距离” 等的倒数为单位。 tn tn tR tf t )( )( )( )( 由许多零件构成的机器、设备或系统，在不进行预防性维修时，或者 对于不可修复的产品，其失效率曲线的典型形态如图所示。由于它的 形状与浴盆的剖面相似，所以又称为浴盆曲线(BathTub Curve)。它 是由上述三种形态的失效率曲线组成，反映了产品在其全部工作过程 中的三个不同阶段或时期。 第一章 可靠性设计概论 早期