第五章可靠性基礎(chǔ)知識課件

第五章可靠性基礎(chǔ)知識大綱要求1一、可靠性的基本概念及常用度量掌握可靠性、維修性與故障(失效)的概念與定義熟悉保障性、可用性與可信性的概念掌握可靠性的主要度量參數(shù)熟悉浴盆曲線了解產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性的關(guān)系二、基本的可靠性維修性設(shè)計與分

析技術(shù)2了解可靠性設(shè)計的基本內(nèi)容和主要方法熟悉可靠性模型及串并聯(lián)模型的計算熟悉可靠性預計和可靠性分配熟悉故障模式影響及危害性分析

FMECA了解故障樹分析FTA熟悉維修性設(shè)計與分析的基本方法三、可靠性試驗3掌握篩選與環(huán)境應(yīng)力篩選了解可靠性增長試驗和加速壽命試驗熟悉可靠性測定試驗了解可靠性鑒定試驗四、可信性管理4掌握可信性管理基本原則和可信性管

理方法了解故障報告分析及糾正措施系統(tǒng)了解可信性評審作用和方法第五章可靠性基礎(chǔ)知識內(nèi)容提要5一、可靠性的基本概念及常用度量故障(失效)概念與定義—pp.212-213.可靠性概念與定義—pp.213-214.維修性概念與定義—p214.保障性概念—p214.可用性和可信性概念—p215.可靠性的主要度量參數(shù)—pp.217-219.浴盆曲線—pp.219-220.產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性的關(guān)系—p220.3)故障(失效)模式、機理及分類7故障(失效)模式----故障(失效)的表現(xiàn)形式.如三極管的短

路或開路、燈絲的燒斷等.故障(失效)

機理----引起產(chǎn)品故障的物理、化學或生物等變化的內(nèi)在原因.故障(失效)

分類----三種(見下頁)(3)故障(失效)

分類----三種(p213)8按故障(失效)的規(guī)律分: 偶然故障耗損故障按故障(失效)引起的后果分: 致命故障非致命故障按故障(失效)的統(tǒng)計特性分: 獨立故障從屬故障1.3

維修性概念與定義—p214.維修性----產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi),

按規(guī)定的程序和方法進行維修時,保持或恢復執(zhí)行規(guī)定狀態(tài)的能力.維修性與可靠性密切相關(guān),皆為產(chǎn)品質(zhì)量的重要設(shè)計特性,故對之應(yīng)從產(chǎn)品論證時開始提出要求,并在開發(fā)中展開其設(shè)計、分析、試驗、評定等活動,使對其要求以落實到產(chǎn)

品的設(shè)計中.102.1

保障性概念—p214.保障性----系統(tǒng)(裝備)的設(shè)計特性和計劃的保障資

源滿足平時和戰(zhàn)時使用要求的能力.良好的保障設(shè)計特性是使裝備具有可保障的特性,或說所設(shè)計的裝備是可保障的.充足的并與裝備匹配完善的保障資源說明

裝備是能得到保障的.----具有可保障的和能保障的裝備.“戰(zhàn)時”含義可移植于民用產(chǎn)品.112.2

可用性和可信性概念—p21512(固有)可用性----在要求的外部資源得到保

證的前提下,產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時刻或時間區(qū)間內(nèi)處于可執(zhí)行規(guī)定功能狀態(tài)的能力.其概率度量為可用度.----可靠性、維修性和維修保障的綜合反映.----“要用時就可用”.顧客對產(chǎn)品質(zhì)量的又一重要需求.可信性----一個集合性術(shù)語,用來表示可用性及其影響因素:可靠性、維修性和維修保障.----其定性和定量具體要求是通過可用性、可靠性、

維修性和維修保障的定性和定量要求的.3.

可靠性的主要度量參數(shù)----pp.217-21913可靠度故障(失效)率平均失效(故障)前時間(MTTF)平均故障間隔時間(MTBF)貯存壽命平均修復時間(MTTR)可用度*3.1可靠度(函數(shù))R(t)可靠度----產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi),完成規(guī)定功

能的概率.設(shè)T:產(chǎn)品發(fā)生故障(失效)的時間,或壽命.t:規(guī)定的時間.則產(chǎn)品可靠度函數(shù)為

R(t)=P(T>t).而產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi),不能完成規(guī)定功能的

概率,常稱之為累積故障分布函數(shù),且記之為F(t),顯然有且相應(yīng)有故障密度函數(shù)產(chǎn)品在t時刻的R(t)的觀測值(估計值)為其中 為產(chǎn)品的總件數(shù),r(t)為工作到t時刻產(chǎn)品發(fā)生的故障數(shù).

例見p217,[例5.1-1]143.2故障(失效)率故障(失效)率(瞬時故障(失效)率)----工作到某時刻t尚未發(fā)生故障(失效)的產(chǎn)品,在該時刻t后單位

時間內(nèi)發(fā)生故障(失效)的概率.其觀測值(估計值)為(單位:“菲特”(“Fit”))其中為所取的時間間隔;為t時刻后,時間內(nèi)的發(fā)生故障的產(chǎn)品數(shù);

為在t時刻沒有發(fā)生故障的產(chǎn)品數(shù).不難由之導出理論故障(失效)率指數(shù)分布時,其故障率即常數(shù).且當壽命服從參數(shù)為例見p217,[例5.1-2]153.4平均故障間隔時間(MTBF)MTBF----對于完全修復的產(chǎn)品,因修復后的狀態(tài)與新產(chǎn)品一樣,故一件產(chǎn)品發(fā)生次故障相當于個新產(chǎn)

品工作到首次故障.從而有顯然為這件投試產(chǎn)品的總計工作以上第2式中的時間.例見p218,[例5.1-4].173.5

貯存壽命(p218)18貯存壽命----產(chǎn)品在規(guī)定條件下貯存時,仍能滿足質(zhì)量要求的時間長度.產(chǎn)品出廠后,不工作,在規(guī)定條件下貯存,產(chǎn)

品也有一個非工作狀態(tài)的偶然故障率,而此一般比工作故障率小得多,但貯存產(chǎn)品的可靠性也是在不斷下降的.因此,貯存壽命是產(chǎn)品貯存可靠性的一種度量.3.7

可用度*對于固有(穩(wěn)態(tài))可用度A有對于使用可用度有(1)瞬時可用度其中

X=0

為在時刻

t產(chǎn)品完好.(2)平均可用度(在使用的時間區(qū)間)(3)穩(wěn)態(tài)可用度(長期使用)204.

浴盆曲線—pp.219-220.21浴盆曲線----因大多數(shù)產(chǎn)品的故障率隨時間的變化曲線形似浴盆.

如p219,圖5.1-3.(一)早期故障期加強質(zhì)量管理、采用篩選等以減少、消滅之.(二)偶然故障期產(chǎn)品的主要工作期(三)耗損故障期在其起始點之前,對耗損的零、部件予以維修、

更換,以延長產(chǎn)品使用壽命.浴盆曲線規(guī)定的故障率使用壽命損耗故障期維修后故障率下降tλ(t)產(chǎn)品典型的故障率曲線早期故障期偶然故障期022ABC5.可靠性與產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)系P220產(chǎn)品“質(zhì)量”----“一組固有特性(3.5.1)滿足要求(3.1.2)

的程度.”特性----物理的,功能的,時間的,

…性能

----

可靠性確定性的----不確定性的“看得見,測得到”----事先“看不見,測不到”要長時間保持性能就是不要出故障,不出故障或出了故障能很快維修好是產(chǎn)品很重要的質(zhì)量特性----“可靠性是經(jīng)得起時間考驗的質(zhì)量”.要使產(chǎn)品高可靠、好維修就要在產(chǎn)品開發(fā)中開展可靠性、維修性設(shè)計、試驗與管理工作.23二、基本的可靠性維修性設(shè)計與分析技術(shù)24可靠性設(shè)計的基本內(nèi)容和主要方法可靠性模型及串并聯(lián)模型的計算可靠性預計和可靠性分配故障模式影響及危害性分析FMECA故障樹分析FTA維修性設(shè)計與分析的基本方法2.1可靠性設(shè)計的基本內(nèi)容25和主要方法(PP.220-222)(1)規(guī)定定性定量的可靠性要求—MTBF,使用壽命等

(2)建立可靠性模型--串并聯(lián)模型(pp.221-222.)(3)可靠性分配(pp.223-224.)(4)可靠性預計(pp.224-225.)(5)可靠性設(shè)計準則(6)耐環(huán)境設(shè)計(7)元器件選用與控制

(8)電磁兼容性設(shè)計

(9)降額設(shè)計與熱設(shè)計并串聯(lián)模型的可靠度、故障率計算如圖,當系統(tǒng)由n個相互獨立工作單元組成,分別為第i=1,2,

…,n單元的可靠度、故障率,則串聯(lián)( )、并聯(lián)( )系統(tǒng)的可靠度分別為的指數(shù)分布時,特別當i單元壽命服從參數(shù)為不難得出串聯(lián)系統(tǒng)的故障率為272.3可靠性分配和可靠性預計28pp.223-2252.3-1

可靠性分配及其方法可靠性分配----在產(chǎn)品設(shè)計階段,將產(chǎn)品的可靠

性定量要求按規(guī)定的準則分配到規(guī)定的層次的過程.其常用方法有評分分配法、比例分配法等.2.3-2

可靠性預計及其方法可靠性預計----根據(jù)產(chǎn)品各組成部分的可靠性,

預測產(chǎn)品在規(guī)定的工作條件下的可靠性所進行的工作.其常用的方法有元器件計數(shù)法、應(yīng)力分析法等.2.3-2可靠性預計的元器件計數(shù)法可靠性預計的元器件計數(shù)法----適用于產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)的早期.其優(yōu)點是不需要詳盡了解每個元器件的

應(yīng)用汲它們之間的邏輯關(guān)系即可迅速估算出產(chǎn)品的故障率,但預計結(jié)果比較粗糙.其計算公式為:產(chǎn)品總故障率:第i種元器件的通用故障率:第i種元器件的通用質(zhì)量系數(shù):第i種元器件的數(shù)量n

:產(chǎn)品所用元器件的種類數(shù)目302.3-3可靠性預計的應(yīng)力分析法可靠性預計的應(yīng)力分析法----適用于電子產(chǎn)品詳細設(shè)計階段,已具備詳細文件清單、電應(yīng)力比、環(huán)境溫度等信息.此法比元器件計數(shù)

法的結(jié)果要準確些.此法分三步求算.第一步:求出各種元器件的工作故障率式中

:元器件基本故障率, :環(huán)境系數(shù).--可查國軍標GJB299B.K:降額因子,其值小于等于1,由設(shè)計根椐使用范圍如GJB/Z35-93選定應(yīng)力等級后決定.第二步:求出產(chǎn)品的工作故障率:第i種元器件的數(shù)量;式中

:第i種元器件的工作故障率;n

:產(chǎn)品中元器件的類數(shù).第三步:求出產(chǎn)品的312.4

故障模式影響及

危害性分析FMECA322.4-1可參照的標準:國家標準

GB7826-87《系統(tǒng)可靠性分析

技術(shù)故障模式及效應(yīng)分析(FMEA)程序》.國際電工委員會標準

IEC

60812

Ed.2(2003)

56/797.國家軍用標準

GJB

1391《故障模式,影

響及危害性分析程序》.2.4-2

FMECA的基本含義“FM”--故障模式--元器件或產(chǎn)品故障的一種表現(xiàn)形式.一般是能被觀察到的一種故障現(xiàn)象.如斷裂、接觸不良、短路、

腐蝕等.“E”--故障影響--故障模式對安全性、產(chǎn)品功能的影響.故障影

響一般分為三個等級:局部的高一層次的最終的影響.“FMEA”--故障模式和影響分析--在產(chǎn)品設(shè)計過程中,對產(chǎn)品各組成單元潛在的各種故障模式及其對產(chǎn)品功能的影響的分

析.以便提出可能采取的預防改進措施,提高產(chǎn)品可靠性的一種設(shè)計分析方法.“CA”--危害性分析--把FMEA中確定的每一種模式按其影響的嚴重程度類別

及發(fā)生概率的綜合影響的分析,以便全面評價各種可能出現(xiàn)的故障模式的影響.--CA是FMEA的計續(xù),CA可以是定性的也可以是定量的.332.4-2

FMECA的基本含義

續(xù)二34“嚴酷度”--某種故障模式影響的嚴重程度.一般分為四類:Ⅰ類(災(zāi)難性故障)—會造成人員死亡或系統(tǒng)(如一飛機)毀壞的

故障.Ⅱ類(致命性故障)—導致人員嚴重受傷,器材及系統(tǒng)嚴重損壞,從而使任務(wù)失敗的故障.Ⅲ類(嚴重故障)—將使人員輕度受傷,器材或系統(tǒng)嚴重損壞,從

而導致使任務(wù)推遲執(zhí)行、或任務(wù)降級、或系統(tǒng)不能起作用

(如飛機誤飛)的故障.Ⅳ類(輕度故障)--嚴重程度不足以造成人員受傷,器材或系統(tǒng)

嚴重損壞,但需要非計劃維修或修理的故障.2.4-2

FMECA的基本含義

續(xù)三35故障模式發(fā)生的概率等級劃分:A級(經(jīng)常發(fā)生)

--

產(chǎn)品在工作期間發(fā)生的概率很高,即一種故障模式發(fā)生的概率大于總故障概率的0.2.B級(很可能發(fā)生)--產(chǎn)品在工作期間發(fā)生的概率中等,

即一種故障模式發(fā)生的概率為總故障概率的0.1-0.2.C級(偶然發(fā)生)--產(chǎn)品在工作期間發(fā)生的概率偶然,

即一種故障模式發(fā)生的概率為總故障概率的0.01-0.1.D級(很少發(fā)生)

--產(chǎn)品在工作期間發(fā)生的概率很小,即一種故障模式發(fā)生的概率為總故障概率的0.001-0.01.E級(極不可能發(fā)生)--產(chǎn)品在工作期間發(fā)生的概率接

近于0,即一種故障模式發(fā)生的概率小于總故障概率的0.2.2.4-2

FMECA的基本含義

續(xù)四36FMECA--故障模式影響及危害分析--針對產(chǎn)品

所有可能的故障,根據(jù)故障模式的分析,確定每種故障模式對產(chǎn)工作的影響,找到單點故障--引起產(chǎn)品故障的,且無冗余或替代的工作程序作為補救的局部故障,并按故障模式的嚴酷度及其發(fā)生的概率確定其危害性.FMECA--顯然包括FME.A和CA.FMECA方法可用于整個系統(tǒng)到零部件任何一級,一般根據(jù)要求和可能在規(guī)定的產(chǎn)品層次

上進行.2.4-2

FMECA的基本含義

續(xù)五37FMECA的實施步驟(1)-(12).見p226.掌握產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和功的有關(guān)資料.掌握產(chǎn)品啟動、運行、操作、維修資料.(3)掌握產(chǎn)品所處環(huán)境條件資料.定義產(chǎn)品及其功能和最低工作要求.按照產(chǎn)品功能方誆圖畫出其可靠性方框圖.據(jù)所需的結(jié)構(gòu)和現(xiàn)有資料的多少來確定分析級別,即規(guī)定分析到的層次.(7)找出故障模式,分析其原因及影響.找出故障的檢測方法.找出設(shè)計時可能的預防措施,以防止特別不希望發(fā)生的事件.(10)確定各種故障模式對產(chǎn)品產(chǎn)生危害的嚴酷程度.確定各種故障模式的發(fā)生概率等級.填寫FMEA表,并繪制危害性矩陣,若需進行定量FMECA,則需填寫CA表.若僅進行FMEA,則(11)和繪制危害性矩陣不必進行.2.5

故障

(失效)樹分析FTA(p227)382.5-1

參照標準國家標準GB4888-85《故障樹名詞術(shù)語及符號》

GB/T7829-1987《程序》國家軍用標準GJB

768《故障樹分析》國際電工委員會標準IEC

61025

Ed.1-1990-10

《故障樹分析》2.5-2

FTA的基本含義(p227.)39FTA--類似于FMECA,是分析故障原因和結(jié)果的另一重要的可靠性工具.FT--故障樹--表示產(chǎn)品的組成部分的故障模式、或外界事件、或它們的組合導致產(chǎn)品的一種給定故障模式的邏輯圖.它用一系列事件符號、邏輯符號和轉(zhuǎn)移符號描述系統(tǒng)

中各種事件之間的因果關(guān)系.2.5-3

FTA的一般要求(p227.)40FTA的準備工作FT的建造FT的定性分析FT的定量分析編寫FTA報告2.6維修性設(shè)計與分析的基本

方法(pp.227-228)41維修性設(shè)計主要有定性和定量兩種方法.其中定性方法主要有:(1)簡化設(shè)計

(2)可達性設(shè)計(3)標準化互換性與模塊化設(shè)計

(4)防差錯及識別標志設(shè)計(5)維修安全設(shè)計

(6)故障檢測設(shè)計(7)維修中人素工程設(shè)計三、可靠性試驗42pp.229-232可靠性試驗概念篩選與環(huán)境應(yīng)力篩選可靠性增長試驗和加速壽命試驗可靠性測定試驗可靠性鑒定試驗3.0可靠性試驗概念43可靠性試驗：對產(chǎn)品的可靠性進行調(diào)查、分析的一種手段?？煽啃栽囼灒浩渲饕康氖前l(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、元器件、零部件、原材料和工藝方面的缺陷?？煽啃栽囼灒?/p>

可以是實驗室，也可以是現(xiàn)場試驗。可靠性試驗一般可分為：工程試驗--環(huán)境應(yīng)力篩選試驗，可靠性增長試驗。統(tǒng)計試驗--可靠性鑒定試驗，可靠性測定、驗收試驗。3.1環(huán)境應(yīng)力篩選試驗44環(huán)境應(yīng)力篩選試驗----在產(chǎn)品上施加一定的環(huán)境應(yīng)力，以剔除由不良元器件、零部件或工藝缺陷引起的產(chǎn)品早期故障的一種工序或方法。對電子產(chǎn)品施加的環(huán)境應(yīng)力最有效的是隨機振動和溫度環(huán)境應(yīng)力。環(huán)境應(yīng)力篩選：在產(chǎn)品開發(fā)階段、批生產(chǎn)階段早期

，都應(yīng)在元器件、組件、部件等產(chǎn)品層次上100%進行；在批生產(chǎn)階段后期，對組件級以上的產(chǎn)品可據(jù)其質(zhì)量穩(wěn)定情況抽樣進行。環(huán)境應(yīng)力篩選試驗，不能提高產(chǎn)品的固有可靠性，但通過改進設(shè)計和工藝等可以提高產(chǎn)品的可靠性。3.2-1

可靠性增長試驗

pp.229-230451)可靠性增長試驗----在規(guī)定的環(huán)境應(yīng)力下，為暴露產(chǎn)品薄弱環(huán)節(jié)，并證明改進措施能防止薄弱環(huán)節(jié)再現(xiàn)而進行的試驗。----通過發(fā)現(xiàn)故障、分析和糾正故障、對措施的有效性進行驗證，以提高產(chǎn)品可靠性水平的過程。----"試驗－分析－改進"

。----對產(chǎn)品性能鑒測、故障檢測、故障分析及其以減少故障再現(xiàn)的設(shè)計改進措施的檢驗。----試驗本身不能提高產(chǎn)品可靠性，只有采取了糾正措施來防止產(chǎn)品在現(xiàn)場工作期間出現(xiàn)重復故障后,產(chǎn)品可靠性才能真正提高。2)

增長目標值----增長計劃----增長計劃曲線制定:46主要應(yīng)根據(jù)同類產(chǎn)品預計過程中所得數(shù)

據(jù)，通過分析以便確定可靠性增長試驗時間，并使用鑒測試驗過程的方法以對增長計劃進行管理。3)

參照標準：國家標準GB/T15174-1994《可靠性增長

大綱》；國家軍用標準GJB 1407《可靠性增長試驗》；國際電工委員會標準《可靠性增長大綱》。3.2-2

加速壽命試驗47p230加速壽命試驗----在不改變產(chǎn)品失效機理

條件下，通過提高工作環(huán)境應(yīng)力(超正常應(yīng)力水平)加速產(chǎn)品失效，盡快暴露產(chǎn)品設(shè)計過程中的缺陷，發(fā)現(xiàn)故障模式的試驗。加速壽命試驗三種常見類型：(1)恆定應(yīng)力加速壽命試驗；(2)步進應(yīng)力加速壽命試驗；(3)序進應(yīng)力加速壽命試驗。3.3-1

可靠性測定試驗pp.230-231可靠性測定試驗----目的是通過試驗測定產(chǎn)品的次是可靠性水平。電子產(chǎn)品壽命T服從平均壽命可為 的指數(shù)分布且通常采用：1)定時截尾試驗----從t=0時刻起投入若干產(chǎn)品進行壽命試驗當累計試驗到規(guī)定的時間 即停止試驗。2)定數(shù)截尾試驗----從t=0時刻起投入若干產(chǎn)品進行壽命試驗

當累計試驗中出現(xiàn)的故障到規(guī)定的

r個故障數(shù)即停止試驗。則不難有T在1)時的MTBF=

的點估計值

及 置信水平的單邊置信下限 分別為例見p231,[例5.3-1].483.3-2

可靠性鑒定試驗pp231-232可靠性鑒定試驗----為驗證開發(fā)的產(chǎn)品的可靠性是否與規(guī)定的可靠性要求一致，用具有代表性的產(chǎn)品在規(guī)定條件下所作的試驗。----一種驗證試驗，此即與“時間”--壽命--服從以MTBF

為參數(shù)的指數(shù)有關(guān)的抽樣檢驗----定時截尾的試驗方案。常用方案見p231，表5.3-1，以及pp.231-232的有關(guān)說明。參照標準：美國軍標MIL-STD-781D，我國軍用標準GJB899。493.3-3

可靠性驗收試驗50p232----用已交付或可交付的產(chǎn)品在規(guī)

定條件下所做的試驗，以驗證產(chǎn)品的可靠性不隨生產(chǎn)期間工藝、工裝、工作流程、零部件質(zhì)量變化而降低，其目