機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)—概論及特征量(第一講)—2015 (2)

1、第第1章章 緒緒 論論第第2章章 可靠性數(shù)學(xué)基礎(chǔ)可靠性數(shù)學(xué)基礎(chǔ)第第3章章 機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)原理與可靠度設(shè)計(jì)機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)原理與可靠度設(shè)計(jì)第第4章章 機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)第第5章章 故障模式影響及危害（故障模式影響及危害（FMECA）與故障樹分析）與故障樹分析第第6章章 機(jī)械零部件的可靠性設(shè)計(jì)機(jī)械零部件的可靠性設(shè)計(jì)第第7章章 機(jī)械可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)及可靠性提高（簡(jiǎn)介）機(jī)械可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)及可靠性提高（簡(jiǎn)介）第第1章章 緒緒 論論1.1可靠性研究的歷史可靠性研究的歷史1.2可靠性研究的意義可靠性研究的意義1.3可靠性的定義及基本內(nèi)容可靠性的定義及基本內(nèi)容1.4可靠性的特征量可靠性的特征量可

2、靠性研究的歷史可靠性研究的歷史 可靠性工程的誕生可追溯到可靠性工程的誕生可追溯到20世紀(jì)世紀(jì)40年代年代。 第二次世界大戰(zhàn)期間，德第二次世界大戰(zhàn)期間，德國(guó)的國(guó)的V1火箭飛彈被大量用于攻火箭飛彈被大量用于攻擊英國(guó)東南部目標(biāo)和歐洲大陸擊英國(guó)東南部目標(biāo)和歐洲大陸的各種目標(biāo)。英國(guó)稱之為的各種目標(biāo)。英國(guó)稱之為“有有翼飛彈翼飛彈”或或“飛機(jī)飛彈飛機(jī)飛彈”。這。這種飛彈長(zhǎng)種飛彈長(zhǎng)26英尺英尺(7.90米米)，采用中單翼，裝有一臺(tái)簡(jiǎn)單的采用中單翼，裝有一臺(tái)簡(jiǎn)單的脈沖噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)脈沖噴氣發(fā)動(dòng)機(jī). 在研制中，提出了火箭系在研制中，提出了火箭系統(tǒng)的可靠性等于所有元器件可統(tǒng)的可靠性等于所有元器件可靠度乘積的理論靠度乘積

3、的理論. 20世紀(jì)世紀(jì)50年代初期，美國(guó)為了發(fā)展軍事需要，先后成立年代初期，美國(guó)為了發(fā)展軍事需要，先后成立了可靠性問(wèn)題的研究機(jī)構(gòu)。了可靠性問(wèn)題的研究機(jī)構(gòu)。1957年年6月月4日，美國(guó)發(fā)布了日，美國(guó)發(fā)布了軍用電子設(shè)備可靠性報(bào)告軍用電子設(shè)備可靠性報(bào)告，這就是著名的，這就是著名的“AGREE”報(bào)告，可靠性工程學(xué)發(fā)展的報(bào)告，可靠性工程學(xué)發(fā)展的奠基性文件奠基性文件。 1961年年4月月12日世界上第一艘載人宇宙飛船日世界上第一艘載人宇宙飛船“ 東方東方”號(hào)號(hào)在蘇聯(lián)發(fā)射升空在蘇聯(lián)發(fā)射升空 。對(duì)可靠性提出了。對(duì)可靠性提出了0.999的概率要求。的概率要求。宇航員加加林宇航員加加林東方號(hào)東方號(hào) 1958年，日

4、本科學(xué)技術(shù)聯(lián)盟成立了年，日本科學(xué)技術(shù)聯(lián)盟成立了”可靠可靠性研究委員會(huì)性研究委員會(huì)”，專門對(duì)可靠性工作進(jìn)行，專門對(duì)可靠性工作進(jìn)行研究。研究。 20世紀(jì)世紀(jì)70年代，人們對(duì)非電子設(shè)備（機(jī)械年代，人們對(duì)非電子設(shè)備（機(jī)械設(shè)備）可靠性開始重視。設(shè)備）可靠性開始重視。 20世紀(jì)世紀(jì)80年代，可靠性研究朝廣度和深度年代，可靠性研究朝廣度和深度發(fā)展，中心內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)可靠性保證。發(fā)展，中心內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)可靠性保證。 20世紀(jì)世紀(jì)90年代，隨著軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，年代，隨著軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，軟件可靠性問(wèn)題的重要性更加突出。軟件可靠性問(wèn)題的重要性更加突出。 p我國(guó)對(duì)可靠性科學(xué)和技術(shù)的研究也有較長(zhǎng)的歷史，大約我國(guó)對(duì)可靠性

5、科學(xué)和技術(shù)的研究也有較長(zhǎng)的歷史，大約從從20世紀(jì)世紀(jì)50年代初期研制年代初期研制“兩彈一星兩彈一星”就開設(shè)。就開設(shè)。 20世紀(jì)世紀(jì)60年代，我國(guó)在雷達(dá)、通信機(jī)、電子計(jì)算機(jī)等方年代，我國(guó)在雷達(dá)、通信機(jī)、電子計(jì)算機(jī)等方面開始提出可靠性問(wèn)題。面開始提出可靠性問(wèn)題。 70年代，由于我國(guó)國(guó)家重點(diǎn)工程的需要，以及消費(fèi)者的年代，由于我國(guó)國(guó)家重點(diǎn)工程的需要，以及消費(fèi)者的強(qiáng)烈要求（電視機(jī)的質(zhì)量問(wèn)題），對(duì)各行業(yè)開展可靠性強(qiáng)烈要求（電視機(jī)的質(zhì)量問(wèn)題），對(duì)各行業(yè)開展可靠性研究起了巨大的作用。研究起了巨大的作用。 1990年我國(guó)機(jī)械電子工業(yè)部印發(fā)的年我國(guó)機(jī)械電子工業(yè)部印發(fā)的加強(qiáng)機(jī)電產(chǎn)品設(shè)加強(qiáng)機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作的規(guī)定計(jì)工作

6、的規(guī)定中指出：中指出：可靠性、適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性三可靠性、適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性三性統(tǒng)籌作為我國(guó)機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的原則。在新產(chǎn)品的鑒性統(tǒng)籌作為我國(guó)機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的原則。在新產(chǎn)品的鑒定定型時(shí)，必須要有產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)資料和試驗(yàn)報(bào)告，定定型時(shí)，必須要有產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)資料和試驗(yàn)報(bào)告，否則不能通過(guò)鑒定。否則不能通過(guò)鑒定。 我國(guó)我國(guó)”神州五號(hào)神州五號(hào)”載人航天飛船成功的關(guān)鍵是解決了載人航天飛船成功的關(guān)鍵是解決了可靠性問(wèn)題。航天員安全性指標(biāo)達(dá)到可靠性問(wèn)題。航天員安全性指標(biāo)達(dá)到0.997. 挑戰(zhàn)者號(hào)航天飛機(jī)是肯尼迪航天中心發(fā)射的第二架航天挑戰(zhàn)者號(hào)航天飛機(jī)是肯尼迪航天中心發(fā)射的第二架航天飛機(jī)。飛機(jī)。1982年，挑戰(zhàn)者號(hào)正式服役，

7、然而在完成了年，挑戰(zhàn)者號(hào)正式服役，然而在完成了9次次成功飛行后，成功飛行后，1986年年1月月28日，挑戰(zhàn)者號(hào)載著日，挑戰(zhàn)者號(hào)載著7名成員名成員在發(fā)射后在發(fā)射后73秒爆炸，這一慘劇震驚了世界。秒爆炸，這一慘劇震驚了世界。 挑戰(zhàn)者號(hào)航挑戰(zhàn)者號(hào)航天飛機(jī)最初被設(shè)計(jì)為用于進(jìn)行可靠性測(cè)試天飛機(jī)最初被設(shè)計(jì)為用于進(jìn)行可靠性測(cè)試(STA-099)。后因助推火箭燃料箱在低溫下失效，使燃料溢出引起爆后因助推火箭燃料箱在低溫下失效，使燃料溢出引起爆炸。炸?？煽啃詥?wèn)題帶來(lái)的事故可靠性問(wèn)題帶來(lái)的事故 1979年年3月，美國(guó)三里島核電站發(fā)生放射月，美國(guó)三里島核電站發(fā)生放射性物質(zhì)泄露事故，主要是由于冷凝器循環(huán)性物質(zhì)泄露事故

8、，主要是由于冷凝器循環(huán)泵故障和操作人員的不可靠造成的。泵故障和操作人員的不可靠造成的。2007年又發(fā)生泄露事故。年又發(fā)生泄露事故。 2003年年2月月1日，美國(guó)日，美國(guó)“哥倫比亞哥倫比亞”號(hào)發(fā)射后不號(hào)發(fā)射后不久從外部燃料箱外脫落的泡沫材料，擊中了航久從外部燃料箱外脫落的泡沫材料，擊中了航天飛機(jī)左翼的第天飛機(jī)左翼的第8號(hào)增強(qiáng)型碳基復(fù)合材料板。這號(hào)增強(qiáng)型碳基復(fù)合材料板。這一撞擊造成的損傷使超高溫氣體在一撞擊造成的損傷使超高溫氣體在“哥倫比亞哥倫比亞”號(hào)重返大氣層時(shí)得以進(jìn)入航天飛機(jī)內(nèi)部，最終號(hào)重返大氣層時(shí)得以進(jìn)入航天飛機(jī)內(nèi)部，最終導(dǎo)致飛機(jī)解體。導(dǎo)致飛機(jī)解體。 前蘇聯(lián)-1986-切爾諾貝利核泄漏事件-

9、人為，設(shè)計(jì) 日本-2011.3.11-海嘯，核事故-自然，設(shè)計(jì) 中國(guó)-2011.7.23-動(dòng)車相撞事故-自然，人為，設(shè)計(jì)是產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。是產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。主要是功能好、可靠性高。為了提高機(jī)械主要是功能好、可靠性高。為了提高機(jī)械產(chǎn)品的可靠性，首先，必須在產(chǎn)品的可靠性，首先，必須在滿足可靠性滿足可靠性要求。為此，要求機(jī)械設(shè)計(jì)人員在掌握常規(guī)機(jī)械要求。為此，要求機(jī)械設(shè)計(jì)人員在掌握常規(guī)機(jī)械設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，必須掌握設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，必須掌握的的基本理論和方法，從而設(shè)計(jì)出性能好、可靠性高基本理論和方法，從而設(shè)計(jì)出性能好、可靠性高的現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品。的現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品。概述概述4二、常規(guī)設(shè)計(jì)與可靠

10、性設(shè)計(jì)二、常規(guī)設(shè)計(jì)與可靠性設(shè)計(jì)常規(guī)設(shè)計(jì)中，經(jīng)驗(yàn)性的成分較多，如基于安全系數(shù)的設(shè)計(jì)。常規(guī)設(shè)計(jì)中，經(jīng)驗(yàn)性的成分較多，如基于安全系數(shù)的設(shè)計(jì)。常規(guī)設(shè)計(jì)可通過(guò)下式體現(xiàn)：常規(guī)設(shè)計(jì)可通過(guò)下式體現(xiàn)：SElFflim.),(計(jì)算中，計(jì)算中，F(xiàn)、l、E、 lim等各物理量均視為確定性變量，安全系數(shù)則等各物理量均視為確定性變量，安全系數(shù)則是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)的系數(shù)。是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)的系數(shù)。上式給出的結(jié)論是：若上式給出的結(jié)論是：若 則安全；反之則不安全。則安全；反之則不安全。機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)概述機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)概述為什么按常規(guī)設(shè)計(jì)安全的產(chǎn)品在使用過(guò)程中還會(huì)出現(xiàn)失效？為什么按常規(guī)設(shè)計(jì)安全的產(chǎn)品在使用過(guò)程中還會(huì)出現(xiàn)失效？g( f

11、 f x首先，設(shè)計(jì)中的許多物理量是隨機(jī)變量；基于前一個(gè)觀點(diǎn)，當(dāng)首先，設(shè)計(jì)中的許多物理量是隨機(jī)變量；基于前一個(gè)觀點(diǎn)，當(dāng) 時(shí)，未必一定安全，可能因隨機(jī)數(shù)的存在而仍有不安全的可能性。時(shí)，未必一定安全，可能因隨機(jī)數(shù)的存在而仍有不安全的可能性。在常規(guī)設(shè)計(jì)中，代入的變量是隨機(jī)變量的一個(gè)樣本值或統(tǒng)計(jì)量，如均在常規(guī)設(shè)計(jì)中，代入的變量是隨機(jī)變量的一個(gè)樣本值或統(tǒng)計(jì)量，如均值。按概率的觀點(diǎn)，當(dāng)值。按概率的觀點(diǎn)，當(dāng)= 時(shí)，時(shí)， 的概率為的概率為50%，即可靠度為，即可靠度為50%，或失效的概率為或失效的概率為50%，這是很不安全的。，這是很不安全的。概述概述5概率設(shè)計(jì)就是要在原常規(guī)設(shè)計(jì)的計(jì)算中概率設(shè)計(jì)就是要在原常規(guī)設(shè)

12、計(jì)的計(jì)算中引入隨機(jī)變量和概率運(yùn)算，引入隨機(jī)變量和概率運(yùn)算，并給出滿足強(qiáng)度條件（安全）的概率并給出滿足強(qiáng)度條件（安全）的概率可靠度可靠度。機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)是常規(guī)設(shè)計(jì)方法的進(jìn)一步發(fā)展和深化，它更為科機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)是常規(guī)設(shè)計(jì)方法的進(jìn)一步發(fā)展和深化，它更為科學(xué)地考慮了各設(shè)計(jì)變量客觀現(xiàn)實(shí)及其之間的關(guān)系，是高等機(jī)械設(shè)計(jì)重學(xué)地考慮了各設(shè)計(jì)變量客觀現(xiàn)實(shí)及其之間的關(guān)系，是高等機(jī)械設(shè)計(jì)重要的內(nèi)容之一。要的內(nèi)容之一。顯然有必要在設(shè)計(jì)之中引入概率的觀點(diǎn)，這就是概率設(shè)計(jì)，是可靠顯然有必要在設(shè)計(jì)之中引入概率的觀點(diǎn)，這就是概率設(shè)計(jì)，是可靠性設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。性設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)概述機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)概述g( f f x

13、機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)一、可靠性定義一、可靠性定義產(chǎn)品產(chǎn)品在在規(guī)定的條件規(guī)定的條件下和下和規(guī)定的時(shí)間規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成內(nèi)，完成規(guī)定功能規(guī)定功能的的能力能力。?可靠性：可靠性：(Reliability)要要 點(diǎn)：點(diǎn)：（1）“產(chǎn)品產(chǎn)品”，指作為單獨(dú)研究和分別試驗(yàn)對(duì)象的任何元件、，指作為單獨(dú)研究和分別試驗(yàn)對(duì)象的任何元件、零件、部件、設(shè)備、機(jī)組等，甚至人的因素也可作為研究對(duì)零件、部件、設(shè)備、機(jī)組等，甚至人的因素也可作為研究對(duì)象。象。（2）“規(guī)定的條件規(guī)定的條件”，一般指使用條件、維護(hù)條件、環(huán)境條件、，一般指使用條件、維護(hù)條件、環(huán)境條件、操作技術(shù)，如載

14、荷、溫度、壓力、適度、振動(dòng)、噪聲、磨損、操作技術(shù)，如載荷、溫度、壓力、適度、振動(dòng)、噪聲、磨損、腐蝕等。這些條件是設(shè)計(jì)的前提，也必須腐蝕等。這些條件是設(shè)計(jì)的前提，也必須 寫在說(shuō)明書中，是寫在說(shuō)明書中，是判斷發(fā)生故障時(shí)有關(guān)責(zé)任方的關(guān)鍵。判斷發(fā)生故障時(shí)有關(guān)責(zé)任方的關(guān)鍵。（3）“規(guī)定的時(shí)間規(guī)定的時(shí)間”，可靠度是隨時(shí)間而降低的，產(chǎn)品只能在，可靠度是隨時(shí)間而降低的，產(chǎn)品只能在一定的時(shí)間內(nèi)才能達(dá)到目標(biāo)可靠度。（日歷時(shí)間、應(yīng)力循環(huán)一定的時(shí)間內(nèi)才能達(dá)到目標(biāo)可靠度。（日歷時(shí)間、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)、汽車?yán)锍虜?shù)等）次數(shù)、汽車?yán)锍虜?shù)等）（4）“規(guī)定的功能規(guī)定的功能”，明確規(guī)定失效或發(fā)生故障的判定指標(biāo)。，明確規(guī)定失效或發(fā)生故障

15、的判定指標(biāo)。就某個(gè)可靠性，這個(gè)是一定的。例子：齒輪失效的例子。就某個(gè)可靠性，這個(gè)是一定的。例子：齒輪失效的例子。 （5）“能力能力”，需對(duì)產(chǎn)品的能力作定量的分析。應(yīng)從統(tǒng)計(jì)學(xué)，需對(duì)產(chǎn)品的能力作定量的分析。應(yīng)從統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上評(píng)價(jià)和分析產(chǎn)品能力的高低。意義上評(píng)價(jià)和分析產(chǎn)品能力的高低?？煞譃椋嚎煞譃椋?、和和三個(gè)方面。三個(gè)方面。是指產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)中已確立的是指產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)中已確立的可靠性可靠性，它，它是產(chǎn)品內(nèi)在的是產(chǎn)品內(nèi)在的可靠性可靠性，是生產(chǎn)廠家模擬實(shí)際工作條件進(jìn)行檢，是生產(chǎn)廠家模擬實(shí)際工作條件進(jìn)行檢測(cè)并給以保證的測(cè)并給以保證的可靠性可靠性。固有可靠性固有可靠性與產(chǎn)品的材料、設(shè)計(jì)與制造技術(shù)有關(guān)。與

16、產(chǎn)品的材料、設(shè)計(jì)與制造技術(shù)有關(guān)。是產(chǎn)品在使用中的是產(chǎn)品在使用中的可靠性可靠性，與產(chǎn)品的運(yùn)輸、與產(chǎn)品的運(yùn)輸、貯藏保管以及使用過(guò)程中的操作水平、維修狀況和環(huán)境等因貯藏保管以及使用過(guò)程中的操作水平、維修狀況和環(huán)境等因素有關(guān)，所有這些與使用相關(guān)的素有關(guān)，所有這些與使用相關(guān)的可靠性可靠性稱為稱為使用可靠性使用可靠性。 電子設(shè)備故障原因中屬于電子設(shè)備故障原因中屬于部分占了部分占了80%： 其中設(shè)計(jì)技術(shù)占其中設(shè)計(jì)技術(shù)占40%，器件和原材料占，器件和原材料占30%，制造技術(shù)占，制造技術(shù)占1 10%； 屬于屬于部分占部分占20%，其中現(xiàn)場(chǎng)使用占，其中現(xiàn)場(chǎng)使用占15%。 是一門綜合運(yùn)用多種學(xué)科知識(shí)的工程技術(shù)學(xué)科，

17、是一門綜合運(yùn)用多種學(xué)科知識(shí)的工程技術(shù)學(xué)科，該領(lǐng)域主要包括以下該領(lǐng)域主要包括以下三方面的內(nèi)容三方面的內(nèi)容：它包括它包括：設(shè)計(jì)方案的分析、對(duì)比與評(píng)價(jià)，必要時(shí)設(shè)計(jì)方案的分析、對(duì)比與評(píng)價(jià)，必要時(shí)也包括也包括可可靠性試驗(yàn)、生產(chǎn)制造中的質(zhì)量控制設(shè)計(jì)及使用維護(hù)規(guī)程的設(shè)靠性試驗(yàn)、生產(chǎn)制造中的質(zhì)量控制設(shè)計(jì)及使用維護(hù)規(guī)程的設(shè)計(jì)等。計(jì)等。失效分析，也包括必要的失效分析，也包括必要的可靠性試驗(yàn)可靠性試驗(yàn)和和故障分故障分析析。這方面的工作為可靠性設(shè)計(jì)提供依據(jù)，也為重大事故提。這方面的工作為可靠性設(shè)計(jì)提供依據(jù)，也為重大事故提供科學(xué)的責(zé)任分析報(bào)告。供科學(xué)的責(zé)任分析報(bào)告。在開展可靠性工作中發(fā)展起來(lái)的一個(gè)數(shù)在開展可靠性工作中發(fā)

18、展起來(lái)的一個(gè)數(shù)學(xué)分支。學(xué)分支。 目前，進(jìn)行目前，進(jìn)行的的大致有以下大致有以下：(1) 根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求，根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求，確定確定所采用的所采用的及其及其。(2) 進(jìn)行進(jìn)行。是指：在設(shè)計(jì)開始時(shí)，運(yùn)用以往的可靠性數(shù)據(jù)資料是指：在設(shè)計(jì)開始時(shí)，運(yùn)用以往的可靠性數(shù)據(jù)資料計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)可靠性的特征量，并進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。在不同的階段，計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)可靠性的特征量，并進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。在不同的階段，系統(tǒng)的可靠性預(yù)測(cè)要反復(fù)進(jìn)行多次。系統(tǒng)的可靠性預(yù)測(cè)要反復(fù)進(jìn)行多次。(3) 對(duì)可靠性指標(biāo)對(duì)可靠性指標(biāo)進(jìn)行進(jìn)行。首先，將首先，將系統(tǒng)可靠性指標(biāo)系統(tǒng)可靠性指標(biāo)分配到分配到各子系統(tǒng)各子系統(tǒng)，并與各子系統(tǒng)能達(dá)，并與各子系統(tǒng)能達(dá)到的

19、指標(biāo)相比較，判斷是否需要改進(jìn)設(shè)計(jì)。到的指標(biāo)相比較，判斷是否需要改進(jìn)設(shè)計(jì)。然后，再把改進(jìn)設(shè)計(jì)后的然后，再把改進(jìn)設(shè)計(jì)后的可靠性指標(biāo)可靠性指標(biāo)分配到分配到各子系統(tǒng)各子系統(tǒng)。 按照同樣的方法，進(jìn)而把各子系統(tǒng)分配到的按照同樣的方法，進(jìn)而把各子系統(tǒng)分配到的分配到分配到各個(gè)零件各個(gè)零件。(4) 把規(guī)定的可靠度直接把規(guī)定的可靠度直接。二、二、 產(chǎn)品產(chǎn)品可靠性的度量可靠性的度量（1 1） 可靠度可靠度R(t(t) )與不可靠度與不可靠度F(t(t) )可靠度可靠度產(chǎn)品在規(guī)定的條件，規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率產(chǎn)品在規(guī)定的條件，規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率.)0()()(ttTPtR設(shè)有設(shè)有N件產(chǎn)品，從開始工

20、作到時(shí)刻件產(chǎn)品，從開始工作到時(shí)刻 t 發(fā)生的故障的件數(shù)為發(fā)生的故障的件數(shù)為Nf(t)。平均可靠度估計(jì)值平均可靠度估計(jì)值 NtNNtRf)()( 可靠度理論值可靠度理論值 )(lim)(tRtRN一般當(dāng)當(dāng)N足夠大足夠大 NtNNtRf)()(設(shè)規(guī)定時(shí)間為設(shè)規(guī)定時(shí)間為 t ，產(chǎn)品壽命為產(chǎn)品壽命為T （隨機(jī)變量），隨機(jī)變量），如果如果 ，表示該產(chǎn)品在規(guī)定時(shí)間內(nèi)能夠完成規(guī)定的功能。，表示該產(chǎn)品在規(guī)定時(shí)間內(nèi)能夠完成規(guī)定的功能。在一批產(chǎn)品中，在一批產(chǎn)品中， 是一隨機(jī)事件，發(fā)生的概率為是一隨機(jī)事件，發(fā)生的概率為tT tT 不可靠度（累積失效概率不可靠度（累積失效概率, ,失效概率）失效概率）品在規(guī)定的時(shí)間品

21、在規(guī)定的時(shí)間t內(nèi)不能內(nèi)不能完成規(guī)定功能的概率，即發(fā)生故障的時(shí)刻完成規(guī)定功能的概率，即發(fā)生故障的時(shí)刻 T 小于小于t 時(shí)的概率時(shí)的概率。 )0 ()(1)()(ttRtTtF1)()(tRtF當(dāng)當(dāng) N足夠大時(shí)足夠大時(shí) NtNtFf)()()()(tTPtR)(1)()(tRtTtF0100t59550F(t)R(t)F(t)/%R(t)/%圖1-1 R(t)和F(t)隨工作時(shí)間t的變化情況1000 100(500)0.9 10001000 500(1000)0.51000RR例：例：某批電子器件有某批電子器件有1000個(gè)，開始工作至個(gè)，開始工作至500h內(nèi)有內(nèi)有100個(gè)失效，個(gè)失效，工作至工作至

22、1000h 共有共有500個(gè)失效，試求該批電子器件工作到個(gè)失效，試求該批電子器件工作到500h 和和1000h 的可靠度。的可靠度。解：解： 由由已知條件已知條件可知：可知：NtNNtRNNNfff)()(500)1000(100)500(1000(2) (2) 失效概率密度失效概率密度f(wàn)(t(t) )平均失效概率密度直方圖平均失效概率密度直方圖 1）取取N 件產(chǎn)品作壽命試驗(yàn)，測(cè)量其失效時(shí)間（是隨機(jī)變量）；件產(chǎn)品作壽命試驗(yàn)，測(cè)量其失效時(shí)間（是隨機(jī)變量）；2）將失效時(shí)間分為將失效時(shí)間分為K個(gè)區(qū)段：個(gè)區(qū)段： t to o, ,t t1 1 ， t t1 1, ,t t2 2t tk-1k-1, ,

23、t tk k ), 2 , 1(1kitttii，3）第）第i個(gè)區(qū)段個(gè)區(qū)段 內(nèi)內(nèi) 產(chǎn)品失效數(shù)為產(chǎn)品失效數(shù)為 ,1iittifN失效頻率失效頻率 NNWfii平均失效頻率密度平均失效頻率密度 tNNtffi)(工作到工作到 t i 時(shí)刻的累積失效頻率時(shí)刻的累積失效頻率 ijjijfjiWNNF11序序號(hào)號(hào) 時(shí)間區(qū)間時(shí)間區(qū)間 （1h1h）時(shí)間時(shí)間區(qū)間區(qū)間內(nèi)失內(nèi)失效數(shù)效數(shù) 累積累積失失效數(shù)效數(shù)未失未失效數(shù)效數(shù)平均失效平均失效頻率密度頻率密度累積失累積失效頻率效頻率 存活存活頻率頻率平均失平均失效率效率1 10 01 11 11 199990.010.010.010.010.990.990.010.0

24、12 21 12 22 23 397970.020.020.030.030.970.970.02020.02023 32 23 33 36 694940.030.030.060.060.940.940.0310.0314 43 34 45 5111189890.050.050.110.110.890.890.0530.0535 54 45 57 7181882820.070.070.180.180.820.820.0790.0796 65 56 69 9272773730.090.090.270.270.730.730.110.117 76 67 71212393961610.120.120.

25、390.390.610.610.1640.1648 87 78 81515545446460.150.150.540.540.460.460.2460.2469 98 89 91313676733330.130.130.670.670.330.330.2830.28310109 910101010777723230.100.100.770.770.230.230.3030.3031111101011118 8858515150.080.080.850.850.150.150.3480.3481212111112127 792928 80.070.070.920.920.080.080.4670

26、.4671313121213134 496964 40.040.040.960.960.040.040.5000.5001414131314143 399991 10.030.030.990.990.010.010.7500.7501515141415151 11001000 00.010.011.001.000.000.001.001.00tfiNfifNNtNNffiNNRstNNsfifsNNNNNFf失效頻率密度分布失效頻率密度分布直方圖中的每一小直方圖中的每一小方塊面積代表失效方塊面積代表失效頻率頻率當(dāng)當(dāng)0,tN時(shí)，直方圖趨于一條曲線，叫做時(shí)，直方圖趨于一條曲線，叫做“失效概率密度曲

27、線失效概率密度曲線” tNtNtftfftNtN)()()(limlim00圖1-2 平均失效頻率密度直方圖12 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 t / h 0246810121416)(tf/%失效概率密度曲線失效概率密度曲線設(shè)工作到設(shè)工作到 t 時(shí)刻的失效數(shù)為時(shí)刻的失效數(shù)為 )(tNf設(shè)工作到設(shè)工作到 t+t 時(shí)刻的失效數(shù)為時(shí)刻的失效數(shù)為 )(ttNfdtdFttFttFtNtNttNtNtNtftNfftNftN)()()()()()(limlimlim000)(1)(tRtFdttdRdttdFtf)()()(tdttftF0)()(失效概率失效概率 t

28、dttftFtR)()(1)(可靠度可靠度 f(t)f(t)0ttaF(ta)R(ta)f(t)與F(t)(3) (3) 失效率失效率(t)(t)工作到時(shí)刻工作到時(shí)刻 t 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。平均失效率估計(jì)值平均失效率估計(jì)值 )()()(11)()(1 )()()()()(tRtftFtfNtNtNtNttNNtNttNffffft)()()(1)()()(lim0tRtftFtftttN單位單位:單位時(shí)間的百分?jǐn)?shù)表示單位時(shí)間的百分?jǐn)?shù)表示kmYearh4310%,%,10%例：設(shè)例：設(shè)t=0t=0，投入工作的，投

29、入工作的1000010000只燈泡，以天為度量時(shí)間單位，在只燈泡，以天為度量時(shí)間單位，在t=365t=365天時(shí)，天時(shí)，發(fā)現(xiàn)有發(fā)現(xiàn)有300300只燈泡壞了，（只燈泡壞了，（1 1）求這時(shí)的工作可靠度；（）求這時(shí)的工作可靠度；（2 2）若一年后的一天又）若一年后的一天又有有1 1只燈泡壞了，求失效率。只燈泡壞了，求失效率。解：解：天則：已知故：已知/000103. 0970011)()()(,970030010000)(, 1)(, 1)2(97. 0100003001)365(1)365(,300)365(,10000) 1 (tNNttNttNNtNtFRtNNfffff例：若有例：若有10

30、0件產(chǎn)品，實(shí)驗(yàn)件產(chǎn)品，實(shí)驗(yàn)10小時(shí)已有小時(shí)已有2件失效。此時(shí)觀測(cè)件失效。此時(shí)觀測(cè)1小時(shí)，發(fā)現(xiàn)有小時(shí)，發(fā)現(xiàn)有1件件失效，這時(shí)失效率為：失效，這時(shí)失效率為：11(10)98（ 100-2） 1 若實(shí)驗(yàn)到若實(shí)驗(yàn)到50小時(shí)時(shí)共有小時(shí)時(shí)共有10件失效。再觀測(cè)件失效。再觀測(cè)1小時(shí)，也發(fā)現(xiàn)有小時(shí)，也發(fā)現(xiàn)有1件失效，這時(shí)件失效，這時(shí)失效率為失效率為11(50)90（ 100-10） 1之間的關(guān)系和)()()()(tt、ft、FtRdttdRdttdFtf)()()(dttRddttRtdRtRtft)(ln)()()()()(兩邊積分：兩邊積分：tdttetR0)()(tdttetF0)(1)(tdttett

31、Rttf0)()()()()(當(dāng)當(dāng):)(consttttetRetf)(,)(只要知道其中的一個(gè)，其它特征量均可求得只要知道其中的一個(gè)，其它特征量均可求得。失效率失效率(t):工作到時(shí)刻工作到時(shí)刻t t尚未失效的產(chǎn)品尚未失效的產(chǎn)品, ,在該時(shí)刻后單位時(shí)間內(nèi)失效概率的變化在該時(shí)刻后單位時(shí)間內(nèi)失效概率的變化. .失效概率密度失效概率密度f(wàn) (t):):開始工作開始工作( (時(shí)刻時(shí)刻t=0)t=0)時(shí)的產(chǎn)品時(shí)的產(chǎn)品, ,在時(shí)刻在時(shí)刻t t時(shí)單位時(shí)間內(nèi)失效概率的變化時(shí)單位時(shí)間內(nèi)失效概率的變化.平均失效概率密度平均失效概率密度 tNtNtff)()(tNtNttNNtNttNtsffff)()()()(

32、)(平均失效率平均失效率 0 1234567891011121314150 20 40 60 80 100圖1-3 各個(gè)時(shí)刻的平均失效率)(t平均失效率平均失效率 %/a失效率反映產(chǎn)品的失效規(guī)律失效率反映產(chǎn)品的失效規(guī)律 產(chǎn)品的產(chǎn)品的與時(shí)間與時(shí)間 t 的的如如圖圖所示。所示。它可分為它可分為：( ) t圖圖 產(chǎn)品典型失效率曲線產(chǎn)品典型失效率曲線 偶然失效期（正常運(yùn)行期）偶然失效期（正常運(yùn)行期）耗損失效期耗損失效期早期失效期早期失效期耗損失效期耗損失效期一般出現(xiàn)在產(chǎn)品開始工作后的較早時(shí)期，一般為一般出現(xiàn)在產(chǎn)品開始工作后的較早時(shí)期，一般為產(chǎn)品試產(chǎn)品試車跑合階段車跑合階段。在這一階段中，。在這一階段中

33、，失效率失效率由開始由開始很高的數(shù)值很高的數(shù)值急劇地下降到急劇地下降到某某一穩(wěn)定的數(shù)值一穩(wěn)定的數(shù)值。引起這一階段引起這一階段失效率失效率特別高的特別高的原因原因主要是由于主要是由于材料不良材料不良、制造工藝制造工藝缺陷缺陷、檢驗(yàn)差錯(cuò)檢驗(yàn)差錯(cuò)以及以及設(shè)計(jì)缺點(diǎn)設(shè)計(jì)缺點(diǎn)等因素引起。等因素引起。 為了縮短這段時(shí)間，產(chǎn)品在投入運(yùn)行之前進(jìn)行試驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)，及早發(fā)現(xiàn)為了縮短這段時(shí)間，產(chǎn)品在投入運(yùn)行之前進(jìn)行試驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)，及早發(fā)現(xiàn)缺陷；或通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行篩選，剔除不合格產(chǎn)品。缺陷；或通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行篩選，剔除不合格產(chǎn)品。在在該階段該階段內(nèi)如果產(chǎn)品發(fā)生失效，內(nèi)如果產(chǎn)品發(fā)生失效，一般都是由于一般都是由于偶然的原因偶然的原因而引起的。

34、而引起的。其其是隨機(jī)的，例如是隨機(jī)的，例如個(gè)別產(chǎn)品由于使用過(guò)程中工作條件個(gè)別產(chǎn)品由于使用過(guò)程中工作條件發(fā)生不可預(yù)測(cè)的突然變化而導(dǎo)致失發(fā)生不可預(yù)測(cè)的突然變化而導(dǎo)致失效。這個(gè)時(shí)期的效。這個(gè)時(shí)期的，近似為常數(shù)，是產(chǎn)品的最佳狀態(tài)時(shí)近似為常數(shù)，是產(chǎn)品的最佳狀態(tài)時(shí)期。期。 出現(xiàn)在產(chǎn)品使用出現(xiàn)在產(chǎn)品使用的的后期后期。其特點(diǎn)其特點(diǎn)是失效率隨工作時(shí)間是失效率隨工作時(shí)間的增加而上升。的增加而上升。主要是產(chǎn)品經(jīng)長(zhǎng)期主要是產(chǎn)品經(jīng)長(zhǎng)期使用后，由于使用后，由于某些零件某些零件的的疲勞疲勞、老化老化、過(guò)度磨損過(guò)度磨損等原因，已漸近等原因，已漸近衰竭，從而處于衰竭，從而處于頻發(fā)失效狀態(tài)頻發(fā)失效狀態(tài)，使使失效率失效率隨時(shí)間推移而上升，最隨時(shí)間推移而上升，最終會(huì)導(dǎo)致終會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的功能終止產(chǎn)品的功能終止。 注意：浴盆曲線反映的為注意：浴盆曲線反映的為不可修不可修復(fù)且較為復(fù)雜復(fù)且較為復(fù)雜的設(shè)備和或系統(tǒng)的設(shè)備和或系統(tǒng)使用后的失效率變化曲線。使用后的失效率變化曲線。對(duì)于單一的失效機(jī)理而引起的失對(duì)于單一的失效機(jī)理而引起的失效零件、部件，其失效率變化效