第一章 可靠性的基本概念

1、1第一章第一章 可靠性的基本概念可靠性的基本概念21.1 可靠性研究与应用的目的和意义可靠性研究与应用的目的和意义p什么是产品可靠性？什么是产品可靠性？n产品的属性：故障n人总是要生病。从生理学上讲，人也可以看成是产品或机器n持久保持其功能/性能的能力，不出现问题、不发生故障，为用户所用。n电冰箱用710年不出故障，捷达轿车“皮实” 可靠性高n定义：是指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。 产品可靠性定义的要素是三个“规定”(“规定条件”、“规定时间”、“规定功能”）31.1可靠性研究与应用的目的和意义可靠性研究与应用的目的和意义p为什么要研究可靠性？为什么要研究可靠性？n世界上

2、没有永恒的事物n产品故障会造成巨大的损失p经济损失p人员安全p武器装备丧失战斗力p政治、社会问题41.1可靠性研究与应用的目的和意义可靠性研究与应用的目的和意义p为什么要研究可靠性？为什么要研究可靠性？n技术的进步、信息时代n产品，特别是飞机、武器装备等日益复杂化、高科技n载人航天、绕月探测工程n美国人的火星探测n人类的生活在20、21世纪发生了巨大的变化n人们对可靠性的要求日益提高n现代高科技产品对可靠性高要求50.60.8650.9250.8650.520.81.1可靠性研究与应用的目的和意义可靠性研究与应用的目的和意义p为什么要研究可靠性？为什么要研究可靠性？n高可靠是设备工作力的保障n

3、提高设备的效能n减少装备维修n减少装备全寿命周期费用n综合效能p功能/性能，款式、构型等p可靠性(寿命)、维修性、产品支援p质量p价格/使用费用61.1可靠性研究与应用的目的和意义可靠性研究与应用的目的和意义p可靠性的重要性可靠性的重要性 例如，美国的宇宙飞船阿波罗工程有700多万只元器件 和零件，参加人数达42万人，参与制造的厂家达1万5千多家，生产周期达数年之久。象这样庞大的复杂系统，一旦某一个元件或某一个部件出现故障，就有可能造成整个工程失败，造成巨大损失。 所以可靠性问题特别突出，不专门进行可靠性研究是 难于保证系统可靠性的。 71.1可靠性研究与应用的目的和意义可靠性研究与应用的目的

4、和意义p可靠性工程的重要性主要表现在三个方面：可靠性工程的重要性主要表现在三个方面： 1. 高科技的需要 2. 经济效益的需要 3. 政治声誉的需要 总之，无论是人民群众的生活，国民经济建设的需要出发，还是从国防、科研的需要出发，研究可靠性问题是具有深远的现实意义。81.1可靠性研究与应用的目的和意义可靠性研究与应用的目的和意义p可靠性与经济性可靠性与经济性 1.可用率提高5%（美国电站）：相当于节省84亿美元开支，等于装机3400万KW，节省耗油90万桶。有专家认为即使成本提高10%，能获得可靠性提高10%也是合算的。2.全寿命成本下降总费用下降，以国内电视机为例：早期维修费 19.6亿元。

5、如果平均寿命从500小时提高到1000小时，维修费只需2.3亿元。 因此需要可靠性、性能、经济之间达到某种平衡。p从政治方面考虑从政治方面考虑n无论哪个国家，产品的先进性和可靠性对提高这个国家的国际地位、国际声誉及促进国际贸易发展都起很大的作用。91.1可靠性研究与应用的目的和意义可靠性研究与应用的目的和意义p可靠性工程发展的必然性可靠性工程发展的必然性1. 1963年美国航空兵飞机每飞行一万小时就有1.46次事故，年重大事故514次事故毁机275架，死亡驾驶员222人，损失2.8亿美元。2. 1984年墨西哥天然气大爆炸死500人，120万撤离。3. 1984年印度联合碳化物农药厂450吨甲

6、基氰酸池泄漏，死亡2347人，伤4万人。4. 1986年前苏联切尔诺贝利核事故，300人死亡后患30年。 5. 1986年美国挑战者号爆炸性，7宇航员遇难。10p可靠性工程发展的必然性可靠性工程发展的必然性n随着工业设备容量、参数的日益身高，因事故或故障引起的损失也随之增大；反之，提高设备可靠性的效益也显著增大。n一台600MW的发电机组强迫停运一天，少发电14400 MW.h，使电厂收入减少432万元。n2001年2月22日，由于大雾天气造成辽沈地区发生大面积停电事故，直接经济损失大1000万元，间接经济损失1亿多元。1.1可靠性研究与应用的目的和意义可靠性研究与应用的目的和意义11p萌芽期

7、萌芽期n20世纪40年代是可靠性萌芽时期， 1943年美国成立了电子管研究委员会（VTD）专门研究电子管的可靠性问题。n与此同时，德国通过对导弹系统的研究，也发现了可靠性的重要作用。p形成期形成期n1951年ARINC开始了最早的一个可靠性改进计划；1952年美国国防部成立了电子设备可靠性咨询组(AGREE)；1955年AGREE开始实施从设计、试验、生产到交付、储存和使用的全面的可靠性发展计划，并于1957年发表了军用电子设备可靠性的研究报告，从9个方面阐述了可靠性设计、试验及管理的程序及方法，确定了美国可靠性工程的发展方向，成为可靠性发展的奠基性文件，标志着可靠性已经成为一门独立的学科，是

8、可靠性工程发展的重要里程碑。1.2 可靠性的发展概况可靠性的发展概况12p成熟与综合发展成熟与综合发展n20世纪60年代70年代,是可靠性工程全面发展和步入成熟的阶段。美国在许多武器装备中推行可靠性工程，美军形成了一系列较完善的标准。n日本1956年引进可靠性技术，并成立了电子管寿命研究小组；1958年成立了可靠性研究会；1971年召开第一届可靠性学术讨论会。n英国1962年出版可靠性与微电子学，法国成立可靠性中心。n前苏联1964年及东欧召开可靠性学术会议。 n1965年国际电子技术委员会设立可靠性技术委员会，1977年改名为可靠性与维修性技术委员会。1.2 可靠性的发展概况可靠性的发展概况

9、131.2 可靠性的发展概况可靠性的发展概况p2020世纪世纪8080年代以来，可靠性向更广泛和更深入的方向发年代以来，可靠性向更广泛和更深入的方向发展，并以武器装备的效能为目标，将可靠性、维修性和展，并以武器装备的效能为目标，将可靠性、维修性和保障性有机的综合在一起，形成可靠性系统工程保障性有机的综合在一起，形成可靠性系统工程n我国从20世纪80年代，才真正在武器装备中开展可靠性工程；n21世纪初，可靠性工程在我国全面深入的研究与应用。141.2 可靠性的发展概况可靠性的发展概况p可靠性工程在未来会得到更大的重视可靠性工程在未来会得到更大的重视1. 产品复杂程度不断增加2. 产品的工作环境日

10、益严酷3. 提高产品经济性的需要4. 国内外竞争形式的需要 151.2 可靠性的发展概况可靠性的发展概况p航空运输的可靠性航空运输的可靠性n 航空运输的优势：速度快、运量大、安全性高n 飞机旅行造成多人伤亡的事故率约为三百万分之一。现在飞机的事故率已经降至汽车的1/20,火车的1/10。n 航空运输的风险：客机在有效使用期内的风险小于百万分之一161.3 可靠性的概念可靠性的概念工业产品的质量通常包括三个方面的指标：工业产品的质量通常包括三个方面的指标： 1 1、性能指标：代表了产品的使用价值。、性能指标：代表了产品的使用价值。 2 2、可靠性指标：固有可靠性、使用可靠性等。、可靠性指标：固有

11、可靠性、使用可靠性等。 3 3、维修性指标：可修复产品的维修难易程度。、维修性指标：可修复产品的维修难易程度。17维修系统失效(不可靠)事故(不安全)诊断保障产品(系统)固有属性故障可靠性维修性保障性测试性安全性1.3 可靠性的概念可靠性的概念p产品特性产品特性181.3 可靠性的概念可靠性的概念p可靠性系统工程可靠性系统工程n可靠性工程p可靠性、安全性(系统安全性工程)n维修性工程与维修工程p维修性产品固有的特性：反映产品是否好修p维修：为保持/恢复产品可用状态所开展的活动p维修的方式与级别，RCM：以可靠性为中心的维修p测试与测试性：故障诊断n综合保障/产品支援p保障性：好保障、保障好p维

12、修设备与人员p备件与维修网点(维修级别)p用户资料与培训等191.3 可靠性的概念可靠性的概念p可靠性工程范畴可靠性工程范畴n系统/产品的可靠性要求或目标n可靠性的设计分析p建模、预计、FMEA、FTAp风险分析等n可靠性试验与评价p环境应力筛选(ESS)p可靠性增长试验等p可靠性验证试验等n可靠性信息n可靠性管理201.3 可靠性的概念可靠性的概念p可靠性工程理论基础可靠性工程理论基础n交叉型学科n可靠性的理论基础p宏观：系统学、概率论、统计学p微观：其他学科：材料学、力学等等n应用理论p系统工程p可靠性设计分析技术p可靠性试验技术p可靠性评估技术p可靠性信息管理p可靠性管理211.3 可靠

13、性的概念可靠性的概念p质量与可靠性关系质量与可靠性关系n从广义质量观看，质量涵盖可靠性n从狭义的质量观看，就是“符合性质量”n可靠性毕竟与狭义的质量管理还是有很大区别的，质量出了问题，往往批次性很强n可靠性是更深层次的与设计、工艺相关的根本性问题。有些企业对于可靠性工程有一种错误观念，认为可靠性工程是质量部门的事情，而设计部门却很少人员参与。n产品的可靠性是在设计阶段就已经决定了n在用户使用过程中，均是“可靠性”问题221.3 可靠性的概念可靠性的概念p可靠性的几个概念可靠性的几个概念n时间域的概率度量n按用户/生产方分类p固有可靠性p使用可靠性n按分析角度分类p基本可靠性：产品在规定的条件下

14、，无故障的持续时间或概率 在没有后勤保障情况下系统工作能力的度量 考虑所有需要维修保障的故障p任务可靠性：产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能力 系统完成任务能力的度量 只考虑引起任务失败的故障231.3 可靠性的概念可靠性的概念p可靠性定义可靠性定义产品在规定条件下，规定时间内，完成规定功能的能力。1. 产品：可以是一个小零件，也可以指一个大系统。2. 规定条件：主要是指使用条件和环境条件。3. 规定时间：包括产品的运行时间、飞机起落架的起飞着陆次数、 循环次数或旋转次数等。p维修性定义维修性定义 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，保持或恢复到规定状态的能力241.3

15、可靠性的概念可靠性的概念p广义可靠性广义可靠性 指可修复产品在使用中或者不发生故障（通过预防性维修），或者发生故障也易于维修，因而经常处于可用状态的能力。广义可靠性广义可靠性 = 狭义可靠性狭义可靠性 + 可维修性可维修性p 广义可靠性典型事例：赛车广义可靠性典型事例：赛车251.3 可靠性的概念可靠性的概念p可靠性的分类：固有可靠性和使用可靠性可靠性的分类：固有可靠性和使用可靠性n固有可靠性：通过设计、制造、管理等所形成的可靠性n(通常体现在产品的固有寿命上p使用可靠性：产品在使用可靠性：产品在使用条件使用条件影响下，保证固有可靠性的影响下，保证固有可靠性的发挥与实现的功能。发挥与实现的功能

16、。 （通常体现在产品的实际使用寿命上）p使用条件：包括运输、保管、维修、操作和环境条件等。使用条件：包括运输、保管、维修、操作和环境条件等。261.3 可靠性的概念可靠性的概念p 可靠性的特征可靠性的特征n 1、可靠性与专业技术密切相关n 2、可靠性与故障相关n 3、可靠性水平与使用条件相关n 4、可靠性与预防手段相关n 5、可靠性与人机工程因素相关271.3 可靠性的概念可靠性的概念p 航空发动机可靠性工程航空发动机可靠性工程n产品的可靠性是一项系统工程，需要有多项工程的实施和保障，才能确保产品的可靠性。p 主要类别有：主要类别有：1 1、可靠性标准体系和规范（航空发动机）、可靠性标准体系和

17、规范（航空发动机）（1 1）航空技术装备寿命和可靠性工作暂行规定，国）航空技术装备寿命和可靠性工作暂行规定，国防科委，防科委，19851985年年1010月正式执行月正式执行（2 2）航空发动机寿命和可靠性工作暂行规定，）航空发动机寿命和可靠性工作暂行规定，19871987年年5 5月正式执行月正式执行281.3 可靠性的概念可靠性的概念（3 3）国军标）国军标 GJB 450-88 GJB 450-88 装备研制与生产的可靠性通用大纲装备研制与生产的可靠性通用大纲 GJB 241-87 GJB 241-87 航空涡喷、涡扇发动机通用规范航空涡喷、涡扇发动机通用规范 GJB 241-87 GJ

18、B 241-87 航空涡浆、涡轴发动机通用规范航空涡浆、涡轴发动机通用规范（4 4）国外参考文献）国外参考文献 MIL-STD-1783 MIL-STD-1783 美国空军标准，发动机结构完整性大纲美国空军标准，发动机结构完整性大纲 MIL-E-87231 MIL-E-87231 美国航空涡喷、涡扇发动机军用规范美国航空涡喷、涡扇发动机军用规范（5 5）中国民航适航性条例和标准）中国民航适航性条例和标准 CCAR-33CCAR-33部部 中国民用航空规范，航空发动机适航标准中国民用航空规范，航空发动机适航标准 CCAR-35 CCAR-35部部 中国民用航空规范，螺桨适航标准中国民用航空规范，螺桨适航标准291.3 可靠性的概念可靠性的概念2 2、可靠性设计工程、可靠性设计工程 定寿：对发动机固有可靠性的实现，固有寿命的确定。定寿：对发动机固有可靠性的实现，固有寿命的确定。 延寿：通过对发动机的改进改型再设计，排故挖潜和可靠延寿：通过对发动机的改进改型再设计，排故挖潜和可靠 性增长等工性增长等工作，发动机的固有寿命的再确定。作，发动机的固有寿命的再确定。 3 3、使用可靠性工程、使用可靠性工程4 4、系统可靠性工程、系统可靠性工程5 5、可靠性分析工程、可靠性分析工程6 6、可靠性试验工程、可靠性试验工程7 7、