第十章_可靠性工程基础

1、第第1010章章 可靠性工程基础可靠性工程基础 l第一节第一节 可靠性的概念可靠性的概念 l第二节第二节 常用的可靠性指标常用的可靠性指标 l第三节第三节 可靠性常用分布可靠性常用分布 工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理学习目标学习目标 l理解产品可靠性及其度量的相关概念，了解可靠性实例 l理解可靠度、平均寿命、失效率的相关概念与模型建立，掌握它们的计算 l理解系统的可靠性、计算方法，熟练计算常见系统的可靠性 工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理第一节 可靠性的概念l一、可靠性学科的发展历史l二、产品可靠性的定义l三、产品的寿命及其失效分布 工 业 工

2、 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理一、可靠性学科的发展历史l 可靠性问题的提出 始于20世纪30-40年代 ,当时飞机、舰艇等武器装备，常因电子设备发生故障失去了应有的战斗能力，而贻误战机。如美国运往远东的机载电子设备60%在运输中失效；海军舰艇上有70%电子设备因“意外”事故而失效。人们开始注意这些“意外”事故并研究其发生的规律，这就是可靠性问题的提出。 工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理序号阶 段时间范围主要标志性事件1萌芽阶段1940年代美国“真空管研究委员会”成立2创建阶段1950年代美国“电子设备可靠性顾问委员会”成立，并发布了军用电子设备可靠性报告

3、；包括我国在内的欧美和日苏相继开始了对可靠性的研究。3全面发展阶段1960年代美国军用标准MIL-STD-785颁布，英、法、日等相继成立了专门的可靠性研究机构。4深入发展阶段1970年代至今美国海军提出了“设计以可靠性第一”的原则，除军用领域，可靠性理论在机械电子、石油化工、核能工程和其它民用产品领域应用广泛。工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理l可靠性学科的形成 可靠性工程技术发展形成大约是在20世纪5060年代，这一个时期，世界上不少发达国家都注意到产品可靠性问题，并对可靠性问题进入了深入的研究，大体上确定了可靠性研究的理论基础及研究方向。 1952年，美国军事部门、

4、工业部门和有关学术部门联合成立了“电子设备可靠性咨组”(Advisory Group on Reliability ofElectronic Equipment,ACREE) 1957年ACREE提出了电子设备可靠性报告，首次比较完整地阐述了可靠性的理论与研究方向。 60年代后期，约40%的美国大学设置了可靠性工程课程。50年代末到60年代初，日本、苏联、英国、法国、意大利及东欧一些国家，相继开始有组织地进行可靠性的研究工作。研究工作从电子产品扩展到机械产品，从军工产品扩展到民用产品。 工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理l可靠性学科的发展与推广 20 世纪70年代以来，可

5、靠性理论研究已从数理基础发展到失效机理的研究；形成了可靠性试验方法及数据处理方法；重视机械系统的研究；重视维修性研究；建立了可靠性管理机构；颁布了一批可靠性标准。可靠性教育更加普及，并开始培养硕士研究生和博士研究生等高层次可靠性人才。 我国对可靠性问题的研究较晚，近十多年来发展很快，在可靠性理论研究方面取得较好的成绩，但在实际应用方面则刚刚起步，有许多工作要做。 工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理l可靠性工程研究内容 基础标准；试验方法标准；认证标准；管理标准；设计标准；产品标准1可靠性基本理论可靠性数学与故障物理学；集合论与逻辑代数；概率论与数理统计；图论与随机过程；系

6、统工程与人素工程学；环境工程学与环境应力分析；试验及分析基础理论。6元件可靠性元件可靠性水平确定；元件失效分析与可靠性评价；元器件及原材料的合理选择；元器件的老化筛选；元器件现场使用情况调查和反馈。2可靠性设计贮备设计和裕度设计；降额设计和构件概率设计；热设计、抗机械力设计；防潮、腐蚀、盐雾、尘设计；电磁兼容设计和抗辐射设计；维修性设计和使用性设计；质量、体积、重量和经济指标综合设计。7系统可靠性可靠性预计与分配；失效模式效应与危害度分析；事件树分析法(ETA)；故障树分析法(FTA)；可靠性综合评估。3 可靠性试验 环境试验；寿命试验；筛选试验。9 可靠性教育举办各种可靠性学习班与讲座；内外

7、培训和内外考察；专业技术会议；出版可靠性刊物、可靠性教材。4可靠性使用保证 使用和维护规程制定；操作和维修人员培训；安全性设计；人-机匹配设计和环境设计。10可靠性管理 建立可靠性管理机构和研究机构；制定可靠性管理纲要；制定产品可靠性管理规范；建立质量反馈制度；开展产品可靠性评审。5可靠性信息 现场数据收集、分析、整理和反馈；试验数据处理和反馈；元器件失效率汇集和交换；各种可靠性信息搜集和交流；用户调查和反馈。11可靠性标准化8 制造可靠性生产过程质量控制手段和方法工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理二、产品可靠性的定义 lGB/T3178-1994可靠性、维修性术语，军标

8、GJB451-1990给予可靠性定义为：产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。（1952年AGREE）工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理二、产品可靠性的定义 工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理二、产品可靠性的定义 工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理二、产品可靠性的定义 工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理二、产品可靠性的定义 工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理四、产品的寿命及其失效分布 工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理第二节 可靠性特征量 l一、可

9、靠度函数一、可靠度函数R(t)R(t) l二、失效率函数二、失效率函数(t)(t) l三、平均寿命三、平均寿命 l四、产品的维修性及平均维修时间四、产品的维修性及平均维修时间第二节 常用的可靠性指标 工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理一、可靠度函数R(t)l（一）（一）可靠度可靠度函数的定义及其估计函数的定义及其估计l（二）可靠度函数的性质（二）可靠度函数的性质 l（三）（三）系统可靠度系统可靠度 工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理一、可靠度函数R(t)工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理F(t)tF(t)R(t)oR(t)1.0

10、可靠度可靠度R(t)、故障分布函数、故障分布函数 F(t)与时间与时间t的关系的关系 工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理一、可靠度函数R(t)工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理一、可靠度函数R(t)工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理一、可靠度函数R(t)工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理一、可靠度函数R(t)工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理一、可靠度函数R(t)工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理一、可靠度函数R(t)(1 1),max(1),max()()(12

11、121tRtXXXPtXXXPTXPtRniinn工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理一、可靠度函数R(t)工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理二、失效率函数(t)l（一）失效率函数（一）失效率函数的定义及其估计的定义及其估计l（二）失效率函数（二）失效率函数(t)(t)的数学表达式的数学表达式 l（三）失效率（三）失效率的单位的单位l（四）产品的失效率曲线（四）产品的失效率曲线 工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理（一）失效率函数工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理（一）失效率函数工 业 工 程工 业 工 程质

12、量 管 理质 量 管 理（一）失效率函数工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理（一）失效率函数工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理（一）失效率函数工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理（一）失效率函数工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理（一）失效率函数工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理（一）失效率函数(1)串联系统可靠度低于该系统的每个单元的可靠度，且随着串联单元数量的增大迅速降低；，(2)串联系统的失效率大于该系统的各单元的失效率；(3)串联系统的各单元寿命服从指数分布，该系统寿命也服从指数分布

13、。(1)并联系统的失效概率低于各单元的失效概率；并联系统的失效概率低于各单元的失效概率；(2)并联系统的可靠度高于各单元的可靠度；并联系统的可靠度高于各单元的可靠度；(3)并联系统的平均寿命高于各单元的平均寿命；并联系统的平均寿命高于各单元的平均寿命；(4)并联系统的各单元服从指数寿命分布，该系统不再服从指数寿命分布。并联系统的各单元服从指数寿命分布，该系统不再服从指数寿命分布。工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理（一）失效率函数工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理（一）失效率函数工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理（一）失效率函数工

14、 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理（一）失效率函数工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理三、寿命 三、平均寿命 工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理三、寿命 三、平均寿命 工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理三、寿命 三、平均寿命 工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理三、寿命 三、产品的维修性及平均维修时间 工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理三、寿命 三、产品的维修性及平均维修时间 工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理三、寿命 三、产品的维修性及平均维修时

15、间 工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理第三节 可靠性常用分布 l一、指数分布一、指数分布 l二、正态分布二、正态分布 l三、威布尔分布三、威布尔分布 工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理一、指数分布l 若产品的寿命（或某特性值）若产品的寿命（或某特性值）X的失效密度为指数，即的失效密度为指数，即( ) =-tf te(0, 0)t( ) =( )= -t-t0F tf u du1 e( 0)t 失效函数为： 可靠度函数为：( ) =1-( ) =-tR tF te( 0)t 失效率函数为：-( )( ) =( )R t tR tttbR(t)1t0cF

16、(t)10(t)0tdf(t)0a 图图12-3-1 12-3-1 指数分布指数分布的的f(t),F(t),R(t),( (t) )曲线曲线 指数分布具有无记忆性无记忆性 工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理二、正态分布l若产品的寿命的失效密度函数为若产品的寿命的失效密度函数为 2-21( ) =2t -()fte (0)tl产品的可靠度函数为产品的可靠度函数为 2()-( ) =1-( ) =1-=1-()-(-)u-t201t R tF tedu2l产品的效率函数为产品的效率函数为 ( )( )( ) =( )1-() -(-)-R tf t tt - R t工 业 工 程工 业 工 程质 量 管 理质 量 管 理 三、威布尔分布 l产品的寿命的分布函数为产品的寿命的分布函数为 -()1-( ) =0m0t-reF t()( )00trtrl产品的寿命的分布密度函数为产品的寿命的分布密度函数为 -()-()( ) =0m0t rm-10wt rmeftl产品的寿命的失效率函数为产品的寿命的失效率函数为 -1( )( ) =()( )m0t -r-R