可靠性设计基本概念课件

1、可靠性概念 可靠性概念 可靠性的根本概念一、可靠性工程开展及其重要性 可靠性的根本概念可靠性工程开展及其重要性例如，美国的宇宙飞船阿波罗工程有700万只元器件和管道/设备，参加人数达42万人，参予制造的厂家达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，一旦某一个单元/系统或某一个单元出现故障，就会造成整个工程失败，造成巨大损失。所以可靠性问题特别突出，不专门进展可靠性研究是难于保证系统可靠性的。 可靠性工程开展及其重要性例如，美国的宇宙飞船阿波罗工程有70二、可靠性工程的根本内容 可靠性工程涉及面积广，需要从科研、设计、试验、制造、运输、贮存、直到使用和维护等方面，进展研究和实施的

2、工作。 二、可靠性工程的根本内容 可靠性工程涉及面积广，需要从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。7、原件可靠性制定原件可靠性；单元/系统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；降额设计和单元概率设计；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。8、系统可靠性可靠性预计与分配；失效模式效应与危

3、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、 可试 靠验 性环境试验；寿命试验；筛选试验。9、 可教 靠育 性举办各种可靠性学习班与讲座；内外培训和内外考察；专业技术会议；出版可靠性刊物、可靠性教材。4、制造质量控制手段和方法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；制定设备/管道可靠性管理规范；建立质量反馈制度；开展设备/管道可靠性评审。5、使靠用性的保可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。6、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

4、息搜集和交流；用户调查和反馈。11、可靠性标准基础标准；试验方法标准；认证标准；管理标准；设计标准；设备/管道标准可靠性工程的基本内容 1、可靠性数学与故障物理学；7、制定原件可靠性；2、贮备三、可靠性的概念及指标1. 可靠性 可靠性是指管道、设备在规定的条件和规定的时间内，完成规定的功能的能力。三、可靠性的概念及指标1. 可靠性 2. 可靠性指标 衡量设备/管道可靠性的指标很多，各指标之间有着密切联系，其中最主要的有四个，即：可靠度R (t)、不可靠度(或称故障概率)F (t)、故障密度函数f (t)失效率(t)。 2. 可靠性指标可靠性指标 (1)可靠度R (t)把设备/管道在规定的条件下

5、和规定的时间内，完成规定功能的概率定义为设备/管道的“可靠度。用R (t)表示：R (t) = P (Tt)其中P (Tt)就是设备/管道使用时间T大于规定时间t的概率。 可靠性指标 (1)可靠度R (t) 假设样品数是N0个，到t时刻未失效的有N s (t)个；失效的有N f (t)个。那么没有失效的概率估计值，即可靠度的估计值为 (1) 假设样品数是N0个，到t时刻未失效的有N s (如果仍假定t为规定的工作时间，T为设备/管道故障前的时间，那么设备/管道在规定的条件下，在规定的时间内丧失规定的功能(即发生故障)的概率定义为不可靠度(或称为故障概率)，用F(t)表示： F (t) = P

6、(Tt) 如果仍假定t为规定的工作时间，T为设备/管道故障前的时间，同样，不可靠度的估计值为： (2)同样，不可靠度的估计值为：由于故障和不故障这两个事件是对立的，所以R (t) + F (t) =1 (3) 当N0足够大时，就可以把频率作为概率的近似值。同时可见可靠度是时间t的函数。因此R (t)亦称为可靠度函数。0R (t)1 由于故障和不故障这两个事件是对立的，所以可靠性指标(2)故障密度函数f (t)如果N0是设备/管道试验总数，N f是时刻tt+t时间间隔内产生的故障设备/管道数，N f (t)(N0t)称为tt+t时间间隔内的平均失效(故障)密度，表示这段时间内平均单位时间的故障频

7、率，假设N0，t0，那么频率概率。可靠性指标(2)故障密度函数f (t)也可根据F(t)的定义，得到f (t)，即 (5) F (t)具有以下性质： 0 F (t) 1，且为增函数。 也可根据F(t)的定义，得到f (t)，即可靠性指标 (3)失效率(t) 失效率(t)是衡量可靠性的一个重要指标，其含义是设备/管道工作到t时刻后的单位时间内发生故障的概率，即设备/管道工作到t时刻后，在单位时间内发生故障的设备/管道数与在时刻t时仍在正常工作的设备/管道数之比。(t)可由下式表示。 (6) 式中dNf (t)为d t时间内的故障设备/管道数。 可靠性指标 (3)失效率(t)失效率、故障密度及可靠

8、度之间的关系当N0时 (7)失效率、故障密度及可靠度之间的关系当N0时失效率、故障密度及可靠度之间的关系根据R (t)，F (t)，f (t),(t)的定义，还可以推导出： (8)失效率、故障密度及可靠度之间的关系根据R (t)，F (t)失效率曲线 耗损失效期t时间偶然失效期早期失效期使用寿命规定的失效率(t)失效率AB失效率曲线 耗损失效期t时间偶然失效期早期失效期使用寿命规定失效率曲线分析“浴盆曲线。 (a)早期故障期：设备/管道早期故障反映了设计、安装、运行、管理等薄弱环节。早期故障期又称调整期或锻炼期， 失效率曲线分析“浴盆曲线。失效率曲线分析 (b)正常工作期：在此期间设备/管道失

9、效率低而且稳定，是设备工作的最好时期。在这期间内设备/管道发生故障大多出于偶然因素，如突然过载、第三方破坏等，因此这个时期又叫偶然失效期。 可靠性研究的重点，在于延长正常工作期的长度。 失效率曲线分析 (b)正常工作期：在此期间设备/管道失效率低失效率曲线分析 (c)损耗时期：管道系统平安运行能力下降，引起失效率升高。如能预知耗损开场的时间，通过加强维修、管理，在此时间开场之前就及时将高风险管段更换下来，可使失效率下降，也就是说可延长可维修的设备与系统的有效寿命。 产品的失效率的单位一般采用10-5小时或10-9小时(称10-9小时为1fit)，管道的失效率为10-3/km.a. 失效率曲线分

10、析 (c)损耗时期：管道系统平安运行能力下降，引t4%2%5%7%14%68%t4%2%5%7%14%68%可靠性指标(4)平均寿命平均寿命是指设备/管道从投入运行到发生故障的平均工作时间。对于不维修设备/管道又称失效前平均时间MTTF(Mean time to failure)，根据数学期望的定义，可得 ( 9) 可靠性指标(4)平均寿命将(1)式微分，可得 ( 10)代入( 9)得 ( 11)当(t) = 常数时，R (t)= e-t，所以 ( 12) 将(1)式微分，可得 对于可维修设备/管道而言，平均寿命指的是设备/管道两次相邻故障间的平均工作时间，称为平均故障间隔时间MTBF(Mea

11、n time between failure)，和MTTF有同样的数学表达式： ( 13)当(t) = 常数时， ( 14)对于可维修设备/管道而言，平均寿命指的是设备/管道两次相邻故可靠性指标(5)有效度 对于可修复设备/管道，只考虑其发生故障的概率显然是不适宜的，还应考虑被修复的可能性，衡量修复可能性的指标为维修度，用M(t)表示。 可靠性指标(5)有效度 维修度M(t)设备/管道在规定条件下进展修理时，在规定时间内完成修复的概率。 在维修性工程中，还有维修密度函数m(t)、维修率(t)，其相互关系有： ( 15) ( 16) 维修度M(t)设备/管道在规定条件下进展修理时，在 平均修复时

12、间(MTTRMean time to Repair)应理解为设备/管道修复时间的数学期望。有： ( 17)当(t)=常数时， 平均修复时间(MTTRMean time to Re 对可修复系统，当考虑到可靠性和维修性时，综合评价的尺度就是有效度A(t)，它表示设备/管道在规定条件下保持规定功能的能力。 ( 18) 对可修复系统，当考虑到可靠性和维修性时，综合MTBF反映了可靠性的含义。MTTR反映维修活动的一种能力。 两者结合固有有效度A(t) 当考虑后勤保障、效劳质量时，就会在时间序列上出现平均等待时间(MWTMean Wait time)。如果从实际出发，使用有效度A0应表示为： MTBF

13、反映了可靠性的含义。可靠性指标 (6)重要度 假设干个单元组成的系统中，每个单元并非等同重要，在可靠性分析中，一般将各单元在系统中所起的重要程度进展定量描述，用wj表示。 ( 20)显然，0wj1。这个重要度是从系统的构造来看单元的重要程度，因此它是构造重要度。 可靠性指标 (6)重要度可靠性指标 (7)复杂度 复杂度ci可以简单地用分系统的根本单元数来表示，即： ( 21)其中：ni第i个分系统的单元数； N系统的单元总数； n分系统数。可靠性指标 (7)复杂度四、常用寿命分布函数1.指数分布 指数分布在可靠性领域里应用最多，由于它的特殊性，以及在数学上易处理成较直观的曲线，故在许多领域中首

14、先把指数分布讨论清楚。假设设备/管道的寿命或某一特征值t的故障密度为 (0，t0)那么称t服从参数的指数分布。四、常用寿命分布函数1.指数分布f(t)tR(t)t(t)tf(t)tR(t)t(t)t指数分布那么有： 不可靠度 (t0) 可靠度 (t0) 失效率 平均故障间隔时间 指数分布那么有： 不可靠度 指数分布例题例 1：一单元/系统寿命服从指数分布，其平均寿命()为2000小时，求失效率及求可靠度R (100)=? R(1000)=? 解： (小时) 此单元/系统在100小时时的可靠度为0.95，而在1000小时时的可靠度为0.60。 指数分布例题例 1：一单元/系统寿命服从指数分布，其

15、平均寿命指数分布性质 指数分布的一个重要性质是无记忆性。无记忆性是设备/管道在经过一段时间t0工作之后的剩余寿命仍然具有原来工作寿命一样的分布，而与t无关(马尔克夫性)。这个性质说明，寿命分布为指数分布的设备/管道，过去工作了多久对现在和将来的寿命分布不发生影响。实际意义? 在“浴盆曲线中，它是属于偶发期这一时段的。 指数分布性质 指数分布的一个重要性质是无记忆性。无记忆常用寿命分布函数2.正态分布 正态分布在机械可靠性设计中大量应用，如材料强度、磨损寿命、齿轮轮齿弯曲、疲劳强度以及难以判断其分布的场合。 假设设备/管道寿命或某特征值有故障密度 (t0，0，0) 那么称t服从正态分布。 常用寿

16、命分布函数2.正态分布正态分布那么有： 不可靠度 可靠度 失效率 正态分布计算可用数学代换把上式变换成标准正态分布，查表简单计算,得出各参数值。 正态分布那么有： 不可靠度 常用寿命分布函数3.威布尔分布 威布尔分布应用比较广泛，常用来描述材料疲劳失效、轴承失效等寿命分布的。 威布尔分布是用三个参数来描述，这三个参数分别是尺度参数，形状参数、位置参数，其概率密度函数为： (t，0，0) 常用寿命分布函数3.威布尔分布不同值的威布尔分布 （=2，=0） =1/3 =1/2 =2 =1f(t)t不同值的威布尔分布 （=2，=0） =1/3 =1不同 值的威布尔分布 （ =1，=0） =3 =1/2

17、 =2 =1f(t)t不同 值的威布尔分布 （ =1，=0） =3 = =0 =0.5 = - 0.5 =1f(t)t不同 值的威布尔分布 （ =1， =2） =0 =0.5 = - 0.5 =1f(t)t威布尔分布那么有： 不可靠度 可靠度 失效率 威布尔分布那么有： 不可靠度 威布尔分布特点当和不变，威布尔分布曲线的形状不变。随着的减小，曲线由同一原点向右扩展，最大值减小。 当和不变，变化时，曲线形状随而变化。当值约为3.5时，威布尔分布接近正态分布。当和不变时，威布尔分布曲线的形状和尺度都不变，它的位置随的增加而向右移动。威布尔分布其它一些特点，1时，表示磨损失效；=1时，表示恒定的随机

18、失效，这时为常数；1时，表示早期失效。当=1，=0时， ，为指数分布，式中 为平均寿命。 威布尔分布特点当和不变，威布尔分布曲线的形状不变。随着系统可靠性模型 可靠性模型指的是系统可靠性逻辑框图(也称可靠性方框图)及其数学模型。原理图表示系统中各局部之间的物理关系。而可靠性逻辑图那么表示系统中各局部之间的功能关系，即用简明扼要的直观方法表现能使系统完成任务的各种串并旁联方框的组合。 系统可靠性模型 可靠性模型指的是系统可靠性逻辑框图(逻辑图和原理图 了解系统中各个局部(或单元)的功能和它们相互之间的联系以及对整个系统的作用和影响对建立系统的可靠性数学模型、完成系统的可靠性设计、分配和预测都具有

19、重要意义。借助于可靠性逻辑图可以准确地表示出各个功能单元在系统中的作用和相互之间的关系。虽然根据原理图也可以绘制出可靠性逻辑图，但并不能将它们二者等同起来。逻辑图和原理图 了解系统中各个局部(或单元)的功逻辑图和原理图的关系 逻辑图和原理图在联系形式和方框联系数目上都不一定一样，有时在原理图中是串联的，而在逻辑图中却是并联的；有时原理图中只需一个方框即可表示，而在可靠性逻辑图中却需要两个或几个方框才能表示出来。 逻辑图和原理图的关系 逻辑图和原理图在联系形式和方框联逻辑图和原理图例如，为了获得足够的电容量，常将三个电器并联。假定选定失效模式是电容短路，那么其中任何一个电容器短路都可使系统失败。

20、 因此，该系统的原理图是并联，而逻辑图应是串联的。逻辑图和原理图例如，为了获得足够的电容量，常将三个电器并联。逻辑图和原理图例如，为了获得足够的电容量，常将三个电器并联。假定选定失效模式是电容短路，那么其中任何一个电容器短路都可使系统失败。 因此，该系统的原理图是并联，而逻辑图应是串联的。c1c2c3逻辑图和原理图例如，为了获得足够的电容量，常将三个电器并联。逻辑图和原理图例如，为了获得足够的电容量，常将三个电器并联。假定选定失效模式是电容短路，那么其中任何一个电容器短路都可使系统失败。 因此，该系统的原理图是并联，而逻辑图应是串联的。c1c2c3c1c2c3可靠性框图逻辑图和原理图例如，为了

21、获得足够的电容量，常将三个电器并联。 在建立可靠性逻辑图时，必须注意与工作原理图的区别。 画可靠性逻辑图，首先应明确系统功能是什么，也就是要明确系统正常工作的标准是什么，同时还应弄清单元A、B正常工作时应处的状态。 在建立可靠性逻辑图时，必须注意与工作原理图的V常开触头继电器故障模式： 1、给电后，合不上； 2、断电后，分不开。原理图可靠性框图V常开触头继电器故障模式： 1、给电后，合不上；原理图可靠性二个阀门的原理图和逻辑图阀门A阀门B流体阀门A阀门B流体原理图ABAB可靠性框图二个阀门的原理图和逻辑图阀门A阀门B流体阀门A阀门B流体原理 由此可见，系统内各单元之间的物理关系和功能关系是有区

22、别的。如果仅从外表形式看，二个单元像是串联的，如不管其系统的功能如何，把它作为串联系统进展计算就会产生错误。 随着系统设计工作的进展，必须绘制一系列的可靠性逻辑框图，这些框图要逐渐细分下去，按级展开。 由此可见，系统内各单元之间的物理关系和功能可靠性逻辑框图按级展开abdce42135CLRXXDD系统级分系统级设备级单元级组件级可靠性逻辑框图按级展开abdce42135C 当我们知道了组件中各单元的可靠性指标(如可靠度、失效率或MTBF等)即可由下一级的逻辑框图及数学模型计算上一级的可靠性指标，这样逐级向上推，直到算出系统的可靠性指标。这就是利用系统可靠性模型及的单元可靠性指标预计或估计系统

23、可靠性指标的过程。 当我们知道了组件中各单元的可靠性指标(如可靠度系统可靠性模型 图 9 可靠性模型分类可靠性模型工作储备非储备非工作储备旁联串联多数表决并联混联混合n中取r简单系统可靠性模型 图 9 可靠性模型分类可靠性模型工作储备非系统可靠性模型一、串联模型 组成系统的所有单元中任一单元的故障就会导致整个系统故障的系统称串联系统。它属于非贮备可靠性模型，其逻辑框图如下图。 123n系统可靠性模型一、串联模型123n系统可靠性模型(串联模型)根据串联系统的定义及逻辑框图，其数学模型为： 22式中 Rs (t)系统的可靠度； Ri (t)第i个单元的可靠度。 系统可靠性模型(串联模型)根据串联

24、系统的定义及逻辑框图，其数系统可靠性模型(串联模型)假设各单元的寿命分布均为指数分布，即 23 式中 s系统的失效率； i各单元的失效率。 系统可靠性模型(串联模型)假设各单元的寿命分布均为指数分布，系统可靠性模型(串联模型)系统的平均故障间隔时间为 ( 24)可见，串联系统中各单元的寿命为指数分布时，系统的寿命也为指数分布。 由于Ri(t)是个小于1的数值，由式( 22)，它的连乘积就更小，所以串联的单元越多，系统可靠度越低。由式( 24)可以看到，串联单元越多，那么MTBFs也越小。 系统可靠性模型(串联模型)系统的平均故障间隔时间为系统可靠性模型二、并联模型组成系统的所有单元都故障时，系

25、统才故障的系统叫并联系统，它属于工作贮备模型。其逻辑框图如下图。 12n图 11 并联模型系统可靠性模型二、并联模型12n图 11 并联模型系统可靠性模型(并联模型) 根据并联系统定义逻辑框图，其数学模型为 ( 25)式中 Fs(t)系统的不可靠度； Fi(t)第i个单元的不可靠度。 系统可靠性模型(并联模型) 根据并联系统定义逻辑框图，系统可靠性模型三、 n中取r模型(r/n) 组成系统的n个单元中，不故障的单元数不少于r (r为介于1和n之间的某个数)系统就不会故障，这样的系统称为r/n系统。它属于工作贮备模型。 如四台发动机的飞机，必须有二台或二台以上发动机正常工作，飞机才能平安飞行，这

26、就是4中取2系统。 系统可靠性模型三、 n中取r模型(r/n)系统可靠性模型 n中取r模型(r/n) 当n个单元都一样时，其可靠度可按二项展开式计算： ( 29)式中 n系统的单元数； r系统正常工作所必须的最少单元数。 系统可靠性模型 n中取r模型(r/n) 当n个单元都一样系统可靠性模型 n中取r模型(r/n) 式中第一项R n(t)是n个单元都正常工作的概率。第二项是(n-1)个单元正常工作，一个单元故障的概率，前r+1项是r个单元正常工作(n- r)个单元故障的概率。 上式可看出，当r=1时即为并联模型，当r=n时即为串联模型。 系统可靠性模型 n中取r模型(r/n) 式中第一系统可靠

27、性模型四、 混合式贮备模型 可靠性逻辑框图如下图。 并串联系统可靠性模型四、 混合式贮备模型并串联系统可靠性模型四、 混合式贮备模型 可靠性逻辑框图如下图。 串并联系统可靠性模型四、 混合式贮备模型串并联系统可靠性模型混合式贮备模型当各单元一样时，串并联或并串联贮备模型如下： 串并联贮备的数学模型为： ( 30) 并串联贮备的数学模型为： ( 31)系统可靠性模型混合式贮备模型当各单元一样时，串并联或并串Rs(t)t并串联n=2,N=2串并联n=2,N=2单个单元/系统Rs(t)t并串联n=2,N=2串并联n=2,N=2单个单元混联模型例混联模型例五、多数表决贮备模型 n中取r模型的一个特殊情

28、况就是多数表决贮备模型。 一个系统将三个以上(必须是奇数)并联单元的输出进展比较，把多数单元出现一样的输出作为系统的输出，这就是多数表决贮备系统。五、多数表决贮备模型 n中取r模型的一个特殊情表决器（R1)R1R2R3表决器（R1)R1R2R3旁联系统R1R2R3转换器旁联系统R1R2R3转换器 实际中，系统是比较复杂的，如果系统可靠性框图不能分解成上述的几种模型，可用：网络计算法； 布尔直值表法； 单元状态图示法 最小路集法； 全概率分解法等， 实际中，系统是比较复杂的，如果系统可靠性框图故障模式、影响分析 故障模式、影响分析(Failure Mode Effect Analysis)简称F

29、MEA，是一种定性的可靠性分析方法。 资料说明这种方法是很有效的，在工程上很有价值。这种方法是找出设计上的潜在缺陷的手段，是设计审查中必须重视的资料之一，是设计者和生产者必须完成的任务。故障模式、影响分析 故障模式、影响分析(Fai 通过分析设备/管道所有可能的故障模式来确定每一故障对人员和系统平安、任务成功、系统性能、维修性、维修要求等的潜在影响，并按其影响的严重程度及其发生概率，确定其危害度，找出薄弱环节，以便采取有效的措施消除或减轻这些影响。 在FMEA根底上增加危害度分析CA就形成故障模式、影响及危害度分析(Failure Mode Effect and Criticality Ana

30、lysis)，简称FMECA。 通过分析设备/管道所有可能的故障模式来确1.FMEA和FMECA的任务 (1) 列出全部单元的故障模式。 (2)分析对系统功能造成的影响和后果。 (3)判断每种故障模式的危害度大小。估计危害度发生的概率。 (4)提出相应对策和建议，进展更改设计、冗余设计，把潜在的、危害大的故障消灭在设计阶段。 1.FMEA和FMECA的任务 (1) 列出全部单元的故2.故障模式 彻底寻清失效模式至关重要。 1根本故障模式如：提前启动；在规定时刻停机失效；在规定时刻启动失效等。 2可能发生的故障模式。 如：构造失效(破损)；机械上卡住；振颤 ；不能开关；误开关；内外漏；超出允许上

31、下限；流动不畅 ；错误动作；提前滞后运行；输出量过大小；电路开断等。 2.故障模式 彻底寻清失效模式至关重要。3 、FMEA的分析方法 进展FMEA的目的是为了研究设备/管道故障对系统工作所产生的后果和影响，并将每一可能的故障模式按其危害度进展分类，并采取必要的纠正措施。3 、FMEA的分析方法 进展FMEA的目的初步设计阶段进行FMEA对设计方案进行评定对多个方案进行比较FMEA可以迅速暴露比较明显的故障模式确定单个故障。有些故障略加设计更改消除重复进行FMEA消除或减少已确定的故障模式的影响功能法初步设计阶段进行FMEA对设计方案进行评定对多个方案进行比较 FMEA的根本方法还包括硬件法。

32、采用哪种分析方法，通常根据设计复杂程度的不同和可利用的数据的差异来确定。 硬件法是列出各个硬件设备/管道，并对它们可能出现的故障模式加以分析。功能法认为每个设备/管道用于完成多个功能 。 FMEA的根本方法还包括硬件法。采用哪种分析方法，通4 CA的分析方法 CA的目的是按每一故障模式的危害度类别及该故障模式的发生概率所产生的综合影响来对其分类，以便全面评价各潜在故障模式的影响。 进展危害度分析时，要了解严重程度等级， 4 CA的分析方法 CA的目的是按每一故障模 CA可以分为定性分析和定量分析两种。在不具有设备/管道失效率数据的情况下，应选择的定性分析法。 反之，假设有可利用的技术状态数据及

33、失效率数据时，那么应以定量的方法计算并分析危害度数值。 CA可以分为定性分析和定量分析两种。在不具有设备/管5 FMECA实施步骤 (1)定义系统及功能和性能要求； (2) 功能级和系统可靠性框图； (3)确定潜在的故障模式； (4) 功能级的故障模式原因及后一级的影响； (5) 如何检测知道各种故障模式的方法；5 FMECA实施步骤 (1)定义系统及功能和性 (6)针对故障模式、原因、效应，提出可能的预防措施；(7)FMECA的故障影响的严重程度，确定危害度；(8)估计故障模式的发生概率范围；(9)为排除故障或控制风险所需的设计更改或其他措施；( 10 )确定采取改进措施或系统其它属性所带来

34、的影响； (11)填写FMEA和FMECA表格。 格式见下表。 FMEA装置名称：代 号：序 号：分析者：设计者：日 期：序号功能描述功 能装置数量故障模式故障原因故障影响故障检测可能预防措施危害度类别备注局部影响最终影响01234567891012FMEA装置名称：代 号：序 号：分析者：设计者：日 期：FMECA表装置名称：代 号：序 号：分析者：设计者：日 期：序号功能描述功 能故障模式危害度类别故障原因故障概率及数据源设备/管道失效率p故障模式频数比j故障影响概率j工作时间t故障模式危害度Cmj设备/管道危害度Cr备注012345678910111212.FMECA表装置名称：代 号：

35、序 号：分析者：设计者：日 设备/管道失效率p 可通过可靠性预计得到。通常来自手册和其他参考资料的失效率是设备/管道的根本失效率b，使用时应根据需要用应用系数A、环境系数E、质量系数Q及所需要的其他系统作修正，其修正方法按下式计算： p=bAEQ设备/管道失效率p 可通过可靠性预计得到。通常故障模式频率比 j是指设备/管道故障模式j出现故障的百分比。各故障模式的频数比可以从失效率数据或以试验及使用数据推导出来。故障模式频率比 j是指设备/管道故障模式故障影响概率j j值是分析人员通过经历判断得出，它是设备/管道以故障模式j发生故障而导致系统发生故障的条件概率。故障影响概率j j值是分析人员通过

36、经历判断故障模式危害度Cmj Cmj是设备/管道危害数值的一局部。是设备/管道在特定危害度类别下的那些故障模式中的某一故障模式所具有的危害度数值，可由下式计算： Cmj=pjjt故障模式危害度Cmj Cmj是设备/管道危害数设备/管道危害度Cr Cr是指预计将由设备/管道的故障模式造成的某一类型以设备/管道故障模式的危害度表示的系统故障的危害度数值。可按下式计算： 由此可知，假设系统中某设备/管道具有最大的Cr值，那么表示该设备/管道是系统中应首先采取改进措施的设备/管道。 设备/管道危害度Cr Cr是指预计将由设备/管道的可靠性设计 根本确定系统固有可靠性, 说“根本确定是因为在以后的生产制

37、造过程还会影响固有可靠性。该固有可靠性是系统所能到达的可靠性上限。其它因素(如维修性设计等)只能保证系统的实际可靠性尽可能地接近固有可靠性。 我们不能把可靠性设计简单理解只是提高系统的可靠性，应当理解为要在系统的性能、可靠性、费用等各方面的要求之间进展综合权衡，从而得到最优设计。 可靠性设计 根本确定系统固有可靠性, 说“根本各种因素对系统可靠性的影响程度 固有可靠性 使用可靠性影 响 因 素影响程度 1 零、单元材料 2 设计技术 3 制造技术 4使用(运输、操作安装、维修)30%40%10%20%各种因素对系统可靠性的影响程度影 响 因 二、设备/管道可靠性设计思想 平安系数法许用应力法

38、构造承受外载荷后，由计算得到工作应力应小于该结单元的许用应力，即 其中lim为材料的极限应力； n为预定的设计平安系数。二、设备/管道可靠性设计思想 平安系数法许用应力法强度概率计算法的根本理论 根本出发点：认为管道/设备材料的强度c是服从于概率密度函数f (c)随机变量，而作用于管道/设备危险截面上的工作应力s，是服从于概率密度函数g(s)的随机变量。 g(s)f(c)f(c)c,s c sg(s)强度概率计算法的根本理论 根本出发点：认为管道/设备材料的强 概率密度曲线不重叠。工作应力大于管道/设备强度的概率等于零。如用平安系数的概念来表达，那么计算平安系数小于1的概率等于零，即 P(sc

39、)=0 P(n计1)=0 具有这样强度应力关系的机械管道/设备是平安的，不会发生强度破坏。 概率密度曲线不重叠。工作应力大于管道/设备强度的g(s)f(c)f(c)c,s c s 两概率密度曲线有相互重叠的部分。虽然工作应力的平均值s仍远小于极限应力(强度)的平均值c，但不能绝对保证工作应力在任何情况下都不大于极限应力。 g(s)f(c)f(c)c,s c s 两概率密 虽然以 均值计算的平安系数是大于1的，但从上分析可见，仍不能保证100%的平安。 对于疲劳强度，设备/管道的承载能力将随时间而衰减， 虽然以 均f(c)s,cg(s)cstf(c)s,cg(s)cst概率密度函数联合积分法 管

40、道/设备破坏的概率为：P(sc)，即当管道/设备材料的强度c小于管道/设备工作应力s时，管道/设备发生强度破坏。 曲线f (c)以下，a-a线以左(即变量c小于s时)的面积，表示管道/设备的强度值小于s的概率，它按下式计算： 概率密度函数联合积分法 管道/设备破坏的概率为g(s)f(c)f(c)c,s c ssds 曲线g(s)下，位于s到s+ds之间的面积，它代表了工作应力s处于ss+ds之间概率，它的大小为g(s)ds。 g(s)f(c)f(c)c,s c ssds 曲线g强度和工作应力两个随机变量，根据概率乘法定理： P(AB)=P(A)P(B) 所以乘积f (c)g(s)ds即为对于确定的s值时，管道/设备中的工作应力刚刚大于强度值的概率。 强度和工作应力两个随机变量，根据概率乘法定理：把应力s值在它一切可能值的范围内进展积分 当f (c) 和g(s)服从指数分布或正态分布时，计算量不是很大。 把应力s值在它一切可能值的范围内进展积分三、系统可靠性预