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可靠性工程2014.1
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程Reliability Engineering 主讲：王若菌 E-mail:
电话： 安全工程教研室307 参考书目 刘品.可靠性工程基础（第三版）.中国计量出版社.2009 梁开武.可靠性工程.国防工业出版社.2014 曾声奎.可靠性设计与分析.国防工业出版社.2011
赵廷弟.安全性设计分析与验证. 国防工业出版社.2011
电子产品可靠性预计.科学出版社.2007 姜兴渭. 陈晓彤.赵延弟等译.可靠性实用指南.北京航空航天大学出版社.2005 金伟娅.可靠性工程.化学工业出版社.2005 肖生发，郭一鸣.汽车可靠性.人民交通出版社.2008 …… 本课程基本内容 （32学时）
1. 绪论 2. 可靠性基本概念和表示 3. 系统可靠性模型 4. 可靠性预计 5. 可靠性分配 6. 可靠性试验 7. 可靠性管理 1.绪论 1.1可靠性研究的目的 什么是可靠性？为什么要搞可靠性？ 为什么要搞可靠性？ 世界上没有“永动机” 产品故障会造成巨大的损失 经济损失 人员安全 武器装备丧失战斗力 政治、社会问题
1.2 可靠性的重要意义 1.2.1质量与可靠性的关系 产品质量—满足使用要求具有的所有特性
1.2.1质量与可靠性的关系（续） 可靠性是产品的一个质量指标——产品性能的稳定性。 可靠性是可以度量的质量指标。 可靠性指标的特点： （1）3个规定的条件（时间、条件、功能） （2）狭义的质量：t=0;
从广义质量观看，质量涵盖可靠性： t&0 1.2.1质量与可靠性的关系（续） （3）可靠性并不笼统的要求长寿命，而是强调在规定的使用时间内能否充分发挥其功能。 （4）产品可靠性贯彻全寿命周期，发生故障的时间是随机变量，但一批产品的可靠性符合一定的统计规律。
可靠性是更深层次的与设计、工艺相关的根本性问题。 在用户使用过程中，均是“可靠性”问题。 1.2.2提高产品可靠性的重要意义 （1）可以防止故障和事故的发生，尤其是避免灾难性的事故发生，从而保证人民生命财产安全。 （2）降低产品总的费用。 （3）减少停机时间，提高产品可用率。 （4）提高产品可靠性，可以改善企业信誉，增强竞争力，扩大市场份额，从而提高经济效益。 （5）减少产品责任赔偿案件的发生，以及其他处理产品事故费用的支出，避免不必要的经济损失。 用户是上帝 1.3 可靠性和可靠性工程的范畴
1.3.2可靠性工程范畴和理论基础 1.可靠性工程范畴 系统/产品的可靠性要求或目标 可靠性的设计分析
建模、预计、FMEA、FTA
风险分析等 可靠性试验与评价
环境应力筛选(ESS)
可靠性增长试验
可靠性验证试验等 可靠性信息 可靠性管理 2.可靠性工程理论基础 交叉型学科 可靠性的理论基础
宏观：系统学、概率论、统计学
微观：其他学科、材料学、力学等 应用理论
可靠性设计分析技术
可靠性试验技术
可靠性评估技术
可靠性信息管理
可靠性管理
1.4 可靠性学科发展史 2. 可靠性基本概念与表示 2.1可靠性基本概念 1.可靠性的定义 《可靠性、维修性术语》 （GB） 可靠性：指产品在规定条件下和规定时间内
完成规定功能的能力。
请注意定义中的三个“规定”！ 规定条件—包括使用时的工作、环境条件以及储存条件； 规定时间—产品规定了的任务时间； 规定功能—产品规定了的必须具备的各项性能指标。 2.可靠性的分类 1）狭义可靠性和广义可靠性 3）硬件可靠性和软件可靠性 2）固有可靠性和使用可靠性 固有可靠性：设计和制造过程所决定的产
品可靠性。 使用可靠性：产品在使用过程，因受环境
条件、维修方式及人为因素的
影响所能达到的可靠性。 3. 故障及其分类 故障—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。 对于不可修产品：失效。即产品丧失了规定的功能。 故障模式—故障的表现形式。 故障机理—引起故障的物理、化学变化的
内在原因。 按故障的规律分类：偶然故障和渐变故障 按故障的后果分类：致命性故障和非致命 性故障 按故障的统计特性分类：独立故障和从属 故障 间歇故障
寿命剖面 产品从交付到寿命终结或退出使用这段时间内所经历的全部事件和环境的时序描述。它包含一个或多个任务剖面。 通常把产品的寿命剖面分为后勤和使用两个阶段。 寿命剖面示例 任务剖面
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第一章可靠性概论
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第一章可靠性概论
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第3讲 产品故障及相关特性(一)
可靠性系统工程导论 第三讲：产品故障及相关特性康锐 kangrui@buaa.edu.cn北京航空航天大学可靠性与系统工程学院1课程提纲? 故障与分类? 可靠性? 耐久性 ? 环境适应性 ? 安全性?维修性 ?测试性 ?保障性可靠性系统工程2一、故障及其分类人人网日志：认识故障是生活中的必修课? 故障与我们的生活息息相关，可以说故障与我们每一个人在日常生活中都如影相随。2013年春季，我在给博士生上学科综合课的 过程中，我做了一个课堂调查，请上课的学生例举一下过去一年内各自经历过的故障事件。 调查结果十分有趣。在过去的一年中，这12个学生共经历了60次故障事件，平均每个人经历了5次。 其中有一名学生讲述了自己从轻微的肠胃不适发展到慢性肠炎最后不得不手术治疗的过程；另一名学生讲述了自己丢失手机、没 有赶上火车以及收到诈骗电话的故事；还有一名同学讲述了花盆摔碎、金鱼死亡的事件。有趣的是，他们很确信这些事件属于我 要调查的“故障事件”范畴。 当然，大多数学生讲述了他们所使用的产品的故障并简要分析了其发生的原因，这些故障事件包括：手机进水、电脑黑屏、自行 车爆胎、电梯意外停机、水杯漏水、书包拉锁断裂、眼睛框架变形、塑料衣架碎裂、软件计算出错等林林总总。 最震撼的是有一名学生是飞机设计师，他讲述了过去一年中的连续37天里，在执行飞机试飞任务过程中发生的故障事件：这次任 务共10架次飞行，动用飞机3架，累计飞行时间31小时51分钟，共遇到问题33个，其中地面4个，空中29个，平均每飞行66分钟遇 到1个问题，其中设备报故或预警16起，突发事件和意外情况15起。33个问题中，设备原因占12个，外部条件（气象、地形、空域 等）原因占14个，人为原因占7个（其中3个跟气象有关）。人、机、环境所占的比例为：人―21.2%，机―36.4%，环境―42.4%； 33个问题中，操作人员对其中的20个问题采取了人工干预处置，其余的13个问题，有3个问题是由于操作人员自身能力和经验不足 未采取更为合理的处置方式，有10个问题或是通过判断认为没必要进行人工干预或是无法进行有效干预；20个处置问题中，通过 后来的分析认为：有15个问题处置得当且及时有效，这其中包括：1个致命问题（临时航点bug），3个重大隐患问题，11个可能威 胁飞行安全或正常执行任务的问题；有5个问题，虽及时处置，但处置的不是十分得当，其中2个给飞行安全带来了新的风险，另 外3个影响到完成作战任务。当他讲述这些经历时，其他同学向他投去了尊敬和同情的目光。最后他总结了一句话：其实，“飞机 设计完了”以后，主要的工作就是处理各种各样的故障。 通过这个调查可以知道，似乎我们的生活中从来就没有离开过故障事件，或者说我们就在故障中生活。所以说，认识故障应该是 我们生活中的必修课。? ?? ??可靠性系统工程导论3一、故障与分类? 故障? ? ? ? ? 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 对某些产品如电子元器件、弹药等称失效故障模式 故障的表现形式 在外界环境作用下，引起产品故障的物理、化学、生物变化等内在原因 故障发生后引发的后果。主要包括产品自身、其它产品和上一级产品，以及人、环境和社会的影响? 故障模式? 故障机理 ? 故障影响用好术语可以高枕无忧国家军用标准GJB451： 可靠性系统工程 《可靠性维修性保障性术语》 故障模式是故障的表现形式4一、故障与分类? 按故障后果? ? 灾难性故障：导致人员伤亡或系统毁坏的故障 致命性故障：使产品不能完成规定任务的或可能导致人或物重大损失的故障或故障组合 系统性故障：无改进措施的修复性维修通常不能消除其故障原因。系统性故障可以通过模拟故障原因来诱发。 偶然性故障：产品由于偶然因素引起的故障。只能通过概率或统计方法来预测。 瞬时故障：由于瞬时的或临时的外部因素(如输入电源的波动，环境温度变化过快，电磁波的影响等)，或由于系统内部的 某些因素而引起的暂时故障。 间歇故障：产品发生故障后，不经修理而在有限时间内自行恢复功能的故障。 渐变故障：通过事前的检测或监测可以预测到的故障，它是由于产品的规定性能随寿命单位数增加而逐渐变化引起的。对 电子产品也称漂移失效(drift failure)。 重复故障：同一种零件在同样的或等效的使用方式中出现两次或两次以上的故障，且引起这些故障的基本机理相同 多重故障：同时发生的两个或两个以上的故障，但不能证实这些故障之间互相关联时，姑且视其为多重故障。?按故障原因? ??按故障行为? ? ? ? ?菜刀崩刃是偶发故障 可靠性系统工程 5二、可靠性? 可靠性? 产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。 ? 常用度量指标? 反映产品故障发生多少的故障率 ? 平均故障时时间（MTTF）、平均故障间隔时间（MTBF） ? 反映产品完成规定功能的概率，如任务可靠度、飞行可靠度可靠性的指标可靠性系统工程6二、可靠性? 可靠度? ? ? ? ? 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：R(t)=P(T&t) 式中T为产品故障前工作时间，t为产品规定的工作时间 产品在规定的条件下和规定的时间内，丧失规定功能的概率称为不可靠度，也称故障概率。依 定义可知，故障概率函数F（t）为：F(t)=P(T≤t) 式中T为产品故障前工作时间，t为产品规定的工作时间 由于故障与不故障这两个事件是对立的，则R(t)+F(t)=1? 不可靠度可靠性系统工程可靠性是与时间相关7二、可靠性? 可靠度? 例：如果某产品给定的工作时间t为100小时，则F(t)=P(T≤100），这表示了产品在工作100小时前的故障概率；如果给定的时 间t为1000小时，则F(t)=P(T≤1000），这表示了产品在工作 1000小时前的故障概率。显然1000小时前的情况包含了100小 时前的情况，因而F(t)有累积故障的概念，因此也称F(t)为累积 故障概率。可靠性研究对象是零件和产品可靠性系统工程8二、可靠性? 可靠度? 根据概率论，某个事件的发生概率可以用大量试验中该事件发生的频率来估计，则可靠度的表达式为：R (t ) ?N 0 ? r (t ) N0? 式中N0为t=0时，在规定条件下进行工作的产品数； ? r(t)―在0到t时刻的工作时间内，累积发生故障的产品数可靠性用数学度量 可靠性系统工程 9二、可靠性可靠度与故障概率产品故障数Δr累积故障数r60 50 40 30350 300 250 200 1501 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2产品累积故障 频 率 Fi1.2 可靠度 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 t2010010 050 00.1 0 tΔt Δt Δt Δt Δttm可靠性系统工程10二、可靠性? 故障率? 工作到某时刻尚未故障的产品，在该时刻后单位时间内发生故障的概率 ，称之为产品的故障率。用数学符号表示为：dr(t ) ? (t ) ? N s (t )dt? 式中――λ(t)故障率； ? dr(t)――t时刻后，dt时间内故障的产品数； ? Ns(t)――残存产品数，即到t时刻尚未故障的产品数。故 障 发 生 时 间 的 概 率 度 量可靠性系统工程11二、可靠性?故障率可按下式进行 ? (t ) 的工程计算：? (t ) ??t?r ( t ) N s ( t ) ?t? 式中 ? r (t ) ――t 时刻后， t 时间内故障的产品数；――所取时间间隔；N s (t ) ――残存产品数。1 对于低故障率的元部件常以 0?9 / h 为故障率 的单位，称之为菲特（Fit） 。可靠性系统工程可 靠 性 数 理 统 计 就 像 吃 面 条 放 的 调 12 料二、可靠性平均故障前时间（MTTF）设 N 0 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 , t 2 , ? , t N 。其平均故0障前时间（用符号TTF 表示）为：TTF1 ? N0?ti ?1N0i当产品的寿命服从指数分布时，TTF ?1?。可靠性系统工程只要用，总会坏13二、可靠性平均故障间隔时间（MTBF） 一个可修产品在使用期间， 发生了 N0 次故障， 每次故障修复后该产品继续投入工作， 其工作时间分别为 t1 ,t2 ,…,tN0 , 则其 MTBF 为：TBF 1 ? N0? ti ?i ?1N0式中， ――产品总的工作时间。 当产品的寿命服从指数分布时， BF=TTF=1/λ ：TTT N0方便袋不可修手提袋可修可靠性系统工程14三、耐久性? 耐久性? 是指产品在规定的使用、储存与维修性条件下，达到极限状态 之前，完成规定功能的能力 ? 极限状态是指由于耗损（如疲劳、磨损、腐蚀等）使产品从技 术上或从经济上考虑，都不宜再继续使用而必须大修或报废的 状态 ? 常用度量指标? 反映产品使用和储存时间长短的大修期、使用寿命、储存寿命两 年 后 还 亮 可靠性系统工程 15三、耐久性? 寿命? 可靠寿命:指给定的可靠度所对应的产品工作时间。 ? 使用寿命:指产品在规定的使用条件下，具有可接受的故障率的 工作时间区间。R (t )? (t )R*?*后劲足可靠寿命trtt? 使用寿命t可靠性系统工程16三、耐久性? 常用寿命度量? 首次翻修期限（首翻期）:指在规定条件下，产品从开始使用到首次翻修的工作时间和（或） 日历持续时间。翻修是指把产品分解成零部件，清洗、检查，并通过修复或替换故障零部件， 恢复产品寿命等于或接近其首翻期的修理。 ? ? ? 翻修间隔期限:指在规定条件下，产品两次相继翻修间的工作时间、循环次数和（或）日历持 续时间。 总寿命:指在规定条件下，产品从开始使用到规定报废的工作时间、循环次数和（或）日历持 续时间。 贮存期限:在规定条件下，产品能够贮存的日历持续时间，在此时间内，产品启封使用能满足 规定要求。可靠性系统工程保质期也是寿命的度量17三、耐久性?故障率浴盆曲线可靠性系统工程导论18四、环境适应性? 环境适应性? 反映了产品在变化的环境条件下仍能正常工作的能力? 评价产品在变化的环境下能否继续发挥规定功能 ? 常用度量指标? 保持规定功能的极限环境条件，如最高（低）工作温度、最大振动条件可靠性系统工程19五、安全性? 安全性? 安全性是指产品所具有的不导致人员伤亡、系统毁坏、重大财产损失或不危及人员健康和环境的能力。 ? 是一种评价产品能否以可接受的风险完成规定功能的特性? 产品设计中必须满足? 产品使用中必须保证? 常用的评价指标有：? 事故概率、损失率、安全可靠度失败是成功之母? 可靠未必是安全安全未必可靠可靠性系统工程20小结：高可靠、长寿命、要安全一携 生手 可到 靠老安全、可靠、长寿? (t )使用寿命 规定的 故障率 A B 维修后故障 率下降 早期 故障 偶然故障 耗损故障 t故障率――〉故障律 可靠性系统工程 21小结：少出故障、少出事故目标：研究如何让产品少出故障？少出事故？敬请批评指正北京航空航天大学可靠性与系统工程学院23
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QJ/ML 0108-A 产品质量特性重要度分级 1 范围 本...3.4 重要特性 如发生故障, 会影响产品使用性能和...6.2.2 例行(出厂)试验项目在技术规范及相关文件中...第三章 材料感觉特性的运用 本讲的主要的内容: 产品造型设计; 材料表面特性; 视觉质感; 触觉质感 一材料感觉特性的概念 在工业产品造型设计过程中,利用各种材料...热处理硬度 2)与产品安全相关, 3)与顾客装配相关,如螺纹中径,花键的跨棒距...可以说, 1)根据顾客的需求和期望,加以分析,然后针对产品来确定产品的特殊特性...家用电子产品维修工国家职业标准 1.职业概况 1.1 ...(4)串联、并联谐振电路的基本特性。 2.2.3 模拟...常见故障分类 相关知识 1、 能够按照调幅收音机的电...方面的特性 B.心理特性 C.安全特 3.质量特性有...内部故障成本() D.同一概念 7. “一项固有特征...直接与产品的制造相关的过程 D. 质量管理培 B....□化工行业管理特点 化工流程制造业生产的产品由不同...也有的化工产品生产过程在负压 的情况下进行。 (3)...才能 全系统停车,并且设备一旦出现故障往往影响一个...《质量管理学》试卷(一) (第一章～第三章)总分...下列特性中属于汽车产品固有特性的是( A. 汽车的...将质量成本分为:内部故障成本;外部故障成本;鉴 定...第10讲:第一章第九节机械的特性(2012新版)_从业资格...(三)故障诊断技术 1.振动信号的检测与分析 振动...1.可达性 所谓可达性是指检修人员接近产品故障部位...第5讲 第二章(二)(2011年新...1/2 相关文档推荐...3.工程项目目标的特点 1页 (1)多目标性。工程...如为了保证产品上市的市场机会,可 能考虑时间目标...1、设备包括元件、零件、部件、产品或者系统; 2、...渐发性故障一般和磨损、腐蚀、疲劳等等因素密切相关...三、描述故障的特征参量 描述故障的特征参量分成为两...
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