第9章可靠性工程(1)

1、第九章 可靠性工程 （第一節(jié)至第二節(jié)）可靠性的概念及可靠性分析方法 掌握可靠性分析方法第一節(jié) 可靠性與可靠性工程 可靠性是指在給定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，零部件、元件、產(chǎn)品或系統(tǒng)所完成規(guī)定功能的概率。 “完成規(guī)定功能”：是產(chǎn)品或系統(tǒng)的工作目的或使用性能。 “規(guī)定時(shí)間”：產(chǎn)品或系統(tǒng)的任務(wù)時(shí)間，通常以產(chǎn)品使用的壽命周期來(lái)表示。 產(chǎn)品質(zhì)量性能可用性安全性適應(yīng)性經(jīng)濟(jì)性時(shí)間性可靠性維修性保障性產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性可靠性l研究可靠性的必要性研究可靠性的必要性l 設(shè)備和系統(tǒng)的復(fù)雜化設(shè)備和系統(tǒng)的復(fù)雜化l設(shè)備和系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，導(dǎo)致設(shè)備和系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，導(dǎo)致“系統(tǒng)相關(guān)的任一部分失效系統(tǒng)相關(guān)的任一部分失效而導(dǎo)

2、致整個(gè)系統(tǒng)失效的機(jī)會(huì)增多而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失效的機(jī)會(huì)增多”。l 使用環(huán)境的日益惡劣使用環(huán)境的日益惡劣l產(chǎn)品所處的環(huán)境愈來(lái)愈惡劣，高低溫、沖擊、震動(dòng)和輻射產(chǎn)品所處的環(huán)境愈來(lái)愈惡劣，高低溫、沖擊、震動(dòng)和輻射等條件，使產(chǎn)品的可靠性受到影響。等條件，使產(chǎn)品的可靠性受到影響。l 產(chǎn)品生產(chǎn)周期的縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期的縮短l傳統(tǒng)的產(chǎn)品生產(chǎn)經(jīng)設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的產(chǎn)品生產(chǎn)經(jīng)設(shè)計(jì)試制試制生產(chǎn)生產(chǎn)檢驗(yàn)檢驗(yàn)交付用戶使交付用戶使用用反饋反饋提高質(zhì)量可靠性提高質(zhì)量可靠性。l科技進(jìn)步，競(jìng)爭(zhēng)加劇，使一些設(shè)計(jì)和工藝技術(shù)更加成熟，科技進(jìn)步，競(jìng)爭(zhēng)加劇，使一些設(shè)計(jì)和工藝技術(shù)更加成熟，生產(chǎn)周期縮短，不允許有更多的階段試驗(yàn)，要求產(chǎn)品本身生產(chǎn)周期縮短，不允

3、許有更多的階段試驗(yàn)，要求產(chǎn)品本身有高可靠性。有高可靠性?？煽啃曰靖拍羁煽啃曰靖拍? 可靠性4 維修性4 保障性4 測(cè)試性4 可用性4 可信性l 產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力，簡(jiǎn)寫為功能的能力，簡(jiǎn)寫為R。l規(guī)定的條件規(guī)定的條件：使用時(shí)的環(huán)境條件、應(yīng)力條件，維護(hù)方法，儲(chǔ)存時(shí)的儲(chǔ)存條件，以及使用時(shí)對(duì)操作人員技術(shù)等級(jí)的要求等。l規(guī)定的時(shí)間規(guī)定的時(shí)間：在應(yīng)用中，時(shí)間是一個(gè)廣義的概念，可以用周期、次數(shù)、里程或其它單位代替，也可建立這些單位與時(shí)間之間的隸屬函數(shù)加以描述。l規(guī)定的能力規(guī)定的能力：產(chǎn)品應(yīng)具備的技術(shù)性能指標(biāo)?？煽啃裕煽啃裕╮eliab

4、ility）l從應(yīng)用的角度出發(fā)分類：從應(yīng)用的角度出發(fā)分類：l 固有可靠性：描述產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的可靠性水平；l 使用可靠性：描述產(chǎn)品在計(jì)劃的環(huán)境中使用的可靠性水平。l從設(shè)計(jì)的角度出發(fā)分類：從設(shè)計(jì)的角度出發(fā)分類：l 基本可靠性：用于度量產(chǎn)品無(wú)須保障的工作能力，包括與維修和供應(yīng)有關(guān)的可靠性，通常用平均故障間隔時(shí)間MTBF來(lái)度量；l 任務(wù)可靠性：描述產(chǎn)品完成任務(wù)的能力，通常用任務(wù)可靠度MR和致命性故障間隔任務(wù)時(shí)間MTBCF來(lái)度量。l 產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，按規(guī)定的產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，按規(guī)定的程序和方法進(jìn)行維修時(shí)，保持或恢復(fù)到規(guī)定狀態(tài)程序和方法進(jìn)行維修時(shí)，保持或恢復(fù)到規(guī)定狀態(tài)的能力，稱

5、為維修性，簡(jiǎn)寫為的能力，稱為維修性，簡(jiǎn)寫為M。l維修性指的是產(chǎn)品維修的難易程度，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)所賦予的一種維修簡(jiǎn)便、迅速和經(jīng)濟(jì)的固有屬性。l規(guī)定的條件：規(guī)定的條件：維修的機(jī)構(gòu)和場(chǎng)所及相應(yīng)人員與設(shè)備、設(shè)施、工具、備件、技術(shù)資料等資源條件。l規(guī)定的程序和方法：規(guī)定的程序和方法：按技術(shù)文件規(guī)定采用的維修工作類型、步驟和方法。維修性（維修性（maintainability）l一個(gè)產(chǎn)品不工作的時(shí)間一個(gè)產(chǎn)品不工作的時(shí)間NT包括兩個(gè)部分：包括兩個(gè)部分：l 在設(shè)備、備件、維修人員和維修規(guī)程等齊全的條件下，在設(shè)備、備件、維修人員和維修規(guī)程等齊全的條件下，用于直接維修工作的時(shí)間，稱為直接維修時(shí)間用于直接維修工作的時(shí)間

6、，稱為直接維修時(shí)間MT；l 由于保障資源補(bǔ)給或管理原因等延誤而造成的時(shí)間，由于保障資源補(bǔ)給或管理原因等延誤而造成的時(shí)間，稱為延誤時(shí)間稱為延誤時(shí)間DT。l平均維修時(shí)間平均維修時(shí)間MTTR是直接維修時(shí)間是直接維修時(shí)間MT的平均值。的平均值。nMTMTTR維修次數(shù)直接維修時(shí)間l 保障性系指產(chǎn)品設(shè)計(jì)特性和計(jì)劃的保障資源能滿足保障性系指產(chǎn)品設(shè)計(jì)特性和計(jì)劃的保障資源能滿足使用要求的能力，稱為保障性，簡(jiǎn)寫為使用要求的能力，稱為保障性，簡(jiǎn)寫為S。l維修保障只是綜合保障工程中的一個(gè)方面。l表征保障性的指標(biāo)是平均延誤時(shí)間MDT。l顯然，MDT愈小愈好。它反映了產(chǎn)品使用者的管理水平，以及提供資源的能力。nDTMDT

7、故障次數(shù)維修延誤的總時(shí)間保障性（保障性（supportability）l 產(chǎn)品能及時(shí)并準(zhǔn)確地確定其狀態(tài)（可工作、產(chǎn)品能及時(shí)并準(zhǔn)確地確定其狀態(tài)（可工作、不可工作或性能下降），并隔離其內(nèi)部的一種設(shè)不可工作或性能下降），并隔離其內(nèi)部的一種設(shè)計(jì)特性，稱為測(cè)試性，簡(jiǎn)寫為計(jì)特性，稱為測(cè)試性，簡(jiǎn)寫為T。l測(cè)試性與維修性及可靠性密切相關(guān)，具有良好測(cè)試性的設(shè)備將減少故障檢測(cè)及隔離時(shí)間，進(jìn)而減少維修時(shí)間，改善維修性。通過采用測(cè)試性好的設(shè)備可及時(shí)檢測(cè)出故障，排除故障，進(jìn)而提高產(chǎn)品的使用可靠性。l測(cè)試性通常用故障檢測(cè)率FDR、故障隔離率FIR和虛警率FAR度量。測(cè)試性（測(cè)試性（testability）l 可用性是產(chǎn)品

8、可靠性、維修性和保障性三種固有屬性可用性是產(chǎn)品可靠性、維修性和保障性三種固有屬性的綜合反映，指產(chǎn)品處于良好工作狀態(tài)的能力，也稱為的綜合反映，指產(chǎn)品處于良好工作狀態(tài)的能力，也稱為有效性。有效性。l使用可用性A0l固有可用性At。 lAt反映了生產(chǎn)方的設(shè)計(jì)、制造和服務(wù)的綜合水平，越大越好。0M TBFAM TBFM TTRtM TBFAM TBFM TTRM D T可用性（可用性（availability）l可信性是一個(gè)非定量的集合性術(shù)語(yǔ)，表述可用性及其影響因素：可靠性（R）、維修性（M）、保障性（S）、測(cè)試性（T），簡(jiǎn)寫為RMST。l對(duì)可信性的定量要求，就是具體的RMST的定量要求；l定義：產(chǎn)品

9、在任務(wù)開始時(shí)可用的條件下，在規(guī)定定義：產(chǎn)品在任務(wù)開始時(shí)可用的條件下，在規(guī)定的任務(wù)剖面中，能完成規(guī)定功能的能力稱為產(chǎn)品的任務(wù)剖面中，能完成規(guī)定功能的能力稱為產(chǎn)品的的“（狹義）可信性（狹義）可信性”，簡(jiǎn)寫為，簡(jiǎn)寫為D。l產(chǎn)品在執(zhí)行任務(wù)中的狀態(tài)及可信性取決于與任務(wù)有關(guān)的產(chǎn)品可靠性及維修性的綜合影響?？尚判裕尚判裕╠ependability）l在長(zhǎng)期的可靠性實(shí)踐中，人們發(fā)現(xiàn)許多產(chǎn)品都服從一條典型的在長(zhǎng)期的可靠性實(shí)踐中，人們發(fā)現(xiàn)許多產(chǎn)品都服從一條典型的失效率曲線，這條曲線具有兩頭高、中間低的特點(diǎn)，呈現(xiàn)失效率曲線，這條曲線具有兩頭高、中間低的特點(diǎn)，呈現(xiàn)“U”形，習(xí)慣稱為浴盆曲線。形，習(xí)慣稱為浴盆曲線。l

10、這條曲線明顯地分為三段，對(duì)應(yīng)著三個(gè)時(shí)期。這條曲線明顯地分為三段，對(duì)應(yīng)著三個(gè)時(shí)期。早期失效期偶然失效期耗損失效期(t)t交付使用更新點(diǎn)產(chǎn)品失效曲線產(chǎn)品失效曲線 產(chǎn)品或系統(tǒng)是由許多功能性的結(jié)構(gòu)要素（或零件）所組成的，如果其中任一結(jié)構(gòu)要素發(fā)生故障，而導(dǎo)致整個(gè)產(chǎn)品或系統(tǒng)故障，則這種結(jié)構(gòu)要素組成的產(chǎn)品或系統(tǒng)稱為串聯(lián)系統(tǒng)，設(shè)整個(gè)系統(tǒng)的串聯(lián)鏈由n個(gè)鏈節(jié)組成，第i個(gè)功能鏈節(jié)的可靠度為Ri， n =1，2，n-1，n。則在該串聯(lián)系統(tǒng)中，系統(tǒng)或產(chǎn)品總的可靠度為 nniSRRRRRR121第一節(jié) 可靠性與可靠性工程 產(chǎn)品或系統(tǒng)由許多功能性的結(jié)構(gòu)要素（或零件）所組成，當(dāng)其中任一結(jié)構(gòu)要素發(fā)生故障時(shí)，整個(gè)產(chǎn)品或系統(tǒng)仍能堅(jiān)

11、持正常工作，則認(rèn)為這些結(jié)構(gòu)要素在功能邏輯上呈并聯(lián)方式，而稱這一類產(chǎn)品或系統(tǒng)為并聯(lián)系統(tǒng)，如右圖所示。 設(shè)第i個(gè)功能鏈節(jié)發(fā)生故障的概率為Fi，在并聯(lián)系統(tǒng)中，系統(tǒng)或子系統(tǒng)總的故障概率為 nniSFFFFFF121其中，F(xiàn)i=1- Ri，故并聯(lián)系統(tǒng)的可靠為)1)(1 ()1 ()1)(1 (11121nniSSRRRRRFR第一節(jié) 可靠性與可靠性工程 當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)中，既有串聯(lián)結(jié)構(gòu)，也有并聯(lián)結(jié)構(gòu)，是由這兩種結(jié)構(gòu)混合組成的系統(tǒng)稱為混聯(lián)系統(tǒng)，如下圖所示。 在計(jì)算混聯(lián)系統(tǒng)的可靠度時(shí)，應(yīng)先把每個(gè)并聯(lián)結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)的可靠度分別計(jì)算出來(lái)，然后，把它們作為一個(gè)個(gè)功能鏈節(jié)加入系統(tǒng)，使原來(lái)的混聯(lián)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為串聯(lián)系統(tǒng)，再對(duì)這個(gè)假想

12、的串聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行可靠度的計(jì)算，這樣就得到了混聯(lián)系統(tǒng)的可靠度.。l 從可靠性角度用框圖來(lái)描述分系統(tǒng)失效或它們從可靠性角度用框圖來(lái)描述分系統(tǒng)失效或它們的組合如何導(dǎo)致系統(tǒng)失效的邏輯關(guān)系，通常又稱為的組合如何導(dǎo)致系統(tǒng)失效的邏輯關(guān)系，通常又稱為可靠性結(jié)構(gòu)模式。可靠性結(jié)構(gòu)模式。l系統(tǒng)可靠性框圖：表示系統(tǒng)中各個(gè)子系統(tǒng)（元件）之間的邏輯關(guān)系（功能關(guān)系），l系統(tǒng)的原理圖：表示系統(tǒng)中各個(gè)子系統(tǒng)的物理關(guān)系。l系統(tǒng)可靠性在很大程度上取決于：組成單元的可靠度、可靠性結(jié)構(gòu)模式、組成單元的數(shù)量?？煽啃钥驁D可靠性框圖l 可靠性數(shù)學(xué)模型可靠性數(shù)學(xué)模型概率模型概率模型l設(shè)系統(tǒng)的可靠度為Rs，不可靠度為Fs=1Rs。系統(tǒng)由n個(gè)組成單

13、元構(gòu)成，第i個(gè)組成單元的可靠度為Ri，i=1,2,n，不可靠度為Fi=1Ri。l采用下列假設(shè)： 各單元只可能有兩種狀態(tài)：正常與失效（故障），而沒有中間狀態(tài)； 各單元工作與否是相互獨(dú)立的，即任一單元的正常工作與否不會(huì)影響其他是單元的正常與否。Rs=f(R1,R2, ,Rn)l串聯(lián)系統(tǒng)的串聯(lián)系統(tǒng)的n個(gè)單元必須全部工作，系統(tǒng)才會(huì)正常工作，個(gè)單元必須全部工作，系統(tǒng)才會(huì)正常工作，任一單元故障都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)故障。任一單元故障都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)故障。l系統(tǒng)的壽命系統(tǒng)的壽命T是第一個(gè)出現(xiàn)故障的單元的壽命。是第一個(gè)出現(xiàn)故障的單元的壽命。l系統(tǒng)可靠性函數(shù)為所有單元可靠性函數(shù)之乘積。系統(tǒng)可靠性函數(shù)為所有單元可靠性函數(shù)之乘積

14、。組成單元1組成單元2組成單元nniis)t (R)t (R1nsT,T ,TminT21串聯(lián)模型串聯(lián)模型niisssniisst )(nitniisti)t (R)t (R)t (dt)t (Ree)t (R)t (Re)t (Rniiii1101111則設(shè)串聯(lián)系統(tǒng)組成單元數(shù)量越多，系統(tǒng)可靠度越低。niis)t(F)t(F111當(dāng)串聯(lián)模型中各單元壽命為指數(shù)分布時(shí)，系統(tǒng)的壽命也為指數(shù)分布。l當(dāng)構(gòu)成系統(tǒng)的所有單元都發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)才發(fā)生故障的當(dāng)構(gòu)成系統(tǒng)的所有單元都發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)才發(fā)生故障的系統(tǒng)稱為并聯(lián)系統(tǒng)。只要有任何一個(gè)單元工作，系統(tǒng)就處系統(tǒng)稱為并聯(lián)系統(tǒng)。只要有任何一個(gè)單元工作，系統(tǒng)就處于工作

15、狀態(tài)。于工作狀態(tài)。組成單元1組成單元2組成單元n設(shè)初始時(shí)刻設(shè)初始時(shí)刻t=0，所有單元同時(shí)開始，所有單元同時(shí)開始工作，則并聯(lián)系統(tǒng)的壽命工作，則并聯(lián)系統(tǒng)的壽命T為最后發(fā)為最后發(fā)生故障的單元的壽命。生故障的單元的壽命。nsT,T,TmaxT21并聯(lián)模型并聯(lián)模型l系統(tǒng)累積故障函數(shù)為所有單元累積故障函數(shù)之乘積。系統(tǒng)累積故障函數(shù)為所有單元累積故障函數(shù)之乘積。l系統(tǒng)可靠性函數(shù)為系統(tǒng)可靠性函數(shù)為并聯(lián)系統(tǒng)組成單元數(shù)量越多，系統(tǒng)可靠度越大。并聯(lián)系統(tǒng)組成單元數(shù)量越多，系統(tǒng)可靠度越大。l設(shè)有一個(gè)由設(shè)有一個(gè)由n個(gè)相同且相互獨(dú)立的元件構(gòu)成的并聯(lián)系統(tǒng)。個(gè)相同且相互獨(dú)立的元件構(gòu)成的并聯(lián)系統(tǒng)。每個(gè)元件的失效分布均為參數(shù)為每個(gè)元

16、件的失效分布均為參數(shù)為的指數(shù)分布，試比較系的指數(shù)分布，試比較系統(tǒng)與單一元件的可靠性指標(biāo)。統(tǒng)與單一元件的可靠性指標(biāo)。niis)t (R)t (F11niiss)t (R)t (F)t (R1111例子例子l解解 元件的可靠性指標(biāo)l系統(tǒng)可靠性指標(biāo)11,)t(e)t(F,e)t(Rititinidt)e(dt) t (R)e()e(en) t (R) t (f) t ()e(endt) t (dF) t (f)e() t (F) t (R)e() t (F) t (F) t (Fnintssntnttsssnttssntssntnniis1211111111111111100111n=5n=3n=4

17、n=1n=200.10.20.30.40.50.60.70.80.910100200300400500600700800900 1000時(shí)間t系統(tǒng)可靠性Rs(t) 系統(tǒng)平均壽命與并聯(lián)元件數(shù)之間的關(guān)系圖n=1n=2n=5n=3n=400.00020.00040.00060.00080.0010.001201002003004005006007008009001000時(shí)間t系統(tǒng)故障率(t)系統(tǒng)故障率與并聯(lián)元件數(shù)之間的關(guān)系圖05001000150020002500300012345678910并聯(lián)元件數(shù)n系統(tǒng)平均壽命s 系統(tǒng)平均壽命與并聯(lián)元件數(shù)之間的關(guān)系圖)(,t ;)(,teeeeee)t (R)

18、t (R)t (dt)ee(dt)t (Ree)ee()e()t (R)t (Re)t (R)t (Rssttttttsssttsstttttiist0002122222323212222111111220202222121則并聯(lián)設(shè)當(dāng)組成單元失效率為常數(shù)，并聯(lián)系統(tǒng)（n=2）的失效率隨時(shí)間增加而增加，不是常數(shù)。系統(tǒng)壽命能提高/2s(t)tR1R2R3R1=0.90R2=0.80R3=0.60828060809060908090111113213121323212313232323223.RRRRRRR)RRRR(RRRRRRRR)R)(R(RRSii串串并聯(lián)模型并聯(lián)模型l并聯(lián)模型利用工作儲(chǔ)備來(lái)提

19、高系統(tǒng)的可靠性，但并聯(lián)模型利用工作儲(chǔ)備來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性，但卻未必能有效地提高系統(tǒng)的工作壽命，原因是在卻未必能有效地提高系統(tǒng)的工作壽命，原因是在這種模型中系統(tǒng)的壽命等于這種模型中系統(tǒng)的壽命等于n個(gè)并聯(lián)元件中最好個(gè)并聯(lián)元件中最好的元件的壽命。的元件的壽命。l旁聯(lián)模型（旁聯(lián)模型（stand-by system model）：在一個(gè)由）：在一個(gè)由n個(gè)元件組成的旁聯(lián)系統(tǒng)中，只有一個(gè)元件在工個(gè)元件組成的旁聯(lián)系統(tǒng)中，只有一個(gè)元件在工作，而其他元件則處于非工作狀態(tài)。當(dāng)工作元件作，而其他元件則處于非工作狀態(tài)。當(dāng)工作元件故障，通過一個(gè)故障監(jiān)測(cè)和轉(zhuǎn)換裝置而使得另一故障，通過一個(gè)故障監(jiān)測(cè)和轉(zhuǎn)換裝置而使得另一個(gè)元件工

20、作。個(gè)元件工作。旁聯(lián)模型旁聯(lián)模型S1S2SiSnS故障監(jiān)測(cè)和轉(zhuǎn)換裝置旁聯(lián)模型l假設(shè)故障監(jiān)測(cè)與轉(zhuǎn)換裝置的可靠性為1，單元Si的壽命為Ti，則該系統(tǒng)的壽命Ts為nsTTTT21l當(dāng)n個(gè)單元的故障分布均為指數(shù)分布，故障率均為時(shí)，可以證明，旁聯(lián)系統(tǒng)的可靠度為l以一個(gè)備用元件（n=2）的系統(tǒng)進(jìn)行比較。假定各工作元件均相同，故障率為。試比較單個(gè)元件、旁聯(lián)系統(tǒng)和并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度？tniintse)i ()t(n)t()t()t(te)t (R1113211321例子例子l解：元件可靠性函數(shù)為l并聯(lián)系統(tǒng)可靠性函數(shù)為l旁聯(lián)系統(tǒng)可靠性函數(shù)為teR0020022200RR)e(e) t (RttD000)ln1 (

21、)1 ()(0RRettRts0.0000.2000.4000.6000.8001.0000.000.200.400.600.801.00元件可靠度系統(tǒng)可靠度R0RSRDn因此RsRDR0，這是因?yàn)椴⒙?lián)系統(tǒng)的備用單元與工作單元都同時(shí)處于工作狀態(tài)，而旁聯(lián)系統(tǒng)則是當(dāng)工作單元失效后，才使用備用單元進(jìn)行工作。l有些復(fù)雜的系統(tǒng)需要利用網(wǎng)絡(luò)理論去描述及計(jì)算系統(tǒng)的可靠性。l利用全概率公式計(jì)算：在網(wǎng)絡(luò)型系統(tǒng)中選取一個(gè)關(guān)鍵單元，如選取A，分兩種情況討論：B1AB2C1C2RA=0.30RB1= RB2 =0.10RC1= RC2 =0.20網(wǎng)絡(luò)模型網(wǎng)絡(luò)模型l 若單元A正常工作，則系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為S1；l 若單元A失效

22、，則系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為S2。C1C2B1B2C1C2單元A正常工作時(shí)的系統(tǒng)S1單元A失效時(shí)的系統(tǒng)S2)R(RRR)A(P)A/(P)A(P)A/(PRAsAss121失效失效系統(tǒng)正常工作正常工作正常工作系統(tǒng)正常工作13572030103960303601039602010120101111136020120111112122112211.).(.)R(RRRR.).().()RR()RR(R.).().()R()R(RAsAssCBCBsccs 第一節(jié) 可靠性與可靠性工程 可靠度為零部件、元件、產(chǎn)品或系統(tǒng)在給定條件下運(yùn)行、操作或試驗(yàn)時(shí)，從0 t期間內(nèi)未發(fā)生故障的概率。 故障概率為當(dāng)零部件、元件、產(chǎn)品或

23、系統(tǒng)在給定條件下運(yùn)行、操作或試驗(yàn)時(shí)，從0t期間內(nèi)發(fā)生故障的概率。 F（t）= 1- R（t） 故障概率密度為當(dāng)零部件、元件、產(chǎn)品或系統(tǒng)在給定條件下運(yùn)行、操作或試驗(yàn)時(shí)，至?xí)r間t時(shí)，故障概率的變化率（或單位時(shí)間內(nèi)的故障概率）。dttdFtf)()(第一節(jié) 可靠性與可靠性工程 瞬時(shí)故障率即零部件、元件、產(chǎn)品或系統(tǒng)在給定條件下運(yùn)行、操作或試驗(yàn)時(shí)，至?xí)r間t時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的頻率。 )(1)()()(1)(tFtfdttdFtRt平均無(wú)故障工作時(shí)間是指發(fā)生故障前工作時(shí)間的平均值，也稱平均壽命。 平均修復(fù)時(shí)間是指產(chǎn)品或系統(tǒng)因某種原因停止運(yùn)行，經(jīng)修復(fù)后重新投入運(yùn)行所需時(shí)間的平均值。第一節(jié) 可靠性與可靠性

24、工程 工作系數(shù)也稱有效度或可利用度，為某一時(shí)間間隔內(nèi)，產(chǎn)品正常工作時(shí)間所占的比例或概率。dgggTTTK停運(yùn)系數(shù)也叫失效度或不可利用度，為某一時(shí)間間隔內(nèi)產(chǎn)品不能工作而停止運(yùn)行的時(shí)間所占的比例或概率。dgddTTTK第一節(jié) 可靠性與可靠性工程 可靠性設(shè)計(jì)包括：1）研究可靠性要求，確定可靠性總目標(biāo)。2）根據(jù)產(chǎn)品功能鏈，進(jìn)行可靠性分配，確定功能性零部件 或元件的可靠度。3）對(duì)零部件或元件的可靠度進(jìn)行可靠性分析、或失效影響 及后果分析。4）冗余設(shè)計(jì)與儲(chǔ)備方式以及可靠性與維修性設(shè)計(jì)等。 對(duì)零部件或元件的可靠度進(jìn)行可靠性試驗(yàn)驗(yàn)證，并綜合試驗(yàn)結(jié)果和以往經(jīng)驗(yàn)，對(duì)零部件、產(chǎn)品或系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。第一節(jié)

25、可靠性與可靠性工程 可靠性管理是根據(jù)用戶要求，在時(shí)間與費(fèi)用允許的條件下，為生產(chǎn)出高可靠性的產(chǎn)品，在設(shè)計(jì)、研制、生產(chǎn)、使用與維修等整個(gè)產(chǎn)品壽命期內(nèi)所進(jìn)行的計(jì)劃、組織、協(xié)調(diào)、控制等一系列管理工作的總稱。 第二節(jié) 可靠性分析 它是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，通過對(duì)系統(tǒng)各組成單元潛在的各種故障模式及其對(duì)系統(tǒng)功能的影響進(jìn)行分析，提出可能采取的預(yù)防改進(jìn)措施，以提高產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性。 第二節(jié) 可靠性分析 所謂描述產(chǎn)品、工藝等的功能，是指對(duì)它們的功能進(jìn)行鑒別、分類，研究什么是產(chǎn)品、系統(tǒng)、零部件，以及產(chǎn)品工藝、專業(yè)工藝或制造工序的工作目的，即在完成這些產(chǎn)品或工序后，應(yīng)達(dá)到什么狀態(tài)才是工作應(yīng)有的結(jié)果。即研究被考察的產(chǎn)品、零

26、部件、工藝、工序?yàn)槭裁次茨芡瓿伤念A(yù)定功能，其結(jié)果導(dǎo)致了什么性質(zhì)的缺陷或故障？這些缺陷或故障的性質(zhì)或類型叫做故障模型。 這是指故障對(duì)功能影響的嚴(yán)重程度，研究被描述的故障模型將發(fā)生什么結(jié)果，其結(jié)果將對(duì)產(chǎn)品、工藝或工序產(chǎn)生怎樣的影響？第二節(jié) 可靠性分析 故障原因分為內(nèi)因和外因兩類。內(nèi)因是指故障的機(jī)理，外因往往是零部件所受的應(yīng)力條件。 危險(xiǎn)度是表示一個(gè)具體故障模型造成故障的嚴(yán)重程度的一個(gè)尺度。它是由故障發(fā)生的概率、故障影響度和故障檢出的難易度構(gòu)成的一個(gè)綜合性指標(biāo)，按上述3項(xiàng)數(shù)值的乘積計(jì)算。 故障模型與效應(yīng)分析一般涉及下述的幾個(gè)步驟： 1）列出系統(tǒng)、產(chǎn)品的組成單元及各單元的功能。 2）分析功能之間的作

27、用關(guān)系或影響關(guān)系。 3）準(zhǔn)確地找出潛在故障模式及其對(duì)用戶可能造成的嚴(yán) 重后果（故障發(fā)生的概率、故障影響度、故障檢出 的難易度）。第二節(jié) 可靠性分析 4）計(jì)算危險(xiǎn)度，從而查明薄弱點(diǎn)。5）擬定設(shè)計(jì)改進(jìn)方案及其實(shí)施計(jì)劃。6）改進(jìn)方案實(shí)施后，修改故障模式與效應(yīng)分析。故障模式與效應(yīng)分析主要用于下列情況：1）與安全有關(guān)的系統(tǒng)、組件或產(chǎn)品。2）會(huì)造成嚴(yán)重后果或后果代價(jià)巨大的潛在的故障模式。3）主要的新產(chǎn)品。4）新技術(shù)、新材料和新工藝，尤其是當(dāng)它們?cè)谇半A段 開發(fā)時(shí)未有足夠保障的情況下。5）概念或功能上的變化。 6）重新使用過去有問題的組件。 7）使用現(xiàn)有產(chǎn)品方面出現(xiàn)了新情況。第二節(jié) 可靠性分析 所謂故障樹分析

28、，就是根據(jù)故障樹，確定系統(tǒng)故障原因的各種可能組合方式及其發(fā)生概率，并計(jì)算系統(tǒng)的故障概率，進(jìn)而采取相應(yīng)的措施，以提高系統(tǒng)質(zhì)量的一種設(shè)計(jì)分析方法。故障樹分析包括下述的幾個(gè)步驟：1）對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的分析，不僅要分析系統(tǒng)的功能、環(huán)境 條件、資源、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，還要分析組件的相互作用、系 統(tǒng)對(duì)不同環(huán)境條件的反應(yīng)及內(nèi)在故障。2）查明引起不良后果的故障，并查明故障特征。3）確定可靠性參數(shù)，這些參數(shù)包括在一定時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)發(fā)生 故障的次數(shù)，和停機(jī)時(shí)間等信息。4）查明造成不良后果的、可能發(fā)生在組件和功能要素上的 故障。5）從不良后果開始，繪制故障樹。第二節(jié) 可靠性分析 6）分析故障樹。典型的分析結(jié)果是：可以導(dǎo)致不良后果

29、的 故障綜合體；出現(xiàn)故障綜合體的概率；出現(xiàn)不良后果的 概率；導(dǎo)致不良后果的故障綜合體的最小概率。7）解釋這些結(jié)果，并將其納入故障模式與效應(yīng)分析行動(dòng)計(jì) 劃之內(nèi)?？煽啃苑治隹煽啃苑治? 故障模式與影響分析（FMEA）4 故障樹分析（FTA）lfailure mode and effect analysis，F(xiàn)MEAl 在設(shè)計(jì)過程中，通過對(duì)產(chǎn)品各組成單元潛在在設(shè)計(jì)過程中，通過對(duì)產(chǎn)品各組成單元潛在的各種故障模式及其對(duì)產(chǎn)品功能的影響進(jìn)行分析，的各種故障模式及其對(duì)產(chǎn)品功能的影響進(jìn)行分析，提出可能采取的預(yù)防改進(jìn)措施，以提高產(chǎn)品可靠提出可能采取的預(yù)防改進(jìn)措施，以提高產(chǎn)品可靠性的一種設(shè)計(jì)方法。性的一種設(shè)計(jì)方法。

30、l用途：用途：l 發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)中的薄弱環(huán)節(jié)，有助于設(shè)計(jì)人員有針對(duì)性地采取改進(jìn)措施；l 協(xié)助確定可靠性關(guān)鍵件和重要件，它們是改進(jìn)設(shè)計(jì)、可靠性增長(zhǎng)、生產(chǎn)質(zhì)量控制的主要對(duì)象；l 為產(chǎn)品的檢驗(yàn)程序、故障測(cè)試點(diǎn)的設(shè)置、維修分析、保障分析提供信息。故障模式及影響分析（故障模式及影響分析（FMEAFMEA）l產(chǎn)品故障的一種表現(xiàn)形式。產(chǎn)品故障的一種表現(xiàn)形式。l如斷裂、接觸不良、泄漏、腐蝕等如斷裂、接觸不良、泄漏、腐蝕等。故障模式故障模式n每種故障模式對(duì)產(chǎn)品使用、功能或狀態(tài)所導(dǎo)致的后果。每種故障模式對(duì)產(chǎn)品使用、功能或狀態(tài)所導(dǎo)致的后果。n 局部影響是指該故障模式對(duì)當(dāng)前所分析層次產(chǎn)品的局部影響是指該故障模式對(duì)當(dāng)前

31、所分析層次產(chǎn)品的影響；影響；n 高一層次影響是指對(duì)當(dāng)前所分析層次高一層的產(chǎn)品高一層次影響是指對(duì)當(dāng)前所分析層次高一層的產(chǎn)品的影響；的影響；n 最終影響是指對(duì)最高層次產(chǎn)品的影響。最終影響是指對(duì)最高層次產(chǎn)品的影響。故障影響故障影響嚴(yán)重度嚴(yán)重度n某故障模式所產(chǎn)生后果的嚴(yán)重程度。某故障模式所產(chǎn)生后果的嚴(yán)重程度。n類類災(zāi)難的；災(zāi)難的；類類致命的；致命的；n類類臨界的；臨界的；類類輕度的輕度的故障模式與影響分析表初始約定層次 任務(wù) 審核 第 頁(yè) 共 頁(yè)約定層次 分析人員 批準(zhǔn) 填表日期 故障影響代碼產(chǎn)品功能標(biāo)志功能故障模式故障原因任務(wù)階段與工作方式局部影響高一層次的影響最終影響故障檢測(cè)方法補(bǔ)償措施嚴(yán)酷度類別

32、備注12345678910111213典型的 FMEA 表格FMEA分析表分析表l 列出產(chǎn)品（系統(tǒng)）中各部件的名稱編號(hào)；列出產(chǎn)品（系統(tǒng)）中各部件的名稱編號(hào)；l 假設(shè)并列出可能發(fā)生的所有失效模式；假設(shè)并列出可能發(fā)生的所有失效模式；l 說(shuō)明各失效模式對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響；說(shuō)明各失效模式對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響；l 指出失效的危害程度；指出失效的危害程度；l 提出防止失效的糾正方法和補(bǔ)救措施。提出防止失效的糾正方法和補(bǔ)救措施。FMEA的工作程序的工作程序2.2.故障模式故障模式l 徹底尋清失效模式至關(guān)重要。徹底尋清失效模式至關(guān)重要。l 1 1）基本故障模式）基本故障模式l（如：提前啟動(dòng)；在規(guī)定時(shí)刻停機(jī)失效；在規(guī)

33、定時(shí)刻啟動(dòng)（如：提前啟動(dòng)；在規(guī)定時(shí)刻停機(jī)失效；在規(guī)定時(shí)刻啟動(dòng)失效等。）失效等。）l 2 2）可能發(fā)生的故障模式。）可能發(fā)生的故障模式。 l（如：結(jié)構(gòu)失效（如：結(jié)構(gòu)失效( (破損破損) )；機(jī)械上卡?。徽耦?；機(jī)械上卡住；振顫 ；不能開；不能開（關(guān)）；誤開（關(guān)）；內(nèi)（外）漏；超出允許上（下）限；（關(guān)）；誤開（關(guān)）；內(nèi)（外）漏；超出允許上（下）限；流動(dòng)不暢流動(dòng)不暢 ；錯(cuò)誤動(dòng)作；提前（滯后）運(yùn)行；輸出量過大；錯(cuò)誤動(dòng)作；提前（滯后）運(yùn)行；輸出量過大（?。?；電路開（斷）等。）（?。浑娐烽_（斷）等。） 3 3 、FMEAFMEA的分析方法的分析方法l 進(jìn)行進(jìn)行FMEAFMEA的目的是為了研究產(chǎn)品的目的是為

34、了研究產(chǎn)品故障故障對(duì)系對(duì)系統(tǒng)工作所產(chǎn)生的后果和影響，并將每一可能的統(tǒng)工作所產(chǎn)生的后果和影響，并將每一可能的故故障障模式按其危害度進(jìn)行分類，并采取必要的糾正模式按其危害度進(jìn)行分類，并采取必要的糾正措施。措施。初步設(shè)計(jì)階段進(jìn)行FMEA對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)定對(duì)多個(gè)方案進(jìn)行比較lFMEA可以迅速暴露比較明顯的故障模式確定單個(gè)故障。有些故障略加設(shè)計(jì)更改消除重復(fù)進(jìn)行FMEA消除或減少已確定的故障模式的影響功能法l FMEAFMEA的基本方法還包括硬件法。采用哪種的基本方法還包括硬件法。采用哪種分析方法，通常根據(jù)設(shè)計(jì)復(fù)雜程度的不同和可利分析方法，通常根據(jù)設(shè)計(jì)復(fù)雜程度的不同和可利用的數(shù)據(jù)的差異來(lái)確定。用的數(shù)據(jù)的差

35、異來(lái)確定。l 硬件法是列出各個(gè)硬件產(chǎn)品，并對(duì)它們可能硬件法是列出各個(gè)硬件產(chǎn)品，并對(duì)它們可能出現(xiàn)的出現(xiàn)的故障故障模式加以分析。功能法認(rèn)為每個(gè)產(chǎn)品模式加以分析。功能法認(rèn)為每個(gè)產(chǎn)品用于完成多個(gè)功能用于完成多個(gè)功能 。l假如高壓鍋是由鍋體、鍋蓋、手柄、密封圈、排氣管及降假如高壓鍋是由鍋體、鍋蓋、手柄、密封圈、排氣管及降壓發(fā)閥等部件組成，這些部件的故障模式及其后果影響和壓發(fā)閥等部件組成，這些部件的故障模式及其后果影響和危害程度如下表。危害程度如下表。部 件 名 稱故 障 模 式后 果 影 響危 險(xiǎn) 度改 進(jìn) 措 施鍋 體鍋 蓋手 柄密 封 圈排 氣 管降 壓 閥接 觸 面 碰 傷接 觸 面 碰 傷損 壞變 形 、 老 化堵 塞丟 失漏 氣 、 開 蓋 困 難漏 氣 、 開 蓋 困 難合 蓋 困 難 、 移 動(dòng) 不 便漏 氣 、 完 成 任 務(wù) 欠 佳鍋 內(nèi) 壓 力 過 高壓 力 不 夠 、 漏 氣 不 能 快 速 蒸 熟輕 度 的輕 度 的輕 度 的輕 度 的致 命 的輕 度 的使 用 說(shuō) 明 書 提 示使 用 說(shuō) 明 書 提 示增 加 固 定 牢 度用 新 材 質(zhì) 代 替 ， 增 加 備 件使 用 雙 保 險(xiǎn) 安 全 閥重 配lfault tree analysis，F(xiàn)TAl 以系統(tǒng)不希望發(fā)生的一個(gè)事件（頂事件）作為分析的以系統(tǒng)不希望發(fā)生的一個(gè)事件（頂事件）作為