可靠性基本概念與參數(shù)體系

1、2021/2/3,1,可靠性基本概念與參數(shù)體系Introduction to Reliability_Conception & Parameter,2021/2/3,Introduction to Reliability_Conception & Parameter,2,主要內(nèi)容,可靠性基本概念 可靠性參數(shù)體系,2021/2/3,Introduction to Reliability Engineering_Conception,3,可靠性基本概念可靠性,可靠性 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。 產(chǎn)品可靠性定義的要素是三個(gè)“規(guī)定”: “規(guī)定條件”、“規(guī)定時(shí)間”、“規(guī)定功能,2

2、021/2/3,4,故障及其分類,故障及其分類 產(chǎn)品或產(chǎn)品的一部分不能或?qū)⒉荒芡瓿深A(yù)定功能的事件或狀態(tài)，稱之為故障。 故障的表現(xiàn)形式，叫做故障模式。 引起故障的物理化學(xué)變化等內(nèi)在原因，叫做故障機(jī)理。 不可修產(chǎn)品（如電子元器件）：失效 產(chǎn)品的故障按其故障的規(guī)律可以分為兩大類： 偶然故障 漸變故障,2021/2/3,5,可靠性基本概念,質(zhì)量與可靠性關(guān)系 從廣義質(zhì)量觀看，質(zhì)量涵蓋可靠性 從狹義的質(zhì)量觀看，就是“符合性質(zhì)量” 可靠性畢竟與狹義的質(zhì)量管理還是有很大區(qū)別的，質(zhì)量出了問(wèn)題，往往批次性很強(qiáng) 可靠性是更深層次的與設(shè)計(jì)、工藝相關(guān)的根本性問(wèn)題。 有些企業(yè)對(duì)于可靠性工程有一種錯(cuò)誤觀念，認(rèn)為可靠性工程是

3、質(zhì)量部門的事情，而設(shè)計(jì)部門卻很少人員參與。 產(chǎn)品的可靠性是在設(shè)計(jì)階段就已經(jīng)決定了 在用戶使用過(guò)程中，均是“可靠性”問(wèn)題,2021/2/3,6,壽命周期與壽命剖面,壽命剖面 產(chǎn)品從制造到壽命終結(jié)或退出使用這段時(shí)間內(nèi)所經(jīng)歷的全部事件和環(huán)境的時(shí)序描述。它包含一個(gè)或多個(gè)任務(wù)剖面。 通常把產(chǎn)品的壽命剖面分為后勤和使用兩個(gè)階段,2021/2/3,7,壽命剖面示例,事件 （使用方法,生 產(chǎn),驗(yàn) 收,裝卸和公路運(yùn)輸,裝卸和鐵路運(yùn)輸,裝卸和空運(yùn),裝卸和船運(yùn),裝卸和后勤 支援運(yùn)輸 （最壞路線,有遮蔽存貯，帳篷，圓屋頂,無(wú)遮蔽存儲(chǔ),工作準(zhǔn)備階段,發(fā)射階段,調(diào)整狀態(tài),導(dǎo)彈處于戰(zhàn)斗位置,發(fā)射后第一個(gè)動(dòng)作,飛行階段,命中

4、目標(biāo),發(fā)射段,慣性飛行段,下降段,主動(dòng)段,某導(dǎo)彈的壽命剖面,2021/2/3,8,任務(wù)剖面,產(chǎn)品在完成規(guī)定任務(wù)這段時(shí)間內(nèi)所經(jīng)歷的事件和環(huán)境的時(shí)序描述。任務(wù)剖面一般應(yīng)包括： 產(chǎn)品的工作狀態(tài)； 維修方案； 產(chǎn)品工作的時(shí)間與順序； 產(chǎn)品所處的環(huán)境(外加的與誘發(fā)的)的時(shí)間與順序； 任務(wù)成功或致命故障的定義,2021/2/3,9,任務(wù)剖面示例,2021/2/3,10,可靠性基本概念,基本可靠性 產(chǎn)品在規(guī)定的條件下，無(wú)故障的持續(xù)時(shí)間或概率。 在沒(méi)有后勤保障情況下系統(tǒng)工作能力的度量 考慮所有需要維修保障的故障,采用冗余，降低基本可靠性 通常等于或低于任務(wù)可靠性,2021/2/3,11,可靠性基本概念,任務(wù)可

5、靠性 產(chǎn)品在規(guī)定的任務(wù)剖面內(nèi)完成規(guī)定功能的能力 系統(tǒng)完成任務(wù)能力的度量 只考慮引起任務(wù)失敗的故障 通過(guò)冗余提高任務(wù)可靠性 通常高于基本可靠性,2021/2/3,12,可靠性基本概念,固有可靠性 產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、制造過(guò)程中賦予的固有屬性。 產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)者可以控制。 使用可靠性 產(chǎn)品在實(shí)際使用過(guò)程中表現(xiàn)出的可靠性。 除固有可靠性的影響因素外，還要考慮安裝、操作使用、維修保障等方面因素的影響,2021/2/3,13,可靠度及可靠度函數(shù),可靠度及可靠度函數(shù) 產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率稱為可靠度。依定義可知，可靠度函數(shù)R(t)為,式中 N0 t = 0時(shí)，在規(guī)定條件下進(jìn)行工作的產(chǎn)品數(shù)

6、； r(t) 在0到t時(shí)刻的工作時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)品的累計(jì)故障數(shù),2021/2/3,14,累積故障分布函數(shù),累積故障概率 產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，喪失規(guī)定功能的概率稱為累積故障概率（又叫不可靠度）。 依定義可知，產(chǎn)品的累積故障概率是時(shí)間的函數(shù)，即,顯然，以下關(guān)系成立,2021/2/3,15,可靠度函數(shù)與累積故障分布函數(shù)的性質(zhì),與 的性質(zhì)如下表 所示,對(duì)偶性,非減函數(shù),非增函數(shù),單調(diào)性,0，1,0，1,取值范圍,2021/2/3,16,累積故障分布函數(shù),可靠度函數(shù)與累積故障分布函數(shù)的性質(zhì),2021/2/3,17,故障率函數(shù),故障率 工作到某時(shí)刻尚未故障的產(chǎn)品，在該時(shí)刻后單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的概率

7、，稱之為產(chǎn)品的故障率。 用數(shù)學(xué)符號(hào)表示為,式中 故障率,t 時(shí)刻后， 時(shí)間內(nèi)故障的產(chǎn)品數(shù),殘存產(chǎn)品數(shù)，即到t 時(shí)刻尚未故障的產(chǎn)品數(shù),2021/2/3,18,故障率函數(shù),可按下式進(jìn)行工程計(jì)算,式中 時(shí)刻后， 時(shí)間內(nèi)故障的產(chǎn)品數(shù),所取時(shí)間間隔,殘存產(chǎn)品數(shù),對(duì)于低故障率的元部件常以 為故障率的單位，稱之為菲特（Fit,2021/2/3,19,問(wèn)題,故障率是概率值么？ 故障率有量綱么？ 故障率和累計(jì)故障密度之間有什么關(guān)系,2021/2/3,20,人類健康的曲線,2021/2/3,21,產(chǎn)品故障浴盆曲線,浴盆曲線 大多數(shù)產(chǎn)品的故障率隨時(shí)間的變化曲線形似浴盆，稱之為浴盆曲線。由于產(chǎn)品故障機(jī)理的不同，產(chǎn)品的

8、故障率隨時(shí)間的變化大致可以分為三個(gè)階段,2021/2/3,22,對(duì)故障發(fā)生規(guī)律認(rèn)識(shí)的變化,2021/2/3,23,故障發(fā)生規(guī)律的六種模式,六種模式所占的比率（美國(guó)聯(lián)合航空公司統(tǒng)計(jì),2021/2/3,24,航天產(chǎn)品的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),六種模式所占的比率（航天產(chǎn)品的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),2021/2/3,25,我國(guó)的情況,我國(guó)海軍、裝甲兵、通訊裝備的一些統(tǒng)計(jì)資料都證明了許多產(chǎn)品都沒(méi)有明顯的耗損故障區(qū)的結(jié)論,2021/2/3,26,故障率與可靠度、故障密度函數(shù)的關(guān)系,由于 ，所以,2021/2/3,27,故障率、可靠度與密度函數(shù)關(guān)系,2021/2/3,28,平均故障前時(shí)間(MTTF,2021/2/3,29,平均故障間隔

9、時(shí)間,2021/2/3,30,問(wèn)題,某微型計(jì)算機(jī)的MTBF=10000小時(shí)，是否意味著該計(jì)算機(jī)每工作10000小時(shí)才出一次故障,2021/2/3,31,壽命特征,2021/2/3,32,壽命特征,2021/2/3,33,首翻期、翻修間隔期和使用壽命,t,t,首次翻修期,規(guī)定的故障率,A,B,1/MTBF,翻修間隔期,使用壽命,2021/2/3,34,可靠性參數(shù)體系,可靠性參數(shù)是描述系統(tǒng)可靠性的度量。它直接與戰(zhàn)備完好、任務(wù)成功、維修人力和保障資源有關(guān)。 可靠性指標(biāo)是可靠性參數(shù)要求的量值,2021/2/3,35,可靠性參數(shù)反映目標(biāo),2021/2/3,36,可靠性參數(shù)分為基本可靠性參數(shù)和任務(wù)可靠性參

10、數(shù) 基本可靠性反映了產(chǎn)品對(duì)維修人力費(fèi)用和后勤保障資源的需求。 確定基本可靠性指標(biāo)時(shí)應(yīng)統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品的所有壽命單位和所有的故障。 任務(wù)可靠性是產(chǎn)品在規(guī)定的任務(wù)剖面中完成規(guī)定功能的能力。 確定任務(wù)可靠性指標(biāo)時(shí)僅考慮在任務(wù)期間那些影響任務(wù)完成的故障(即致命性故障,可靠性參數(shù)分類,2021/2/3,37,可靠性參數(shù)的相關(guān)性,平均故障間隔時(shí)間(MTBF)與平均故障間隔飛行小時(shí)(MFHBF) 任務(wù)成功概率與致命故障間的任務(wù)時(shí)間 MTBF與故障率 平均維修間隔時(shí)間與MTBF 平均拆卸間隔時(shí)間與MTBF,2021/2/3,38,使用參數(shù)、合同參數(shù) 使用可靠性參數(shù)及指標(biāo)反映了系統(tǒng)及其保障因素在計(jì)劃的使用和保障環(huán)境中的

11、可靠性要求，它是從最終用戶的角度來(lái)評(píng)價(jià)產(chǎn)品的可靠性水平。 MFHBF、MCSP、MTBM等。 合同可靠性參數(shù)及指標(biāo)反映了合同中使用的易于考核度量的可靠性要求，它更多地是從承制方的角度來(lái)評(píng)價(jià)產(chǎn)品的可靠性水平。 如MTBF、MTBCF等,可靠性參數(shù)分類,2021/2/3,39,使用指標(biāo)與合同指標(biāo),2021/2/3,40,目標(biāo)值 -1,GJB1909.1-94將目標(biāo)值定義為：期望裝備達(dá)到的使用指標(biāo)，它既能滿足裝備的使用需求，又可使裝備達(dá)到最佳的效費(fèi)比，是確定規(guī)定值依據(jù)。 美軍防務(wù)采辦術(shù)語(yǔ)-98將目標(biāo)值定義為：用戶所期望的和項(xiàng)目經(jīng)理企圖獲得的性能值，目標(biāo)值表示比每個(gè)項(xiàng)目參數(shù)的性能門限值大一個(gè)量值。該量

12、值在使用上是有意義的，時(shí)間上是關(guān)鍵的而且費(fèi)用上是有效的,2021/2/3,41,目標(biāo)值-2,美空軍AFR80-5-78將目標(biāo)值定義為：既滿足使用要求又具有增長(zhǎng)能力或保障費(fèi)用最佳的R&M值。 從上述定義可以發(fā)現(xiàn)，R&M目標(biāo)值首先表示系統(tǒng)投入外場(chǎng)使用，經(jīng)過(guò)一段期間的使用，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行改進(jìn)后達(dá)到成熟狀態(tài)的R&M水平，這種R&M水平必須滿足預(yù)定的未來(lái)環(huán)境下的使用要求，同時(shí)，R&M的目標(biāo)值應(yīng)使系統(tǒng)在外場(chǎng)的使用和保障費(fèi)用最低，而且應(yīng)是通過(guò)增長(zhǎng)可以達(dá)到的R&M值,2021/2/3,42,門限值-1,GJB1909.1-94將門限值定義為：裝備必須達(dá)到的使用指標(biāo)，它能滿足裝備的使用要求，是確定最低可接受值的

13、依據(jù)。 美軍防務(wù)采辦術(shù)語(yǔ)-98將門限值定義為：為滿足用戶需求、所必須達(dá)到的最低可接受值。如果沒(méi)有達(dá)到門限值，那么項(xiàng)目性能就會(huì)嚴(yán)重下降，項(xiàng)目費(fèi)用可能太高，項(xiàng)目進(jìn)度可能拖延。 美空軍AFR80-5-78將門限值定義為：完成任務(wù)（即滿足使用要求）所必需的最低的R&M水平。R&M門限值是制定合同最低要求的基礎(chǔ),2021/2/3,43,門限值-2,R&M門限值是滿足系統(tǒng)使用要求所必須的最低的水平，即最低的要求值。 它是外場(chǎng)使用試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證的依據(jù). 其驗(yàn)證時(shí)機(jī)可根據(jù)不同類型的系統(tǒng)及不同的要求來(lái)確定,2021/2/3,44,可靠性參數(shù)指標(biāo)特性,綜合性 可靠性參數(shù)的相關(guān)性 使用參數(shù)與合同參數(shù)之間存在轉(zhuǎn)換關(guān)系 階段性 產(chǎn)品可靠性，在研制階段具有增長(zhǎng)性,2021/2/3,4