可靠性与可靠性试验——瑞莱沉阳ppt课件

1、北北 京京 强强 度度 环环 境境 研研 究究 所所Beijing Institute of Structure & Environment Engineering Beijing Institute of Structure & Environment Engineering 瑞莱试验室瑞莱试验室沈阳沈阳联系人：杨先91 地址:沈阳市经济技术开发区八号路3-3号可靠性与可靠性试验可靠性与可靠性试验瑞莱试验室瑞莱试验室沈沈阳阳91 地址:沈阳市经济技术开发区八号路3-3号 可靠性参数可靠性参数2

2、可靠性试验可靠性试验3 可靠性定义可靠性定义现代质量观念91 地址:沈阳市经济技术开发区八号路3-3号91 地址:沈阳市经济技术开发区八号路3-3号现代质量观念 产品的通用特性显得更加重要产品的通用特性显得更加重要 产品可靠性个安全性下降，投资增大，研发周期加长，风险增加。工程产品日益庞大工程产品日益庞大和复杂和复杂 从陆地、海洋到天空、太空，产品使用环境不断扩展和更加严酷，对产品的综合特性提出了更高的挑战。应用环境更加复杂应用环境更加复杂和恶劣和恶劣 如卫星等长时间无故障飞行要求、通信网络的关键任务不停机要求等。产品要求的持续无故障产品

3、要求的持续无故障任务时间加长任务时间加长 如核能产品、飞机、载人航天器、高速列车等得可靠与安全时申明安全的基本保证，受到强烈关注。产品的通用特性与使用产品的通用特性与使用者的生命安全直接相关者的生命安全直接相关 性能优良、功能齐全并不是用户选择产品时考虑的唯一因素，产品是否可靠、是否好修、维护保养费用多少、寿命多长都对用户的选择产生重要影响。市场竞争的影响市场竞争的影响91 地址:沈阳市经济技术开发区八号路3-3号现代质量观念 效能效能 寿命周期费用寿命周期费用l寿命周期费用(Life Cycle Costs, LCC)是指在产品的整个寿命周期内，为获取并维持系统的

4、运营所花费的总费用。91 地址:沈阳市经济技术开发区八号路3-3号可靠性的基本概念 定义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。产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。 要素：三个规定要素：三个规定l 规定条件规定条件l 包括使用时的环境条件和工作条件：如温度、湿度、包括使用时的环境条件和工作条件：如温度、湿度、振动、冲击、辐射等；振动、冲击、辐射等；l 贮存时的贮存条件，使用时对操作人员的技术等级要贮存时的贮存条件，使用时对操作人员的技术等级要求，维护方法等。求，维护方法等。 l 规定时间规定时间l 指产品规定了的任务时间。随着产品任务时间

5、的增加，指产品规定了的任务时间。随着产品任务时间的增加，产品出现故障的概率将增加，产品的可靠性是下降的。产品出现故障的概率将增加，产品的可靠性是下降的。l 规定功能规定功能l 指产品规定了的必须具备的功能及其技术指标。所要指产品规定了的必须具备的功能及其技术指标。所要求的功能的多少和其技术指标的高低，直接影响到产品可求的功能的多少和其技术指标的高低，直接影响到产品可靠性指标的高低。靠性指标的高低。 91 地址:沈阳市经济技术开发区八号路3-3号可靠性的基本概念基本可靠性基本可靠性任务可靠性任务可靠性l 产品在规定的条件下，规定的时间内，无故障工作的能力。l 反对产品

6、对维修资源的要求。l 产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能力。l 反应产品对任务成功的要求。固有可靠性固有可靠性使用可靠性使用可靠性l 又称设计可靠性和合同可靠性，是设计和制造赋予产品的，并在理想的使用和保障条件下所具有的可靠性。l 它是从承制方的角度来评价产品的可靠性水平。l 产品在实际的环境中使用时所呈现的可靠性，反映了产品设计、制造、使用、维修、环境等因素的综合影响。l 它是从最终用户的角度来评价产品的可靠性水平。91 地址:沈阳市经济技术开发区八号路3-3号可靠性的基本概念 内涵内涵l 可靠性是一种概率；可靠性是一种概率；l 产品可靠性一般与时间有关；产品

7、可靠性一般与时间有关；l 产品的可靠性与产品故障有紧密关系。产品的可靠性与产品故障有紧密关系。 故障故障l 故障定义：产品或产品的一部分不能或将不能完成预定故障定义：产品或产品的一部分不能或将不能完成预定功能的事件或状态，称之为故障，或失效。功能的事件或状态，称之为故障，或失效。l 故障模式：故障的表现形式。故障模式：故障的表现形式。l 故障机理：引起故障的物理化学变化等内在原因。故障机理：引起故障的物理化学变化等内在原因。91 地址:沈阳市经济技术开发区八号路3-3号可靠性的基本概念 故障的分类故障的分类l 可靠性、耐久性与环境适应性从不同角度描述了产品不出故障的

8、能力；可靠性、耐久性与环境适应性从不同角度描述了产品不出故障的能力；l 维修性描述了便于预防和修复产品故障的能力；维修性描述了便于预防和修复产品故障的能力；l 测试性则描述了诊断产品故障的能力；测试性则描述了诊断产品故障的能力；l 保障性包含了针对故障的维修保障能力；保障性包含了针对故障的维修保障能力；l 安全性包含了产品故障安全能力。安全性包含了产品故障安全能力。l 因此将这些属性统称为故障相关属性。因此将这些属性统称为故障相关属性。“产品故障是可靠性系统工程的核心要素产品故障是可靠性系统工程的核心要素l 按其规律：偶然故障、渐变故障、必然故障按其规律：偶然故障、渐变故障、必然故障l 按其后

9、果：致命性故障、非致命性故障按其后果：致命性故障、非致命性故障l 按其统计规律：独立故障、从属故障按其统计规律：独立故障、从属故障91 地址:沈阳市经济技术开发区八号路3-3号可靠性系统工程的理论与技术框架 故障原因与机理故障原因与机理 内因：资料、构造、工艺内因：资料、构造、工艺 外因：使用模式、环境条件、人为因素外因：使用模式、环境条件、人为因素 故障表现规律：确定性、随机性、模糊性故障表现规律：确定性、随机性、模糊性基础理论基础理论认识故障规律认识故障规律 故障预防技术：余度、降额、统计过程控制故障预防技术：余度、降额、统计过程控制 故障控制技术：感知与预测故

10、障控制技术：感知与预测 故障修复技术：诊断、隔离、修理故障修复技术：诊断、隔离、修理基础技术基础技术运用故障规律运用故障规律 综合论证技术综合论证技术 设计与分析技术设计与分析技术 试验与评价技术试验与评价技术 生产保证技术生产保证技术 运用与保障技术运用与保障技术集成技术集成技术形成技术能力形成技术能力 可靠性参数91 地址:沈阳市经济技术开发区八号路3-3号可靠度与不可靠度可靠度与不可靠度l 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。依定义可知，可靠度函数R(t)为：l 产品故障前的工作时间，t规定的时间。l 产品在规定的条件下和规定的时间

11、内，丧失规定功能的概率称为累积故障概率又叫不可靠度）。 故障密度函数故障密度函数tf(t)f(t)F(to)R(to)to)()(tPtR)()(tPtF ( )dF tdR tf tdtdt 0( )1( )1( )( )ttR tF tf t dtf t dt 0( )( )r tf tN 故障率函数91 地址:沈阳市经济技术开发区八号路3-3号 浴盆曲线浴盆曲线大多数产品的故大多数产品的故障率曲线随时间障率曲线随时间的变化形似浴盆，的变化形似浴盆，称之为浴盆曲线。称之为浴盆曲线。 三大阶段三大阶段l 早期故障阶段早期故障阶段l 偶然故障阶段偶然故障阶段l 耗损

12、故障阶段耗损故障阶段 故障发生规律的六种模式91 地址:沈阳市经济技术开发区八号路3-3号 六种模式所占的比率六种模式所占的比率l 没有明显的耗损故障区。没有明显的耗损故障区。91 地址:沈阳市经济技术开发区八号路3-3号平均寿命 MTTF MTTFl 对于不可维修的产品，平均寿命等于平均故障前时间MTTF）。设N0个不可修复的产品在同样条件下进行试验，测得其全部故障时间为t1,t2,tN0。其平均故障前时间为：l 当N0趋向无穷时，MTTF为产品故障密度函数这一随机变量的数学期望，因而： MTBF MTBFl对于可维修的产品，平均寿命等

13、于平均故障间隔寿命MTBF）。l 式中 N0为产品总的工作时间。T为时间段内产品总的故障次数。00( )( )TFTtf t dtR t dt0101NiiTFtNT01001NiiBFNTtNT91 地址:沈阳市经济技术开发区八号路3-3号寿命分布 常用寿命分布的类型常用寿命分布的类型l 指数分布：电子产品，无记忆性，失效率恒定指数分布：电子产品，无记忆性，失效率恒定l 二项分布：成败型试验二项分布：成败型试验l 威布尔分布：疲劳磨损的故障模式，主要为机电类产品威布尔分布：疲劳磨损的故障模式，主要为机电类产品l 正态分布正态分布l 对数正态分布对数正态分布 指数分

14、布指数分布l广泛的工程适用性l无记忆性：产品已经工作了一段时间后，仍然如同新的产品一样，不影响以后的工作寿命值。l可近似作为高可靠性部件或系统的失效分布模型。91 地址:沈阳市经济技术开发区八号路3-3号使用指标与合同指标91 地址:沈阳市经济技术开发区八号路3-3号可靠性指标的阶段性91 地址:沈阳市经济技术开发区八号路3-3号可靠性工程的工作流程91 地址:沈阳市经济技术开发区八号路3-3号可靠性试验 定义定义 广义而言，凡是为了了解、评价、分析和提高产品可靠性而广义而言，凡是为

15、了了解、评价、分析和提高产品可靠性而进行的试验都可以称之为可靠性试验。进行的试验都可以称之为可靠性试验。 试验项目试验项目GJB450A在可靠性试验与评价工作项目中规定了五种可靠性试验。在可靠性试验与评价工作项目中规定了五种可靠性试验。环境应力筛选环境应力筛选(401)可靠性研制试验可靠性研制试验(402)可靠性增长试验可靠性增长试验(403)可靠性鉴定试验可靠性鉴定试验(404)可靠性验收试验可靠性验收试验(405)91 地址:沈阳市经济技术开发区八号路3-3号可靠性试验 目的目的l发现缺陷：发现产品在设计、材料和工艺方面的缺陷。发现缺陷：发现产品在设计、材料和工

16、艺方面的缺陷。l验证指标：确认是否符合可靠性定量要求。验证指标：确认是否符合可靠性定量要求。l提供信息：为评估产品的战备完好性、任务成功性、维修人力费用和保障资提供信息：为评估产品的战备完好性、任务成功性、维修人力费用和保障资源费用提供信息。源费用提供信息。 可靠性试验贯穿于产品全寿命周期可靠性试验贯穿于产品全寿命周期l 研制阶段研制阶段l 设计定型阶段设计定型阶段l 批生产阶段批生产阶段l 使用阶段使用阶段91 地址:沈阳市经济技术开发区八号路3-3号可靠性试验 失效率试验：获取可靠性预计所需的失效率数据。失效率试验：获取可靠性预计所需的失效率数据。 元器件筛选老

17、炼试验：剔除质量低劣的元器件。元器件筛选老炼试验：剔除质量低劣的元器件。研制初期研制初期 整机环境应力筛选整机环境应力筛选(ESS)：发现和排除早期故障。：发现和排除早期故障。 可靠性研制试验可靠性研制试验(RDT)：寻找设计缺陷，以改进设计，提高：寻找设计缺陷，以改进设计，提高产品的固有可靠性水平。包括高加速寿命试验。产品的固有可靠性水平。包括高加速寿命试验。研制中期研制中期 可靠性增长试验可靠性增长试验(RGT)：通过施加综合环境应力，激发产品：通过施加综合环境应力，激发产品的缺陷，采取有效的纠正措施，是产品可靠性得到增长。的缺陷，采取有效的纠正措施，是产品可靠性得到增长。这是一个这是一个

18、“试验试验-分析分析-改进改进”(TAAF)过程。过程。研制后期研制后期 可靠性鉴定试验可靠性鉴定试验(RQT)：验证产品是否达到了规定的可靠性：验证产品是否达到了规定的可靠性要求。它是向使用方提供一种合格证明。要求。它是向使用方提供一种合格证明。设计定型阶段设计定型阶段 可靠性验收试验可靠性验收试验(RAT)：验证产品可靠性不随生产期间工艺、：验证产品可靠性不随生产期间工艺、工装、工作流程等的变化而降低，保持在规定的水平。工装、工作流程等的变化而降低，保持在规定的水平。批生产阶段批生产阶段 外场可靠性试验：能够真实反映产品在实际使用条件下的外场可靠性试验：能够真实反映产品在实际使用条件下的可

19、靠性水平，可获得产品的实际使用可靠性。可靠性水平，可获得产品的实际使用可靠性。使用阶段使用阶段91 地址:沈阳市经济技术开发区八号路3-3号 可靠性试验按目的分类 工程试验工程试验工程试验的目的是为了暴露产品设计、工程试验的目的是为了暴露产品设计、工艺、元器件、原材料等方面存在的工艺、元器件、原材料等方面存在的缺陷，采取措施加以改进，以提高产缺陷，采取措施加以改进，以提高产品的可靠性。品的可靠性。 统计试验统计试验统计试验的目的是为了验证产品的可统计试验的目的是为了验证产品的可靠性或寿命是否达到了规定的要求。靠性或寿命是否达到了规定的要求。/p>

20、/91 地址:沈阳市经济技术开发区八号路3-3号 可靠性试验按施加应力原则91 地址:沈阳市经济技术开发区八号路3-3号可靠性试验按试验方式 截尾试验截尾试验l 试验到中途某一规定的时间或出现规定的故障数，停止试验。试验到中途某一规定的时间或出现规定的故障数，停止试验。l 定时截尾：有替换、无替换定时截尾：有替换、无替换 l 定数截尾：有替换、无替换定数截尾：有替换、无替换l 常用于可靠性鉴定试验。常用于可靠性鉴定试验。 序贯试验序贯试验l 试验中，根据累积的故障数和累积的试验时间，按试验方案试验中，根据累积的故障数和累积的试验时间，按试验方案判断，确定接收、拒收或

21、继续试验。它是一种判断，确定接收、拒收或继续试验。它是一种“边走边看的边走边看的试验方法。试验方法。l 常用于可靠性验收试验。常用于可靠性验收试验。91 地址:沈阳市经济技术开发区八号路3-3号 各类试验的比较试验类试验类型型试验试验性质性质相关标准和文件相关标准和文件目的目的适用对象适用对象适用时机适用时机环境环境应力应力筛选筛选工程工程试验试验GJB1032GJB/Z34MIL-STD-2164MILHDBK344A为研制和生产的产品建立并为研制和生产的产品建立并实施环境应力筛选程序，以实施环境应力筛选程序，以便发现和排除便发现和排除不良元器件、不良元器件、制造

22、工艺和其他原因制造工艺和其他原因引入的引入的缺陷造成的早期故障。缺陷造成的早期故障。主要适用于电子主要适用于电子产品产品(包括元器件包括元器件、组件和设备、组件和设备)，也适用于电气、也适用于电气、机电、光电和电机电、光电和电化学产品。化学产品。产品的研制产品的研制阶段、生产阶段、生产阶段和大修阶段和大修过程等。过程等。可靠性可靠性研制研制试验试验工程工程试验试验GJB450AMIL-STD-785B通过对产品施加适当的环境通过对产品施加适当的环境应力、工作载荷，寻找产品应力、工作载荷，寻找产品中的设计缺陷、以改进设计中的设计缺陷、以改进设计，提高产品的固有可靠性水，提高产品的固有可靠性水平。

23、平。主要适用于电子主要适用于电子产品，也适用于产品，也适用于机电产品。机电产品。产品的研制产品的研制阶段的早期阶段的早期和中期。和中期。可靠性可靠性增长增长试验试验工程工程试验试验GJB1407GB/T15174MIL-STD-1635MIL-STD-189MILHDBK338通过对产品施加通过对产品施加模拟实际使模拟实际使用环境的综合环境应力用环境的综合环境应力，暴，暴露产品的潜在缺陷并采取纠露产品的潜在缺陷并采取纠正措施，使产品的可靠性达正措施，使产品的可靠性达到规定的要求。到规定的要求。主要适用于电子主要适用于电子产品，也适用于产品，也适用于部分机电产品。部分机电产品。产品的研制产品的研

24、制阶段后期，阶段后期，可靠性鉴定可靠性鉴定试验之前，试验之前，产品的技术产品的技术状态基本已状态基本已经确定。经确定。91 地址:沈阳市经济技术开发区八号路3-3号 可靠性试验按施加应力原则试验类试验类型型试验试验性质性质相关标准和文件相关标准和文件目的目的适用对象适用对象适用时机适用时机可靠性可靠性鉴定鉴定试验试验统计统计试验试验GJB899AGB5080MIL-STD-781DMIL-HDBK-781AIEC605-5验证产品的设计验证产品的设计是是否达到规定的可靠否达到规定的可靠性要求性要求。主要适用于电子产品主要适用于电子产品，也适用于部分电气，也适用于部分电气、机电、光电、电化、机电、光电、电化学产品，还适用于成学产品，还适用于成败型产品。败型产品。产品设计定型产品设计定型阶段，产品的阶段，产品的技术状态已经技术状态已经固化。固化。可靠性可靠性验收验收试验试验统计统计试验试验GJB899AGB5080MIL-STD-781DMIL-HDBK-781AIEC605-5验证批生产产品的验证批生