可靠性概念精品課件

1、可靠性概念第1頁，共30頁，2022年，5月20日，7點19分，星期二第2頁提綱可靠性基本概念可靠性主要指標(biāo)系統(tǒng)可靠性結(jié)構(gòu)模型系統(tǒng)可靠性計算第2頁，共30頁，2022年，5月20日，7點19分，星期二第3頁引言1957 美國 “先鋒號”衛(wèi)星發(fā)射兩秒鐘后爆炸，損失2.2億美元1986 美國 “挑戰(zhàn)號”航天飛機(jī) 起飛76s后爆炸，損失12億美元，直接原因是一個密封圈的問題引起的產(chǎn)品質(zhì)量性能可信性安全性經(jīng)濟(jì)性壽命可靠性維護(hù)性保障性第3頁，共30頁，2022年，5月20日，7點19分，星期二第4頁可靠性可靠性研究是社會發(fā)展的必然現(xiàn)代產(chǎn)品的元件數(shù)量越來越多，越來越復(fù)雜。裝配數(shù)量和裝配密度越來高筆記本電腦

2、：小空間大集成產(chǎn)品的使用環(huán)境日益多樣化車載電視：抗震性能 ，接收性能質(zhì)量經(jīng)濟(jì)性的要求在產(chǎn)品的生命周期里，不僅考慮生產(chǎn)成本，而且外部故障成本例如一個由10000個元件組成的系統(tǒng)要保持0.95的可靠度，則需每個元件的可靠度達(dá)到0.999995。 第4頁，共30頁，2022年，5月20日，7點19分，星期二第5頁可靠性基本概念可靠性產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力，簡稱為R。產(chǎn)品的可靠性與規(guī)定的條件分不開。例如，溫度、濕度、振動、沖擊、輻射、應(yīng)力條件、儲存條件負(fù)荷影響半導(dǎo)體器件的可靠性a. 環(huán)境條件環(huán)境參數(shù)氣候環(huán)境生物和化學(xué)環(huán)境機(jī)械環(huán)境電和電磁環(huán)境b. 動力條件電源：電源電壓、頻率流

3、體源：壓力、流量等c. 負(fù)載條件d. 使用和維護(hù)條件第5頁，共30頁，2022年，5月20日，7點19分，星期二第6頁1 可靠性基本概念可靠性產(chǎn)品的可靠性與規(guī)定時間有關(guān)系。隨著時間的增長，產(chǎn)品的可靠性一般是下降的。規(guī)定時間隨不同產(chǎn)品而異。火箭系統(tǒng) 海底電纜 一般通訊設(shè)備產(chǎn)品的可靠性與規(guī)定的功能密切相關(guān)。只有對規(guī)定的 功能有清晰的概念，才能對產(chǎn)品是否發(fā)生故障有確切的判斷。如：通訊設(shè)備的頻率范圍、通訊距離 故障與失效第6頁，共30頁，2022年，5月20日，7點19分，星期二第7頁1 可靠性基本概念故障在規(guī)定的環(huán)境條件和使用條件下，產(chǎn)品喪失所規(guī)定的功能稱為故障。對于不可修復(fù)的產(chǎn)品，故障亦可稱為失效

4、。如特性值改變的電阻、電容、斷裂的彈簧，燒斷了燈絲的燈泡等均為不可修復(fù)的產(chǎn)品，可稱之為失效。故障的表現(xiàn) 間隙故障和永久性故障 間隙故障是指在某一時間內(nèi)呈現(xiàn)故障狀態(tài)，然后自然地恢復(fù)其功能，并且反復(fù)出現(xiàn)的一類故障。 永久性故障是指由零部件發(fā)生物理性損壞而產(chǎn)生的故障， 第7頁，共30頁，2022年，5月20日，7點19分，星期二第8頁1 可靠性基本概念故障的表現(xiàn) 獨立故障和從屬故障 若一個零部件(元器件)發(fā)生故障，只是由于自身原因所引起的，并且當(dāng)它發(fā)生故障后又不成為其他零部件(元器件)發(fā)生故障的原因，則這種故障稱為獨立故障。如果一個零部件(元器件)由于其他零部件(元器件)發(fā)生故障受到損害而發(fā)生故障，

5、稱為從屬故障。即是指產(chǎn)品中由于其他故障所引起的相關(guān)故障。局部故障和整體故障產(chǎn)品中某些部分發(fā)生故障而使系統(tǒng)內(nèi)某一個部分(或幾個部分)停止功能，而產(chǎn)品仍可繼續(xù)完成其他功能者稱為局部故障。而當(dāng)產(chǎn)品某些局部發(fā)生故障后，使產(chǎn)品喪失全部功能時稱為整體故障。第8頁，共30頁，2022年，5月20日，7點19分，星期二第9頁1 可靠性基本概念故障的表現(xiàn) 意外故障 包括未按規(guī)定使用條件運行而引起的誤用故障；違反操作規(guī)程而引起的事故故障；由于對產(chǎn)品性能不充分理解或所收集的數(shù)據(jù)有錯誤而錯誤地作出“有故障”的判定的誤判故障；自然的和人為的災(zāi)害所造成的災(zāi)害故障等。突然故障和退化故障 產(chǎn)品突然發(fā)生故障，它通常使產(chǎn)品完全喪

6、失規(guī)定的功能，稱突然故障。由于零部件(元器件)的原材料老化，致使其參數(shù)逐漸變化，稱為退化故障。 第9頁，共30頁，2022年，5月20日，7點19分，星期二第10頁2可靠性主要指標(biāo)失效率和可靠度 平均壽命MTTF與平均故障間隔MBTF維修度 有效度 第10頁，共30頁，2022年，5月20日，7點19分，星期二第11頁失效率和可靠度產(chǎn)品在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時間內(nèi)喪失規(guī)定的功能的概率叫失效率，通常用F表示。在規(guī)定的時間內(nèi)，未失效的產(chǎn)品數(shù)與開始工作時的產(chǎn)品總數(shù)之比叫做可靠度，用R表示。例如有110只電子管，在開始工作的500小時內(nèi)，有10只失效，求電子管在這段時間內(nèi)的可靠度。 第11頁，共30

7、頁，2022年，5月20日，7點19分，星期二第12頁失效密度曲線設(shè)時間ti時失效的電子管數(shù)為ni， N為試驗的電子管的總數(shù)，則可求出ti時電子管的失效頻率fi= ni/N。以fi和ti繪制的曲線為失效密度曲線 ti第12頁，共30頁，2022年，5月20日，7點19分，星期二第13頁平均壽命MTTF與平均故障間隔MBTF（1）維修性：產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi),按規(guī)定的程序和方法進(jìn)行維修時保持或恢復(fù)其規(guī)定狀態(tài)的能力。規(guī)定條件,主要指產(chǎn)品的維修級別,包括維修的機(jī)構(gòu)和場所(如工廠或維修基地、修理所、修理車間及使用現(xiàn)場等)、相應(yīng)的人員(數(shù)量及技能水平)、設(shè)備、設(shè)施、工具、備件等。規(guī)定時間,指維修

8、工作的時間要求。規(guī)定的程序和方法,指按技術(shù)文件規(guī)定采取的維修工作類型、來源和方法。保持或恢復(fù)其規(guī)定狀態(tài)是產(chǎn)品維修的目的。所說的規(guī)定狀態(tài)是指產(chǎn)品繼續(xù)正常工作的狀態(tài)。因此,維修的目的是保持或恢復(fù)產(chǎn)品的功能和性能。第13頁，共30頁，2022年，5月20日，7點19分，星期二第14頁平均壽命MTTF與平均故障間隔MBTF維修的主要類型:預(yù)防性維修:通過對正常產(chǎn)品的系統(tǒng)檢查、檢測和發(fā)現(xiàn)故障征兆以防止故障發(fā)生,使其保持在規(guī)定狀態(tài)所進(jìn)行的全部活動。可包括:調(diào)整、潤滑、定期檢查和必要的修理等。一般是計劃維修。重點是避免、減少或消除對產(chǎn)品有重大影響的故障。狀態(tài)監(jiān)視維修:對產(chǎn)品參數(shù)值及其變化進(jìn)行連續(xù)、間接或定期

9、的監(jiān)測,以確定產(chǎn)品的狀態(tài),檢測性能下降,定位其故障和失效的部位,記錄和追蹤失效的過程和時間的一種維修。也稱為視情維修。隨著測試和診斷技術(shù)的發(fā)展,通過機(jī)內(nèi)測試設(shè)備對產(chǎn)品進(jìn)行實測,發(fā)現(xiàn)性能下降或故障,按當(dāng)時使用情況決定及時修復(fù)還是繼續(xù)工作(推遲維修)。修復(fù)性維修:產(chǎn)品發(fā)生故障后,使其恢復(fù)到規(guī)定狀態(tài)所進(jìn)行的全部活動,包括下述一個或全部步驟:故障定位、故障隔離、分解、更換、再裝、調(diào)準(zhǔn)及檢測等。非計劃維修。修復(fù)性維修時間是影響產(chǎn)品可用性的重要參數(shù)。第14頁，共30頁，2022年，5月20日，7點19分，星期二第15頁平均壽命MTTF與平均故障間隔MBTF維修的主要類型:搶修:在緊急情況下,為了應(yīng)急,使已

10、損壞或不能使用的設(shè)備恢復(fù)到能完成功能的一種基本修復(fù)活動。維護(hù):為使產(chǎn)品保持規(guī)定狀態(tài)所需采取的措施。如潤滑、加燃料、加油和清潔。第15頁，共30頁，2022年，5月20日，7點19分，星期二第16頁平均壽命MTTF與平均故障間隔MBTF(1) 平均修復(fù)時間( M ean Time To Repair, M T T R )在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi),產(chǎn)品在任一規(guī)定的維修級別上,修復(fù)性維修總時間與在該級別上被修復(fù)產(chǎn)品的故障總數(shù)之比。即排除故障所需實際時間的平均值。其觀測值是修復(fù)時間t 的總和與修復(fù)次數(shù)n 之比:式中: ti第i 次修復(fù)時間; n修復(fù)次數(shù)。（2）平均故障前時間( M ean Time

11、 To Failure, M T T F)第16頁，共30頁，2022年，5月20日，7點19分，星期二第17頁（3）平均故障間隔時間( Mean Time Between Failure, M T B F)一個可修產(chǎn)品在使用過程中發(fā)生了N0 次故障,每次故障修復(fù)后又重新投入使用, 測得其每次工作持續(xù)時間為t1, t2, , tN0, 其平均故障間隔時間( M T B F)為T 為產(chǎn)品總的工作時間平均壽命MTTF與平均故障間隔MTBF第17頁，共30頁，2022年，5月20日，7點19分，星期二第18頁維修度、有效度 維修度：在規(guī)定條件下、規(guī)定時間內(nèi)(0，t)按規(guī)定的程序和方法維修，使可維修產(chǎn)

12、品由故障狀態(tài)恢復(fù)到完成規(guī)定功能狀態(tài)的概率，記為M (t)。有效度：產(chǎn)品在時刻t處于正常工作狀態(tài)的概率為該產(chǎn)品的有效度，記為A(t)。 第18頁，共30頁，2022年，5月20日，7點19分，星期二第19頁可靠性特征量平均失效率產(chǎn)品失效曲線失效率隨時間而變化的曲線，描述出產(chǎn)品可靠性變化的規(guī)律。(t)早期偶然耗損t典型失效曲線示意圖第19頁，共30頁，2022年，5月20日，7點19分，星期二第20頁可靠性特征量浴盆曲線區(qū)域失效類型主要原因消除措施早期故障區(qū)DFR偶然故障區(qū)CFR耗損故障區(qū)IFR遞減失效型制造工藝、材料缺陷、包裝、運輸及安裝不當(dāng)?shù)仍斐沙鰪S前嚴(yán)格的成品檢驗，售后服務(wù)中良好的安裝指導(dǎo)及

13、使用培訓(xùn)。恒定失效型遞增失效型產(chǎn)品中某些零部件或元器件已經(jīng)嚴(yán)重老化。盡可能使用可靠性高的零部件，元器件加強預(yù)防型維修。第20頁，共30頁，2022年，5月20日，7點19分，星期二第21頁3 系統(tǒng)可靠性結(jié)構(gòu)模型研究系統(tǒng)的可靠性的目的一是如何在已有元件可靠性的基礎(chǔ)上，提高系統(tǒng)的可靠性；在保證系統(tǒng)可靠性的條件下，如何分配可靠度，降低對元件可靠度的要求，使系統(tǒng)成本降低。系統(tǒng)可靠性在很大程度上取決于：組成單元的可靠度系統(tǒng)的可靠性結(jié)構(gòu)模式組成單元的數(shù)量?？煽啃钥驁D可靠性角度用框圖來描述單元失效及它們的組合如何導(dǎo)致系統(tǒng)失效的邏輯關(guān)系。第21頁，共30頁，2022年，5月20日，7點19分，星期二第22頁3

14、 系統(tǒng)可靠性結(jié)構(gòu)模型可靠性框圖汽車正常工作發(fā)動機(jī)、變速箱、制動、轉(zhuǎn)向、輪胎系統(tǒng)可靠性框圖與系統(tǒng)的原理圖是有區(qū)別的。前者表示系統(tǒng)中各個子系統(tǒng) （元件）之間的邏輯關(guān)系 （功能關(guān)系），而后者表示系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)的物理關(guān)系。第22頁，共30頁，2022年，5月20日，7點19分，星期二第23頁3 系統(tǒng)可靠性結(jié)構(gòu)模型可靠性框圖串聯(lián)可靠性模型 個單元必須全部工作，系統(tǒng)才會正常工作，任一單元故障都會導(dǎo)致系統(tǒng)故障。輸入S1S2Sn 輸出第23頁，共30頁，2022年，5月20日，7點19分，星期二第24頁3 系統(tǒng)可靠性結(jié)構(gòu)模型串聯(lián)可靠性模型模型特點a. 獨立串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度等于各分系統(tǒng)可靠度的連乘積；b. 獨

15、立串聯(lián)系統(tǒng)的系統(tǒng)壽命第24頁，共30頁，2022年，5月20日，7點19分，星期二第25頁3 系統(tǒng)可靠性結(jié)構(gòu)模型并聯(lián)可靠性模型當(dāng)構(gòu)成系統(tǒng)的所有單元都發(fā)生故障時，系統(tǒng)才發(fā)生故障的系統(tǒng)輸入輸出S1S2S3Sn b. 并聯(lián)系統(tǒng)的壽命a. 并聯(lián)系統(tǒng)的失效度等于各分系統(tǒng)的失效度的連乘積。第25頁，共30頁，2022年，5月20日，7點19分，星期二第26頁3 系統(tǒng)可靠性結(jié)構(gòu)模型串并聯(lián)混合模型并串聯(lián)模型第26頁，共30頁，2022年，5月20日，7點19分，星期二第27頁3 系統(tǒng)可靠性結(jié)構(gòu)模型串并聯(lián)混合模型S1S2S3S6S4S5S7輸入輸出1) 計算由S1, S2, S3串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度2)計算由S4, S5分系統(tǒng)串聯(lián)的可靠度：3) 由S6, S7組成的并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度：S1S 2輸入輸出S 3第27頁，共30頁，2022年，5月20日，7點19分，星期二第28頁4 系統(tǒng)可靠度計算 例：某個串聯(lián)系統(tǒng)的分系統(tǒng)的可靠度分別為：R1=0.95，R2 = 0.97