可靠性基本理论.

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1、第一篇第一篇 可靠性基本理论可靠性基本理论 主要内容 1 概论 产品可靠性模型 可靠性指标论证 4 可靠性分配 产品的寿命特性 产品的可靠性定义 产品的可靠性就是在规定的条件下，在规定的 时间内、产品完成规定功能的能力。 产品可靠性定义包括下列四要素： (1) 规定的时间； (2) 规定的环境和使用条件； (3) 规定的任务和功能； (4) 具体的可靠性指标值。 对于一个具体的产品，应按上述各点分别给予 具体的明确的定义。 可靠性的特征量 可靠度 定义：是指产品在规定的条件下，在规定的 时间内、产品完成规定功能的概率。它是时 间的函数，记作R(t),也称为可靠度函数。 当t=0时，R(0)=1

2、;当t=时，R()=0 不可靠度 定义：是指产品在规定的条件下，在规定的时 间内、产品不能完成规定功能的概率。它也是 时间的函数，记作F(t),也称为累积失效概率。 失效概率密度f(t) 定义：失效概率密度是累积失效概率F(t)对时间的变 化率，它表示产品寿命落在包含t的单位时间内的概 率，即t时刻，产品在单位时间内失效的概率。 瞬时失效率 (t)，（简称失效率） 定义：是在t时刻，尚未失效的产品 ，在该时刻后的单位时间内发生失 效的概率。 中位寿命：满足R(t0.5)=0.5的t0.5称为中位寿 命，即寿命比它长和比它短的产品各占一 半 特征寿命：满足R(te-1 )=e-1=0.368 的

3、te-1称为 特征寿命 中位寿命和特征寿命 可靠性指标及其内在关系 MTBF 和 MTTF 对不可维修的产品的平均寿命是指从开 始投入工作，至产品失效的时间平均值 。也称平均失效前时间，记以MTTF， 它是英文（Mean Time To Failure）的缩 写。 对可维修产品而言，其平均寿命是指两 次故障间的时间平均值，称平均故障间 隔时间，习惯称平均无故障工作时间， 用MTBF记之，它是英文（Mean Time Between Failures）的缩写。 维修性指标 对可维修产品还有平均维修时间，它是 设备处于故障状态时间的平均值，或设 备修复时间的平均值。记以MTTR，它 是英文（Mea

4、n Time To Repair）的缩写 。 其中：m(t)是维修时间的概率密度函数，对 应可靠性的失效概率密度函数。 维修性指标 维修度（对应可靠度）M(t)：它定义为在规定 条件下使用的产品，在规定的时间内按照规定 的程序和方法进行维修时，保持或恢复到能完 成规定功能状态的概率。 修复率(t)（对应失效率）:定义为修理时间已 达到某个时刻，但尚未修复的产品，在该时刻 后的单位时间内完成修理的概率。 维修性指标 可维修产品的有效度A，它表示设备处 于完好状态的概率： 可靠性、维修性指标的论证和确定可靠性、维修性指标的论证和确定 可靠性是定量的概率统计指标可靠性是定量的概率统计指标 在设计中它

5、必须是可预计的，在试验中它必在设计中它必须是可预计的，在试验中它必 须是可测量的，在生产中它必须是可保证的须是可测量的，在生产中它必须是可保证的 及在现场使用中它必须是可保持的。及在现场使用中它必须是可保持的。 系统可靠性与维修性指标可以从两方面论证： 一是研究被论证系统应该具有或侧重于哪些可 靠性和维修性指标；二是决定这些指标水平的 高低。 可靠性指标的选择的依据 a、装备的类型，例如对坦克为平均无故 障里程（MMBF）、对于飞机为平均无 故障飞行小时（MFHBF）、对一般设备 则为平均无故障时间(MTBF); b、装备的使用要求（战时、平时、一次 使用、重复使用）对于一次使用的产品 则为成

6、功率（例导弹） c、装备可靠性的验证方法，厂内试验验 证则用合同参数，外场验证则用使用参 数。 论证产品的可靠性指标 不能或难以维修产品例如：卫星、导弹和海缆等 ，不言而喻，维修性方面的指标是无需考虑的， 关键是系统在规定工作期间的可靠度指标。平均 工作时间或平均寿命也不宜用作此类系统的可靠 性指标，除非有附加说明，因为具有相同平均工 作时间指标的系统，其实际可靠度可能差异很大 。例如一套寿命为复合指数分布的并联冗余双工 系统与一套寿命为指数分布的系统，假设具有相 同的平均寿命，当系统规定的工作时间为系统平 均寿命的十分之一时，后者的失效机会约比前者 增大七倍多。 视间断使用或连续运行的不同，

7、可维修系统 对可靠性和维修性指标的考虑也有较大差别 。如测量雷达、炮瞄雷达和部分军用电台等 间断使用系统，可靠度或平均无故障工作时 间应作为主要可靠性指标，而有些类型的测 量仪表，虽然也是间断使用设备，但人们更 关心的则是它们的利用率；对诸如广播、电 视、通讯、卫星通讯地面站和港口管制雷达 等连续运行系统，有效度应是它们的主要指 标。 论证产品的可靠性指标 论证了不同任务应选用的不同指标之后，继 而要论证这些指标的高低。指标低了不能满 足使用要求，乃至完全失去使用价值，甚至 还会造成严重后果。军事装备的可靠性太低 ，不仅会丧失战机，而且还将处于被动挨打 状态；民用设备，例如钢铁和化学工业自动

8、控制系统的可靠性过低，将会发生冻结和爆 炸事故。因此，从后果判断，后果严重的， 可靠性指标应该高些，后果不严重的，指标 可以低些。另一方面，可靠性指标定得过高 ，从使用角度来说虽然是有利的，但会造成 额外经济损失，还会延长工程周期，所以也 是没有必要的。 论证产品的可靠性指标 以黑白电视接收机为例，假设第一种电视机是 由次品组装而成的，售价为50元，MTBF=100 小时，第二种由正品经过筛选组装而成，售价 为360元，MTBF=5000小时，第三种采用宇航 级元器件组装，售价为1500元，MTBF上升到5 万小时。无疑，第一种电视机虽然价格低廉， 但故障率太高，平均不到一个月就可能发生一 次

9、故障，从收看效果、耽误的时间和支出的修 理费用来看是得不偿失的；第三种电视机的性 能价格比（此处指MTBF）最好，但人们一般 不会支付这样高的代价去换取并不必要的高可 靠性指标。 论证产品的可靠性指标 考虑任务要求 在指标论证中，要注意被论证系统是独立地完 成某种任务呢，抑或属于更大系统中的一个组 成单元。对于后者，即完成任务的前提是整个 大系统要完成任务，则其可靠性指标，应该根 据大系统来分析和确定。如果被论证的系统与 大系统内其他组成部分相比，在同样复杂程度 下，其MTBF已经高出数倍以上，一般就不应 再花大劲去提高它的指标要求了。 论证产品的可靠性指标 实际的可靠性指标 试验方案： 1

10、检测值下限 0 检测值上限 dm 鉴别比 使用方风险率 生产方风险率 一般为0.2 1 检测值下限=最低可标称值 （GJB450-88） 0dm1 为缩短试验时间，dm可取大些，如 dm=3 规定值25设计值 即: d1.250 预计值：p=1.25d=1.2520=1.252dm1 美国民兵导弹 规定值 可靠度 0.9 ，投入使用时为 ：0.5，四年后 达到 0.7 可靠性模型的分析与建立可靠性模型的分析与建立 可靠性模型的组成 可靠性模型包括可靠性框图和可靠性数 学模型二项内容。可靠性框图应与产品 的工作原理图及功能框图相协调，功能 框图表示产品中各单元之间的功能关系 ，而原理图则表示产品

11、各单元之间的物 理关系。可靠性框图用来简明扼要、直 观地描述产品为完成任务的各种组合（ 串并联框图）。为了编制可靠性框图必 须全面了解产品完成任务的定义及使用 的任务剖面，并给出一般的和专门的假 设。 可靠性数学模型从数学上建立可靠性框图与 时间、事件和故障率数据的关系。这种模型 的“ 解”就是所预计的产品可靠性。 因此，可靠性数学模型应能根据可靠性试验 和其他有关试验信息、产品配置、任务参数 和使用限制等的变化进行及时修改； 可靠性数学模型的输入和输出应与产品分析 模型的输入和输出关系相一致。 根据用途，可靠性模型可分为基本可靠性模 型和任务可靠性模型。 基本可靠性模型与任务可靠性模型 基本

12、可靠性定义为：产品在规定条件下无故障的 持续时间或概率。 这里的故障是指引起引起维修工作的事件或状态 。这种故障可能影响,可能不影响产品完成任务的 功能。 基本可靠性涉及维修人力，费用和后勤保障要求 。 任务可靠性定义为：产品在规定的任务剖面内完 成规定功能的能力。 从完成任务的角度看，危及任务成功的事件或状 态才算故障。称之为致命性故障。 基本可靠性模型是一个全串联模型。它 用以估计产品及其组成单元引起的维修 及后勤保障要求。 因此，构成产品的所有单元都应包括在 模型内，包括产品所有用于储备工作模 式的单元，因为构成产品的任何单元发 生故障后均需要维修及后勤保障。 基本可靠性模型的详细程度应

13、根据可以 获得可用信息的产品层次（系统、分系 统、设备、组件或零部件级）而定，而 且其故障率或MTBF等效参数可用来估 算维修及后勤保障对产品设计的影响。 图2-1为美国海军F/A-18A战斗攻击机的 基本可靠性模型的可靠性框图，从图中 看出，该可靠性框图表示F/A-18A飞机 上各个系统串联的模型。 图2-1 F/A-18A飞机的基本可靠性框图 任务可靠性模型 是一种用来描述产品在执行任务过程中完 成其规定功能的能力的模型，包括一个可 靠性框图及其有关的可靠性数学模型。 任务可靠性模型应能描述产品在完成任务 过程中其各组成单元的预定作用，储备工 作模式的单元在模型中反映为并联或旁联 结构，因

14、此复杂产品的任务可靠性模型往 往是一个由串联、并联及旁联构成的复杂 结构，图2-2是一个F/A-18A飞机的任务可 靠性框图。 图2-2 F/A-18A飞机的任务可靠 性框图 基本可靠性和任务可靠性的权衡 产品设计师的现任就是根据不同的任务 要求，用基本可靠性模型及任务可靠性 模型进行权衡，在满足规定要求的前提 下，取得最优的设计方案。 简化产品设计和采用高可靠性的元器件 既可提高基本可靠性，又可提高任务可 靠性，采用赢余设计只能提高任务可靠 性而降低基本可靠性。 应综合考虑基本可靠性和任务 可靠性： 当任务可靠性相同时，基本可靠性高 好 若一个设计的基本可靠性比另一个高 很多，即使任务可靠性

15、稍低也是可取的 若一个设计的任务可靠性预计结果不 能满足合同要求，往往降低基本可靠性 以获得提高任务可靠性 可靠性模型的建立 建立可靠性模型的目的及程序 建立可靠性模型的目的是为了分配、预 计和评估产品的可靠性。根据可靠性模 型、工作循环和任务时间等信息，拟定 数学表达式或计算机程序，利用这些表 达式和程序，以及相应的故障率和成功 概率的数据，可进行基本可靠性和任务 可靠性的分配、预计和评估。 在产品设计初期就应建立产品可靠性模 型，以有助于设计评审，并为产品的可 靠性分配、预计和拟定纠正措施的优先 顺序提供依据。当产品设计、环境要求 、应力数据、故障率数据或寿命剖面发 生重大变化时，应及时修改可靠性模型 。 下述步骤是建立可靠性模型的程序。 第一步 确定产品的定义 建立可靠性模型的前提是对与可靠性定义有关 的产品定义的理解。对建立基本可靠性而言， 产品的定义是简单的，构成产品的所有单元构 成串联模型。然而，就任务可靠性模型的建立 而言，产品可靠性模型及完成任务定义就可能 成为一个复杂的问题，特别是对那些具有余度 及储备工作模式的复杂多功能产品更是如此。 适当的产品定义确定产品是否按规定要求使用 ，是否处于预定的工作环境，它的配置更改是 否超出原有的要领以及是否完成其规定功能。 建立可靠性模型的程序 产品的定义内容产