可靠性基本概念與參數(shù)體系xinconcept

可靠性基本概念與參數(shù)體系

IntroductiontoReliability_Conception&Parameter2/6/20231主要內(nèi)容可靠性基本概念可靠性參數(shù)體系2/6/20232IntroductiontoReliability_Conception&Parameter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”

2/6/20233IntroductiontoReliabilityEngineering_Conception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2/6/20234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程中，均是“可靠性”問題2/6/20235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。2/6/20236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)作飛行階段命中目標(biāo)生產(chǎn)階段后勤階段運(yùn)輸儲(chǔ)存/后勤階段使用階段準(zhǔn)備階段任務(wù)階段發(fā)射段慣性飛行段下降段主動(dòng)段某導(dǎo)彈的壽命剖面2/6/20237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。2/6/20238任務(wù)剖面示例2/6/20239可靠性基本概念基本可靠性產(chǎn)品在規(guī)定的條件下，無故障的持續(xù)時(shí)間或概率。在沒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2/6/202310可靠性基本概念任務(wù)可靠性產(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)失敗的故障通過冗余提高任務(wù)可靠性通常高于基本可靠性2/6/202311可靠性基本概念固有可靠性產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、制造過程中賦予的固有屬性。產(chǎn)品的開發(fā)者可以控制。使用可靠性產(chǎn)品在實(shí)際使用過程中表現(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。2/6/202312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)；

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)。2/6/202313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：2/6/202314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2/6/202315時(shí)間（小時(shí)）失效數(shù)（只）累計(jì)失效數(shù)Nf（只）仍正常工作數(shù)Ns

（只）000501044462526445039411007163415052129250324263502262440022822500028226000282270002822100002822120012921200013020300013119例1－1檢驗(yàn)一批軸承的可靠性：

抽取50個(gè)軸承為樣本，考察其在穩(wěn)定載荷條件下的運(yùn)行情況。結(jié)果記錄于下表：2/6/202316記樣本零件總數(shù)N0，到某時(shí)刻t,累計(jì)失效數(shù)Nf(t)，仍正常工作數(shù)Ns(t)，例1－1檢驗(yàn)一批軸承的可靠性：定義存活頻率為：2/6/202317N0→∞時(shí)定義累積失效頻率為：例1－1檢驗(yàn)一批軸承的可靠性：2/6/2023180.680.440.320.56例1－1檢驗(yàn)一批軸承的可靠性：一般情況可靠度R(t)累積失效率F(t)1.000.750.500.250.00時(shí)間

t可靠度/累積失效率2/6/202319

失效概率密度是累積失效概率對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，記作f(t)。它表示產(chǎn)品壽命落在包含的單位時(shí)間內(nèi)的概率，即產(chǎn)品在單位時(shí)間內(nèi)失效的概率。可表示為：2．失效概率密度失效密度函數(shù)f(t)Ot,/h2/6/202320失效概率密度的估計(jì)值2/6/202321由定義可得：失效概率密度、累積失效概率和可靠度的關(guān)系F(t)R(t)F(t)R(t)OR(t)F(t)ttf(t)OR(t)、F(t)與f(t)的關(guān)系2/6/202322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)

2/6/202323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，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)；

—?dú)埓娈a(chǎn)品數(shù)，即到t時(shí)刻尚未故障的產(chǎn)品數(shù)。

2/6/202324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；

——?dú)埓娈a(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）。

2/6/202325失效率的估計(jì)值：(1-6)為在（t，t+Δt）時(shí)間間隔內(nèi)失效的產(chǎn)品數(shù)設(shè)有N0個(gè)產(chǎn)品，從t=0開始工作，到某時(shí)刻t的失效數(shù)，正常工作數(shù)

，到時(shí)刻的失效數(shù)為則有2/6/202326可靠度函數(shù)R(t)不可靠度函數(shù)F(t)Ot,/h95%100%5%R(t)，可靠度F(t)，不可靠度失效密度函數(shù)f(t)O正常95%100%故障5%R(t)，可靠度t,/hOt,/h失效率λ(t)規(guī)定時(shí)間可靠度函數(shù)、失效密度函數(shù)與失效率2/6/202327

對(duì)100個(gè)某種產(chǎn)品進(jìn)行壽命試驗(yàn)，在t＝100h以前沒有失效，而在100一105h之間有1個(gè)失效，到1000h前共有51個(gè)失效，1000—1005h失效1個(gè)，分別求出100h和1000h時(shí)，產(chǎn)品失效率和失效概率密度解：t=100h時(shí)，據(jù)題意有例1—22/6/202328例1—2t=1000h時(shí)，據(jù)題意有2/6/202329失效規(guī)律與類型：λ(t)t0λ(t)t0λ(t)t0（a）早期失效型（b）偶然失效型（c）耗損失效型2/6/202330問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？2/6/202331人類健康的曲線2/6/202332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)品的故障率隨時(shí)間的變化大致可以分為三個(gè)階段：2/6/202333對(duì)故障發(fā)生規(guī)律認(rèn)識(shí)的變化2/6/202334

設(shè)備故障率曲線的變化第一階段第二階段第三階段

4％

2％非主流

5％次主流7％主流

14％右半浴盆典型浴盆68％（左半浴盆）

19401950196019701980199020002/6/202335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)）2/6/202336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)）2/6/202337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)品都沒有明顯的耗損故障區(qū)的結(jié)論?2/6/202338故障率與可靠度、故障密度函數(shù)的關(guān)系由于 ，所以2/6/202339故障率、可靠度與密度函數(shù)關(guān)系2/6/202340平均故障前時(shí)間(MTTF)2/6/202341平均故障間隔時(shí)間2/6/202342問題某微型計(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？2/6/202343壽命特征2/6/202344壽命特征2/6/202345首翻期、翻修間隔期和使用壽命λ(t)t首次翻修期規(guī)定的故障率ABλ(=1/MTBF)翻修間隔期使用壽命2/6/202346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。它直接與裝備完好、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。2/6/202347反映目標(biāo)說明戰(zhàn)備完好性軍事單位接到命令時(shí)，實(shí)施其作戰(zhàn)計(jì)劃的能力。任務(wù)成功性任務(wù)開始時(shí)給定的可用性下，系統(tǒng)在規(guī)定的任務(wù)剖面內(nèi)任意時(shí)刻能夠工作和完成規(guī)定功能的能力維修人力費(fèi)用系統(tǒng)需要維修人力的頻度與多寡。保障資源費(fèi)用系統(tǒng)對(duì)備件、維修工具、維修設(shè)備等的要求可靠性參數(shù)反映目標(biāo)2/6/202348可靠性參數(shù)分為基本可靠性參數(shù)和任務(wù)可靠性參數(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)?？煽啃詤?shù)分類2/6/202349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MTBF2/6/202350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)境中的可靠性要求，它是從最終用戶的角度來評(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評(píng)價(jià)產(chǎn)品的可靠性水平。如MTBF、MTBCF等?？煽啃詤?shù)分類2/6/202351使用指標(biāo)與合同指標(biāo)使用指標(biāo)合同指標(biāo)目標(biāo)值門限值規(guī)定值最低可接受值期望裝備達(dá)到的使用指標(biāo)，它既能滿足裝備使用需求，又可使裝備達(dá)到最佳的效費(fèi)比，是確定規(guī)定值的依據(jù)

裝備必須達(dá)到的使用指標(biāo)，它能滿足裝備的使用需求，是確定最低可接受值的依據(jù)

合同和研制任務(wù)書中規(guī)定的期望裝備達(dá)到的合同指標(biāo)，它是承制方進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)的依據(jù)

合同和研制任務(wù)書中規(guī)定的、裝備必須達(dá)到的合同指標(biāo)，它是進(jìn)行考核或驗(yàn)證的依據(jù)

2/6/202352目標(biāo)值-1GJB1909.1-94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。2/6/202353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)過一段期間的使用，發(fā)現(xiàn)問題并進(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)是通過增長(zhǎng)可以達(dá)到的R&M值。2/6/202354門限值-1GJB1909.1-94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)。

2/6/202355門限值-2R&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)及不同的要求來確定。2/6/202356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2/6/202357階段性可靠性參數(shù)指標(biāo)特性2/6/202358表

F-4、F-15、F-16與F-22(ATF)的RMS比較機(jī)種MFHBF（h）MMH/FH非計(jì)劃維修工時(shí)每架飛機(jī)的維修人力（人）使用可用度A0(%)再次出動(dòng)準(zhǔn)備時(shí)間TAT(min)F-4E1.026.024.550

F-15A3.5(1.68)11.27(22)20.680(68)12F-15C2.61516.68625F-16A2.9(3.3)12(10)19.690(84)27F-22(ATF)5.04.58.593182/6/202359序號(hào)產(chǎn)品類型參數(shù)名稱門限值目標(biāo)值門限值與目標(biāo)值之比備注1F-16A戰(zhàn)斗機(jī)MFHBF1.75h2.9h0.6

2F/A-18A戰(zhàn)斗機(jī)MFHBF1.44h5.0h0.29

3UH-60A直升機(jī)MFHBF3.5h4.0h0.88“黑鷹”直升機(jī)4CH-53E直升機(jī)MFHBF0.71h0.92h0.75

5B-1B轟炸機(jī)MTBM0.25~0.28h1.0h0.25~0.28

6B-2轟炸機(jī)MFHBUM0.2h0.36h0.55

7F/A-18A戰(zhàn)斗機(jī)MSCP0.26h0.90.29

8B-1B轟炸機(jī)MSCP0.780.920.85

9彈道導(dǎo)彈飛行可靠度0.60.90.67

10巡航導(dǎo)彈飛行可靠度0.580.880.66為AGM-86B型11空-空導(dǎo)彈MCHBM200h450h0.44為AIM-120型12導(dǎo)航吊艙MTBF29.6h50h0.59

目標(biāo)值與門限值的示例2/6/202360序號(hào)產(chǎn)品類型參數(shù)名稱門限值目標(biāo)值門限值與目標(biāo)值之比備注13直升機(jī)照明系統(tǒng)MTBOMF280h750h0.37陸軍直升機(jī)14航空動(dòng)力裝置MFHBF27.0h66.0h0.41用于F-16戰(zhàn)斗機(jī)15航空電子系統(tǒng)MFHBF5.7h8.3h0.69用于F-16戰(zhàn)斗機(jī)16飛行控制系統(tǒng)MFHBF18.0h30.0h0.60用于F-16戰(zhàn)斗機(jī)17機(jī)載武器系統(tǒng)MFHBF65.0h85.0h0.76用于F-1