质量管理学--可靠性概念讲解

《质量管理学--可靠性概念讲解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《质量管理学--可靠性概念讲解（127页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第七章 可靠性概念 7.1 可靠性的基本概念 l一、可靠性工程发展及其重要性 可靠性工程发展及其重要性 l例如，美国的宇宙飞船阿波罗工程有700万只 元器件和零件，参加人数达42万人，参予制造 的厂家达1万5千多家，生产周期达数年之久。 象这样庞大的复杂系统，一旦某一个元件或某 一个部件出现故障，就会造成整个工程失败， 造成巨大损失。所以可靠性问题特别突出，不 专门进行可靠性研究是难于保证系统可靠性的 。 可靠性工程的重要性主要表现在三个方面 ： l 1. 高科技的需要 l 2. 经济效益的需要 l 3. 政治声誉的需要 l 总之，无论是人民群众的生活，国民经济 建设的需要出发，还是从国防、科

2、研的需要出 发，研究可靠性问题是具有深远的现实意义。 l 现代科技迅速发展导致各个领域里的各种 设备和产品不断朝着高性能、高可靠性方向发 展，各种先进的设备和产品广泛应用于工农业 、交通运输、科研、文教卫生等各个行业，设 备的可靠性直接关系到人民群众的生活和国民 经济建设，所以，深入研究产品可靠性的意义 是非常重大的。 l产品或设备的故障都会影响生产和造成巨大经济损失。 特别是大型流程企业，有时因一台关键设备的故障导致 工厂停产，其损失都是每天几十万元甚至几百万元。因 此，从经济效益的来看，研究可靠性是很有意义的。 l 研究与提高产品的可靠性是要付出一定代价的。从生 产角度看，要增加产品的研制

3、和生产的成本。但是，从 使用角度看，由于产品可靠性提高了，就大大减少了使 用费和维修费，同时还减少了产品寿命周期的成本。所 以，从总体上看，研究可靠性是有经济效益的。 l从政治方面考虑，无论哪个国家，产品的先进 性和可靠性对提高这个国家的国际地位、国际 声誉及促进国际贸易发展都起很大的作用。 二、可靠性工程的基本内容 l 可靠性工程涉及面积广，需要从科研、设计 、试验、制造、运输、贮存、直到使用和维护 等方面，进行研究和实施的工作。 1、 可 靠 性 基 本 理 论 可靠性数学与故障物理学； 集合论与逻辑代数； 概率论与数理统计； 图论与随机过程； 系统工程与人素工程学； 环境工程学与环境应力

4、分析； 试验及分析基础理论。 7、 原 件 可 靠 性 制定原件可靠性； 元件失效分析与可靠性评价； 元器件及原材料的合理选择； 元器件的老化筛选； 元器件现场使用情况调查和反馈。 2、 可 靠 性 设 计 贮备设计和裕度设计； 降额设计和构件概率设计； 热设计、抗机械力设计； 防潮、腐蚀、盐雾、尘设计； 电磁兼容设计和抗辐射设计； 电磁兼容设计和抗辐射设计； 维修性设计和使用性设计； 质量、体积、重量和经济指标综合设计。 8、 系 统 可 靠 性 可靠性预计与分配； 失效模式效应与危害度分析； 事件树分析法(ETA)； 故障树分析法(FTA)； 可靠性综合评估。 3、 可试 靠验 性 环境试

5、验； 寿命试验； 筛选试验。 9、 可教 靠育 性 举办各种可靠性学习班与讲座； 内外培训和内外考察； 专业技术会议； 出版可靠性刊物、可靠性教材。 4、 制造 质量控制手段和方法 10 可 靠 性 管 理 建立可靠性管理机构和研究机构； 制定可靠性管理纲要； 制定产品可靠性管理规范； 建立质量反馈制度； 开展产品可靠性评审。 5、 使靠 用性 的保 可证 使用和维护规程制定； 操作和维修人员培训； 安全性设计； 人-机匹配设计和环境设计。 6、 可 靠 性. 信 息 现场数据收集、分析、整理和反馈； 试验数据处理和反馈； 元器件失效率汇集和交换； 各种可靠性信息搜集和交流； 用户调查和反馈。

6、 11、 可 靠 性 标 准 基础标准； 试验方法标准； 认证标准； 管理标准； 设计标准； 产品标准 可靠性工程的基本内容 三、可靠性的概念及指标 1. 可靠性 l 可靠性是指产品在规定的条件和规定的时间 内，完成规定的功能的能力。 2. 可靠性指标 l 衡量产品可靠性的指标很多，各指标之间有着 密切联系，其中最主要的有四个，即： l可靠度R (t)、 l不可靠度(或称故障概率)F (t)、 l故障密度函数f (t) l故障率(t)。 可靠性指标 (1)可靠度R (t) l把产品在规定的条件下和规定的时间内，完成 规定功能的概率定义为产品的“可靠度”。用R (t)表示： lR (t) = P

7、 (Tt) l其中P (Tt)就是产品使用时间T大于规定时间t 的概率。 l 若受试验的样品数是N0个，到t时刻未失效的 有N s (t)个；失效的有N f (t)个。则没有失效的概 率估计值，即可靠度的估计值为 (7-1) l如果仍假定t为规定的工作时间，T为产品故障 前的时间，则产品在规定的条件下，在规定的时 间内丧失规定的功能(即发生故障)的概率定义为 不可靠度(或称为故障概率)，用F(t)表示： F (t) = P (Tt) l同样，不可靠度的估计值为： (7-2) l由于故障和不故障这两个事件是对立的，所以 R (t) + F (t) =1 (7-3) l 当N0足够大时，就可以把频

8、率作为概率的近 似值。同时可见可靠度是时间t的函数。因此R (t)亦称为可靠度函数。 l0R (t)1 可靠性指标 (2)故障密度函数f (t) l如果N0是产品试验总数，N f是时刻tt+t 时间间隔内产生的故障产品数，N f (t) (N0t)称为tt+t时间间隔内的平均失效(故 障)密度，表示这段时间内平均单位时间的故障 频率，若N0，t0，则频率概率。 l也可根据F(t)的定义，得到f (t)，即 (7-5) lF (t)具有以下性质： 0 F (t) 1，且为增函数。 可靠性指标 (3)故障率(t) l 故障率(t)是衡量可靠性的一个重要指标， 其含义是产品工作到t时刻后的单位时间内

9、发生 故障的概率，即产品工作到t时刻后，在单位时 间内发生故障的产品数与在时刻t时仍在正常工 作的产品数之比。(t)可由下式表示。 (7-6) 式中dNf (t)为d t时间内的故障产品数。 故障率、故障密度及可靠度之间的关系 l当N0时 (7-7) 故障率、故障密度及可靠度之间的关系 l根据R (t)，F (t)，f (t),(t)的定义，还可以推导 出： (7-8) 失效率曲线 耗损失效期 t时间 偶然失效期 早期失效期 使用寿命 规定的失效率 (t) 失效率 AB 故障率曲线分析 l“浴盆曲线”。 l (a)早期故障期：产品早期故障反映了 设计、制造、加工、装配等质量薄弱环 节。早期故障

10、期又称调整期或锻炼期， 此种故障可用厂内试验的办法来消除。 故障率曲线分析 l (b)正常工作期：在此期间产品故障率低而且 稳定，是设备工作的最好时期。在这期间内产 品发生故障大多出于偶然因素，如突然过载、 碰撞等，因此这个时期又叫偶然失效期。 l 可靠性研究的重点，在于延长正常工作期 的长度。 故障率曲线分析 l (c)损耗时期：零件磨损、陈旧，引起设备故障 率升高。如能预知耗损开始的时间，通过加强 维修，在此时间开始之前就及时将陈旧损坏的 零件更换下来，可使故障率下降，也就是说可 延长可维修的设备与系统的有效寿命。 l 故障率的单位一般采用10-5小时或10-9小时( 称10-9小时为1f

11、it)。 l 故障率也可用工作次数、转速、距离等。 t 4% 2% 5% 7% 14% 68% 可靠性指标 (4)平均寿命 l平均寿命是指产品从投入运行到发生故障的平 均工作时间。对于不维修产品又称失效前平均 时间MTTF(Mean time to failure)，根据数学期 望的定义，可得 (7-9) l将(7-1)式微分，可得 (7-10) l代入(7-9)得 (7-11) l当(t) = 常数时，R (t)= e-t ，所以 (7-12) l对于可维修产品而言，平均寿命指的是产品两 次相邻故障间的平均工作时间，称为平均故障 间隔时间MTBF(Mean time between fail

12、ure)，和 MTTF有同样的数学表达式： (7-13) l当(t) = 常数时， (7-14) 可靠性指标 (5)有效度 l 对于可修复产品，只考虑其发生故障的概率 显然是不合适的，还应考虑被修复的可能性， 衡量修复可能性的指标为维修度，用M(t)表示 。 l 维修度M(t)产品在规定条件下进行修理 时，在规定时间内完成修复的概率。 l 在维修性工程中，还有维修密度函数m(t)、 维修率(t)，其相互关系有： (7-15) (7-16) l 平均修复时间(MTTRMean time to Repair) 应理解为产品修复时间的数学期望。有： (7-17) l当(t)=常数时， l 对可修复系

13、统，当考虑到可靠性和维修性 时，综合评价的尺度就是有效度A(t)，它表示 产品在规定条件下保持规定功能的能力。 (7-18) lMTBF反映了可靠性的含义。 lMTTR反映维修活动的一种能力。 两者结合固有有效度A(t) 当考虑后勤保障、服务质量时，就会在时 间序列上出现平均等待时间(MWTMean Wait time)。如果从实际出发，使用有效度A0应表示 为： 可靠性指标 (6)重要度 l 若干个部件组成的系统中，每个部件并非等 同重要，在可靠性分析中，一般将各部件在系 统中所起的重要程度进行定量描述，用wj表示 。 (7-20) l显然，0wj1。这个重要度是从系统的结构 来看部件的重要

14、程度，因此它是结构重要度。 可靠性指标 (7)复杂度 l 复杂度ci可以简单地用分系统的基本构件数 来表示，即： (7- 21) l其中：ni第i个分系统的构件数； l N系统的构件总数； l n分系统数。 四、常用寿命分布函数 1. 指数分布 l 指数分布在可靠性领域里应用最多，由于它 的特殊性，以及在数学上易处理成较直观的曲 线，故在许多领域中首先把指数分布讨论清楚 。若产品的寿命或某一特征值t的故障密度为 (0，t0) l则称t服从参数的指数分布。 f(t) t R(t) t (t) t 指数分布 l则有： 不可靠度 (t0) l 可靠度 (t0) l 故障率 l平均故障间隔时间 指数分布例题 l例7-1：一元件寿命服从指数分布，其平均 寿命()为2000小时，求故障率及求可靠度 R (100)=? R(1000)=? l 解： (小时) l此元件在100小时时的可靠度为0.95，而在 1000小时时的可靠度为0.60。 指数分布性质 l 指数分布的一个重要性质是无记忆性。无 记忆性是产品在经过一段时间t0工作之后的剩 余寿命仍然具有原来工作寿命相同的