產(chǎn)品可靠性培訓(xùn)

1、可靠性技術(shù)可靠性技術(shù)一、產(chǎn)品可靠性的概念一、產(chǎn)品可靠性的概念 n具有優(yōu)良的技術(shù)性能指標(biāo)是否是高質(zhì)量的產(chǎn)品？n僅僅用產(chǎn)品技術(shù)性能指標(biāo)不能反映產(chǎn)品質(zhì)量的全貌。產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)是產(chǎn)品技術(shù)性能指標(biāo)和產(chǎn)品可靠性指標(biāo)的綜合。n可靠性指標(biāo)和技術(shù)性能指標(biāo)的區(qū)別？ 一、產(chǎn)品可靠性的概念一、產(chǎn)品可靠性的概念 n可靠性：指產(chǎn)品（包括零件和元器件、整機(jī)設(shè)備、系統(tǒng)）在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定的能力。 三個規(guī)定n對于可靠性的理解應(yīng)注意：明確產(chǎn)品可靠性研究的對象 必須明確產(chǎn)品可靠性所規(guī)定的條件 必須明確所規(guī)定的時(shí)間 必須明確產(chǎn)品所需完成規(guī)定的功能 一、產(chǎn)品可靠性的概念一、產(chǎn)品可靠性的概念 n 對于可修復(fù)產(chǎn)品來說，

2、可靠性可靠性的含義應(yīng)指產(chǎn)品在其整個壽命周期內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。n故障故障：產(chǎn)品或產(chǎn)品的一部分不能或?qū)⒉荒芡瓿梢?guī)定功能的事件或狀態(tài)叫出故障，對某些產(chǎn)品如電子元器件等亦稱失效。分為：n致命性故障：致命性故障：產(chǎn)品不能完成規(guī)定任務(wù)或可能導(dǎo)致重大損失n系統(tǒng)性故障：系統(tǒng)性故障：由某一固有因素引起，以特定形式出現(xiàn)的n偶然故障：偶然故障：由于偶然因素引起得故障一、產(chǎn)品可靠性的概念一、產(chǎn)品可靠性的概念n可靠性需要滿足：n1）不發(fā)生故障n2）發(fā)生故障后能方便地、及時(shí)地修復(fù)，以保持良好功能狀態(tài)能力，即要有良好的維修性。n維修性維修性是指在規(guī)定條件下使用的產(chǎn)品在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，按規(guī)定的程序和方法進(jìn)行維修時(shí)，保持和恢

3、復(fù)到能完成規(guī)定功能的能力。 一、產(chǎn)品可靠性的概念一、產(chǎn)品可靠性的概念 n可靠度函數(shù)可靠度函數(shù) 可靠度可靠度是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。它是時(shí)間的函數(shù)，以R(t)表示。若用T表示在規(guī)定條件下的壽命（產(chǎn)品首次發(fā)生失效的時(shí)間），則則“產(chǎn)品在時(shí)產(chǎn)品在時(shí)間間t內(nèi)完成規(guī)定功能內(nèi)完成規(guī)定功能”等價(jià)于等價(jià)于“產(chǎn)品壽命產(chǎn)品壽命T大于大于t”。 所以可靠度函數(shù)可靠度函數(shù)R(t)可以看作事件“Tt”概率，即 其中f(t)為概率密度函數(shù))()(tTPtRtdttf)(一、產(chǎn)品可靠性的概念一、產(chǎn)品可靠性的概念 n可靠度函數(shù)可靠度函數(shù) 產(chǎn)品的失效分布函數(shù)： 顯然： 可靠度R(t)可以用統(tǒng)計(jì)方法

4、來估計(jì)。設(shè)有N個產(chǎn)品在規(guī)定的條件下開始使用。 令開始工作的時(shí)刻 t取為0，到指定時(shí)刻t時(shí)已發(fā)生失效數(shù)n(t), 亦即在此時(shí)刻尚能繼續(xù)工作的產(chǎn)品數(shù)為N-n(t)， 則可靠度的估計(jì)值（又稱經(jīng)驗(yàn)可靠度）為 tdttftTPtF0)()()(1)()(tFtRNtnNtR)()(一、產(chǎn)品可靠性的概念一、產(chǎn)品可靠性的概念n例17.1某電子器件110只的失效時(shí)間經(jīng)分組整理后如表171所示，試估計(jì)他的可靠度函數(shù)。n見書P209二、失效率和失效率曲線二、失效率和失效率曲線 n 產(chǎn)品的失效率產(chǎn)品的失效率 一般定義：失效率是工作到某時(shí)刻尚未失效的產(chǎn)品，在該時(shí)刻后單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的概率。一般記為, 它也是時(shí)間t的

5、函數(shù), 故也記為(t), 稱為失效率函數(shù), 有時(shí)也稱為故障率函數(shù)或風(fēng)險(xiǎn)函數(shù)。 設(shè)在t=0時(shí)有N個產(chǎn)品投試，到時(shí)刻t已有n(t)個產(chǎn)品失效，尚有N-n(t) 個產(chǎn)品在工作。再過t時(shí)間，即到t+t時(shí)刻， 有n(t)=n(t+t)-n(t) 個產(chǎn)品失效。 產(chǎn)品在時(shí)刻t前未失效而在時(shí)間（t, tt）內(nèi)失效率為 ，單位時(shí)間失效頻率 1)()(tFtR)()(tnNtn)(1)()(tnNttnt二、失效率和失效率曲線二、失效率和失效率曲線 n 產(chǎn)品的失效率產(chǎn)品的失效率 失效率是在時(shí)刻t尚未失效產(chǎn)品在t+t的單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的條件概率，即 由條件概率公式的性質(zhì)和時(shí)間的包含關(guān)系，可知 ttTttTtPtt

6、)/(lim)(0)()()()()()/(tRtFttFtTPttTtPtTttTtP)()()()()(1)()(lim)(0tRtftRtFtRttFttFtt二、失效率和失效率曲線二、失效率和失效率曲線 n 產(chǎn)品的失效率產(chǎn)品的失效率 失效率的單位： 國際上還采用“菲特“（FIT）作為高可靠性產(chǎn)品的失效率單位，為10-9/h 失效率越小，可靠性越高。失效率越小，可靠性越高。 httnNn/%*)(/(hh5461010( 1101000( 11（個）個）（個）個）菲特二、失效率和失效率曲線二、失效率和失效率曲線 n失效率曲線與失效類型失效率曲線與失效類型 失效率曲線浴盆曲線 ： （1）早

7、期失效期為遞減型。產(chǎn)品使用的早期，失效率較高而下降很快。主要由于設(shè)計(jì)、制造、貯存、運(yùn)輸?shù)刃纬傻娜毕?，以及調(diào)試、跑合、起動不當(dāng)?shù)热藶橐蛩厮斐傻摹?使產(chǎn)品失效率達(dá)到偶然失效期的時(shí)間使產(chǎn)品失效率達(dá)到偶然失效期的時(shí)間t t0 0稱為交付使用點(diǎn)。稱為交付使用點(diǎn)。 （2）偶然失效期為恒定型，主要由非預(yù)期的過載、誤操作、意外的天災(zāi)以及一些尚不清楚的偶然因素所造成。由于失效原因多屬偶然，故稱為偶然失效期。偶然失效期是能有效工作的時(shí)期，這段時(shí)間稱為有效壽命。為降低偶然失效期的失效率而增長有效壽命，應(yīng)注意提高產(chǎn)品的質(zhì)量，精心使用維護(hù)。 （3）耗損失效期，失效率是遞增型。失效率上升較快，這是由于產(chǎn)品已經(jīng)老化、疲勞

8、、磨損、蠕變、腐蝕等所謂有耗損的原因所引起的，故稱為耗損失效期。針對耗損失效的原因，應(yīng)該注意檢查、監(jiān)控、預(yù)測耗損開始的時(shí)間，提前維修，使失效率仍不上升。當(dāng)然，修復(fù)若需花很大費(fèi)用而延長壽命不多，則不如報(bào)廢更為經(jīng)濟(jì)。 二、失效率和失效率曲線二、失效率和失效率曲線 二、失效率和失效率曲線二、失效率和失效率曲線 n 常用的失效分布常用的失效分布 * 指數(shù)分布* 威布爾分布 二、失效率和失效率曲線二、失效率和失效率曲線n我們知道 F(t)=1-R(t), 微分后可得。再由（17.1）式可得：n解此微分方程， 可得可靠度函數(shù)： n于是得)()()(tRtRttdxxtR0)(exp)(tdxxttf0)(

9、exp).()(二、失效率和失效率曲線二、失效率和失效率曲線n當(dāng) 時(shí)，產(chǎn)品壽命的密度函數(shù) n其分布函數(shù)F(t)與可靠度R(t)分布為 n n這個分布函數(shù)為指數(shù)分布，它的數(shù)學(xué)期望（即均值）為：)(ttetf.)(tetF1)(tetR)(1)()(00dttedtttfTEt三、系統(tǒng)可靠性三、系統(tǒng)可靠性 n 根據(jù)不同對象分成單元可靠性與系統(tǒng)可靠性兩個方面。前者把產(chǎn)品作為整體考慮，后者則注重于產(chǎn)品內(nèi)部的功能關(guān)系。n 系統(tǒng)的可靠性在很大程度上取決于零部件的可靠性。n 可靠性預(yù)測：可靠性預(yù)測：是一種根據(jù)所得的有效率數(shù)據(jù)計(jì)算器件或系統(tǒng)可能達(dá)到的可靠性指標(biāo)或?qū)τ趯?shí)際應(yīng)用的產(chǎn)品計(jì)算出它在特定條件下完成規(guī)定功

10、能的概率的預(yù)報(bào)方法。目的：1）協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)及指標(biāo)，提高產(chǎn)品的可靠性 2）進(jìn)行方案比較，選擇最佳方案 3）發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，提出改進(jìn)措施 方法：1）數(shù)學(xué)模型法。 2）布爾真值表法，又稱狀態(tài)枚舉法。系統(tǒng)中每個單元都有“成功”和“失效”兩個狀態(tài)，將系統(tǒng)中所有的組合列出，然后列出系統(tǒng)“成功”和“失敗”的狀態(tài)，最后進(jìn)行系統(tǒng)可靠度的計(jì)算。若系統(tǒng)有n個單元，而每個單元又有兩個狀態(tài)， 則n 個單元所構(gòu)成的系統(tǒng)共有2n個 狀態(tài)。 三、系統(tǒng)可靠性三、系統(tǒng)可靠性 n 可靠性分配可靠性分配 把系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)對系統(tǒng)中的子系統(tǒng)或部件進(jìn)行合理分配的過程。 分配原則： 技術(shù)水平。 復(fù)雜程度。 重要程度。 任務(wù)情況。 一般還要受

11、費(fèi)用、重量、尺寸等條件的約束?？傊?，最終都是力求以最小的代價(jià)來達(dá)到系統(tǒng)可靠性的要求。 三、系統(tǒng)可靠性三、系統(tǒng)可靠性 n 可靠性分配可靠性分配 等分配方法：本方法用于設(shè)計(jì)初期，對各單元可靠性資料掌握很少，故假定各單元條件相同。串聯(lián)系統(tǒng) 并聯(lián)系統(tǒng) 混聯(lián)系統(tǒng) niRRnsi., 2, 11niRFFnsni,.,2 , 1)1 (11三、系統(tǒng)可靠性三、系統(tǒng)可靠性n例1 設(shè)系統(tǒng)由n個相互獨(dú)立的元器件串連而成，假如每個元器件的失效率皆為常數(shù)，且分別為 ，求此串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度、失效率與平均壽命。n解：因?yàn)槭蕿槌?shù)的失效分布為指數(shù)分布，故每個元器件的壽命都服從指數(shù)分布，其可靠度為： 由獨(dú)立性，可求得此系

12、統(tǒng)的可靠度為n若記 可見此串聯(lián)系統(tǒng)的壽命仍服從指數(shù)分布，平均壽命為n,21tiietR)()(exp)()(211nniisttRtRns21s1三、系統(tǒng)可靠性三、系統(tǒng)可靠性n例2 設(shè)系統(tǒng)由n個相互獨(dú)立的元器件并聯(lián)而成，假如每個元器件的失效率皆為同 一常數(shù)， 求此并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度與平均壽命。三、系統(tǒng)可靠性三、系統(tǒng)可靠性 n 故障樹分析故障樹分析 概念：在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中通過對可能造成系統(tǒng)失效的各種因素（包括硬件、軟件、環(huán)境、人為因素）進(jìn)行分析，畫出邏輯框圖，從而確定系統(tǒng)失效原因的各種可能組合方式或其發(fā)生概率，以計(jì)算系統(tǒng)失效概率，采取相應(yīng)的糾正措施，以提高系統(tǒng)可靠性的一種設(shè)計(jì)分析方法。 英文全名為

13、Fault Tree Analysis,簡稱FTA。 最不希望發(fā)生的故障狀態(tài)作為邏輯分析的目標(biāo)，在故障樹中稱為頂事件 ；繼而找出導(dǎo)致這一故障狀態(tài)發(fā)生的所有可能直接原因，在故障樹中稱為中間事件；追尋到引起中間事件發(fā)生的全部部件狀態(tài)，在故障樹中稱為底事件。 三、系統(tǒng)可靠性三、系統(tǒng)可靠性 n 故障樹分析故障樹分析 故障樹是一種特殊的倒立樹狀邏輯因果關(guān)系圖，它用事件符號、邏輯門符號和轉(zhuǎn)移符號描述系統(tǒng)中各種事件之間的因果關(guān)系。 “底事件”是導(dǎo)致其事件的原因事件，位于所討論故障樹底端。 “結(jié)果事件”是由其它事件或事件組合所導(dǎo)致的事件。它總是位于某個邏輯門的輸出端。 故障樹的建立步驟故障樹的建立步驟 ：1）

14、熟悉并分析對象；2）選定頂事件；3）故障樹的構(gòu)造與簡化；4）計(jì)算分析；5）評價(jià)改進(jìn)。 三、系統(tǒng)可靠性三、系統(tǒng)可靠性n故障樹分析故障樹分析一、軟件可靠性的背景一、軟件可靠性的背景 n隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和發(fā)展，硬件可靠性技術(shù)日趨成熟，軟件可靠性問題變得日益突出。美國軍用裝備中軟件成本在總成本中的比重已從1955年的不到20%增加到1985年的90%以上。在軟件開發(fā)的早期階段，軟件產(chǎn)品像是在手工業(yè)個體作坊中制造出來的工藝品，不是現(xiàn)代化嚴(yán)格科學(xué)管理下生產(chǎn)出來的工業(yè)品，因此，軟件可靠性是當(dāng)今可靠性工程研究領(lǐng)域中的新課題。 軟件可靠性一、軟件可靠性的概念一、軟件可靠性的概念 n定義：軟件按規(guī)定的條件，在

15、規(guī)定的時(shí)間內(nèi)運(yùn)行而不發(fā)生故障的能力。 n所謂按規(guī)定的條件主要是指軟件的運(yùn)行（使用）環(huán)境，它涉及軟件運(yùn)行所需要的一切支持系統(tǒng)及有關(guān)的因素，如支持硬件、操作系統(tǒng)及其他支持軟件、輸入數(shù)據(jù)的規(guī)定格式和范圍、操作規(guī)程等。 一、軟件可靠性的概念一、軟件可靠性的概念 n故障率也是度量軟件可靠性的直觀指標(biāo)。和硬件可靠性相似，在軟件的壽命周期中，也有早期故障期和偶然故障期。早期故障率也高于偶然故障期的故障率，但軟件不存在故障率呈增長趨勢的耗損故障期，軟件的缺陷糾正一個就減少一個，不會重復(fù)出現(xiàn)。 二、保證軟件可靠性的工程方二、保證軟件可靠性的工程方法法 n為了保證軟件的可靠性，應(yīng)在軟件壽命周期的為了保證軟件的可靠

16、性，應(yīng)在軟件壽命周期的各個階段千方百計(jì)地減少缺陷。軟件開發(fā)周期各個階段千方百計(jì)地減少缺陷。軟件開發(fā)周期錯誤和軟件故障分類的百分?jǐn)?shù)分別如表錯誤和軟件故障分類的百分?jǐn)?shù)分別如表1和表和表2所示。所示。 二、保證軟件可靠性的工程方二、保證軟件可靠性的工程方法法 n由表1、表2的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，在軟件壽命周期的各個階段都可能發(fā)生軟件錯誤或故障。而需求分析和軟件設(shè)計(jì)階段發(fā)生錯誤或故障的比重占多數(shù)。n 同時(shí)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)同樣表明，軟件錯誤的改正所需費(fèi)用也是越晚越高。ttTttTtPtt)/(lim)(0二、保證軟件可靠性的工程方二、保證軟件可靠性的工程方法法 n為保證軟件可靠性，在其壽命周期各個階段需要采取如下的

17、措施： n（1）需求分析階段 本階段主要措施是，全面理解用戶的使用要求、使用條件和軟件功能，在全面分析和與用戶充分交換意見的基礎(chǔ)上，制訂出軟件的技術(shù)規(guī)格書。該規(guī)格書要說明測試軟件的方法，有完整的軟件技術(shù)要求，用語要準(zhǔn)確和規(guī)范。 二、保證軟件可靠性的工程方二、保證軟件可靠性的工程方法法 n（2）設(shè)計(jì)階段 在軟件設(shè)計(jì)階段，要把軟件的技術(shù)要求轉(zhuǎn)換成設(shè)計(jì)方案。此時(shí)，可采取如下的方法。自頂向下設(shè)計(jì)；采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)；容錯設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)評審；標(biāo)準(zhǔn)）模塊化設(shè)計(jì)；制訂和貫徹軟件可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。 二、保證軟件可靠性的工程方二、保證軟件可靠性的工程方法法 n（3）編碼階段 編碼就是把設(shè)計(jì)方案變成計(jì)算機(jī)語言，也就是所

18、謂的編程序。編碼產(chǎn)生的缺陷也是軟件缺陷的一個主要來源。常見的編碼缺陷有：鍵入錯代碼、原始數(shù)據(jù)輸入錯誤（含單位不一致等）、用了被零除這類不正確表達(dá)式等。n 應(yīng)在編碼過程中盡可能早地查出缺陷并予以改正。二、保證軟件可靠性的工程方二、保證軟件可靠性的工程方法法 n（4）檢驗(yàn)階段 檢驗(yàn)階段主要任務(wù)是發(fā)現(xiàn)軟件中的缺陷，并加以清除。這個階段對于保證軟件的可靠性是很關(guān)鍵的。n 為了查找缺陷，首先要對軟件進(jìn)行靜、動態(tài)調(diào)試。此時(shí)，需檢查源程序的結(jié)構(gòu)、方法和過程間的接口是否有誤，運(yùn)行時(shí)是否存在不必要的功能，檢查“要求”、“數(shù)據(jù)”、“結(jié)果”和“內(nèi)部程序工作狀態(tài)”對應(yīng)關(guān)系是否正確。n 軟件的測試按模塊測試、整體測試和

19、系統(tǒng)測試的次序依次進(jìn)行，最終確認(rèn)軟件的全部功能能否正確而完全地實(shí)現(xiàn)。二、保證軟件可靠性的工程方二、保證軟件可靠性的工程方法法 n（5）維護(hù)階段 軟件交付使用后，要對使用中發(fā)現(xiàn)的殘存缺陷進(jìn)行糾正。同時(shí)，由于軟件的運(yùn)行環(huán)境和調(diào)試時(shí)不盡相同，也需對軟件進(jìn)行必要的修改、補(bǔ)充和完善。此時(shí)用戶也可能提出一些新的要求。此外，還應(yīng)經(jīng)常研究出錯的記錄，前后對照和分析，弄清楚軟件是否存在某種隱患。 二、失效率和失效率曲線二、失效率和失效率曲線 n失效率曲線與失效類型失效率曲線與失效類型 失效率曲線浴盆曲線 ： （1）早期失效期為遞減型。產(chǎn)品使用的早期，失效率較高而下降很快。主要由于設(shè)計(jì)、制造、貯存、運(yùn)輸?shù)刃纬傻娜毕?，以及調(diào)試、跑合、起動不當(dāng)?shù)热藶橐蛩厮斐傻摹?使產(chǎn)品失效率達(dá)到偶然失效期的時(shí)間t0稱為交付使用點(diǎn)