质量管理与可靠性(可靠性)要点课件.ppt

1、第十章第十章 可靠性可靠性设计与分析设计与分析 1、了解可靠性的基础知识2、熟悉可靠性特量 3、掌握可靠性设计手法可靠性基础可靠性基础可靠性特征量可靠性特征量可靠性设计可靠性设计可靠性管理可靠性管理一、可靠性的发展一、可靠性的发展可靠性设计与分析可靠性设计与分析1.可靠性基础可靠性基础始于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。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。可靠性发展的标志 1952年美国国防部成立电子设备可靠性咨询组。1957年发表了军用电子设备可靠性报告。可信性工程可信性工程发展为

2、包括发展为包括维修性工程、测试性工程、保障性工程维修性工程、测试性工程、保障性工程在内的可信性工程。在内的可信性工程。二、可靠性的定义（一）狭义定义 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。（二）广义可靠性 产品在规定条件下，在整个寿命周期内完成规定功能的可能性。 a. a.故障（失效）的定义故障（失效）的定义U故障：产品或产品的一部分故障：产品或产品的一部分U不能或将不能完成预定功能不能或将不能完成预定功能U的事件或状态。的事件或状态。失效：产品终止规定功能。失效：产品终止规定功能。对可修复产品而言对可修复产品而言对不可修复产品而言对不可修复产品而言例：投影仪与灯泡例：投影仪与灯

3、泡 故障的表现形式称为故障（失效）模式。例：投影仪不出影象。故障的表现形式称为故障（失效）模式。例：投影仪不出影象。 引起故障的原因称为故障（失效）机理。引起故障的原因称为故障（失效）机理。 例：例：1 1、灯泡故障；、灯泡故障；2 2、电源变压器故障；、电源变压器故障；3 3、主电路板故障等、主电路板故障等 故障通常是产品失效后的状态，但也可能失效前就存在。故障通常是产品失效后的状态，但也可能失效前就存在。 b. b.故障模式、故障机理的定义故障模式、故障机理的定义1.可靠性基础可靠性基础U 1、按出现故障的规律分：偶然故障和耗损故障、按出现故障的规律分：偶然故障和耗损故障U 2、按故障的结

4、果分：致命性故障和非致命性故障、按故障的结果分：致命性故障和非致命性故障 U 3、按故障的统计特性分：独立故障和从属故障、按故障的统计特性分：独立故障和从属故障 偶然故障：由于偶然因素引起的故障。偶然故障：由于偶然因素引起的故障。偶然故障是随机的，无法偶然故障是随机的，无法控制，只能通过概率统计方法来预测。控制，只能通过概率统计方法来预测。 耗损故障：是由于产品的规定性能随时间增加而逐渐衰退引起的。耗损故障：是由于产品的规定性能随时间增加而逐渐衰退引起的。耗损故障可以统计监测，可以通过预防维修，延长使用寿命。耗损故障可以统计监测，可以通过预防维修，延长使用寿命。c.故障的分类依据：故障的分类依

5、据：d.不同故障的基本概念不同故障的基本概念注意：浴盆曲线揭示了产品的早期、偶然以及耗损故障期。其中早期故注意：浴盆曲线揭示了产品的早期、偶然以及耗损故障期。其中早期故障指由于设计和制造过程（人为）的缺陷引起的故障，可以通过设计与障指由于设计和制造过程（人为）的缺陷引起的故障，可以通过设计与过程质量改进加以消除，通常不作为出现故障的规律来划分。过程质量改进加以消除，通常不作为出现故障的规律来划分。1.可靠性基础可靠性基础U 致命性故障：完全丧失完成规定功能的能力，并可能造成人或物的致命性故障：完全丧失完成规定功能的能力，并可能造成人或物的U重大损失。重大损失。U 非致命性故障：不影响任务的完成

6、，但会导致非计划的维修。非致命性故障：不影响任务的完成，但会导致非计划的维修。 独立故障：由产品本身原因引起而又不能成为引起其它器件故障原独立故障：由产品本身原因引起而又不能成为引起其它器件故障原因的故障。因的故障。 从属故障：其它产品故障引起的故障。从属故障：其它产品故障引起的故障。 在评价产品可靠性时只统计独立故障。在评价产品可靠性时只统计独立故障。d.d.评价可靠性的故障统计原则评价可靠性的故障统计原则习题习题:关于故障（失效），以下理解错误的是（关于故障（失效），以下理解错误的是（ ） A.故障指产品或产品的一部分不能完成规定功能的事件或状态故障指产品或产品的一部分不能完成规定功能的事

7、件或状态 B.失效是指产品终止或丧失完成规定功能的能力失效是指产品终止或丧失完成规定功能的能力 C.故障在产品失效后才表现出来故障在产品失效后才表现出来 D.故障也可能在失效前就存在故障也可能在失效前就存在A.Ca.a.维修性定义维修性定义U 维修性的定义：产品在规定的条件下和规定时间内，按规定的程序维修性的定义：产品在规定的条件下和规定时间内，按规定的程序U和方法，保持和恢复执行规定状态的能力。和方法，保持和恢复执行规定状态的能力。 维修含义包括维护和修理两个方面：维修含义包括维护和修理两个方面：1）维护：也称预防性维修，是）维护：也称预防性维修，是根据产品功能随时间的衰减特性以及对已掌握的

8、故障规律采取的预防性根据产品功能随时间的衰减特性以及对已掌握的故障规律采取的预防性措施，以延长产品寿命的过程。措施，以延长产品寿命的过程。2）修理是产品发生故障后，使其尽可能）修理是产品发生故障后，使其尽可能恢复故障前的状态。恢复故障前的状态。 维修性概念不能等同于维修活动，前者是在产品设计中赋予产品可维修性概念不能等同于维修活动，前者是在产品设计中赋予产品可接受维修并便于维修的能力，是产品本身所具备的固有属性。后者是针接受维修并便于维修的能力，是产品本身所具备的固有属性。后者是针对可维修产品具备的维修特性必要时所采取的活动。对可维修产品具备的维修特性必要时所采取的活动。三、维修性1.可靠性基

9、础可靠性基础b.b.维修性的性质维修性的性质 维修性是产品质量的一种特性维修性是产品质量的一种特性, ,即由产品设计赋予其维修简便、迅速和即由产品设计赋予其维修简便、迅速和经济的经济的固有特性。固有特性。 产品可靠性与维修性密切相关，都是产品的产品可靠性与维修性密切相关，都是产品的重要设计特性。重要设计特性。在在产品的论产品的论证阶段证阶段就应对可靠性和维修性提出要求，并通过设计、分析、试验、评定等就应对可靠性和维修性提出要求，并通过设计、分析、试验、评定等活动将要求落实到产品的设计中，使要求在产品生产、使用和维护阶段的全活动将要求落实到产品的设计中，使要求在产品生产、使用和维护阶段的全寿命过

10、程得到充分体现。寿命过程得到充分体现。习题：以下说法错误是（习题：以下说法错误是（ ） A.维修性是产品的固有特性维修性是产品的固有特性 B.维修性是可以使产品达到使用前状态的特性维修性是可以使产品达到使用前状态的特性 C.产品的维修性就是指产品出现故障后进行维修产品的维修性就是指产品出现故障后进行维修 D.产品的维修性与可靠性密切相关，都是产品重要的设计特性产品的维修性与可靠性密切相关，都是产品重要的设计特性 B.C1.可靠性基础可靠性基础（一）可靠度（一）可靠度假定产品规定的时间为t，随机变量X的分布函数为： F(t)=PXt,t0 F(t)是产品失效的概率函数，称为故障分布函数，也称故障

11、概率。产品在规定时间t内不发生故障的概率为： PXt=1-F(t)=F (t) 通常称其为无故障概率，或称可靠度函数，简称可靠度，记为R(t)，即R(t)=1-F(t)= (t) 可靠度和故障分布函数之和恒等于1 R(t)F(t) 1 F可靠性设计与分析可靠性设计与分析2.可靠性特征量可靠性特征量一、可靠性的概率度量（一）可靠度（一）可靠度可靠度R(t)与故障分布函数F(t)具有以下性质： 1、R(0)=1, F(0)0，这表示产品在开始时处于良好的状态； 2、R(t)是非负的递减函数，F(t) 是非负的递增函数，说明随着时间的增加产品发生故障或失效的可能性增大，可靠度变小； 3、R()0，F

12、()1这表示只要时间充分长，产品终究都会失效； 4、0R(t)1，0F(t)1,即可靠度和 故障分布函数之值介于0和1之间。可靠度R(t)、故障分布函数 F(t)与时间t的关系 F(t)tF(t)R(t)0图图 F( (t) )、R( (t) )与与t的关系的关系 2.可靠性特征量可靠性特征量（二）故障分布密度函数（二）故障分布密度函数 时刻t后单位时间发生故障的概率，并称其为故障分布密度函数如果已知故障数据，且产品数N相当大，则可求出每个时间间隔t内的故障数r(t)，从而得到平均经验故障密度( ) =( )f tFt( )( )( ) =0r tF tf tN tt2.可靠性特征量可靠性特征

13、量（三）（三）f(t)、R(t)及及F(t)之间的关系之间的关系 R(t)F(t)f(t)0tf(t)图图 f(t)与与R(t)、F(t)的关系的关系2.可靠性特征量可靠性特征量（一）失效率函数（一）失效率函数失效率是产品正常工作t时刻后，单位时间失效的概率失效率通常的单位是：“10-3/h”、“10-5/h”。例 假设产品寿命服从指数分布，试求其失效率。解 产品寿命的分布函数为 其可靠度函数为 由式，其失效率为( )( )( ) =( )1-( )f tf t tR tF t( ) =,0-tf tettt( ) =( )d=-u-tR tf uuedue( )( ) =( )-t-tf t

14、e tR te寿命为指数分布的产品其失效率与时间无关，说明指数分布具有无记忆性，或称为无后效性。二、失效率二、失效率2.可靠性特征量可靠性特征量（二）失效率函数与可靠度的关系（二）失效率函数与可靠度的关系 ( )-( )( ) =( )( )f tR t tR tR t 因为 所以 ( )( )= -( ( )( )tt00-R u u du =duln R tR u()( ) =t0- u duR te 于是有 2.可靠性特征量可靠性特征量（三）失效率函数曲线（三）失效率函数曲线耗损失效期偶然失效期使用寿命早期失效期规定的失效率时间t(t)图图 失效率曲线失效率曲线2.可靠性特征量可靠性特征

15、量U产品典型的故障率曲线产品典型的故障率曲线(t)使用寿命使用寿命规定的规定的故障率故障率维护后故维护后故障率下降障率下降偶然故障期偶然故障期t耗损故障期耗损故障期早早 期期故障期故障期AB1、早期故障降至最低，产品耗损期到来之前，、早期故障降至最低，产品耗损期到来之前，是产品的主要使用期。是产品的主要使用期。2、故障率基本平稳，可近似看作一个常数。、故障率基本平稳，可近似看作一个常数。3、由偶然因素引起的。、由偶然因素引起的。4、可以通过统计方法来预测。、可以通过统计方法来预测。1、产品使用很、产品使用很长时间以后。长时间以后。2、故障迅速上、故障迅速上升，直至极度。升，直至极度。3、主要由

16、老化，、主要由老化，废劳、磨损、腐废劳、磨损、腐蚀引起。蚀引起。4、可通过试验、可通过试验数据分析确定耗数据分析确定耗损起始点，并通损起始点，并通过预防维修延长过预防维修延长产品的寿命。产品的寿命。 产品的使用寿命与产品规定条件产品的使用寿命与产品规定条件和规定的可接受故障有关。和规定的可接受故障有关。 规定的允许故障率越高，产品使规定的允许故障率越高，产品使用寿命越长，反之寿命越短。用寿命越长，反之寿命越短。1、产品使用初期，故障容易暴露出来。、产品使用初期，故障容易暴露出来。2、故障率较高，且呈迅速下降趋势。、故障率较高，且呈迅速下降趋势。3、由设计和制造缺陷引起由设计和制造缺陷引起。如设

17、计不当、。如设计不当、材料缺陷、加工缺陷、安装调整不当等。材料缺陷、加工缺陷、安装调整不当等。 4、可以通过加强质量管理及采取环境应力、可以通过加强质量管理及采取环境应力筛选加以减少。筛选加以减少。 高质量电子产品其故障率曲线在其寿命高质量电子产品其故障率曲线在其寿命内基本是一条平稳的直线。内基本是一条平稳的直线。 质量低劣产品要么存在大量早期故障要质量低劣产品要么存在大量早期故障要么很快进入耗损故障阶段。么很快进入耗损故障阶段。（四）失效率的基本形式（四）失效率的基本形式失效率类型特 性维修效果（1）递减型 多见于合格品和次品混在一起的产品。在最初的使用时期，许多电子元件的失效率多属于此类型

18、不进行预防维修，因随时间增加而变化，故筛选很有效（2）恒定型 由于各种失效原因或承受应力的随机发生。多见于比较复杂产品的最佳状态 预防维修不起作用（3）递增型由于内在的磨损、老化等致使寿命终止，失效集中发生。多见于材料的机械磨损或腐蚀等在失效集中发生前进行替换是有效的2.可靠性特征量可靠性特征量（一）平均寿命（一）平均寿命“平均寿命”是产品寿命的平均值，或寿命的数学期望（通常记为E(t)），是产品从投入运行到发生失效的平均无故障工作时间。 对于不可修复产品，产品的平均寿命是指产品失效前正常运行时间的平均值，也称为产品失效前的平均时间，记为MTTF（Mean time to failure）。对

19、于可修复产品，产品的平均寿命是指产品两次故障间隔的平均时间，也称产品平均失效间隔，记为MTBF（Mean time between failure）。对于N较大，可用分组处理，平均寿命数据愈多，分组愈多，平均寿命 =111=kk*iiiiii=ttnt fN00=( ) =( )=( )dtE ttf t dtR tt三、寿命三、寿命 2.可靠性特征量可靠性特征量1.1.可靠寿命可靠寿命可靠度是时间的函数，若已知可靠度函数R(t)的表达式，则当给定一个可靠度r，即可通过解方程 R(tr)=r 求出与之对应的工作时间称为产品的可靠寿命。可靠寿命。只要给定产品的使用时间t 0)t( ) =( )=

20、 -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(t)10(t)0tdF(t)0a 图图 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 二、正态分布二、正态分布若产品的寿命的失效密度函数为 2-21( ) =2t -()fte (0)t产品的可靠度函数为 2()-( ) =1-( ) =1-=1-()-(-)u-t201t R tF tedu2产品的效率函数为 ( )( )( )

21、 =( )1-() -(-)-R tf t tt - R t 三、威布尔分布三、威布尔分布 若产品的寿命的分布函数为 -()1-( ) =0m0t-reF t()( )00trtr若产品的寿命的分布密度函数为 -()-()( ) =0m0t rm-10wt rmeft若产品的寿命的失效率函数为 -1( )( ) =()( )m0t -r-R tm tR t若产品的可靠度函数为 ()( ) =m0t-r-R te()( 0），r0（ t），是威布尔分布的三个参数。 m是三参数中最重要的参数，它决定威布尔分布曲线的形状，故称为形状参数形状参数。图图 r0=0,=1时不同时不同m的威布尔分布的的威布

22、尔分布的fw(t)、R(t)及及(t)曲线曲线fW(t)R(t)(t)习题：某产品使用了习题：某产品使用了1810h，其间发生三次故障，第一次维修时间，其间发生三次故障，第一次维修时间 为为3h，第二次为，第二次为8h，第三次为，第三次为2h，则：，则：04年考题年考题 1、产品平均修复时间为（、产品平均修复时间为（ ） A.4.33h B.4.75h C.4.00h D.5.50h 2、产品平均故障间隔时间（、产品平均故障间隔时间（ ） A.600h B.603.3h C.595h D.599h 3、假定产品故障服从指数分布，则故障率（、假定产品故障服从指数分布，则故障率（ ） A.1/60

23、0h B.1/603.3h C.1/595h D.1/599h 4、若已知使用寿命是平均寿命的、若已知使用寿命是平均寿命的2倍，则可靠度（倍，则可靠度（ ） A. e B. e-1 C. e-2 D. e2ADDC案例计算其他案例计算：（P378)第一第一 可靠性设计概述可靠性设计概述一、影响产品可靠性的因素及其比率分配二、系统可靠性设计方法 三、产品可靠性设计一般程序 四、现代可靠性设计的主要体现可靠性设计与分析可靠性设计与分析3.可靠性设计可靠性设计一、影响产品可靠性的因素及其比率分配一、影响产品可靠性的因素及其比率分配 内在可靠性使用可靠性产品可靠性设计技术 40%零部件、原材料 30%

24、制造技术 10%使用、操作维修等20%3.可靠性设计可靠性设计二、系统可靠性设计的方法二、系统可靠性设计的方法可靠性预测：按照已知零部件或各单元的可靠性数据,计算系统的可靠性指标，以得到比较满意的系统设计方案。 可靠性分配：按照已给定的系统可靠性指标，对组成系统的单元进行可靠性分配。并在多种设计方案中比较、选优。 三、可靠性设计的一般程序三、可靠性设计的一般程序确定产品可靠性是指： 收集零部件、元器件的失效数据，考虑环境及负荷，确定失效率； 确定产品的寿命剖面、任务剖面及使用环境； 根据零部件、元器件、组件之间的功能关系，建立可靠性模型； 进行产品可靠性指标初次分配和预测；根据给出的失效率指标

25、，选择零部件、元器件的类型，以及额定值和降额应力比，确定产品的环境； 根据初选的零部件、元器件，以及所选的模型，用较精确的方法预测可靠性，并重新进行可靠性分配； 进行故障模式、影响及危害度分析（FMECA）或故障树分析（FTA）；改进设计；进行电磁兼容设计、热设计、降额、耐环境、安全性、容差、加固、人-机系统和维修设计等。 四、现在可靠性设计的主要体现四、现在可靠性设计的主要体现更严格的简化及降额设计。采用计算机辅助可靠性设计。 非电子设备的可靠性设计研究取得了相当大的发展。 软件可靠性已成为一个新的可靠性分支，并得到迅速发展 。为尽早发现并剔除引起早期失效的薄弱元器件及工艺缺陷，采用组合环境

26、应力试验和加强环境应力筛选试验。 进行可靠性增长试验，即预先进行的鉴定试验 。串联系统的可靠性框图串联系统的可靠度Rs(t)： 假设n单元的可靠度为Rn(t),则串联系统的可靠度串联系统的平均无故障工作时间（MTTFs）： 一、串联系统一、串联系统单元1单元2单元ns12n=1( ) =( )( ).( ) =( )niiRtR t RtRtR t000=1=( )=( )=( )nssiiMTTFtf t dtR t dtR t dt第二第二 系统可靠性模型系统可靠性模型例例一个电子放大器由152个独立元件串联组成，各元件均服从指数分布，其失效率如表13.2.2所示。试求放大器正常工作100

27、小时的可靠度及平均无故障工作时间。解 =50 .6+100.8+150.4+300.2+400.5+520.1 =0.0048/小时tsetR0048. 0)(6187. 0)100(48. 01000048. 0eeRs33.2080048. 011sMTTF， 失效个数51015304052失效率10-4/小时0.60.80.40.20.50.1例例串联系统由n个可靠性Ri相等的单元构成，试求n=1,5,10,15,20,25,30,35,40,45时，Ri为1,0.99,0.98,0.97,0.96,0.95的系统可靠度。解 因为 ，计算与不同n相应的系统可靠度,结果如表。niniisR

28、RtR1)(n 1.000 0.990 0.980 0.970 0.960 0.950 1 1.000 0.990 0.980 0.970 0.960 0.950 5 1.000 0.951 0.904 0.859 0.815 0.774 10 1.000 0.904 0.817 0.737 0.665 0.599 15 1.000 0.860 0.739 0.633 0.542 0.463 20 1.000 0.818 0.668 0.544 0.442 0.358 25 1.000 0.778 0.603 0.467 0.360 0.277 30 1.000 0.740 0.545 0.4

29、01 0.294 0.215 35 1.000 0.703 0.493 0.344 0.240 0.166 40 1.000 0.669 0.446 0.296 0.195 0.129 45 1.000 0.636 0.403 0.254 0.159 0.099 Ri图图13-2-3 13-2-3 Ri关系曲线关系曲线 R=1R=0.99 R=0.98R=0.97R=0.960.00.20.40.60.81.01.21510 15 20 25 30 35 40 45 R=0.95二、并联系统二、并联系统并联系统可靠性框图并联系统可靠度系统的平均寿命 单元1单元2单元n=1( ) = 1 -1

30、-( )nsiiRtRtn00i=1=( )=1-1-( )ssiMTTFR t dtR tdt例例若系统由n个寿命服从指数分布、失效率相同的单元并联组成，试求n=1,3,5,8,10时，失效率=0.01,0.05,0.1,0.2,0.3,0.5,0.6,0.8时系统的可靠度R，平均无故障时间。 nitsietR111)(解 因本题系统各单元的失效率相同，且寿命服从指数分布，由 计算不同单元数n的可靠度，结果如下表。对应不同失效率、单元个数n与系统可靠度R的关系如图所示。 n1358100.01 0.990050 0.999999 1.000000 1.000000 1.000000 0.05

31、 0.951229 0.999884 1.000000 1.000000 1.000000 0.10 0.904837 0.999138 0.999992 1.000000 1.000000 0.20 0.818731 0.994044 0.999804 0.999999 1.000000 0.40 0.670320 0.964167 0.996105 0.999860 0.999985 0.50 0.606531 0.939084 0.990569 0.999426 0.999911 0.60 0.548812 0.908151 0.981302 0.998283 0.999650 0.80

32、 0.449329 0.833015 0.949364 0.991545 0.997436 表表 不同失效率不同失效率和和n的可靠度计算值的可靠度计算值0.8=0.6=0.2=0.1=0.01图图由公式nisiMTTF1113000,2000,1500,1000,5001计算 n=1,2,5,8,10时，系统平均无故障时间，结果如表13.2.4所示。因为单元平均无故障工作时间MTTF=1/，系统平均无故障工作时间与单元平均无故障工作时间之间的关系，可表为： ninisiMTIFiMTIF111111计算结果及关系曲线分别如表和图所示。 n 1/135810500 500.00 916.67 1

33、141.67 1358.93 1464.48 10001000.00 1833.33 2283.33 2717.86 2928.97 15001500.00 2750.00 3425.00 4076.79 4393.45 20002000.00 3666.67 4566.67 5435.71 5857.94 25002500.00 4583.33 5708.33 6794.64 7322.42 30003000.00 5500.00 6850.00 8153.57 8786.90 表表图图01000200030004000500060007000800090001000050010001500

34、200025003000n=1n=3n=5n=8n= =10 例例 研究两个等可靠度的独立单元组成的并联系统的可靠度。解 设单元等可靠度为 tetR)(因此，两个等可靠度单元组成的并联系统的可靠度为：tttseeetR222)1 (1)(所以系统的故障率为：ttttttsssseeeeeetRtRtRdtdt2)1 (22)(2)()()(ln)(22从而有tttsteet2)1 (2)(limlim并联系统的失效率随时间而变化，当时间很长时可视为常数。 一、一、可靠性预测的目的可靠性预测的目的1.为设计决策提供科学合理的依据。2.根据预测结果，编制可靠性关键件清单，为生产过程质量控制提供依据

35、；3.为可靠性试验方案设计提供依据；4.为产品系统的可靠性指标分配提供依据和顺序；5.对产品使用、维护提供信息等。 第三第三 可靠性预测可靠性预测二、可靠性预测的程序二、可靠性预测的程序确定质量目标。拟定使用模型。建立产品结构。推导数学模型。确定单元功能。确定环境系数。确定系统应力。假定失效分布。计算单元的工作失效率和贮存失效率。计算产品可靠性。（一）元器件计数法（一）元器件计数法失效率数学模型 其中：s为系统（设备）总失效率；Gi为第i个元器件的通用失效率，Qi为第i个元器件的质量系数；Ni为第i个元器件的质量数量；n为不同元器件的种类数目。 适用范围 适用于电子类产品的方案论证及初步设计阶

36、段。在产品的原理图基本形成，元器件清单初步确定的情况下应用。 =1=()nsiGiQiiN三、可靠性预测的一般方法三、可靠性预测的一般方法例例某雷达的元器件数量、质量系数、失效率如表13.3.1所示，求其MTBF及工作500小时的可靠度。元器件类型数量通用失效率Gi（106/h）质量系数Qi总失效率s（106/h）单片双极电路20 0.85117硅NPN晶体管1201.100.452.8通用硅二极管3400.27191.8碳膜电阻4200.120.630.24线绕电位器801.840.573.6云母电容1700.09115.3电感器600.290.712.18连接器600.200.89.6开关

37、41.4815.92 总 和308.44解 计算系统平均故障间隔时间（TBF）324244.3081016系统的失效率BFT（小时） 工作500小时的可靠度为 R(500)= e-500/3242 = e-0.1542= 0.857 （二）应力分析法（二）应力分析法 失效率数学模型 其中b是基本失效率；i是各种系数，如是质量系数、E是环境系数等。适用范围 应力强度模型认为产品所受的应力大于其允许的强度就会失效。因此，采用应力分析法需要知道元器件所受的应力，如温度、电压、振动等，这决定了应力分析法只能用于详细设计阶段。 =() =pbEAs2rCbi 例例 某设备用的金属膜电阻器，额定温度为0，

38、额定功率0.2W，阻值为20k，使用于一般地面环境GFI，电阻器的工作温度为50，工作时电阻的耗散功率为0.1W，求该电阻的工作失效率p。 解 查GJB/Z299B-98手册， REbp计算应力比（降额系数） S工作功率/额定功率0.1/0.250.4T=50，S=0.4，查GJB/Z299B-98手册表5.1.4.2-5，得基本失效率b0.009(10-6/h)； 阻值为20k，查GJB/Z299B-98手册表5.1.4.2-3，得R =1 查GJB/Z299B-98手册表5.1.4.2-2，得 =1； 计算该电阻的工作是效率b)/10(0162. 0118 . 1009. 06hp（三）相

39、似产品法（三）相似产品法 预测的基本公式 其中TBFS是系统的MTBF(h)；TBFi是第i分系统的MTBF(h)适用范围 相似产品法是根据以前研制和生产功能相似的产品时，所获得的失效率数据和特定的经验，估计新设计产品的可靠性参数。在机械、电子、机电类具有相似可靠性数据的新产品方案论证、初步设计阶段，可用相似产品法进行可靠性预计相似产品法的一般步骤 (1)确定与新设计产品在类型、使用条件及可靠性特征最相似的现有产品； (2)对相似产品在使用期间所有数据进行可靠性分析； (3)根据相似产品的可靠性，作适当修正，作出新产品所具有的可靠性水平。 =1=nsii=111=nBFSBFiiTT或一、可靠

40、性分配的基本概念一、可靠性分配的基本概念可靠性分配的实质 系统可靠性分配方法，实质上是数学规划方法，特别是动态规划的方法。它是一个最优化问题，可分为三类：（1）以可靠性指标为约束条件，以成本低、重量轻、体积小为目标；（2）在限定研制周期内，实现成本低且可靠性尽可能高;（3）用尽可能低成本得到尽可能高的可靠性。可靠性分配的原则关键性部件分配较高的可靠度；现有技术水平能达到所需的可靠性； 恶劣环境条件下工作的分系统与部件，应分配较高的可靠性指标; 对难于修理的单元分配较高的可靠度； 对新研制采用新材料、新工艺，技术上不太成熟的产品，可靠性指标分配应相对较低； 复杂的分系统和部件，可分配较低的可靠性

41、指标。 第四第四 可靠性分配可靠性分配二、可靠性分配的一般方法二、可靠性分配的一般方法1. 等同分配法 对全部子系统给予相等可靠度；分配简单，但是没有考虑和根据各单元现有可靠度水平、重要度及工艺水平等的不同而分配不同的可靠度值 2.代数（AGREE）分配法 根据每个单元的重要程度、复杂程度以及工作时间进行可靠性指标的分配 3.加权因子分配法 根据系统单元的重要性、复杂性因素，以及环境因素、标准化因素、维修性因素和质量因素，加权处理。 4.拉格朗日乘数法 拉格朗日乘数法即条件极值法，是拉氏乘数法在可靠性分配中的应用 。类似以系统可靠度、体积、复杂程度为约束条件的可靠性分配问题，也可采用拉格朗日乘

42、数法 （一）基本概念（一）基本概念1.故障模式 所谓故障模式是指元器件或产品能被观察到的故障现象， FMEA和FMECA均需从产品的故障（失效）模式分析中，寻找发生故障的机理与诱因，藉此为排除故障制定相应的对策。 常见故障模式一览表 序号故障模式序号故障模式序号故障模式序号故障模式12345678910结构破损机械卡死振动不能保证指定位置不能开不能关误开误关内漏111213141516171819外漏超出允差上限超出允差下限意外运行间歇性工作漂移性工作流动不畅错误指示错误动作192021222324252627不能关机不能开机不能切换提前运行滞后运行输入量过大输入量过小输出量过大输出量过小29

43、3031323334无输入无输出电短路电开路电泄漏其他202122232425262728第五第五 可靠性分析可靠性分析 一、一、FMEA和和FMECA （一）基本概念（一）基本概念2.故障影响和危害度 危害度等级（严酷度）是指某种故障模式影响的严酷程度 失效效应危害度等级（严酷度）一览表 危害度等级危 害 状 态I （灾难性）可能成为主要系统丧失功能，从而导致系统或其环境重大损坏的潜在原因或造成人身伤亡潜在原因的任何事件II （致命性）可能成为主要系统丧失功能，从而导致该系统或其环境的重大损坏的潜在原因，而又几乎不危及人身安全的任何事件III （临界）能造成系统功能、性能的退化而对系统或人员

44、的生命或肢体没有可感觉的损伤的任何事件IV （轻度）可能成为系统功能、性能退化的原因而对系统或其环境几乎无损坏，对人身安全无损害的任何事件（二）（二）FMEA和和FMECA的分析步骤的分析步骤 (1)弄清与系统有关的全部情况(2)拟定功能和可靠性框图以及其他图表或数学模型，并作文字说明 确定分析的基本原则和用于完成分析的相应文件 找出失效模式、原因和效应以及它们之间相对的重要性和顺序 找出失效的检测、隔离措施和方法 找出设计和工作中的预防措施，以防止发生特别不希望发生的事件 确定事件的危害度(FMEA) 估计失效概率(适用FMECA) 对考虑的多重失效的特定组合进行调查(选作) 分析报告(即提

45、出建议) （三）危害性分析（三）危害性分析 危害性分析的目的（1）尽量消除危害度高的故障模式 （2）当无法消除危害度高的故障模式时，要尽量从设计、制造、使用（3）和维护等方面去减少其发生的概率 （4）根据元器件、零部件或产品不同的危害度，相应提出不同的质量要求 （5）根据元部件或产品不同的危害度，相应地对元部件或产品有关部位增设保护、监测或报警装置 常用方法（1）危害度矩阵估计法 （2）解析式估计法 （四）（四）FMEA及及FMECA的分析方法的分析方法 1.表格分析法 2.矩阵分析法（本书不详细介绍） 1.表格分析法表格分析法表格法是利用表格列出各单元故障模式，再通过故障模式分析找出由此产生

46、的后果具体步骤：(1)绘制分级功能框图 (2)对分级功能图中的每一个方框，自下而上逐级进行FMECA分析，指出被分析方框对高一级的隶属等级产的影响 (3)确定被分析单元的故障模式频数比aij (4)计算单元危害度Cij (5)计算产品危害度 (6)编制单元故障影响分析一览表及相应的故障模式及危害度表 详见MT-57引信的FMECA工作（一）基本术语和符号（一）基本术语和符号 1.事件故障或不正常状态称为故障事件故障事件而完好或正常状态则称为成功事件成功事件底事件底事件是故障树分析中仅导致其它事件的原因事件 结果事件结果事件是故障树分析中由其它事件或事件组合所导致的事件特殊事件特殊事件是指在故障

47、分析中需要用特殊符号表明其特殊性或引起注意的事件 底事件 底事件以外的事件 未探明事件 开关事件 条件事件图图13-5-6 13-5-6 各种事件符号各种事件符号二、故障树分析二、故障树分析( (FTA) ) （一）基本术语和符号（一）基本术语和符号2.逻辑门 （1）与门与门表示仅当在所有输入事件发生时，输出时间才发生。 （2）或门或门表示至少有一个输入事件发生时，输出时间就发生。其符号见表13.5.6。 （3）非门非门表示输出事件是输入事件的对立面。 （4）特殊门特殊门有：顺序与门，顺序与门，表示仅当输入事件按规定的顺序发生时，输出事件才发生。表决门表决门表示n个输入事件中有r个或r个以上事

48、件发生时，输出事件才发生。异或门异或门表示或门中输入事件互斥，即当单个输入事件发生其它事件都不发生时，输出事件才发生。禁禁门门表示仅当禁门打开的条件事件发生时，输入事件的发生导致输出事件的发生。顺序条件 与门或门异或门顺序与门nrnr表决门禁门打开条件禁门（一）基本术语和符号（一）基本术语和符号3.转移符号 转移符号是为使图形简明和避免重复而设置，有：相同转移符号，用以指明子树的位置，说明在此位置上的子树与另一子树完全相同。(a)为转向符号；（b）为转此符号。 相似转向符号，指明相似子树的位置。(c)为相似转向符号；（d）为相似转此符号。(a) (b) (c) (d) 图图13-5-8 13-

49、5-8 相同、相似转移符号相同、相似转移符号 （二）（二）建造故障树建造故障树 就方法论而言，建树方法有演绎法、判定表法和合成法等。从具体的方法来看可分为人工建树和自动建树（或计算机辅助建树）两类。人工建树采用演绎法，先选定系统故障的一个判据作为分析目标（顶事件），然后找出直接导致顶事件发生的各种可能因素或因素组合，包括功能故障、部件不良、程序错误、人为失误及环境影响等。再进一步分析个因素故障的原因，如此由上而下循序逐级进行，直至找出各基本事件，就得到一棵故障树。 （三）故障树的简化（三）故障树的简化简化故障树应遵循以下规则： 规则1：根据逻辑门等效变换规则将原故障树变换成规范故障树只含与门、

50、或门、非门及结果事件和底事件的故障树。 规则2：除去明显的逻辑多余事件，即将不经过逻辑门直接相连的一串事件只保留最下面的一个事件。 规则3：除去明显的逻辑多余门。 规则4：利用转移符号，使每一棵故障树和子树的层次不至于太多，以便阅图着看图。 一、简化设计一、简化设计简化设计可提高产品固有可靠性。 一个由k个单元串联组成的产品，若单元可靠度为Ri，则产品可靠度Rs及不可靠度Fs分别为：=1=ksiiRR=1=1=1-=1-=1-(1-)kkssiiiiFRRF产品愈复杂，组成的单元愈多，产品的可靠度Rs就愈小 第六第六 可靠性设计的常用技术可靠性设计的常用技术 二、降额设计二、降额设计降额设计是