质量管理学可靠性概念三

第七章可靠性概念

§7.1可靠性的基本概念

一、可靠性工程发展及其重要性

可靠性工程发展及其重要性例如，美国的宇宙飞船阿波罗工程有700万只元器件和零件，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，一旦某一个元件或某一个部件出现故障，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，不专门进行可靠性研究是难于保证系统可靠性的。

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。

现代科技迅速发展导致各个领域里的各种设备和产品不断朝着高性能、高可靠性方向发展，各种先进的设备和产品广泛应用于工农业、交通运输、科研、文教卫生等各个行业，设备的可靠性直接关系到人民群众的生活和国民经济建设，所以，深入研究产品可靠性的意义是非常重大的。

产品或设备的故障都会影响生产和造成巨大经济损失。特别是大型流程企业，有时因一台关键设备的故障导致工厂停产，其损失都是每天几十万元甚至几百万元。因此，从经济效益的来看，研究可靠性是很有意义的。

研究与提高产品的可靠性是要付出一定代价的。从生产角度看，要增加产品的研制和生产的成本。但是，从使用角度看，由于产品可靠性提高了，就大大减少了使用费和维修费，同时还减少了产品寿命周期的成本。所以，从总体上看，研究可靠性是有经济效益的。

从政治方面考虑，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。

二、可靠性工程的基本内容

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，进行研究和实施的工作。

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；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；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、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；产品标准可靠性工程的基本内容

三、可靠性的概念及指标1.可靠性可靠性是指产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定的功能的能力。2.可可靠靠性指指标衡量产产品可可靠性性的指指标很很多，，各指指标之之间有有着密密切联联系，，其中中最主主要的的有四四个，，即：：可靠度度R(t)、不可靠靠度(或称故故障概概率)F(t)、故障密密度函函数f(t)故障率率λ(t)。可靠性性指标标(1)可靠度度R(t)把产品品在规规定的的条件件下和和规定定的时时间内内，完完成规规定功功能的的概率率定义义为产产品的的“可可靠度度”。。用R(t)表示：：R(t)=P(T＞t)其中P(T＞t)就是产产品使使用时时间T大于规规定时时间t的概率率。若受试试验的的样品品数是是N0个，到到t时刻未未失效效的有有Ns(t)个；；失效效的有有Nf(t)个。。则没没有失失效的的概率率估计计值，，即可可靠度度的估估计值值为(7-1)如果仍仍假定定t为规定定的工工作时时间，，T为产品品故障障前的的时间间，则则产品品在规规定的的条件件下，，在规规定的的时间间内丧丧失规规定的的功能能(即即发生生故障障)的的概率率定义义为不不可靠靠度(或称称为故故障概概率)，用用F(t)表示示：F(t)=P(T≤t)同样，，不可可靠度度的估估计值值为：：(7-2)由于故故障和和不故故障这这两个个事件件是对对立的的，所所以R(t)+F(t)=1(7-3)当N0足够大大时，，就可可以把把频率率作为为概率率的近近似值值。同同时可可见可可靠度度是时时间t的函数。因因此R(t)亦称为可靠靠度函数。0≤R(t)＜1可靠性指标标(2)故障障密度函数数f(t)如果N0是产品试验验总数，△△Nf是时刻t→→t+△t时间间隔隔内产生的的故障产品品数，△Nf(t)／(N0△t)称为t→t+△t时间间隔内内的平均失失效(故障障)密度，，表示这段段时间内平平均单位时时间的故障障频率，若若N0→∞，△t→0，则频频率→概率率。也可根据F(t)的的定义，得得到f(t)，即(7-5)F(t)具有以下下性质：0≤F(t)＜1，且为增函函数。可靠性指标标(3)故障障率λ(t)故障率λ(t)是衡量可靠靠性的一个个重要指标标，其含义义是产品工工作到t时刻后的单单位时间内内发生故障障的概率，，即产品工工作到t时刻后，在在单位时间间内发生故故障的产品品数与在时时刻t时仍在正常常工作的产产品数之比比。λ(t)可由下式表表示。(7-6)式中dNf(t)为dt时间内的故故障产品数数。故障率、故故障密度及及可靠度之之间的关系系当N0→∞时(7-7)故障率、故故障密度及及可靠度之之间的关系系根据R(t)，F(t)，f(t),λ(t)的定义，，还可以推推导出：(7-8)失效率曲线线耗损失效期t时间偶然失效期早期失效期使用寿命规定的失效率λ(t)失效率AB故障率曲线线分析“浴盆曲线”。(a)早期期故障期：：产品早期期故障反映映了设计、、制造、加加工、装配配等质量薄薄弱环节。。早期故障障期又称调调整期或锻锻炼期，此此种故障可可用厂内试试验的办法法来消除。。故障率曲线线分析(b)正常工作期期：在此期期间产品故故障率低而而且稳定，，是设备工工作的最好好时期。在在这期间内内产品发生生故障大多多出于偶然然因素，如如突然过载载、碰撞等等，因此这这个时期又又叫偶然失失效期。可靠性研究究的重点，，在于延长长正常工作作期的长度度。故障率曲线线分析(c)损耗耗时期：零零件磨损、、陈旧，引引起设备故故障率升高高。如能预预知耗损开开始的时间间，通过加加强维修，，在此时间间开始之前前就及时将将陈旧损坏坏的零件更更换下来，，可使故障障率下降，，也就是说说可延长可可维修的设设备与系统统的有效寿寿命。故障率的单单位一般采采用10-5小时或10-9小时(称10-9小时为1fit)。故障率也可可用工作次次数、转速速、距离等等。λt4%2%5%7%14%68%可靠性指标标(4)平均均寿命平均寿命是是指产品从从投入运行行到发生故故障的平均均工作时间间。对于不不维修产品品又称失效效前平均时时间MTTF(Meantimetofailure)，根据据数学期望望的定义，，可得(7-9)将(7-1)式微分分，可得(7-10)代入(7-9)得(7-11)当λ(t)=常常数时，R(t)=e-λt，所以(7-12)对于可维维修产品品而言，，平均寿寿命指的的是产品品两次相相邻故障障间的平平均工作作时间，，称为平平均故障障间隔时时间MTBF(Meantimebetweenfailure)，，和MTTF有同样的的数学表表达式：：(7-13)当λ(t)=常常数时时，(7-14)可靠性指指标(5)有有效度对于可修修复产品品，只考考虑其发发生故障障的概率率显然是是不合适适的，还还应考虑虑被修复复的可能能性，衡衡量修复复可能性性的指标标为维修修度，用用M(t)表示。维修度M(t)——产产品在规规定条件件下进行行修理时时，在规规定时间间内完成成修复的的概率。。在维修性性工程中中，还有有维修密密度函数数m(t)、维修修率μ(t)，其相相互关系系有：(7-15)(7-16)平均修复复时间(MTTR—MeantimetoRepair)应理理解为产产品修复复时间的的数学期期望。有有：(7-17)当μ(t)=常数数时，对可修复复系统，，当考虑虑到可靠靠性和维维修性时时，综合合评价的的尺度就就是有效效度A(t)，它表表示产品品在规定定条件下下保持规规定功能能的能力力。(7-18)MTBF——反映了可可靠性的的含义。。MTTR——反映维修修活动的的一种能能力。两者结合合—固有有有效度度A(t)当考虑后后勤保障障、服务务质量时时，就会会在时间间序列上上出现平平均等待待时间(MWT—MeanWaittime)。如如果从实实际出发发，使用用有效度度A0应表示为为：可靠性指指标(6)重重要度若干个部部件组成成的系统统中，每每个部件件并非等等同重要要，在可可靠性分分析中，，一般将将各部件件在系统统中所起起的重要要程度进进行定量量描述，，用wj表示。(7-20)显然，0≤wj≤1。这个重重要度是是从系统统的结构构来看部部件的重重要程度度，因此此它是结结构重要要度。可靠性指指标(7)复复杂度复杂度ci可以简单单地用分分系统的的基本构构件数来来表示，，即：(7-21)其中：ni——第i个分系统统的构件件数；N——系统的构构件总数；n——分系统数数。四、常用寿命命分布函数1.指数分分布指数分布在可可靠性领域里里应用最多，，由于它的特特殊性，以及及在数学上易易处理成较直直观的曲线，，故在许多领领域中首先把把指数分布讨讨论清楚。若若产品的寿命命或某一特征征值t的故障密度为为(λ＞0，t≥0)则称t服从参数λ的指数分布。。f(t)tR(t)tλ(t)t指数分布则有：不不可靠度(t≥0)可靠度(t≥0)故障率平均故障间隔隔时间指数分布例题题例7-1：一一元件寿命服服从指数分布布，其平均寿寿命(θ)为2000小时，求故故障率λ及求求可靠度R(100)=?R(1000)=?解：(小时)此元件在100小时时的可靠靠度为0.95，而在1000小时时的可靠靠度为0.60。指数分布性质质指数分布的一一个重要性质质是无记忆性性。无记忆性性是产品在经经过一段时间间t0工作之后的剩剩余寿命仍然然具有原来工工作寿命相同同的分布，而而与t无关(马尔克夫性)。这个性质说说明，寿命分分布为指数分分布的产品，，过去工作了了多久对现在在和将来的寿寿命分布不发发生影响。实际意义?在“浴盆曲线线”中，它是是属于偶发期期这一时段的的。常用寿命分布布函数2.正态分分布正态分布在机机械可靠性设设计中大量应应用，如材料料强度、磨损损寿命、齿轮轮轮齿弯曲、、疲劳强度以以及难以判断断其分布的场场合。若产品寿命或或某特征值有有故障密度(t≥0，μ≥0，σ≥0)则称t服从正态分布布。正态分布则有：不可可靠度可靠度故障率正态分布计算算可用数学代代换把上式变变换成标准正正态分布，查查表简单计算算,得出各参参数值。常用寿命分布布函数3.威布尔尔分布威布尔分布应应用比较广泛泛，常用来描描述材料疲劳劳失效、轴承承失效等寿命命分布的。威布尔分布布是用三个个参数来描描述，这三三个参数分分别是尺度度参数α，形状参数数β、位置参数数γ，其概率密密度函数为为：(t≥γ，α＞0，β＞0)不同α值的威布尔分布（β=2，γ=0）α=1/3α=1/2α=2α=1f(t)t不同β值值的威布尔尔分布（（α=1，γ=0）β=3β=1/2β=2β=1f(t)tγ=0γ=0.5γ=-0.5γ=1f(t)t不同γ值值的威布尔尔分布（（α=1，ββ=2））威布尔分布布则有：不不可靠度可靠度故障率威布尔分布布特点当β和γ不变，威布布尔分布曲曲线的形状状不变。随随着α的减小，曲曲线由同一一原点向右右扩展，最最大值减小小。当α和γ不变，β变化时，曲曲线形状随随β而变化。当当β值约为3.5时，威威布尔分布布接近正态态分布。当α和β不变时，威威布尔分布布曲线的形形状和尺度度都不变，，它的位置置随γ的增加而向向右移动。。威布尔分布布其它一些些特点，β＞1时，表示磨磨损失效；；β=1时，表示恒恒定的随机机失效，这这时λ为常常数；β＜1时，表示早早期失效。。当β=1，γ=0时，，，为指数数分布，式式中为为平均寿寿命。§7.2系统可靠性性模型可靠性模型型指的是系系统可靠性性逻辑框图图(也称可靠性性方框图)及其数学模模型。原理理图表示系系统中各部部分之间的的物理关系系。而可靠靠性逻辑图图则表示系系统中各部部分之间的的功能关系系，即用简简明扼要的的直观方法法表现能使使系统完成成任务的各各种串—并并—旁联方方框的组合合。逻辑辑图图和和原原理理图图了解解系系统统中中各各个个部部分分(或或单单元元)的的功功能能和和它它们们相相互互之之间间的的联联系系以以及及对对整整个个系系统统的的作作用用和和影影响响对对建建立立系系统统的的可可靠靠性性数数学学模模型型、、完完成成系系统统的的可可靠靠性性设设计计、、分分配配和和预预测测都都具具有有重重要要意意义义。。借借助助于于可可靠靠性性逻逻辑辑图图可可以以精精确确地地表表示示出出各各个个功功能能单单元元在在系系统统中中的的作作用用和和相相互互之之间间的的关关系系。。虽虽然然根根据据原原理理图图也也可可以以绘绘制制出出可可靠靠性性逻逻辑辑图图，，但但并并不不能能将将它它们们二二者者等等同同起起来来。。逻辑辑图图和和原原理理图图的的关关系系逻辑辑图图和和原原理理图图在在联联系系形形式式和和方方框框联联系系数数目目上上都都不不一一定定相相同同，，有有时时在在原原理理图图中中是是串串联联的的，，而而在在逻逻辑辑图图中中却却是是并并联联的的；；有有时时原原理理图图中中只只需需一一个个方方框框即即可可表表示示，，而而在在可可靠靠性性逻逻辑辑图图中中却却需需要要两两个个或或几几个个方方框框才才能能表表示示出出来来。。逻辑辑图图和和原原理理图图例如如，，为为了了获获得得足足够够的的电电容容量量，，常常将将三三个个电电器器并并联联。。假假定定选选定定失失效效模模式式是是电电容容短短路路，，则则其其中中任任何何一一个个电电容容器器短短路路都都可可使使系系统统失失败败。。因此此，，该该系系统统的的原原理理图图是是并并联联，，而而逻逻辑辑图图应应是是串串联联的的。。逻辑辑图图和和原原理理图图例如如，，为为了了获获得得足足够够的的电电容容量量，，常常将将三三个个电电器器并并联联。。假假定定选选定定失失效效模模式式是是电电容容短短路路，，则则其其中中任任何何一一个个电电容容器器短短路路都都可可使使系系统统失失败败。。因此此，，该该系系统统的的原原理理图图是是并并联联，，而而逻逻辑辑图图应应是是串串联联的的。。c1c2c3逻辑辑图图和和原原理理图图例如如，，为为了了获获得得足足够够的的电电容容量量，，常常将将三三个个电电器器并并联联。。假假定定选选定定失失效效模模式式是是电电容容短短路路，，则则其其中中任任何何一一个个电电容容器器短短路路都都可可使使系系统统失失败败。。因此此，，该该系系统统的的原原理理图图是是并并联联，，而而逻逻辑辑图图应应是是串串联联的的。。c1c2c3c1c2c3可靠性框图在建建立立可可靠靠性性逻逻辑辑图图时时，，必必须须注注意意与与工工作作原原理理图图的的区区别别。。画可可靠靠性性逻逻辑辑图图，，首首先先应应明明确确系系统统功功能能是是什什么么，，也也就就是是要要明明确确系系统统正正常常工工作作的的标标准准是是什什么么，，同同时时还还应应弄弄清清部部件件A、B正常工作作时应处处的状态态。V常开触头头继电器器故障模式式：1、给电电后，合合不上；；2、断电电后，分分不开。。原理图可靠性框框图导管及二二个阀门门的原理图和和逻辑图图阀门A阀门B流体阀门A阀门B流体原理图ABAB可靠性框框图由此可见见，系统统内各部部件之间间的物理理关系和和功能关关系是有有区别的的。如果果仅从表表面形式式看，二二个元件件像是串串联的，，如不管管其系统统的功能能如何，，把它作作为串联联系统进进行计算算就会产产生错误误。随着系统统设计工工作的进进展，必必须绘制制一系列列的可靠靠性逻辑辑框图，，这些框框图要逐逐渐细分分下去，，按级展展开。可靠性逻逻辑框图图按级展展开abdce42135ⅠⅤⅡⅢⅣⅥⅦⅧCLRXXDDⅰⅱⅲⅳ系统级分系统级设备级部件级组件级当我们知知道了组组件中各各单元的的可靠性性指标(如可靠度度、故障障率或MTBF等)即可由下下一级的的逻辑框框图及数数学模型型计算上上一级的的可靠性性指标，，这样逐逐级向上上推，直直到算出出系统的的可靠性性指标。。这就是是利用系系统可靠靠性模型型及已知知的单元元可靠性性指标预预计或估估计系统统可靠性性指标的的过程。。系统可靠靠性模型型图7-9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简单系统可靠靠性模型型一、串联联模型组成系统统的所有有单元中中任一单单元的故故障就会会导致整整个系统统故障的的系统称称串联系系统。它它属于非非贮备可可靠性模模型，其其逻辑框框图如图图所示。。123n……系统可靠靠性模型型(串联模型型)根据串联联系统的的定义及及逻辑框框图，其其数学模模型为：：（（7-22）式中Rs(t)——系系统的可可靠度；；Ri(t)——第i个单元的的可靠度度。系统可靠靠性模型型(串联模型型)若各单元元的寿命命分布均均为指数数分布，，即（（7-23）式中λs——系统统的故障障率；λi——各单单元的故故障率。。系统可靠靠性模型型(串联模型型)系统的平平均故障障间隔时时间为(7-24)可见，串串联系统统中各单单元的寿寿命为指指数分布布时，系系统的寿寿命也为为指数分分布。由于Ri(t)是个小于于1的数值，，由式(7-22)，它的连连乘积就就更小，，所以串串联的单单元越多多，系统统可靠度度越低。。由式(7-24)可以看到到，串联联单元越越多，则则MTBFs也越小。。系统可靠靠性模型型二、并联联模型组成系统统的所有有单元都都故障时时，系统统才故障障的系统统叫并联联系统，，它属于于工作贮贮备模型型。其逻逻辑框图图如图所所示。12n图7-11并联模型系统可靠靠性模型型(并联模型)根据并联联系统定定义逻辑辑框图，，其数学学模型为为(7-25)式中Fs(t)——系系统的不不可靠度度；Fi(t)——第i个单元的的不可靠靠度。系统可靠靠性模型型三、n中取r模型(r/n)组成系统统的n个单元中中，不故故障的单单元数不不少于r(r为介于1和n之间的某某个数)系统就不不会故障障，这样样的系统统称为r/n系统。它它属于工工作贮备备模型。。如四台发发动机的的飞机，，必须有有二台或或二台以以上发动动机正常常工作，，飞机才才能安全全飞行，，这就是是4中取取2系统统。系统可靠靠性模型型（n中取r模型(r/n)）当n个单元都都相同时时，其可可靠度可可按二项项展开式式计算：：(7-29)式中n——系系统的的单元元数；；r——系系统正正常工工作所所必须须的最最少单单元数数。系统可可靠性性模型型（n中取r模型(r/n)）式中第第一项项Rn(t)是n个单元元都正正常工工作的的概率率。第第二项项是(n-1)个单元元正常常工作作，一一个单单元故故障的的概率率，………前前r+1项是r个单元元正常常工作作(n-r)个单元元故障障的概概率。。上式可可看出出，当当r=1时即为为并联联模型型，当当r=n时即为为串联联模型型。系统可可靠性性模型型四、混混合合式贮贮备模模型可靠性性逻辑辑框图图如图图所示示。并串联联系统可可靠性性模型型四、混混合合式贮贮备模模型可靠性性逻辑辑框图图如图图所示示。串并联联系统可可靠性性模型型（混合式式贮备备模型型）当各单单元相相同时时，串串并联联或并并串联联贮备备模型型如下下：串并联联贮备备的数数学模模型为为：(7-30)并串联联贮备备的数数学模模型为为：(7-31)Rs(t)t并串联联n=2,N=2串并联联n=2,N=2单个元元件混联模模型例五、多多数表表决贮贮备模模型n中取取r模模型的的一个个特殊殊情况况就是是多数数表决决贮备备模型型。一个系系统将将三个个以上上(必必须是是奇数数)并并联单单元的的输出出进行行比较较，把把多数数单元元出现现相同同的输输出作作为系系统的的输出出，这这就是是多数数表决决贮备备系统统。表决器（R≈1)R1R2R3旁联系统R1R2R3转换器实际中，系系统是比较较复杂的，，如果系统统可靠性框框图不能分分解成上述述的几种模模型，可用用：网络计算法法；布尔直值表表法；部件状态图图示法最小路集法法；全概率分解解法等，§7.3故障障模式、影影响分析故障模式、、影响分析析(FailureModeEffectAnalysis)简称称FMEA，是一种种定性的可可靠性分析析方法。资料表明这这种方法是是很有效的的，在工程程上很有价价值。这种种方法是找找出设计上上的潜在缺缺陷的手段段，是设计计审查中必必须重视的的资料之一一，是设计计者和生产产者必须完完成的任务务。通过分析产产品所有可可能的故障障模式来确确定每一故故障对人员员和系统安安全、任务务成功、系系统性能、、维修性、、维修要求求等的潜在在影响，并并按其影响响的严重程程度及其发发生概率，，确定其危危害度，找找出薄弱环环节，以便便采取有效效的措施消消除或减轻轻这些影响响。在FMEA基础上增增加危害度度分析（CA）就形形成故障模模式、影响响及危害度度分析(FailureModeEffectandCriticalityAnalysis)，简称FMECA。1.FMEA和FMECA的任务(1)列列出全部部部件的故障障模式。(2)分析析对系统功功能造成的的影响和后后果。(3)判断断每种故障障模式的危危害度大小小。估计危危害度发生生的概率。。(4)提出相应对对策和建议议，进行更更改设计、、冗余设计计，把潜在在的、危害害大的故障障消灭在设设计阶段。。2.故障障模式彻底寻清失失效模式至至关重要。。1）基本故故障模式（如：提前前启动；在在规定时刻刻停机失效效；在规定定时刻启动动失效等。。）2）可能发生生的故障模模式。（如：结构构失效(破损)；机械上卡卡住；振颤颤；不能开（（关）；误误开（关））；内（外外）漏；超超出允许上上（下）限限；流动不不畅；错误动作；；提前（滞后后）运行；输输出量过大（（小）；电路路开（断）等等。）3、FMEA的分析析方法进行FMEA的目的是为为了研究产品品故障对系统统工作所产生生的后果和影影响，并将每每一可能的故故障模式按其其危害度进行行分类，并采采取必要的纠纠正措施。初步设计阶段段进行FMEA对设计方案进进行评定对多个方案进进行比较FMEA可以迅速暴露露比较明显的的故障模式确定单个故障障。有些故障障略加设计更更改—消除重复进行FMEA消除或减少已已确定的故障障模式的影响响功能法FMEA的基本方法还还包括硬件法法。采用哪种种分析方法，，通常根据设设计复杂程度度的不同和可可利用的数据据的差异来确确定。硬件法是列出出各个硬件产产品，并对它它们可能出现现的故障模式式加以分析。。功能法认为为每个产品用用于完成多个个功能。4CA的的分析方法CA的目的是按每每一故障模式式的危害度类类别及该故障障模式的发生生概率所产生生的综合影响响来对其分类类，以便全面面评价各潜在在故障模式的的影响。进行危害度分分析时，要了了解严重程度度等级，表7-2CA可以分为定性性分析和定量量分析两种。。在不具有产产品故障率数数据的情况下下，应选择的的定性分析法法。反之，若有可可利用的技术术状态数据及及故障率数据据时，则应以以定量的方法法计算并分析析危害度数值值。5FMECA实施步步骤(1)定义系系统及功能和和性能要求；；(2)功能能级和系统可可靠性框图；；(3)确定潜潜在的故障模模式；(4)功能能级的故障模模式原因及后后一级的影响响；(5)如何何检测知道各各种故障模式式的方法；(7)FMECA的故障障影响的严重重程度，确定定危害度；(6)针对故故障模式、原原因、效应，，提出可能的的预防措施；；(8)估计故故障模式的发发生概率范围围；(9)为排除除故障或控制制风险所需的的设计更改或或其他措施；；（10）确定定采取改进措措施或系统其其它属性所带带来的影响；；(11)填写FMEA和FMECA表格。。格式见表7-3和7-4。表7-3FMEA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012345678910

12

表7-4FMECA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产品故障率λp故障模式频数比αj故障影响概率βj工作时间

t故障模式危害度Cmj产品危害度Cr备注0123456789101112

12..

产品故障率λλp可通过可靠性性预计得到。。通常来自手手册和其他参参考资料的故故障率是产品品的基本故障障率λb，使用时应根根据需要用应应用系数πA、环境系数ππE、质量系数ππQ及所需要的其其他系统作修修正，其修正正方法按下式式计算：λp=λb（πA×πE×πQ×…）故障模式频率率比ααj是指产品故障障模式j出现现故障的百分分比。各故障障模式的频数数比可以从故故障率数据或或以试验及使使用数据推导导出来。故障影响概率率βjβj值是分析人员员通过经验判判断得出，它它是产品以故故障模式j发发生故障而导导致系统发生生故障的条件件概率。故障模式危害害度CmjCmj是产品危害数数值的一部分分。是产品在在特定危害度度类别下的那那些故障模式式中的某一故故障模式所具具有的危害度度数值，可由由下式计算：：Cmj=λp×αj×βj×t产品危害度CrCr是指预计将由由产品的故障障模式造成的的某一类型（（以产品故障障模式的危害害度表示）的的系统故障的的危害度数值值。可按下式式计算：由此可知，若若系统中某产产品具有最大大的Cr值，则表示该该产品是系统统中应首先采采取改进措施施的产品。§7.4可可靠性设设计基本确定系统统固有可靠性性,说““基本确定””是因为在以以后的生产制制造过程还会会影响固有可可靠性。该固固有可靠性是是系统所能达达到的可靠性性上限。其它它因素(如维维修性设计等等)只能保证证系统的实际际可靠性尽可可能地接近固固有可靠性。。我们不能把可可靠性设计简简单理解只是是提高系统的的可靠性，应应当理解为要要在系统的性性能、可靠性性、费用等各各方面的要求求之间进行综综合权衡，从从而得到最优优设计。表7-5各各种因素对对系统可靠性性的影响程度度

固有可靠性

使用可靠性影响因素影响程度1零、部件材料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%一、电子类产产品可靠性设设计思想1.电子元元件与电路的的容差分析电路容差分析析技术也就是是电路性能参参数稳定性预预计技术。对对于精度要求求高的复杂系系统，性能稳稳定性问题在在系统可靠性性中占很重要要的地位。漂移退化的原原因有三种：：一、忽略公差差；（原因产生的参参数偏差是固固定的）二、是环境条条件；（偏差在许多多情况下是可可逆的）三、退化效应应。（偏差是是不可逆的））三次设计”的的主要内容第一次设计———系统设计计(或功能设设计)：第二次设计———参数设计计(或质量设设计)：第三次设计———容差设计计(裕度设计或敏敏感度分析)：容差设计是““三次设计””中最重要的的一环。“三类元件制造造一类整机”2.电磁兼兼容设计电磁兼容性指指的是：设备备、分系统、、系统不会由由于受到处于于同一电磁环环境中其它设设备的电磁辐辐射而导致性性能降低或故故障；也不会会由于自身的的电磁辐射使使处在同一电电磁环境中的的其它设备、、分系统、系系统产生不允允许的性能降降低或故障。。3.潜在电电路分析系统发生故障障，有时并非非由于元、部部件损坏、参参数漂移、电电磁干扰等原原因所造成，，而是由于系系统的“潜在在电路”作用用造成的。所所谓“潜在电电路”指的是是在某种条件件下。电路中中产生的不希希望有的通路路，它的存在在会引起功能能异常或抑制制正常功能4.热设计计热设计就是要要考虑温度对对产品影响的的问题。热设设计的重点是是通过器件的的选择、电路路设计(包括括容差与漂移移设计和降额额设计等)及及结构设计来来减少温度变变化对产品性性能的影响，，使产品能在在较宽的温度度范围内可靠靠地工作。热设计通常采采用散热或冷冷却方法。散散热的基本设设计措施有：：传导、对流流、辐射等几几种方式。二、机械类产产品可靠性设设计思想安全系数法（（许用应力法法）结构承受外载载荷后，由计计算得到工作作应力σ应小小于该结构件件的许用应力力［σ］，即即其中σlim为材料的极限限应力；n为预定的设计计安全系数。。强度概率计算算法的基本理理论基本出发点：：认为零件材料料的强度c是服从于概率率密度函数f(c)随机变量，而而作用于零件件危险截面上上的工作应力力s，是服从于概概率密度函数数g(s)的随机变量。。g(s)f(c)f(c)c,sμcμsg(s)概率密度曲线线不重叠。工工作应力大于于零件强度的的概率等于零零。如用安全全系数的概念念来表达，则则计算安全系系数小于1的的概率等于零零，即P(s＞c)=0P(n计＜1)=0具有这样强度度—应力关系系的机械零件件是安全的，，不会发生强强度破坏。g(s)f(c)f(c)c,sμcμs两概率密度曲曲线有相互重重叠的部分。。虽然工作应应力的平均值值μs仍远小于极限限应力(强度)的平均值μc，但不能绝对对保证工作应应力在任何情情况下都不大大于极限应力力。虽然以均均值计算的的安全系数是大于1的的，但从上分分析可见，仍仍不能保证100%的安安全。对于机械零件件的疲劳强度度，零件的承承载能力将随随时间而衰减减，f(c)s,cg(s)μcμst概率密度函数数联合积分法法零件破坏的概概率为：P(s＞c)，即当零件件材料的强度度c小于零件工作作应力s时，零件发生生强度破坏。。曲线f(c)以下，a-a线以左(即变量c小于s时)的面积△，表表示零件的强强度值小于s的概率，它按按下式计算：：g(s)f(c)f(c)c,sμcμssdsΔ曲线线g(s)下，，位位于于s到s+ds之间间的的面面积积，，它它代代表表了了工工作作应应力力s处于于s~s+ds之间间概概率率，，它它的的大大小小为为g(s)ds。零件件的的强强度度和和工工作作应应力力两两个个随随机机变变量量。。根根据据概概率率乘乘法法定定理理：：P(AB)=P(A)P(B)所以以乘乘积积f(c)g(s)ds即为为对对于于确确定定的的s值时时，，零零件件中中的的工工作作应应力力刚刚刚刚大大于于强强度度值值的的概概率率。。把应应力力s值在在它它一一切切可可能能值值的的范范围围内内进进行行积积分分当f(c)和和g(s)服服从从指指数数分分布布或或正正态态分分布布时时，，计计算算量量不不是是很很大大。。三、、系系统统可可靠靠性性预预计计和和分分配配系统统可可靠靠性性预预计计和和分分配配是是可可靠靠性性设设计计的的重重要要任任务务之之一一，，它它在在系系统统设设计计的的各各阶阶段段(如如方方案案论论证证、、初初步步设设计计及及详详细细设设计计阶阶段段)要反反复复进进行行多多次次。。可靠靠性性预计计和和分配配预计计是是根根据据系系统统的的元元件件、、部部件件和和分分系系统统的的可可靠靠性性来来推推测测系系统统的的可可靠靠性性。。是一一个个局局部部到到整整体体、、由由小小到到大大、、由由下下到到上上的的过过程程，，是是一一种种综综合合的的过过程程分配配是是把把系系统统规规定定的的可可靠靠性性指指标标分分给给分分系系统统、、部部件件及及元元件件，，使使整整体体和和部部分分协协调调一一致致。。是一一个个由由整整体体到到局局部部、、由由大大到到小小、、由由上上到到下下的的过过程程，，是是一一种种分分解解的的过过程程。可靠靠性性目目标标比较较更改改设计计系