品質理念之可靠性工程培訓課件

1、可靠性的定義 （一）狹義定義 產品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內完成規(guī)定功能的能力。（二）廣義可靠性 產品在規(guī)定條件下，在整個壽命周期內完成規(guī)定功能的可能性。 可靠度可靠度是指產品在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內，完成規(guī)定功能的概率。它是時間的函數(shù)，以R(t)表示。若用T表示在規(guī)定條件下的壽命（產品首次發(fā)生失效的時間），則則“產品在時間產品在時間t t內完成規(guī)定功能內完成規(guī)定功能”等價于等價于“產品壽命產品壽命T T大于大于t”t”。 所以可靠度函數(shù)可靠度函數(shù)R(t)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)(可靠度函數(shù)可靠度函數(shù) 可靠度R(t)可以

2、用統(tǒng)計方法來估計。設有 個產品在規(guī)定的條件下開始使用。 令開始工作的時刻 t取為0，到指定時刻t時已發(fā)生失效數(shù)r(t), 亦即在此時刻尚能繼續(xù)工作的產品數(shù)為 -r(t)， 則可靠度的估計值（又稱經驗可靠度）為 00)()(NtrNtR設t=0時，投入工作的10000只燈泡，當t=365天時，發(fā)現(xiàn)有30只燈泡壞了，求一年時的可靠度.0N0N累計故障分布函數(shù)與可靠度定義相反, 產品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內,喪失規(guī)定功能(即發(fā)生故障)的概率稱為累計故障概率(又稱不可靠度)，產品的累積故障概率是時間的函數(shù) 對某產品給定的工作時間為100 小時, T 為產品故障前的時間,則F(100) = P( T

3、100)。這表示了產品在100 小時前的故障率; 如果給定的時間t為1000 小時,則F(1000) = P( T1000),就表示了1000小時前的故障概率。顯然1000小時前的情況包含了100小時前的情況.因而, F(t)含有累積故障的概念。tdttftTPtF0)()()( 可靠度R(t)與故障分布函數(shù)F(t)具有以下性質： 1、 R(t)F(t) 1 2、R(0)=1, F(0)0，這表示產品在開始時處于良好的狀態(tài)； 3、R(t)是非負的遞減函數(shù)，F(xiàn)(t) 是非負的遞增函數(shù)，說明隨著時間的增加產品發(fā)生故障或失效的可能性增大，可靠度變小； 4、R()0，F(xiàn)()1這表示只要時間充分長，產品

4、終究都會失效； 5、0R(t)1，0F(t)1,即可靠度和故障分布函數(shù)之值介于0和1之間。 可靠度R(t)、故障分布函數(shù)F(t)與時間t的關系 F(t)tF(t)R(t)0 F( (t) )、R( (t) )與與t的關系的關系 （二）故障分布密度函數(shù) o時刻t后單位時間發(fā)生故障的概率，并稱其為故障分布密度函數(shù)（它表示在時刻t后的一個單位時間內,產品的故障數(shù)與總產品數(shù)之比,是時間的函數(shù)）。它是累積故障分布函數(shù)的導數(shù)。o如果已知故障數(shù)據(jù)，且產品數(shù)N 相當大，則可求出每個時間間隔t內的故障數(shù)r(t)，從而得到平均經驗故障密度o故障密度是表示故障概率分布的密集程度，或者說是故障概率函數(shù)的變化率 ( )

5、 =( )ftFt( )( )( ) =0r tF tf tN tt（四）f(t)、R(t)及F(t)之間的關系 R(t)F(t)f(t)0tf(t) f(t)與與R(t)、F(t)的關系的關系失效率失效率( (故障率函數(shù)故障率函數(shù)) )和失效率曲線和失效率曲線失效率是在時刻t尚未失效產品在t+t的單位時間內發(fā)生失效的概率。o失效率它反映t時刻失效的速率,有時也稱為瞬時失效率或簡單地稱為故障率。一般記為,它也是時間t的函數(shù),故也記為(t),稱為失效率函數(shù)，有時也稱為故障率函數(shù)或風險函數(shù)。二、失效率二、失效率( (故障率函數(shù)故障率函數(shù)) )和失效率曲線和失效率曲線 o 產品的失效率產品的失效率

6、失效率是在時刻t尚未失效產品在t+t的單位時間內發(fā)生失效的條件概率，即 由條件概率公式的性質和時間的包含關系，可知 ttTttTtPtt)/(lim)(0)()()()()()/(tRtFttFtTPttTtPtTttTtP)()()()()(1)()(lim)(0tRtftRtFtRttFttFtt設在t= 0時有 個產品投試，到時刻t已有r(t)個產品失效，尚有 -r(t) 個產品在工作。再過t時間，即到t +t時刻， 有r(t)=r(t+t)-r(t) 個產品失效。產品在時刻t前未失效而在時間（t, t +t）內失效率為 單位時間失效率 )()(0trNtr)(1)()(0trNttrt

7、( )( )( ) =0r tF tf tN tt0N0N失效率的觀測值是在某時刻后單位時間內失效的產品數(shù)與工作到該時刻尚未失效的產品數(shù)之比。講故障率是有條件的,即“產品工作到時刻t 后”就是條件。故障率表達式分母中的 -r(t)就是隨著t 這個條件的變化而變化的。因而故障率能非常靈敏地反映出產品的變化速度。而故障密度函數(shù)f( t)反映出的只是在t 附近的一個單位時間內產品故障數(shù)與t = 0 時的工作產品數(shù) 之比,因而不夠靈敏。0N0N失效率=總失效數(shù)/總運行時數(shù)失效率的倒數(shù)=總運行時數(shù)/總失效數(shù)：代表平均失效時間（MTTF）（不能修的）或平均失效時間間隔（MTBF）（能修的）AB0 500

8、4500 5000 h 累計累計失效失效百分百分比比 o主要由于設計、制造、貯存、運輸?shù)刃纬傻娜毕荩约罢{試、跑合、起動不當?shù)热藶橐蛩厮斐傻?。o失效主要由非預期的過載、誤操作、意外的天災以及一些尚不清楚的偶然因素所造成。 o由于產品已經老化、疲勞、磨損、蠕變、腐蝕等所謂有耗損的原因所引起的。 o一臺電視機有1000個焊點, 工作1000小時后,檢查100電視機,發(fā)現(xiàn)有兩點脫焊,那么焊點的故障率為多少?o100 臺電視機共有1001000 = 100000個焊點,這里每1個焊點相當于1個產品,若取t =1000小時,則1000小時后故障率的估計值為菲特201021000)0100000(2)1

9、000(8對于低故障率的元器件常以 小時為故障率的單位,稱之為菲特(fit)。它的意義是每1000個產品工作100萬小時后,只有一個故障;或者每1萬個產品工作10萬小時后,只有1個故障910有甲、乙兩種產品，甲種產品在t=0h時，有N=100個產品開始工作，在t=100h前有2個故障，而在100h-105h內有1個產品故障率，乙種產品在t=0h時，也有N=100個產品開始工作，在t=1000h前共有51個產品故障，而在1000-1005h內有1個產品故障，試計算甲產品在100h處和乙產品在1000h處的故障率與故障密度。11000.002100 5f11000.0020411002511000

10、0.002100 5f110000.004082100515故障率比故障密度故更靈敏地反映了產品故障的變化速度故障率比故障密度故更靈敏地反映了產品故障的變化速度。1、若年初投入的燈泡為9970只，若一年后壞了10只，求故障率2、100件產品工作三年有4件發(fā)生故障，設產品每天工作12小時，求故障率3、某批電子管有100 000 只,開始工作到500 小時內有100 只出現(xiàn)故障,求R (500) 為失效率。公式中的、故障率（失效率）（、可靠度函數(shù)：）（布函數(shù)：、累計故障（失效）分數(shù)：、故障（失效）密度函)()()()()(4)(1312)0()()()0()(1TRtfTRTFteTFTReTFt

11、eTFtftetftttt假設一個項目在100小時的正常使用條件下，具有0.97的可靠性。1、求失效率2、當T=50時的可靠度3、求MTBF小時、；，、小時）（個故障、33330003. 0/11385.90)50(50)(2/0003. 0,10097. 0,97. 0,)(1003.00100MTBFRTeTRLneeTRtt0.814f（t）時間時間TF（T）R（T）維修性是產品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內,按規(guī)定的程序和方法進行維修時保持或恢復其規(guī)定狀態(tài)的能力。規(guī)定條件,主要指產品的維修級別,包括維修的機構和場所(如工廠或維修基地、修理所、修理車間及使用現(xiàn)場等)、相應的人員(數(shù)量及技能水平

12、)、設備、設施、工具、備件等。規(guī)定時間,指維修工作的時間要求。規(guī)定的程序和方法,指按技術文件規(guī)定采取的維修工作類型、來源和方法。保持或恢復其規(guī)定狀態(tài)是產品維修的目的。所說的規(guī)定狀態(tài)是指產品繼續(xù)正常工作的狀態(tài)。因此,維修的目的是保持或恢復產品的功能和性能。維修：使產品保持或恢復到規(guī)定狀態(tài)所進行的全部活動。全部活動指所有技術和管理,包括監(jiān)督的活動,還可能包括對產品的修改。預防性維修:通過對正常產品的系統(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)所進行的全部活動。它可以包括:調整、潤滑、定期檢查和必要的修理等。預防性維修一般是計劃維修。其重點是避免、減少或消除對產品有重大影響的故障的

13、后果。修復性維修（糾正性維修）:產品發(fā)生故障后,使其恢復到規(guī)定狀態(tài)所進行的全部活動,它可以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、調準及檢測等。修復性維修是非計劃維修。修復性維修時間是影響產品可用性的重要參數(shù)。平均修復時間( M ean Time To Repair, MTTR )在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內,產品在任一規(guī)定的維修級別上,修復性維修總時間與在該級別上被修復產品的故障總數(shù)之比。ntMTTRnii1o 平均故障前時間( Mean Time To Failure, MTTF)01321000.,NtMTTFttttNNiin。其平均故障前時間別為測得其全部故障時

14、間分樣的條件下進行試驗，個不可修復的產品在同設平均故障間隔時間(Mean Time Between Failure, MTBF)00121000.,NTNtMTBFtttNNiiN為，其平均故障間隔時間作持續(xù)的時間為投入使用，測得每次工后又重新次故障，每次故障修復用過程中發(fā)生了一個可修復的產品在使保障性保障性把產品的時間分為工作時間及不能工作時間,不能工作是由于出了故障需要維修造成的。不能工作時間包括維修時間及延誤時間,即由于保障資源補給或管理原因未能及時對產品進行維修所延誤的時間。延誤時間是一個隨機變量,它的數(shù)學期望為平均延遲時間( Mean Delay Time, MDT )。在理想的情況

15、下, M D T = 0產品的設計特性和計劃的保障資源能滿足使用要求的能力稱為產品的保障性。M D T 就是一種保障性參數(shù)?？捎眯钥捎眯援a品在任一隨機時刻需要和開始執(zhí)行任務時,處于可工作狀態(tài)或使用狀態(tài)的程度稱為產品的可用性?？捎眯缘母怕识攘緼 亦稱為可用度。假設n 為給定區(qū)間內的產品連續(xù)工作段數(shù)及維修次數(shù),分子、分母都除以n,可得使用可用性。延誤時間維修時間工作時間工作時間不能工作時間工作時間工作時間AMDTMTTRMTBFMTBFMDTnMTTRnMTBFnMTBFnAtMTTRMTBFMTBFAMDTt時，當0內在可用性MDTMTBMMTBMA0運行可用性MTBM:兩次維修之間間隔時間包括

16、糾正性和預防性維修MDT：平均停工時間：包括糾正性、預防性維修時間和等待時間甲產品的MTBF=2000h，MTTR=200h；乙產品的MTBF=1000h，MTTR=20h。比較甲乙兩產品的可用性。如果某產品的設計可用性為0.99，平均修理時間為2小時，則平均故障間隔時間不能低于多少？1、 某設備平均間隔時間是900h，為了保證該設備運行可用性不小于0.9，則平均停工時間需控制在多少？2、某機器3年平均停工時間為20h，兩次維修之間平均時間間隔980h求運行可用性？3、某機器平均失效間隔時間198h，平均修理時間2h，求機器的內在可用性？ 4、某可修復產品發(fā)生5 次故障,每次修復時間(單位為分

17、)分別為 48,27,52,33,22。求平均修復時間MTTR 。 5、設已知某元件壽命的密度函數(shù)為 ,求該元件的MTBF 6、假設一臺機器運行了10000小時，發(fā)生了四次失效，每次失效都得到及時修理，求失效率。tetf)(可信性分析方法可信性分析方法可信性分析方法可信性分析方法1 1、故障模式影響及分析、故障模式影響及分析(FMEA)(FMEA)2 2、故障樹分析（、故障樹分析（FTA)FTA)3 3、可靠性預計方法、可靠性預計方法4 4、壽命周期費用分析方法、壽命周期費用分析方法5 5、風險分析方法、風險分析方法1 1、故障模式影響及分析、故障模式影響及分析(FMEA)(FMEA)FMEA

18、是一種歸納法(由下至上),是定性可信性分析方法。它是確定產品所有可能的故障模式,并對故障模式進行分析,確定每種故障模式對產品工作的影響,并把每一個潛在的故障模式按它的嚴酷度進行分類,找出單點故障。以便采取改進措施,改進產品的可信性。FMEA分為硬件的、功能的、工藝的和接口的FMEA 等。FMEA的工作程序 定義產品。定義產品包括定義產品的功能要求、工作環(huán)境,完成時間等。 繪制功能框圖,包括可靠性框圖。 確定最低約定層次。對產品的層次進行劃分,對于復雜的產品的FMEA不一定要做到元器件級、零件級最低約定層次。最低約定層次的確定可按下述原則處理:第一,能導致災難性的(類)或致命性的(類)故障的產品

19、所在的產品層次;第二,規(guī)定或預期需要維修的最低產品層次,雖然這些產品的故障可能導致臨界的(類)或輕度( 類)的影響。填寫FMEA表格第一欄:代碼。即被分析的產品或產品組成部分(硬件、產品功能或功能塊)的代碼,它應與產品功能框圖的編號統(tǒng)一。第二欄:產品或功能標志。記錄被分析產品或系統(tǒng)功能的名稱。第三欄:功能。即產品或其組成部分(硬件、功能塊)要完成的功能的具體內容。要特別注意包括與其接口設備的相互關系。第四欄:故障模式。確定并說明各產品約定的所有可預測的故障模式,并通過分析相應的框圖中給定的功能輸出來確定潛在的故障模式。第五欄:故障原因。鑒別并說明與所假設的故障模式有關的可能故障原因。第六欄:任

20、務階段與工作方式。說明產品在什么時間及什么條件下出現(xiàn)故障。第七欄:故障影響。指每個假設故障模式對產品使用、功能或狀態(tài)所導致的后果。它包括任務目標、維修要求、安全性要求等。對這些后果進行評價,記錄在表格中,并評價。第八欄:故障檢測方法。說明操作人員或維修人員用來檢測故障模式發(fā)生的方法。例如,用目測還是自動檢測設備等。第九欄:補償措施。對故障模式的相對重要性進行排隊,對于某些相對來說重要的故障模式要采取減輕或消除其不良影響的預防補救措施。這些補救措施可以是設計上的補償(如采取冗余設計,安全裝置設計等),也可以是操作人員的應急補救措施(如操作人員打開應急系統(tǒng))。第十欄:嚴酷度類別。添入故障模式影響的

21、相應嚴酷度類別。第十一欄:備注。需要說明的其他問題。手電筒設計中的手電筒設計中的FMEAFMEA表表代碼產品名稱功能故障模式故障原因工作方式故障影響故障檢測方法補償措施嚴酷度類別備注局部影響高一層次影響最終影響01開關彈簧片接通電源彈性降低疲勞使用彈性降低開關接不通燈不亮目測選用彈性好的簧片02后蓋彈簧接通電源彈性降低疲勞使用彈性降低開關接不通燈不亮目測選用彈性好的簧絲；改進工藝手電筒設計中的手電筒設計中的FMEAFMEA表表( (續(xù)續(xù)) )代代碼碼產品產品名稱名稱功能功能故障故障模式模式故障故障原因原因工工作作方方法法故障影響故障影響故障故障檢測檢測方法方法補償補償措施措施嚴酷嚴酷度類度類別

22、別備備注注局部局部影響影響高一高一層次層次影響影響最終最終影響影響0303燈座燈座固定燈泡；固定燈泡；接通電源接通電源接觸接觸不良不良座直座直徑公徑公差大差大使使用用接觸接觸不良不良時斷時斷時通時通時斷時斷時通時通儀器儀器測試測試減少減少公差公差0404前蓋前蓋保護燈泡；保護燈泡；調焦調焦松動松動公差公差大；大；磨損磨損使使用用松動松動影響影響聚焦聚焦影響影響測試測試儀器儀器聚焦聚焦減少減少公差；公差；改進改進工藝工藝減少減少公差公差擰不擰不上上公差公差小小使使用用擰不擰不上上2 2、故障樹分析（、故障樹分析（FTA)FTA)故障樹:用以表明產品哪些組成部分的故障或外界事件或它們的組合將導致產

23、品發(fā)生一種給定故障的邏輯圖。故障樹是一種邏輯因果關系圖，構圖的元素是事件和邏輯門事件用來描述系統(tǒng)和元、部件故障的狀態(tài)邏輯門把事件聯(lián)系起來，表示事件之間的邏輯關系故障樹分析（FTA）通過對可能造成產品故障的硬件、軟件、環(huán)境、人為因素進行分析，畫出故障樹，從而確定產品故障原因的各種可能組合方式和(或)其發(fā)生概率。分析方法有：定性分析定量分析1.FTA目的n幫助判明可能發(fā)生的故障模式和原因，發(fā)現(xiàn)可靠性和安全性薄弱環(huán)節(jié)，采取改進措施，以提高產品可靠性和安全性；n計算故障發(fā)生概率；n發(fā)生重大故障或事故后，F(xiàn)TA是故障調查的一種有效手段，可以系統(tǒng)而全面地分析事故原因，為故障“歸零”提供支持；n指導故障診斷

24、、改進使用和維修方案等。 2. FTA特點n是一種自上而下的圖形演繹方法；n有很大的靈活性；n綜合性：硬件、軟件、環(huán)境、人為因素等；n主要用于安全性分析。FTA工作要求1.在產品研制早期就應進行FTA，以便早發(fā)現(xiàn)問題并進行改進。隨設計工作進展，F(xiàn)TA應不斷補充、修改、完善。2.“誰設計，誰分析”n故障樹應由設計人員在FMEA基礎上建立。可靠性專業(yè)人員協(xié)助、指導，并由有關人員審查，以保證故障樹邏輯關系的正確性。3.應與FMEA工作相結合n應通過FMEA找出影響安全及任務成功的關鍵故障模式作為頂事件，建立故障樹進行多因素分析，找出各種故障模式組合，為改進設計提供依據(jù)。4.FTA輸出的設計改進措施，必須落實到圖紙和有關技術文件中5.應采用計算機輔助進行FTAn由于故障樹定性、定量分析工作量十分龐大，因此建立故障樹后，應采用計算機輔助進行分析，以提高其精度和效率。 故障樹分析步驟故障樹常用事件符號符號說明底事件元、部件在設計的運行條件下發(fā)生的隨機故障事件。n實線圓硬件故障n虛線圓人為故