{城乡园林规划}可信性工程概念

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1、可 信 性 工 程,北方交通大学 崔贵章 二三年二月 北 京,目 录,第一部分 基本概念 第二部分 可信性指标 第三部分 系统的可靠性 第四部分 可靠性分析 第五部分 可靠性试验 第六部分 可信性管理,第一部分 基本概念,单元一 术 语 单元二 可信性工程,单元一 术语,一、可信性（Dependability） 用于表述可用性及其影响因素(可靠性、维修性和保障性)的集合术语 注：可信性仅用于非定量的总体描述 IEC 60050-191：1990 GB/T/ 9000-2000：3.5.3,二、可靠性（Reliability） 定义 产品在规定条件下和规定时间内完 成 规定功能的能力 产品在规定

2、条件下和规定时间内完成 规定功能的概率,可靠性（续一） 对定义的诠释 产品 三个规定/三个要件,可靠性（续二） 可靠性的分类 固有可靠性 使用可靠性 基本可靠性(Basic Reliability) 任务可靠性(Mission Reliability),三、故障 在规定的环境条件和使用条件下产品丧失或部分丧失规定功能的状态 故障对规定条件而言，是个随机事件 对于不可修复的产品而言，常称其故障为“失效”,故障（续一） 故障的表现 间歇性故障和永久性故障 独立故障和从属故障 局部故障和整体故障,故障（续二） 意外故障 突然故障和退化故障,四、维修性（Maintainability） 可维修产品在规

3、定条件和规定时间 内，按规定程序和方法进行维修 时，保持或恢复到规定状态的能力,维修性（续一） 维修性包括两个方面 维护 也叫预防性维修，是一种日常的可靠性控制过程，表现为预先检查和采用“边缘试验技术” 修理 产品发生故障后，使其恢复完成规定功能的工作,维修性（续二） 维修性反映了可维修产品可以接受维 修的能力，在产品的论证阶段、研制 阶段、使用阶段和处理阶段的全寿命 过程，都应重视维修性要求,五、保障性 产品的设计特性和计划的保障资 源等是 完成规定功能的能力 保障性包括两个方面 与保障有关的设计特性 保障资源的充足和适用性,保障性（续） 产品同时具有可保障的特性和能保障 的特性，才是具有完

4、整保障性的产品,六、可用性（Availability） 固有可用性 在要求的外部资源得到满足的 前提下，产品在规定的条件下 和规定的时间内可以完成规 定 功能的能力 外部资源（不含维修资源）不影响固有可用 性，使用可用性则受外部资源的影响,可用性（续） 可用性综合反映了产品可靠性、维修性和 保障性所达到的水平 可靠性、维修性和可用性是可靠性的三个 基本方面，简称为RAM问题/技术,单元二 可信性工程,一、从可靠性工程到可信性工程 成立于1952年的美国国防部电子设备可靠性咨询组（AGREE），在1957年发表了研究报告军用电子设备可靠性，标志着可靠性工程已成为一门独立的学科。经过60年代的发展

5、阶段，70年代的成熟阶段，80年代更深广的发展阶段，以及90年代以来进入向综合化、自动化、智能化和实用化发展的阶段，可靠性工程已发展为包括可靠性设计、可靠性试验、可靠性维修、可靠性分析和可靠性管理的可信性工程,二、可信性工程的意义 产品结构日益复杂 装配密度迅速提高 产品用期急剧缩短 使用环境空前严酷,可信性工程的意义（续）,降低总费用 图1-2-1产品的可靠性与总费用,产品可靠性,总费用,生产费用,维修费用,第二部分 可信性指标,单元一 可靠性指标 单元二 维修性指标 单元三 可用性指标,单元一 可靠性指标,一、可靠度函数,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，记为R（t）

6、 R(t)=P (Tt) 其中 T产品故障前的工作时间 t规定的时间,可靠度函数（续一） R(t)=P (Tt ),Ns(t) No,其中 T产品故障前的工作时间 N0t=0时，在规定条件下投入工作的产品数 Ns(t)在0到t时刻的工作时间内没有发生故障 的产品数,可靠度函数（续二） 例 设t=0时，投入工作的10000只灯泡，当 t=365天时，发现有30只灯泡坏了，求 一年时的可靠度 参考答案 R（年）=0.997,二、不可靠度函数（累积故障分布函数） 产品在规定条件下和规定时间内，丧失规定功能 的概率，记为 F(t) F(t)=P (Tt)=1-R(t) 其中 T产品故障前的工作时间 N

7、0t=0时，在规定条件下工作的产品数 Nf(t)在0到t时刻的工作时间内，发生故障 的产品数,Nf (t) N0,不可靠度函数示意图,四、故障率函数（瞬时故障率函数） 产品工作到某时刻t尚未发生故障，在该时刻后 单位时间内发生故障的概率，记为(t),其中 t时刻t后所取时间间隔 Ns(t)到时刻t，未发生故障的产品数 Nf(t)时刻t后， t时间内发生故障 的产品数 故障率的单位 1菲特（Fit)=10-9/h,故障率函数（续一） 例 若年初投入的灯泡为9970只，若一年后坏了10只，求故障率 参考答案 （1年）=0.001/天 100件产品工作三年有4件发生故障，设产品每天工作12小时，求故

8、障率 参考答案 （3年）=0.31110-5/小时,故障率函数（续二） 我国电子工业规定的故障率等级,故障率函数（续三） 浴盆曲线,图2-1-2,故障率函数（续四） 浴盆曲线的讨论 没有偶然故障期或偶然故障期很短的产品，是不能投入使用的 产品出厂前，要进行可靠性筛选,例 设有5个不可修复产品进行寿命试验，它们发生失效的时间分别是1000h、1500h、2000h、2200h、2300h，求它们MTTF的观测值 参考答案 1800h,例 设有一电子产品工作1万小时，共发生故障5 次，求该产品MTTF的观测值 参考答案 MTBF=2000h,七、产品的寿命特征 可靠寿命 给定的可靠度所对应的产品

9、工作时间 使用寿命 产品在规定的条件下，具有 规定的可接受的故障率的工 作时间 贮存寿命 产品在规定的条件下贮存， 仍能满足规定质量要求的时 间长度,单元二 维修性指标,一、平均修复时间 在规定的条件下和规定的时间内，产品在任一规定 的维修级别上，修复所需总时间的平均值记为， MTTR（Mean time to repait）,MTTR = 其中 ti第i(i=1,2,n)次修复时间 n修复次数,特别地，当单位时间完成修理的瞬时概率u(t) u(常数)时 MTTR=,1 u,二、平均维护时间 产品在任一规定的维护级别上，维护所需总时间的 平均值，记为MTTM（Mean time to main

10、tenanne）,MTTM = 其中 ti第i(i=1,2,n)次维护时间 n维护次数,MTTM=,1 P,特别地，当单位时间内完成维护的瞬时概率 P（t） P（常 数）时,三、两点讨论,MTTR= 和MTTM= 越高，则维修时间 越短，这将降低维修费用，减少停机损失 MTBF高的产品，可以减少维修次数，但不一 定就有良好的MTTR,1 u,1 p,例 甲产品的MTBF=2000h，MTTR=200h； 乙产品的MTBF=1000h，MTTR=20h。显 然后者反而更好些。可见，维修性必须作 为可靠性的一个方面，予以足够的重视,单元三 可用性指标,一、瞬时可用概率 可修复产品是处在一个由规定状

11、态到故障状态， 又由故障状态到规定状态的不断转移的随机过程 中，因而可以用在时刻t时产品处于规定状态的 概率作为可用性指标,二、固有可用概率 当长期使用某一产品时，A（t）趋于一个固定值A，称之为固有可用概率，也叫“可用度”或“役时率”,当,三、可靠性指标,四、可靠性指标示例,第三部分 系统可靠性的计算,单元一 概述 单元二 串联系统 单元三 并联系统 单元四 混合系统 单元五 分系统相互依赖的系统 单元六 可靠性分配 单元七 可靠性预计,一、系统可靠性计算的意义 在设计阶段，选择系统的结构和元器件 在制造阶段，保证采购质量，不断改近工艺 在使用阶段，加强维护，及时修理,单元一 概述,二、可靠

12、性模型 用于预计或估计产品可靠性的模型 应建立系统级和分系统级可靠性模型 包括可靠性方框图和可靠性数学模型,三、可靠性框图 可靠性框图 表示产品中各单元之间的逻辑功能关系 原理图 表示产品中各单元之间的物理关系,例 振荡电路的原理图与可靠性框图,四、加法公式 互斥条件下的加法公式 两条件A、B互斥 C=A+B=AB P（C）=P（A+B）=P（A）+P（B）,加法公式（续） 非互斥条件下的加法公式 两条件A、B不互斥 C=A+B=AB P（C）=P（A+B）=P（A）+P（B）-P（AB）,加法公式（续） 非互斥条件下的加法公式 两条件A、B不互斥 C=A+B=AB P（C）=P（A+B）=P

13、（A）+P（B）-P（AB）,非独立条件下的乘法公式 两条件A、B不独立 C=AB=AB P（C）= P(AB)= P(A) P(BlA) = P(B)P (AlB),乘法公式（续）,单元二 串联系统,一、可靠性框图 只有各分系统都正常工作，系统才能正常工作,图3-2-1,二、可靠度的计算 记分系统Si (i=1，2，n) 正常工作的事件为Ai，可靠度为Ri(t), R(t)是系统的可靠度 各分系统不相互独立时 R(t)=P(A1)P(A2|A1)P(A3|A1A2)P(An| A1A2An-1) 各系统相互独立时,特别地，当各分系统的故障率函数i (t) (i=1,2，n) 是常数i 的指数

14、分布时,例 设在单元一的振荡电路电感和电容的故障率L= c=10-5/h，求振荡器的MTBFs 参考答案 MTBFs=50000h 设产品由独立的10个部件串联组成，若每一个部件工作10000小时的可靠度都是0.9，求该产品工作10000小时的可靠度 参考答案 R（10000）=0.348,单元三 并联系统,一、可靠性框图 只要有一个分系统正常工作，系统就能正常工作,二、可靠度的计算 记分系统Si(i=1,2,n)发生故障的事件为i，可靠度为Ri(t), 不可靠度为Fi(t)。记系统的可靠度和不可靠度分别 为R(t)、F(t) 计算F(t) 各分系统不相互独立时 F(t)=P(1)P(2| 1

15、)P(3 |1 2)P(i| 1 2i-1) P(n| 1 2 n-1) 各分系统相互独立时 N 计算R(t),可靠度的计算（续） 工程上，一般用二单元或三单元并联系统 对于二单元并联系统 R(t)=R1(t)+R2(t)-R1(t) R2(t) 在单元故障率相等，即1= 2= 0（常数）时 R(t)=(2-e- ot)e- ot,三、n中取r的并联系统 n个分系统中，只要有r个系统正常工作，系统就能正常工作 记各分系统的可靠度为R0，系统的可靠度为 R（t）=C R (1-R0)n-k， nr+1,n k= r,kn,ko,单元四 混合系统,一、可靠性框图 各分系统先串联后并联，或者先并联后串联 并串联系统,可靠性框图（续） 串并联系统,图3-4-2,二、可靠度的计算 假定各分系统独立工作时，具有相同的可靠度R 可靠度的计算要“逐级”进行 并串联系统的可靠度 RSP=1-(1-Rm)n 串并联系统的可靠度 R