可靠性課件(詳細(xì)全面)

1、哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院機(jī)電學(xué)院可靠性設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)第一章 緒論第二章 可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第三章 可靠性分析第四章 可靠性試驗(yàn)第五章 機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)第六章 可靠性設(shè)計(jì)的數(shù)值模擬技術(shù)可靠性是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。可靠性長(zhǎng)期以來(lái)是人們?cè)O(shè)計(jì)制造產(chǎn)品時(shí)的一個(gè)追求目標(biāo)。但是將可靠性作為設(shè)計(jì)制造中的定量指標(biāo)的歷史卻還不長(zhǎng)，相關(guān)技術(shù)也尚不成熟，工作也不普及。一、可靠性發(fā)展簡(jiǎn)史一、可靠性發(fā)展簡(jiǎn)史第二次世界大戰(zhàn)：可靠性問題突出的時(shí)期；上世紀(jì)五十年代：開始系統(tǒng)地進(jìn)行可靠性研究，主要的工作是由美國(guó)軍事部門展開。1952年，美國(guó)軍事部門、工業(yè)部門和有關(guān)學(xué)術(shù)部門聯(lián)合成立了“電子設(shè)備可靠性咨詢組”AG

2、REE小組。（Advisory Group on Reliability of Electronic Equipment）1957年提出了電子設(shè)備可靠性報(bào)告(AGREE報(bào)告)該報(bào)告首次比較完整地闡述了可靠性的理論與研究方向。從此，可靠性工程研究的方向才大體確定下來(lái)。 緒論概述2除美國(guó)以外，還有前蘇聯(lián)、日本、英國(guó)、法國(guó)、意大利等一些國(guó)家，也相繼從50年代末或60年代初開始了有組織地進(jìn)行可靠性的研究工作。 在上世紀(jì)60年代后期，美國(guó)約40的大學(xué)設(shè)置了可靠性工程課程。目前美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的可靠性工作比較成熟，其標(biāo)志性的成果是阿波羅登月計(jì)劃的成功。 本階段工作的特點(diǎn)：E 研究的問題較多集中于針對(duì)電器產(chǎn)品

3、；E 確定可靠性工作的規(guī)范、大綱和標(biāo)準(zhǔn)；E 組織學(xué)術(shù)交流等。國(guó)內(nèi)的可靠性工作起步較晚，上世紀(jì)50年代末和60年代初在原電子工業(yè)部的內(nèi)部期刊有介紹國(guó)外可靠性工作的報(bào)道。發(fā)展最快的時(shí)期是上世紀(jì)80年代初期，出版了大量的可靠性工作專著、國(guó)家制定了一批可靠性工作的標(biāo)準(zhǔn)、各學(xué)校由大量的人投入可靠性的研究。緒論但國(guó)內(nèi)的可靠性工作曾在90年代初落入低谷，在這方面開展工作的人很少，學(xué)術(shù)成果也平平。主要的原因是可靠性工作很難做，出成果較慢。 許多工業(yè)部門將可靠性工作列在了重要的地位。如原航空工業(yè)部明確規(guī)定，凡是新設(shè)計(jì)的產(chǎn)品或改型的產(chǎn)品，必須提供可靠性評(píng)估與分析報(bào)告才能進(jìn)行驗(yàn)收和堅(jiān)定。但在近些年，可靠性工作有些升

4、溫，這次升溫的動(dòng)力主要來(lái)源于企業(yè)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的重視，比較理智。我認(rèn)為，目前國(guó)內(nèi)的可靠性工作仍在一個(gè)低水平上徘徊，研究的成果多，實(shí)用的方法少；研究力量分散，缺乏長(zhǎng)期規(guī)劃；學(xué)術(shù)界較混亂，低水平的文章隨處可見，高水平的成果無(wú)人過問緒論二、常規(guī)設(shè)計(jì)與可靠性設(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)可通過下式體現(xiàn)：SElFflim.),(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：若則安全；反之則不安全。應(yīng)該說(shuō)，上述觀點(diǎn)不夠嚴(yán)謹(jǐn)。首先，設(shè)計(jì)中的許多物理量明是隨機(jī)變量；基于前一個(gè)觀點(diǎn)，當(dāng) 時(shí)，未必一定

5、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，如均值。按概率的觀點(diǎn)，當(dāng)= 時(shí)， 的概率為50%，即可靠度為50%，或失效的概率為50%，這是很不安全的。緒論概率設(shè)計(jì)就是要在原常規(guī)設(shè)計(jì)的計(jì)算中引入隨機(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，它更為科學(xué)地計(jì)及了各設(shè)計(jì)變量之間的關(guān)系，是高等機(jī)械設(shè)計(jì)重要的內(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)，是可靠性設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。g( f f x緒論三、可靠性工作的意義三、可靠性工作的意義可靠性是產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。E

6、重要關(guān)鍵產(chǎn)品的可靠性問題突出，如航空航天產(chǎn)品；E 量大面廣的產(chǎn)品，可靠性與經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)，如洗衣機(jī)等；E 高可靠性的產(chǎn)品，市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)；四、可靠性學(xué)科的內(nèi)容四、可靠性學(xué)科的內(nèi)容E 可靠性基礎(chǔ)理論：數(shù)學(xué)、失效物理學(xué)(疲勞、磨損、蠕變機(jī)理）等；E 可靠性工程：可靠性分析、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、使用與維護(hù)等；E 可靠性管理：可靠性規(guī)劃、評(píng)審、標(biāo)準(zhǔn)、指標(biāo)及可靠性增長(zhǎng)；固有可靠性：由設(shè)計(jì)所決定的產(chǎn)品固有的可靠性；使用可靠性：在特定的使用條件下產(chǎn)品體現(xiàn)出的可靠性；緒論五、可靠性工作的特點(diǎn)五、可靠性工作的特點(diǎn)C可靠性是涉及多種科學(xué)技術(shù)的新興交叉學(xué)科，涉及數(shù)學(xué)、失效物理學(xué)、設(shè)計(jì)方法與方法學(xué)、實(shí)驗(yàn)技術(shù)、人機(jī)工程、環(huán)境工

7、程、維修技術(shù)、生產(chǎn)管理、計(jì)算機(jī)技術(shù)等；C可靠性工作周期長(zhǎng)、耗資大，非幾個(gè)人、某一個(gè)部門可以做好的，需全行業(yè)通力協(xié)作、長(zhǎng)期工作；C目前，可靠性理論不盡成熟，基礎(chǔ)差、需發(fā)展。與其他產(chǎn)品相比機(jī)械產(chǎn)品的可靠性技術(shù)有以下特點(diǎn)：C因設(shè)計(jì)安全系數(shù)較大而掩蓋了矛盾，機(jī)械可靠性技術(shù)落后；C機(jī)械產(chǎn)品的失效形式多，可靠性問題復(fù)雜；C機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)、耗資大、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可參考性差；C機(jī)械系統(tǒng)的邏輯關(guān)系不清晰，串、并聯(lián)關(guān)系容易混淆；緒論可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)一、可靠性定義與指標(biāo)一、可靠性定義與指標(biāo)、可靠性定義產(chǎn)品在規(guī)定規(guī)定的條件下和規(guī)定規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定規(guī)定功能的能力。?可靠性：(Reliability)?維修性：(M

8、aintainability)可維修的產(chǎn)品在某時(shí)刻具有或維持規(guī)定功能的能力。?有效性：(Availability)有效性廣義可靠性（狹義）可靠性維修性在規(guī)定規(guī)定的條件下和規(guī)定規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，按規(guī)定規(guī)定的程序和方法完成維修的能力。、可靠性指標(biāo) 可靠度：(Reliability)產(chǎn)品在規(guī)定規(guī)定的條件下和規(guī)定規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定規(guī)定功能的概率。記為：R()即：R()=P其中：T為產(chǎn)品的壽命；為規(guī)定的時(shí)間；事件有下列三個(gè)含義： 產(chǎn)品在時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的功能； 產(chǎn)品在時(shí)間內(nèi)無(wú)故障； 產(chǎn)品的壽命大于。若有N個(gè)相同的產(chǎn)品同時(shí)投入試驗(yàn)，經(jīng)歷時(shí)間后有n(t)件產(chǎn)品失效，則產(chǎn)品的可靠度為：NtnNtnNtR)(1)

9、()(失效概率為：NtntRtF)()(1)(可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 失效率若定義：ttnNtnt)()()(為平均失效率則：dttFtdFtNtnNtntttNtN)(1 ()()(1)(lim)(lim)(00為失效率例：若有100件產(chǎn)品，實(shí)驗(yàn)10小時(shí)已有2件失效。此時(shí)觀測(cè)1小時(shí)，發(fā)現(xiàn)有1件失效，這時(shí)11(10)98（100-2）1 若實(shí)驗(yàn)到50小時(shí)時(shí)共有10件失效。再觀測(cè)1小時(shí)，也發(fā)現(xiàn)有1件失效，這時(shí)11(50)90（100-10）1可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)顯然有：( ( )(1( )( )( )(1( )( )( )d F tdR tdR ttF t dtR t dtR t dt )(ln)()(1)(

10、t0t0tRtdRtRdttt0)()(dttetR失效率曲線（也稱浴盤曲線）跑合期正常工作期耗損期t(t)適于電產(chǎn)品適于機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平均壽命 對(duì)于不可修產(chǎn)品為平均無(wú)故障時(shí)間MTTF (Mean Time To Failure)niittn11 對(duì)于可修產(chǎn)品為平均故障間隔時(shí)間MTBF (Mean Time Between Failure) 維修度MTTRMTBFMTBF)(tA在規(guī)定的條件下和規(guī)定規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，按規(guī)定規(guī)定的程序和方法完成維修的概率。(M(t) 有效度平均維修時(shí)間：MTTR(Mean Time To Repair)可以維修的產(chǎn)品在某時(shí)刻具有或維持規(guī)定功能的概率?？煽啃?/p>

11、設(shè)計(jì)基礎(chǔ)二、概率論的基本概念、 隨機(jī)事件與事件間的關(guān)系隨機(jī)事件“不可預(yù)言的事件”、事件或事件發(fā)生的事件、事件與事件同時(shí)發(fā)生的事件、 頻率與概率做次實(shí)驗(yàn)，隨機(jī)事件共發(fā)生次，則：隨機(jī)事件出現(xiàn)的頻率為：Nn隨機(jī)事件出現(xiàn)的概率為：NnlimPN可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、概率運(yùn)算CP(AB)=P(B)P(AB) =P(A)P(BA)若P(A B)=P(A)，則A與B相互獨(dú)立，且P(AB)=P(A)P(B) CP(A+B)=P(A)+P(B)P(AB)若P(AB)=，則A與B互不相容，且P(AB)=P(A)P(B) 二、概率分布與數(shù)字特征 f xx概率密度函數(shù)、概率分布0)(xf1)(dxxfxdxxfxF)()(

12、ba)()(dxxfbxaP1)(0 xF可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、數(shù)字特征 均值(期望)反映隨機(jī)變量取值集中的位置，常用或E(x)表示。定義：dxxxfxE)()(性質(zhì)：)()(xcEcxE)()()(yExEyxE)()()(yExExyEx、y為任意隨機(jī)變量x、y為相互獨(dú)立的隨機(jī)變量在可靠性設(shè)計(jì)中，E(x)可表示平均強(qiáng)度、平均應(yīng)力、平均壽命在常規(guī)設(shè)計(jì)中引入的物理量，多數(shù)就是E(x)?？煽啃栽O(shè)計(jì)基礎(chǔ) 方差衡量隨機(jī)變量取值的分散程度，用D(x)、2表示。定義：dxxfxExxD)()()(2)(xD標(biāo)準(zhǔn)差、均方差性質(zhì)：0)(cD)()(2xDccxD)()()(yDxDyxDx、y為相互獨(dú)立的隨機(jī)變量

13、可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)基礎(chǔ)9 變異系數(shù)CC是一個(gè)無(wú)量綱的量，表示了隨機(jī)變量的相對(duì)分散程度。金屬材料的變異系數(shù)（參考）拉伸強(qiáng)度極限B0.05拉伸屈服極限S0.07疲勞極限-10.08焊接結(jié)構(gòu)疲勞極限-10.10鋼材的彈性模量E0.03鑄鐵的彈性模量E0.04布氏硬度HBS0.05斷裂韌性KIC0.07可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 偏度（Skewness Sk)3332/3)()()()(1xkxExEdxxfxExxDS3333)(3)()(xxkxExExESSk = 0 對(duì)稱分布Sk 0 正偏分布Sk 0 負(fù)偏分布可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)三、可靠性分析中的常用分布、 指數(shù)分布xexf)( x0概率密度函數(shù)：xexF1)(累

14、積分布函數(shù)：若xt（壽命），則t指數(shù)分布，反映了偶然因素導(dǎo)致失效的規(guī)律。平均壽命E(t)=/（MTBF)， 為失效率。指數(shù)分布常用于描述電子產(chǎn)品的失效規(guī)律，由于為常數(shù)，指數(shù)分布不適于描述按耗損規(guī)律失效的問題，機(jī)械零件的失效常屬于這一類型?？煽啃栽O(shè)計(jì)基礎(chǔ)關(guān)于指數(shù)分布的討論()()P TttTt 相關(guān)公式：上述推導(dǎo)表明，若產(chǎn)品的壽命服從指數(shù)分布，則表明該產(chǎn)品是“永遠(yuǎn)年輕” 的。()1tF Tte tttee（）（）()()()P Ttt TtP Tt ()()P TttP Tt () te()P Tt ( )()tR teP TtP(AB)=P(B)P(AB) =P(A)P(BA)可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、

15、正態(tài)分布（高斯分布）222x21)(exfx概率密度函數(shù)：累積分布函數(shù)：dxexFx222x21)(記為：),(2Nx),(Nx或，是一種二參數(shù)分布)(xE為均值)(2xD為方差f(x)x1 31 21= 32 1分布形態(tài)為對(duì)稱分布可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)當(dāng)， 時(shí)，為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。2221)(xexdxxxxe2221)(-2-3=032N(0,)68.26%95.44%99.73%3 準(zhǔn)則：超過距均值3距離的可能性太小，認(rèn)為幾乎不可能（或靠得?。?。若：L=300.06mmN(,)則： 30mm =0.063=0.02mm自然界和工程中許多物理量服從正態(tài)分布，可靠性分析中，強(qiáng)度極限、尺寸公差、硬度等已被

16、證明是服從正態(tài)分布。可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)例有一個(gè)鋼制結(jié)構(gòu)件，據(jù)實(shí)驗(yàn)有BN(，)， 均值B =400MPa，變異系數(shù)c=0.08。求： max =300MPa時(shí)，結(jié)構(gòu)件的失效概率？要求可靠度R=0.9977時(shí)， max = ？。解： PF=P(B max )= P(B 300)40008. 0400300()(BBmax100009)125. 3( PF1R=10.99770.00230023. 0)(BBmax83. 2BBmaxMPa30983. 2BBmax可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)基礎(chǔ)14、對(duì)數(shù)正態(tài)分布若：),(lnLLNxy，則稱x服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布可記為：),(LLLNx222)(lnLL21)(Lxe

17、xxf概率密度函數(shù)為：f(x)x大量的疲勞失效規(guī)律服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，如疲勞壽命的分布。3NNN疲勞極限大致服從正態(tài)分布可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)基礎(chǔ)15、威布爾分布（Weibull）010)(xxexxxf001)()(xxxxedxxfxF形狀參數(shù)；尺度參數(shù)；x0位置參數(shù)；=0.5=3.6=5=1 x0=0 x =1 f (x)=2形狀參數(shù)不同的影響可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)基礎(chǔ)16機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ) f (x) x =2 x0=0=1=2=3尺寸參數(shù)不同的影響 f (x) x =2=1x0取不同的值位置參數(shù)不同的影響基礎(chǔ)17威布爾分布的數(shù)字特征)11 (0 xx)11 ()21 (222x3331)11 ( 2)

18、21 (3)31 (xkxS式中：()為Gamma函數(shù)，01)(dyeyxyx威布爾分布是一簇分布，適應(yīng)性很廣。因源于對(duì)結(jié)構(gòu)疲勞規(guī)律的分析，因而是在機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)中生命力最強(qiáng)的分布。滾動(dòng)軸承的壽命L服從二參數(shù)的威布爾分布，)(1)(LeLF其失效概率為：)()(LeLR可靠度為：其中：=1.5(ISO/R286)可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)基礎(chǔ)18目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中采用下列方法計(jì)及滾動(dòng)軸承的可靠度101LaLn其中，L10為基本額定壽命（可靠度為90%)Ln為可靠度R=1-n%的軸承壽命a1為軸承的可靠性系數(shù)，其值按下表?。?-n%909596979899a110.620.530.440.330.21關(guān)于a1的

19、推導(dǎo)：11010)(10)9 . 0ln/(9 . 0ln)(1 . 01)(10LLLFLe1)(%)1ln(%1)(nLnLFnnLne111019 . 0ln%)1ln(9 . 0ln%)1ln(&nLnLan可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)基礎(chǔ)19例：已知某軸承L106000小時(shí)，求R=94%、95.5%時(shí)的壽命，以及Ln=3000小時(shí)時(shí)的可靠度。解：R=94%時(shí)，小時(shí)。7 .4207600070128. 070128. 09 . 0ln94. 0ln5 . 111nLa小時(shí)。26.3455600057588. 057588. 09 . 0ln955. 0ln5 . 111nLa當(dāng)R=95.5%

20、時(shí)，1011019 . 0lnln9 . 0ln%)1ln(LLRLnLnn%3435.9603725. 09 . 0ln60003000ln5 . 1RRLn=3000小時(shí)時(shí)，可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)基礎(chǔ)20四、可靠性分析分布的確定實(shí)際應(yīng)用中，多為引用理論分布，在引用分布時(shí)應(yīng)考慮：、物理意義電產(chǎn)品多用指數(shù)分布、疲勞壽命用對(duì)數(shù)正態(tài)分布，建議機(jī)械產(chǎn)品多用威布爾分布。、統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)易通過威布爾分布最易通過檢驗(yàn)。、計(jì)算簡(jiǎn)便正態(tài)分布最方便。分布確定的途徑：引用理論分布、建立特殊的分布。應(yīng)特別注意積累可靠性數(shù)據(jù)！可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)系統(tǒng)分析2一、系統(tǒng)可靠性的預(yù)測(cè)一、系統(tǒng)可靠性的預(yù)測(cè)、串聯(lián)系統(tǒng)：系統(tǒng)中只要有一個(gè)零件失效，系統(tǒng)

21、便失效。若個(gè)組成零件的可靠度為：R1、 R2、 Rn，各零件的可靠事件是相互獨(dú)立的，則系統(tǒng)的可靠度為： niisRRRRRn121sisRnRRni，且顯然：min1另有觀點(diǎn)認(rèn)為，串聯(lián)系統(tǒng)應(yīng)是一種鏈?zhǔn)较到y(tǒng)模型，即系統(tǒng)的可靠性取決于其中最弱環(huán)節(jié)的可靠性，因此有：min1isRRni 可靠性分析系統(tǒng)分析3、并聯(lián)系統(tǒng)：系統(tǒng)中只要有一個(gè)零件正常，系統(tǒng)便正常。 niisniisRRRFFFFn1121)1 (1)1 (顯然有，nRs。并聯(lián)系統(tǒng)也稱冗余系統(tǒng)。、表決系統(tǒng)：系統(tǒng)共有n個(gè)零件，只要m個(gè)零件正常，系統(tǒng)正常。這種系統(tǒng)稱為：m/n表決系統(tǒng)。、復(fù)雜系統(tǒng)：由串、并聯(lián)和表決系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)。、系統(tǒng)模型的判

22、別應(yīng)注重從功能上來(lái)識(shí)別！例如：一個(gè)油濾系統(tǒng)，是什么系統(tǒng)？若失效形式為濾網(wǎng)堵塞，則屬于串聯(lián)系統(tǒng)。若失效形式為濾網(wǎng)破裂，則屬于并聯(lián)系統(tǒng)。 可靠性分析系統(tǒng)分析4討論：行星輪系的可靠性模型。3z1z4z5z2模型一：Z1Z3Z4Z5Z2Z1Z2Z3Z4Z5模型二：Z1Z3Z4Z5Z22/3G模型三： 可靠性分析FMECA0 故障樹分析(FTA) 故障模式、影響及危害性分析(FMECA)可靠性分析一、 概 述二、故障模式與影響分析( FMEA )三、危害性分析(CA)四、對(duì)FMECA的評(píng)價(jià)FMECA(Failure Mode Effect and Criticality Analysis)故障模式、影響

23、及危害性分析(FMECA)可靠性分析FMECA是進(jìn)行產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的重要分析方法之一，一般為定性分析，也可進(jìn)行一定的定量分析。 FMECA 是通過分析產(chǎn)品所有可能的失效模式，來(lái)確定每一種失效對(duì)產(chǎn)品的安全、性能等要求的潛在影響，并按其影響的嚴(yán)重程度及其發(fā)生的概率對(duì)失效模式加以分類，鑒別設(shè)計(jì)上的薄弱環(huán)節(jié)，以便采取適當(dāng)措施，消除或減輕這些影響。FMECA的特點(diǎn)在于，即使沒有定量的可靠性數(shù)據(jù)，也能找出產(chǎn)品的不可靠因素。 GB7826-87：失效模式和效應(yīng)分析(FMEA)程序 HB6359-89：失效模式、影響及危害性分析程序可靠性分析1.2FMECA也可分為：FMEA側(cè)重于定性分析, CA側(cè)重于定量分

24、析（有定性和定量?jī)煞N）。危害性分析(CA)工作的難度較大，需要有一定的基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)有說(shuō)明，在條件不具備時(shí)可不作危害性分析(CA)。FMECA包括以下三個(gè)部分： FMA(Failure Mode Analysis)故障模式分析； FEA(Failure Effect Analysis)故障影響分析； CA(Criticality Analysis)危害性分析。可靠性分析2.1 1. 分析的基本方法： 硬件法：是列出各個(gè)產(chǎn)品，對(duì)它們可能的失效形式加以分析。 功能法：是從每個(gè)產(chǎn)品可以完成許多功能，而功能是按輸出分類的觀點(diǎn)出發(fā)，將輸出一一列出，并對(duì)它們的失效模式進(jìn)行分析?！翱赡艿氖А北M可能地收集

25、類似產(chǎn)品在相似適用條件下積累的有關(guān)信息。FMEA一般可用于產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)和使用階段，特別應(yīng)在研制、設(shè)計(jì)的各階段中采用。FMEA應(yīng)在設(shè)計(jì)的早期階段就開始進(jìn)行，以便于對(duì)設(shè)計(jì)的評(píng)審、為安排改進(jìn)措施的先后順序提供依據(jù)?？煽啃苑治?.22. 分析所需的資料：技術(shù)規(guī)范、研制方案、設(shè)計(jì)資料與圖紙、可靠性數(shù)據(jù)等。3. 分析的程序： 定義被分析的系統(tǒng)，包括范圍（內(nèi)部與接口）、任務(wù)階段、環(huán)境、功能要求等。 繪制功能或可靠性方框圖； 確定失效模式； 確定失效的嚴(yán)酷度、按最壞的潛在后果評(píng)定； 確定檢測(cè)方法； 確定補(bǔ)償、改進(jìn)措施； 分析總結(jié)，提出薄弱環(huán)節(jié)，說(shuō)明不能通過設(shè)計(jì)計(jì)算來(lái)改善的環(huán)節(jié)?？煽啃苑治?.34. 嚴(yán)酷度

26、分類 對(duì)失效造成的后果的嚴(yán)重程度進(jìn)行分類，是較籠統(tǒng)的、定性的分類。 類（災(zāi)難性的）會(huì)引起人員死亡或系統(tǒng)毀壞的失效（機(jī)毀人亡）。 類（致命性的）會(huì)引起人員嚴(yán)重傷亡、重大財(cái)產(chǎn)損失或?qū)е氯蝿?wù)失敗的系統(tǒng)嚴(yán)重失效。 類（臨界的）會(huì)引起人員的輕度損傷、一定人的財(cái)產(chǎn)損失或?qū)е氯蝿?wù)延誤或降級(jí)的系統(tǒng)輕度損壞。 類（輕度的）不足以導(dǎo)致上述三類后果的失效，但它會(huì)導(dǎo)致非計(jì)劃維護(hù)或修理。 在GB7826-1987中給出的類別的順序與上述恰相反，即：輕度嚴(yán)重可靠性分析2.3嚴(yán)酷度的分類和確定有一定的任意性，不同的領(lǐng)域應(yīng)專門給出嚴(yán)酷度的定義。例如，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的嚴(yán)酷度定義為： 類（災(zāi)難性的）會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車且不易重新啟動(dòng)

27、的故障。 類（致命性的）會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)性能嚴(yán)重下降的故障。 類（臨界的）會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)不能工作而需要提前拆換發(fā)動(dòng)機(jī)的故障。 類（輕度的）不足以導(dǎo)致提前拆換發(fā)動(dòng)機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)壽命降低，但仍需一定的非計(jì)劃維修工作的故障?？煽啃苑治?. FMEA表格 填寫表格是FMEA工作的一個(gè)重要體現(xiàn)，填入的失效模式至少應(yīng)就下述典型的失效狀態(tài)進(jìn)行分析研究。 提前運(yùn)行； 在規(guī)定的時(shí)刻開機(jī)失效； 間斷地工作； 在規(guī)定的時(shí)刻關(guān)機(jī)失效； 工作中輸出失效（或消失）； 輸出或工作能力下降； 與系統(tǒng)特性有關(guān)的其它失效?？煽啃苑治?. FMEA報(bào)告 應(yīng)將FMEA的主要內(nèi)容和結(jié)果匯編成文，其中包括: 信息來(lái)源說(shuō)明； 被分析對(duì)象的定義； 分

28、析層次； 分析方法說(shuō)明； FMEA表； 、類故障，單點(diǎn)故障清單；（單點(diǎn)故障指能導(dǎo)致系統(tǒng)失效的某一產(chǎn)品失效，即處于串聯(lián)系統(tǒng)中的元件的失效，若系統(tǒng)中的故障均為單點(diǎn)故障，可不列清單） 遺留問題總結(jié)和補(bǔ)償措施建議。、類故障清單示例序號(hào)代號(hào)產(chǎn)品或功能標(biāo)志故障模式嚴(yán)酷度類別注222511渦輪工作葉片F(xiàn)MEA示例可靠性分析危害性分析(CA)1. 危害性分析的目的 按每一失效形式的嚴(yán)酷度類別及該失效模式的發(fā)生概率所產(chǎn)生的綜合影響來(lái)對(duì)其劃等分類，以便全面地評(píng)價(jià)各潛在失效模式影響。CA是FMEA的補(bǔ)充和擴(kuò)展，未進(jìn)行FMEA，不能進(jìn)行CA。2. 分析方法相對(duì)于FMEA而言，CA側(cè)重于定量分析，當(dāng)然具體方法包括定性分

29、析和定量分析兩種。定性分析方法在不具備產(chǎn)品可靠性數(shù)據(jù)（或失效率）時(shí)，可按失效模式發(fā)生的大致概率來(lái)評(píng)價(jià)FMEA 中確定的失效模式?？煽啃苑治鍪Ｊ桨l(fā)生的概率等級(jí)可按以下方法劃分： A級(jí)：經(jīng)常發(fā)生的事件，概率P20； B級(jí)：很可能發(fā)生的事件，10P20； C級(jí)：偶然發(fā)生的事件，1P10； D級(jí)：很少發(fā)生的事件，0.1P1； E級(jí)：極不可能發(fā)生的事件，0P0.1；可靠性分析定量分析方法危害度Cm計(jì)算tCjjpmj式中：p失效率（1/h) j產(chǎn)品以模式j(luò)發(fā)生失效的頻數(shù)比，第j個(gè)失效模式的危害度為：各模式發(fā)生數(shù)模式發(fā)生數(shù)jjj模式j(luò)發(fā)生并導(dǎo)致系統(tǒng)失效的條件概率，即 jP(FsFj) t 產(chǎn)品在可能出現(xiàn)

30、模式j(luò)失效狀態(tài)下的工作時(shí)間（或循環(huán)次數(shù)）注：j由分析人員判斷，實(shí)際喪失 j1，很可能喪失0.1 j1， 有可能喪失0 j 0.1 ，無(wú)影響 j 0可靠性分析元件的危害度CrnjCC1mjr式中：n該元件在相應(yīng)嚴(yán)酷度類別下的失效模式數(shù)。 Cr 是元件就某個(gè)特定的嚴(yán)酷度類別和任務(wù)階段而言的。究竟選擇哪種分析方法，應(yīng)依據(jù)具體情況而決定?？煽啃苑治?. 危害性分析程序 填寫CA表格，17欄同F(xiàn)MEA表，對(duì)于定性的CA，僅填至第8欄；對(duì)于定量的CA，應(yīng)填滿各欄。 繪制危害性矩陣。危害度增大方向可靠性分析4. FMECA報(bào)告 相應(yīng)的FMECA 報(bào)告(含相應(yīng)的FMEA 表，、類故障，單點(diǎn)故障清單) 對(duì)FME

31、A中的失效模式應(yīng)給出其危害度或概率等級(jí) CA表 危害性矩陣與危害性順序表 關(guān)鍵件清單可靠性分析對(duì)FMECA的評(píng)價(jià)1. 優(yōu)點(diǎn) 簡(jiǎn)單，基本為定性分析，也可做定量分析 適用于各個(gè)行業(yè)，各類設(shè)計(jì)過程 在一定程度上可反映人的因素 有很好的實(shí)際效果2. 缺點(diǎn) 分析工作量大、費(fèi)時(shí)，對(duì)于較復(fù)雜的系統(tǒng)，其分析工作十分繁瑣 屬單因素分析，未考慮共因素問題 因環(huán)境條件而異，結(jié)論的通用性差 應(yīng)該針對(duì)FMECA建立數(shù)據(jù)庫(kù)，充分采用計(jì)算機(jī)統(tǒng)計(jì)、檢索和分析?？煽啃苑治龉收蠘浞治?FTA)故障樹分析Fault Tree Analysis （FTA） FTA 是系統(tǒng)可靠性分析方法之一，包括分定性分析和定量分析 FTA目的在于：

32、尋找導(dǎo)致系統(tǒng)故障的原因，若已知基本事件（原因）發(fā)生的概率，則可依此求出系統(tǒng)的失效概率 FTA以故障樹（ FT）為工具對(duì)系統(tǒng)的失效進(jìn)行分析 故障樹（ FT）用各種事件的代表符號(hào)和邏輯關(guān)系符號(hào)組成的倒立樹狀的因果關(guān)系圖+或門與門結(jié)果事件基本事件未探明事件可靠性分析故障樹分析一例PMK1(手動(dòng)開關(guān)）K2(電磁開關(guān)）E電機(jī)電機(jī)不轉(zhuǎn)+M失效M兩端無(wú)220V電壓+E220V開關(guān)失效K失效K1失效可靠性分析系統(tǒng)分析5二、系統(tǒng)可靠性分配二、系統(tǒng)可靠性分配問題：已知系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)（可靠度），如何把這一指標(biāo)分配到個(gè)零件中去。這是可靠性分析的反問題?？赡艿囊阎獥l件：系統(tǒng)可靠度Rs、曾預(yù)計(jì)的零件可靠度Ri 、可靠性

33、模型。分配問題相當(dāng)于求下列方程的解：niniRRRRRfRss121).(對(duì)于串聯(lián)系統(tǒng)、事實(shí)上，上列方程是無(wú)定解的，若要解，需加以約束條件。 按重要度分配原則 按經(jīng)濟(jì)性分配原則 按預(yù)計(jì)可靠度分配原則 按等可靠度分配原則 可靠性分析 分配原則：系統(tǒng)中各零件的重要性相當(dāng)，可給個(gè)零件分配相同的可靠度。對(duì)于串聯(lián)系統(tǒng)nsRR i對(duì)于并聯(lián)系統(tǒng)nsRR11i可靠性分析 分配原則：對(duì)那些在初步設(shè)計(jì)中預(yù)計(jì)可靠度高的零件，分配較高的可靠度。設(shè)在初步設(shè)計(jì)中各零件預(yù)計(jì)可靠度為：12nRRR、.1nsiiRR在初步設(shè)計(jì)中（串聯(lián)）系統(tǒng)的預(yù)計(jì)可靠度為：進(jìn)一步設(shè)計(jì)中系統(tǒng)的可靠度指標(biāo)為RsinisnsRRRR進(jìn)一步設(shè)計(jì)中各零件

34、分配的可靠度為：1niiR驗(yàn)算：1ninsnisRRR1nsiisRRRsssRRRsR可靠性分析按重要度分配的原則 分配原則：重要的零件應(yīng)分配較高的可靠度。“重要”可以是指：功能的核心、失效的后果嚴(yán)重等。iiiw 由第 個(gè)單元失效引起系統(tǒng)故障的次數(shù)第 個(gè)單元的失效總數(shù)設(shè)重要度為：多數(shù)文獻(xiàn)介紹的是AGREE分配法：設(shè)系統(tǒng)中有n個(gè)元件串聯(lián)組成，若按等可靠度分配，則有：nsRR i即：nsRF1iiiiii1wFFFw應(yīng)由于： 則應(yīng)有：ii11wRRns因此有：AGREE分配法的兩個(gè)問題：1、對(duì)于串聯(lián)系統(tǒng)，wi12、Ri Rs可靠性分析 iiw 由第 個(gè)單元失效引起系統(tǒng)故障的次數(shù)系統(tǒng)的失效總數(shù)設(shè)重

35、要度為：改進(jìn)的AGREE分配法：設(shè)系統(tǒng)中有n個(gè)元件串聯(lián)組成，若按等可靠度分配，則有：nsRR iiiiwwRe由于：s11iininwwisssisnwRRRRRReeeeeeeennni=1i=1i=1驗(yàn)算： iiiiswwnnneeRRRee則應(yīng)有：可靠性分析可靠性分析系統(tǒng)預(yù)防性維修周期維修工作分為兩種：故障性維修及預(yù)防性維修 平均預(yù)防性維修時(shí)間系統(tǒng)最佳預(yù)防性維修周期的確定原則：（1）可用度最大；（2）維修費(fèi)用最小 可靠性分析 可靠性分析 可靠性分析一、可靠性試驗(yàn)概念一、可靠性試驗(yàn)概念 廣義而言，凡是為了了解、考核、評(píng)價(jià)、分析和提高產(chǎn)品可靠性而進(jìn)行的試驗(yàn)都可以稱之為可靠性試驗(yàn)。二、常用的可

36、靠性試驗(yàn)二、常用的可靠性試驗(yàn) GJB450A在可靠性工作項(xiàng)目中規(guī)定的可靠性試驗(yàn)： 環(huán)境應(yīng)力篩選 可靠性研制試驗(yàn) 可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn) 可靠性鑒定試驗(yàn) 可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)1、環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)、環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)(ESSEnvironment Stress Screen) 在產(chǎn)品出廠前或使用前，有意將環(huán)境應(yīng)力施加到產(chǎn)品上，以便發(fā)現(xiàn)和排除不良元器件、制造工藝和其他原因引入的缺陷造成的早期故障?？煽啃栽囼?yàn)2、可靠性研制試驗(yàn)、可靠性研制試驗(yàn) 通過對(duì)產(chǎn)品施加環(huán)境應(yīng)力、工作載荷，尋找產(chǎn)品中的設(shè)計(jì)缺陷，以改進(jìn)設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品的固有可靠性3、可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)、可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn) 通過對(duì)產(chǎn)品施加模擬實(shí)際使用環(huán)境的綜合環(huán)境應(yīng)力，暴露產(chǎn)

37、品中的潛在缺陷并采取糾正措施，使產(chǎn)品的可靠性達(dá)到規(guī)定的要求4、可靠性鑒定試驗(yàn)、可靠性鑒定試驗(yàn) 模擬實(shí)際使用環(huán)境，對(duì)產(chǎn)品施加工作應(yīng)力，驗(yàn)證產(chǎn)品設(shè)計(jì)是否達(dá)到規(guī)定的可靠性要求5、可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)、可靠性驗(yàn)收試驗(yàn) 模擬實(shí)際使用環(huán)境，對(duì)產(chǎn)品施加工作應(yīng)力，驗(yàn)證批生產(chǎn)產(chǎn)品的可靠性是否保持在規(guī)定的水平，即產(chǎn)品經(jīng)過生產(chǎn)期間的工藝、工裝、工作流程變化后的可靠性?？煽啃栽囼?yàn)三、環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)（三、環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)（ESSESS） 早期故障產(chǎn)品在研制或生產(chǎn)過程中，由于一些偶然的加工缺陷，元器件質(zhì)量差異或一些防不勝防的工藝問題，造成個(gè)別產(chǎn)品存在一定的故障隱患，并在產(chǎn)品使用早期很快暴露。 解決方法采用環(huán)境應(yīng)力篩選技術(shù)（如

38、GJB1032），即用強(qiáng)環(huán)境應(yīng)力-激發(fā)故障隱患-更換/修復(fù)，使產(chǎn)品的故障率快速下降，并達(dá)到穩(wěn)定，再交付使用（見圖）?？煽啃栽囼?yàn)可靠性試驗(yàn)環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)概念示意圖環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)（環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)（ESSESS） 存在問題環(huán)境應(yīng)力篩選不可能無(wú)限地下降產(chǎn)品的故障率。 原因由于環(huán)境應(yīng)力篩選不可能解決產(chǎn)品固有的可靠性問題，如設(shè)計(jì)水平、配套元器件和材料的等級(jí)，以及制造過程存在的生產(chǎn)工藝等系統(tǒng)性問題所形成的缺陷。僅僅采用快速試驗(yàn)技術(shù)和對(duì)故障部件進(jìn)行簡(jiǎn)單更換或修復(fù)的辦法，是無(wú)法解決那種全體產(chǎn)品共有的、決定性產(chǎn)品固有可靠性的問題的。可靠性試驗(yàn)四、可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)（四、可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)（RGTRGT）1 1、可靠

39、性增長(zhǎng)試驗(yàn)的目的和一般方法、可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)的目的和一般方法 增長(zhǎng)試驗(yàn)?zāi)康?提高產(chǎn)品固有可靠性，以滿足產(chǎn)品使用期的可靠性需要。（見圖）故障率增長(zhǎng)前增長(zhǎng)后（使用期）（早期）0t0t01可靠性試驗(yàn)增長(zhǎng)試驗(yàn)一般方法增長(zhǎng)試驗(yàn)一般方法 通過試驗(yàn)，激發(fā)產(chǎn)品故障隱患，開展故障分析，重點(diǎn)找出系統(tǒng)性問題，采用優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)、優(yōu)選配套元器件和材料、改進(jìn)生產(chǎn)工藝及試驗(yàn)驗(yàn)證等技術(shù)途徑，不斷減少系統(tǒng)性故障，提高產(chǎn)品的固有可靠性。偶然性故障特征系統(tǒng)性故障特征個(gè)別產(chǎn)品全體產(chǎn)品偶然形成必然形成隨機(jī)發(fā)生隨機(jī)發(fā)生修復(fù)、更換設(shè)計(jì)、工藝及材料改進(jìn)可靠性試驗(yàn)環(huán)境應(yīng)力篩選環(huán)境應(yīng)力篩選VSVS可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)試驗(yàn)項(xiàng)目環(huán)境應(yīng)力篩選

40、ESS可靠性增長(zhǎng) RGT目的消除早期故障消除系統(tǒng)性故障時(shí)間交付使用前研制/使用期間試樣全體產(chǎn)品樣品方法試驗(yàn)-激發(fā)故障試驗(yàn)-改進(jìn)-試驗(yàn)故障處理修復(fù)/更換設(shè)計(jì)/工藝改進(jìn)處理對(duì)象個(gè)別問題產(chǎn)品全體產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)2 2、可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)故障數(shù)據(jù)的處理、可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)故障數(shù)據(jù)的處理 不能采用指數(shù)分布的假設(shè)對(duì)其故障數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。 a增長(zhǎng)趨勢(shì)有效性檢驗(yàn)?zāi)康模捍_認(rèn)產(chǎn)品的可靠性是否已有明顯增長(zhǎng)（統(tǒng)計(jì)意義上）。方法一：GJB/Z 77-95可靠性增長(zhǎng)管理手冊(cè)中2檢驗(yàn)法。 設(shè)：Ti 為發(fā)生第i 次故障時(shí)參試產(chǎn)品的總累積有效試驗(yàn)時(shí)間（i1,2,r）； T 為試驗(yàn)中止時(shí)受試產(chǎn)品的總累積有效試驗(yàn)時(shí)間。求出檢驗(yàn)用統(tǒng)計(jì)量： (4

41、.1)其中 當(dāng) 時(shí) 當(dāng) 時(shí)可靠性試驗(yàn) 選取檢驗(yàn)顯著性水平 =1-C，這里C為置信度，常取90%和95% ,如出現(xiàn) f(C,m) 則可認(rèn)為該產(chǎn)品具有顯著的可靠性增長(zhǎng)趨勢(shì)，否則不能確認(rèn)其可靠性有明顯的增長(zhǎng)。f(C,m)值可由表1查得。 方法二：GJB/Z 77-95可靠性增長(zhǎng)管理手冊(cè)中U 檢驗(yàn)法檢驗(yàn)用統(tǒng)計(jì)量： (4.2)式中m,T,Ti 意義同(3.1)式規(guī)定。 選取檢驗(yàn)顯著性水平 ,如出現(xiàn) U-U(,m) 則認(rèn)為產(chǎn)品可靠性有顯著的增長(zhǎng)趨勢(shì)；否則不予確認(rèn), U(,m)值可由表2查得?？煽啃栽囼?yàn)b增長(zhǎng)模型的擬合優(yōu)度檢驗(yàn) 目的：確認(rèn)所選用的可靠性增長(zhǎng)模型是否合適和有效（統(tǒng)計(jì)意義上） 方法：Cramer

42、-Von Mises檢驗(yàn)方法 檢驗(yàn)用統(tǒng)計(jì)量： (4.3)其中 ，式中m,T,Ti 及 的意義同(4.1)式。 選定檢驗(yàn)的顯著性水平（通常取0.1）并根據(jù)m由表3查得臨界值 C(m,)。若C(m)C(m,)，則拒絕AMSAAA模型，反之則認(rèn)為AMSAA模型可作為本次可靠性增長(zhǎng)的評(píng)價(jià)模型。mib2miTTimmC1212)(121)(可靠性試驗(yàn)3 3、AMSAAAMSAA可靠性增長(zhǎng)模型可靠性增長(zhǎng)模型 假定產(chǎn)品發(fā)生故障的累積過程是一個(gè)非齊次Poisson過程(NHPP)，即從0到時(shí)刻t,產(chǎn)品共發(fā)生r次故障的概率為： r=0,1,2, (4.4)式中 為累積故障數(shù)R(t)的數(shù)學(xué)期望，即 (4.5) 則

43、AMSAA模型認(rèn)為:產(chǎn)品在時(shí)刻T的MTBF點(diǎn)估計(jì)值(無(wú)偏)為： (4.6)式中： ， ，其中 m 和 意義同(4.1)式?？煽啃栽囼?yàn)4 4、DuaneDuane可靠性增長(zhǎng)模型可靠性增長(zhǎng)模型 假定可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)的產(chǎn)品在總累積試驗(yàn)時(shí)間t時(shí)，共累積發(fā)生 r(t) r(t) 次故障。顯然隨著試驗(yàn)時(shí)間t的增加，故障累積函數(shù) r(t)r(t) 也逐漸增大，并記 （4.9） 為平均故障率累積函數(shù)，由此故障累積函數(shù)為 （4.10） 而產(chǎn)品的平均MTBF累積函數(shù)為 （4.11）可靠性試驗(yàn) 對(duì)(4.11)式兩邊取對(duì)數(shù)，則 （4.12） 即在雙邊對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，產(chǎn)品的平均MTBF累積函數(shù)與時(shí)間t t 是一直線關(guān)系,其

44、斜率為 k k ,截距為 , 因此，在工程上稱斜率 k k 為增長(zhǎng)試驗(yàn)的增長(zhǎng)率。 又由(4.10)式，可得Duane模型的故障率函數(shù) 為： （4.13） 則產(chǎn)品的瞬時(shí)MTBF函數(shù)為： （4.14）可靠性試驗(yàn) 由(4.11)與(4.14)式可見，在 Duane 模型中，產(chǎn)品的平均MTBF累積函數(shù)與其瞬時(shí)MTBF函數(shù)的關(guān)系為： (4.15) 即在可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)過程中，任一時(shí)刻產(chǎn)品的瞬時(shí)MTBF值是MTBF累積平均值的 倍。兩邊取對(duì)數(shù)，則有 (4.16)即瞬時(shí)MTBF與累積MTBF為兩條平行直線,由于 0因此在雙邊對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上(見圖），任一時(shí)刻的 總是比 大 ?？煽啃栽囼?yàn)雙對(duì)數(shù)紙上的雙對(duì)數(shù)紙上的Du

45、aneDuane模型模型可靠性試驗(yàn)阿里亞娜火箭可靠性增長(zhǎng)情況（阿里亞娜火箭可靠性增長(zhǎng)情況（DuaneDuane）可靠性試驗(yàn)5 5、AMSAAAMSAA模型與模型與DuaneDuane模型的關(guān)系模型的關(guān)系 由于Duane模型是一種比較直觀的可靠性增長(zhǎng)模型，因此常用它來(lái)對(duì)產(chǎn)品可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)過程進(jìn)行跟蹤。而AMSAA模型對(duì)可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)的故障數(shù)據(jù)具有良好的統(tǒng)計(jì)處理能力，因此在對(duì)可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)上具有一定的優(yōu)勢(shì)。另外，這二種模型在使用的參數(shù)上具有共通性。所以，通常在產(chǎn)品的可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)中，可以將這二種模型結(jié)合起來(lái)，對(duì)故障數(shù)據(jù)實(shí)施跟蹤與結(jié)果評(píng)價(jià)。AMSAA模型是Duane模型的概率解釋。可靠性試

46、驗(yàn)五、可靠性統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)的條件、樣品和方案組成五、可靠性統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)的條件、樣品和方案組成1 1、可靠性試驗(yàn)的種類、可靠性試驗(yàn)的種類可靠性試驗(yàn)2 2、試驗(yàn)條件、試驗(yàn)條件 現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)應(yīng)選擇能代表產(chǎn)品使用過程中可能遇到的各種任務(wù)情況，而受地域、季節(jié)或一些不可控突發(fā)因素等影響，只能反映某些任務(wù)狀況的試驗(yàn)條件是不可取的。 試驗(yàn)室摸擬試驗(yàn)試驗(yàn)室摸擬試驗(yàn)試驗(yàn)條件應(yīng)是產(chǎn)品使用過程各種情況的綜合。 試驗(yàn)條件選取優(yōu)先原則：試驗(yàn)條件選取優(yōu)先原則： 實(shí)測(cè)環(huán)境條件相似環(huán)境條件標(biāo)準(zhǔn)推薦的參考環(huán)境條件。可靠性試驗(yàn)3 3、試驗(yàn)樣品、試驗(yàn)樣品基本要求基本要求：樣品應(yīng)能代表母體的特征統(tǒng)計(jì)學(xué)觀點(diǎn)；具體做法具體做法：隨機(jī)抽樣

47、。精雕細(xì)刻、特殊加工的工藝品”不可??； 對(duì)于測(cè)定試驗(yàn)或鑒定試驗(yàn)階段，產(chǎn)品一般不具備較大批量，試驗(yàn)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格地規(guī)定試樣的技術(shù)狀態(tài)（凍結(jié)），這是使試驗(yàn)結(jié)果具有代表性的重要保證。試樣數(shù)量試樣數(shù)量：在保證每臺(tái)（套）樣品有足夠的試驗(yàn)時(shí) 間 長(zhǎng) 度 的 前 提 下 以 多 為 好 ， 一 般 要 求 不 少于二臺(tái)（套）。 可靠性試驗(yàn)4 4、試驗(yàn)方案組成、試驗(yàn)方案組成主要包括：a.試驗(yàn)項(xiàng)目名稱與目的要求b.試樣構(gòu)成與數(shù)量c.統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案選擇 涉及試驗(yàn)?zāi)康摹⒅笜?biāo)評(píng)價(jià)、試驗(yàn)時(shí)間、樣品數(shù)量等?？?分別選擇：定時(shí)截尾/定數(shù)截尾/序貫截尾/可提前接收的 定時(shí)截尾/成功率試驗(yàn)/全數(shù)試驗(yàn)注意：統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案一旦確定，則在試驗(yàn)

48、中不得隨意更改。d.試驗(yàn)環(huán)境條件及其施加方式 應(yīng)根據(jù)事先確定的試驗(yàn)環(huán)境應(yīng)力條件，制訂實(shí)施方案，并 確定各應(yīng)力條件的大小。如： 綜合環(huán)境應(yīng)力/組合環(huán)境應(yīng)力/單項(xiàng)應(yīng)力？ 溫度范圍/溫度速率/溫度時(shí)間/濕度要求/振動(dòng)方式/振動(dòng) 量值？可靠性試驗(yàn)e.試樣性能測(cè)試項(xiàng)目與時(shí)間 一般原則：測(cè)試項(xiàng)目盡可能涵蓋全部性能和功能； 監(jiān)測(cè)時(shí)間應(yīng)定在環(huán)境應(yīng)力條件較嚴(yán)酷的 時(shí)間點(diǎn)f.故障判據(jù)-必須事先明確關(guān)聯(lián)故障：產(chǎn)品在試驗(yàn)中所發(fā)生的故障，在實(shí)際使用條件下也會(huì)發(fā)生的故障；責(zé)任故障：故障是由產(chǎn)品本身的問題引起的故障記入故障統(tǒng)計(jì)數(shù)g.試驗(yàn)設(shè)備及配套測(cè)試儀器可靠性試驗(yàn)5 5、可靠性測(cè)定試驗(yàn)、可靠性測(cè)定試驗(yàn) 時(shí)間：產(chǎn)品完成研制的

49、初期，開展鑒定試驗(yàn)前目的：希望摸清產(chǎn)品當(dāng)前達(dá)到的可靠性水平和存在 的問題做法：采用較長(zhǎng)時(shí)間的壽命試驗(yàn)（元器件）/運(yùn)行考 核（設(shè)備）樣品狀態(tài)：工作/貯存試驗(yàn)方法：截尾試驗(yàn)定時(shí)截尾（T）定數(shù)截尾（r） （可以證明：試驗(yàn)結(jié)果誤差的大小，不是 由截尾試驗(yàn)方法造成的） 定時(shí)截尾試驗(yàn)是目前最常用的方法，具有很強(qiáng)的計(jì)劃性和可操作性?？煽啃栽囼?yàn)試樣監(jiān)測(cè)：自動(dòng)/定時(shí)故障判據(jù)：事先約定只要有任務(wù)一項(xiàng)不合格， 就認(rèn)為產(chǎn)品不合格。故障統(tǒng)計(jì)：凡是獨(dú)立故障都應(yīng)記為一次故障測(cè)定試驗(yàn) MTBF（平均故障間隔時(shí)間）點(diǎn)估計(jì)值 （5.1）其中:r為試驗(yàn)中產(chǎn)品發(fā)生的責(zé)任故障總數(shù)T為所有參試樣品有效受試時(shí)間的總和，即 （5.2）可靠性

50、試驗(yàn)測(cè)定試驗(yàn)MTBF置信區(qū)間估計(jì)值（C為置信度取值）a.單邊估計(jì) 下限值： 定時(shí)截尾 定數(shù)截尾（5.3）b.雙邊估計(jì) 下限值: 定時(shí)截尾 定數(shù)截尾（5.4） 上限值： 定時(shí)/定數(shù)截尾（5.5） 其中fL，fu值可由表5.1查得?？煽啃栽囼?yàn)?zāi)康模簷z驗(yàn)產(chǎn)品的故障分布是否符合指數(shù)分布，以確認(rèn)數(shù) 據(jù)處理結(jié)果的有效性。時(shí)機(jī)：進(jìn)行產(chǎn)品MTBF點(diǎn)估計(jì)/區(qū)間估計(jì)前。方法：求統(tǒng)計(jì)量 （5.6）其中：Ti為發(fā)生第i次故障時(shí)所有參試產(chǎn)品的累積有效試驗(yàn) 時(shí)間（i=1，2，r）； （當(dāng) 時(shí)） （當(dāng) 時(shí)） 選雙邊置信度C，一般取90%，如果：則認(rèn)為指數(shù)分布假設(shè)成立?？煽啃栽囼?yàn)?zāi)康哪康模鸿b定試驗(yàn)驗(yàn)證產(chǎn)品是否達(dá)到研制合同要求

51、的可靠性指標(biāo)； 驗(yàn)收試驗(yàn)驗(yàn)證產(chǎn)品是否保持鑒定時(shí)的可靠性指標(biāo)；方法方法：采用統(tǒng)計(jì)學(xué)上的“一次計(jì)數(shù)抽樣檢驗(yàn)”方案 一次計(jì)數(shù)抽樣檢驗(yàn)的一般程序 關(guān)鍵問題： 如何事先確定抽樣 數(shù)n與合格判定數(shù)C， 即抽樣方案。 / rc rc可靠性試驗(yàn)一次計(jì)數(shù)抽樣方案n、c的制定原理 次品率：p 良品率：q=1-p在樣本量為n 的樣品中，可能出現(xiàn)r 個(gè)次品的概率： r =0,1,2,n, （6.1）其中，二項(xiàng)系數(shù) ， 當(dāng)n 較大時(shí)（6.1）式可由下式近似得到： （6.2） 根據(jù)檢驗(yàn)程序，當(dāng)出現(xiàn)任意 時(shí)，都認(rèn)為產(chǎn)品為合格，則可以接收該產(chǎn)品，因此稱L(p)為方案n、c的接收概率，即 （6.3）可靠性試驗(yàn) 顯然，對(duì)于一個(gè)確

52、定的抽樣檢驗(yàn)方案n、c，當(dāng)產(chǎn)品質(zhì)量不一樣時(shí)其接收概率也是不一樣的。例如，對(duì)于一個(gè)20,2的檢驗(yàn)方案，當(dāng)被檢驗(yàn)的產(chǎn)品，其次品率分別為1%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、40%或50%時(shí)，按圖示的抽樣程序，經(jīng)抽樣檢驗(yàn)產(chǎn)品被接收的可能性L(p)分別為： L(1%)=0.9990 L(5%)=0.9245 L(10%)=0.6769 L(15%)=0.4049 L(20%)=0.2061 L(25%)=0.0913 L(30%)=0.0208 L(40%)=0.0020 L(50%)=0.0002 若將L(p)值與次品率p 用函數(shù)曲線劃出，就得到該檢驗(yàn)方案的抽樣特性曲線，即所謂OC曲線

53、。 可靠性試驗(yàn)方案20，2OC曲線 可靠性試驗(yàn)抽樣檢驗(yàn)方案設(shè)計(jì)核心：就是對(duì)“誤判”進(jìn)行控制。 ：生產(chǎn)方風(fēng)險(xiǎn) ：使用方風(fēng)險(xiǎn) PO：質(zhì)量檢驗(yàn)上限 P1：質(zhì)量檢驗(yàn)下限 d = P1/P0 為鑒別比 可靠性試驗(yàn)AQL可接收質(zhì)量水平可接收質(zhì)量水平即：LTPD批容許不合格品率批容許不合格品率即：可靠性試驗(yàn) 一個(gè)科學(xué)的抽樣檢驗(yàn)方案n、c，可由下列聯(lián)合方程解得： (6.4) 即 (6.5) 而 n 和 C 要求為正整數(shù)解才有工程意義?？煽啃栽囼?yàn)98 試驗(yàn)對(duì)象：以成功率考核為主要指標(biāo)的產(chǎn)品抽樣方案：q0：質(zhì)量檢驗(yàn)上限 q1：質(zhì)量檢驗(yàn)下限可靠性試驗(yàn)例：開箱合格率試驗(yàn)訂 購(gòu) 方 要 求 ： 某 產(chǎn) 品 開 箱 后

54、用 合 格 率 不 低 于 97%（q1），即p1=1- q1=3%；供 貨 方 認(rèn) 為 ： 產(chǎn) 品 后 用 合 格 率 通 常 可 達(dá) 到 99%（qo），即p0=1- q0=1%； 由于產(chǎn)品批量大，雙方商定采用抽樣方式進(jìn)行檢驗(yàn)，并各自承擔(dān)10%風(fēng)險(xiǎn)；因此可由=10%，d=p1/p0=3選定檢驗(yàn)方案：可靠性試驗(yàn) 電子設(shè)備可靠性指標(biāo)：MTBF(平均故障間隔時(shí)間)首先進(jìn)行檢驗(yàn)參數(shù)轉(zhuǎn)換：次品率P np：代表了n個(gè)樣品中存在次品的平均個(gè)數(shù)； ：代表了總累積試驗(yàn)時(shí)間T內(nèi)，故障發(fā)生的平均 個(gè)數(shù)； 因此參照（6.2）式在總時(shí)間T內(nèi)，發(fā)生r次故障的概率為： (6.6)可靠性試驗(yàn)參照（6.3）式，可以得到可靠

55、性鑒定試驗(yàn)方案的接收概率為： (6.7)應(yīng)注意的是這里方案 構(gòu)成了一個(gè)“定時(shí)截尾”方案，而不是 原來(lái)“計(jì)數(shù)抽樣”方案?？煽啃栽囼?yàn)102 方案T=500,C=2的OC曲線 試驗(yàn)方案T,C的典型OC曲線這里：為生產(chǎn)方風(fēng)險(xiǎn) 0為產(chǎn)品MTBF檢驗(yàn)上限； 為使用方風(fēng)險(xiǎn) 1為產(chǎn)品MTBF檢驗(yàn)下限； d =0 /1 為鑒別比可靠性試驗(yàn)103 為了使構(gòu)造的定時(shí)截尾可靠性鑒定試驗(yàn)方案，能夠控制給供貨方和訂購(gòu)方帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)（亦即“生產(chǎn)方風(fēng)險(xiǎn)”和“使用方風(fēng)險(xiǎn)”），我們要求方案 必須滿足： (6.8)即 (6.9)其中：1為產(chǎn)品MTBF檢驗(yàn)下限； 0為產(chǎn)品MTBF檢驗(yàn)上限 C 、T)(1)(10LLcrcrrTPrTP

56、0100),(1),(可靠性試驗(yàn)104可靠性試驗(yàn) 注意問題：選定“可提前接收定時(shí)截尾試驗(yàn)方案”進(jìn)行試驗(yàn)后，中途同樣不能改變方案。 可靠性試驗(yàn) 序貫截尾試驗(yàn)方案的基本思路是：對(duì)于試驗(yàn)中發(fā)生的每一個(gè)故障，都給出“接收”判定時(shí)間TA(r)與“拒收”判定時(shí)間TR(r)。當(dāng)某次故障發(fā)生后，將其累積總試驗(yàn)時(shí)間T與TA（r）與TR(r)作出比較，若此時(shí)TTA(r)，則終止試驗(yàn)，“接收”產(chǎn)品；若TTR(r)，也終止試驗(yàn)，“拒收”產(chǎn)品；若TA(r)TTR(r)，則應(yīng)繼續(xù)試驗(yàn)，直至可作出判定為止，其試驗(yàn)操作程序見圖所示?？煽啃栽囼?yàn) TTA(r) TTR(r) 試驗(yàn)總時(shí)間 T 與TA(r)，TR(r)比較 根據(jù)1，

57、0，值選定序貫試驗(yàn)方案 產(chǎn)品試驗(yàn) 發(fā)生故障r 接收 拒收 TR(r)TTA(r) 圖5.9 序貫截尾試驗(yàn)方案操作程序圖 可靠性試驗(yàn) 由(6.6)式知，當(dāng)產(chǎn)品的壽命服從指數(shù)分布，其平均故障間隔時(shí)間MTBF分別為1和0時(shí)，在總累積試驗(yàn)時(shí)間T 內(nèi)，發(fā)生r 次故障的概率分別為：由此得概率比 （6.10）由于01，則鑒別比 ， 且 ， 因此當(dāng)r 越大或T 越小時(shí)，比值R就越大；當(dāng)r 越小或T 越大時(shí)，比值R也越小?？煽啃栽囼?yàn)而比值R大，正是表明產(chǎn)品可靠性差；比值R小表明產(chǎn)品可靠性相對(duì)較好。由此設(shè)定：當(dāng)RA時(shí)，認(rèn)為產(chǎn)品不合格，判為“拒收”；當(dāng)RB時(shí)，認(rèn)為產(chǎn)品合格，判為“接收”；當(dāng)BRA時(shí)，認(rèn)為產(chǎn)品還需“繼

58、續(xù)試驗(yàn)”其中AB, ， 。根據(jù)（5.16）式和“繼續(xù)試驗(yàn)”條件，得取自然對(duì)數(shù)，得可靠性試驗(yàn)整理后，即令 ， ， 則“繼續(xù)試驗(yàn)”條件為： （6.116.11）即產(chǎn)品的“接收”判定線TA(r)和“拒收”判定線TR(r)分別為 （6 6.12.12）可靠性試驗(yàn)上式中當(dāng)參數(shù)1，0，確定后，hA、hB和k值也確定，并且在T-r直角坐標(biāo)系上，TA(r)和TR(r)代表兩條平行直線，k為斜率，hA和hB為T軸截距見圖。 序貫截尾試驗(yàn)方案原理 可靠性試驗(yàn)常用序貫截尾試驗(yàn)方案 表5.6 常用序貫截尾試驗(yàn)方案 可靠性試驗(yàn) 序貫截尾試驗(yàn)方案的OC曲線，可用下式近似求出： （6.13） 式中h為下列方程的解，其中d=

59、0/1為鑒別此： 各方案對(duì)應(yīng)的OC曲線,可由GJB899圖A1圖A8a查出。當(dāng)產(chǎn)品采用序貫截尾方案完成試驗(yàn)考核，得出“接收”或“拒收”判決后，與采用定時(shí)截尾方案完成試驗(yàn)后一樣，可對(duì)產(chǎn)品實(shí)際達(dá)到的可靠性水平作出置信區(qū)間估計(jì)，其MTBF置信上限和下限估計(jì)值，可由GJB899表 A5a表A6b查出?？煽啃栽囼?yàn)圖中: A1與R1為標(biāo)準(zhǔn)型定時(shí)截尾試驗(yàn)方案的“接收”與“拒收”線； A2與R2為可提前接收定時(shí)截尾試驗(yàn)方案的“接收”與“拒收”線； A3與R3為序貫截尾試驗(yàn)方案的“接收”與“拒收”線。采用不同截尾方案試驗(yàn)結(jié)果判定情況比較 采用不同截尾方案試驗(yàn)結(jié)果判定情形示意圖 可靠性試驗(yàn)一、應(yīng)力一、應(yīng)力強(qiáng)度干涉

60、理論（模型）強(qiáng)度干涉理論（模型）、基本概念若應(yīng)力s和強(qiáng)度r均為隨機(jī)變量，則z=r-s也為隨機(jī)變量。產(chǎn)品要可靠，需滿足： z=r-s 0即產(chǎn)品可靠度為：R=P( z0)= P(r-s 0)g( f f xsssrrrsdrdsrgsfsrPR)()()(可以導(dǎo)出：rdsdrsfrgrsPR)()()(或兩個(gè)公式是等同的機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)方法2認(rèn)識(shí)應(yīng)力強(qiáng)度干涉模型很重要，這里應(yīng)特注意應(yīng)力、強(qiáng)度均為廣義的應(yīng)力和強(qiáng)度。廣義應(yīng)力導(dǎo)致失效（故障）的因素，如溫度、電流、載荷等；廣義強(qiáng)度阻止失效（故障）的因素，如極限應(yīng)力、額定電流等；幾點(diǎn)說(shuō)明：干涉模型是可靠性分析的基本模型，無(wú)論什么問題均適用；干涉區(qū)的面積越大，可靠