可靠性基础知识

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1、可靠性基础知识,主要内容,概述 可靠性基础知识 环境试验,主要内容,概述 可靠性基础知识 环境试验,概述 可靠性的重要性,关系到企业的生存和壮大。 关系到使用者的安全。 提升形象，减少维护费用。 是军事产品中重要的技术指标。,概述 可靠性的发展历史,国外： 40年代重视可靠性 50年代调查分析、统计试验 60年代失效分析，强调环境试验的重要性 70年代可靠性工程 国内： 50年代建立环境适应性试验基地 60年代提出可靠性问题 70年代开展可靠性研究 80年代以后可靠性保证、管理、系统工程78年电视机的MTBF300500小时，年返修率95%从可靠性的发展历史看，可靠性是战争的产物；是产品的重要

2、指标；是企业的命脉。,概述 可靠性的发展历史,可靠性的两种思路及产生的原因： 通过强化试验保证产品的可靠性。 从失效机理控制入手保证产品的可靠性。 可靠性研究的发展方向： 微观失效机理研究的继续深入。 软件可靠性设计和硬件的统一。 事前控制为主，评价试验为辅，针对性和多样性评价方法的开展。,概述 可靠性定义,产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力（概率），就叫做电子产品的可靠性。可靠性试验是对产品可靠性进行调查、分析和评价的一类试验。,主要内容,概述 可靠性基础知识 环境试验,可靠性基础知识 基本知识和术语,可靠性试验与环境试验可靠性试验是对产品进行评价的各种试验如增长、筛选、验证、

3、验收、统计等。环境试验是检验产品对各种环境应力的适应性，快速暴露产品缺陷的试验，是可靠性试验的主要技术手段。 环境应力就是指外界各种环境对产品的破坏力，如产品在85下工作受到的应力,比在25下工作受到的应力大；在高应力下工作，产品失效的可能性就大大增加了。,可靠性基础知识 基本知识和术语,MTTF：Mean Time To Failures平均无故障时间 MTBF：Mean Time Between Failures,平均无故障间隔时间 MCBF：Mean Cycle Between Failures平均无故障间隔次数 ESS：Environmental Stress Screening Te

4、st环境应力筛选 HALT：High Accelerate Life Test高加速寿命试验 HASS：High Accelerate Stress Screening高加速应力筛选,可靠性基础知识 基本知识和术语,10 规则当讨论产品在不同环境下的使用寿命时,一般采用“10规则” 的表达方式。即当周围环境温度上升10时，产品寿命就会减少一半；当周围环境温度上升20时，产品寿命就会减少到四分之一。这种规则可以说明温度是如何影响产品寿命（失效）的。,可靠性基础知识 产品的失效,1、功能性失效 致命失效、漂移性失效、间歇失效 致命失效：是指产品完全失去规定功能能力的一类失效。 漂移性失效：是指产品

5、的一个或几个参数超过规定值所引起的一类失效，漂移性失效在产品使用中有时是允许的 间歇失效：是指产品在使用或试验过程中呈现时好时坏一类的失效。,可靠性基础知识 产品的失效,2、阶段性失效(浴盆曲线)如果取产品的失效率作为产品的可靠性特征值，它是以使用时间为横坐标，以失效率为纵坐标的一条曲线。因该曲线两头高，中间低，有些像浴盆，所以称为“浴盆曲线”。失效率随使用时间变化分为三个阶段：早期失效期、偶然失效期和耗损失效期。,可靠性基础知识 产品的失效,产品典型的失效率曲线,(t),使用寿命,规定的失效率,维护后失效率下降,偶然失效期,t,耗损失效期,早期失效期,A,B,1、早期故障降至最低，产品耗损期

6、到来之前，是产品的主要使用期。 2、失效率基本平稳，可近似看作一个常数。 3、由偶然因素引起的，如外部振动、使用人员误操作、环境条件的变化波动、不良抗压性能。 4、可以通过统计方法来预测。,1、产品使用很长时间以后。 2、故障迅速上升，直至极度。 3、主要由老化，废劳、磨损、腐蚀引起。 4、可通过试验数据分析确定耗损起始点，并通过预防维修延长产品的寿命。,产品的使用寿命与产品规定条件和规定的可接受故障有关。规定的允许失效率越高，产品使用寿命越长，反之寿命越短。,1、产品使用初期，故障容易暴露出来。 2、失效率较高，且呈迅速下降趋势。 3、由设计和制造缺陷引起。如设计不当、材料缺陷、加工缺陷、安

7、装调整不当等。 4、可以通过加强质量管理及采取环境应力筛选加以减少。,高质量电子产品其失效率曲线在其寿命内基本是一条平稳的直线。质量低劣产品要么存在大量早期故障要么很快进入耗损失效阶段。,可靠性基础知识 可靠性的特征量,1、可靠度R(t)产品在规定条件下使用时间t后，还能完成规定功能的概率，被定义为产品的“可靠度”。用数学符号来表示，则为：R(t)= P( T t )式中：t 工作时间（期望时间）；T产品出故障的时间（寿命）；P表示不出现故障的概率。例如某舰艇在95天的航海任务中，其雷达不出故障的概率为90%，其可靠度表达为：R(95天)P（T95天）90,可靠性基础知识 可靠性的特征量,1、

8、可靠度R(t) 可靠度特性： 可靠度是时间的函数。 可靠度是表示一大批产品的统计特性，而不是表示个别产品或少数产品的可靠性。 可以用概率来表示产品的可靠性。R(t)的用途： 估计一批产品随时间变化的可靠能力。 估算一批产品工作一段时间后继续工作的可靠能力。,可靠性基础知识 可靠性的特征量,2、失效分布函数F(t) （也称为不可靠度）产品的寿命T是一个随机变量。如果以t表示规定的时间，以T表示产品的寿命，则Tt的事件就是一个随机事件。随机事件Tt的概率，就称为该产品的失效分布函数，即：F(t) P( Tt )如果给定的时间t为100小时，则表示为：F(100)P(T100)这表示了产品在100小

9、时前的失效概率, 因而，失效分布函数F（t）,含有累积失效概率的意思。,可靠性基础知识 可靠性的特征量,2、失效分布函数F(t) 失效分布函数是故障的度量指标， 也是随时间变化的函数。F(t)和R(t)的关系：假定产品要么处于正常工作状态，要么处于故障状态，可靠性与故障可以表述为两个对立的事件。 可靠度函数与累计故障分布函数的关系为：R（t）+ F（t）=1 由于F(t)=1-R(t),因此，失效分布函数通常也成为不可靠度。另外，由以上公式可看出可靠度是小于1的。,可靠性基础知识 可靠性的特征量,可靠度：N0为产品总数，r(t)为工作到t时刻产品发生的故障数。例1：设t=0时，投入工作的100

10、00只灯泡，当t=365天时，发现有300只灯泡坏了，求一年时的工作可靠度。F(t)=1-0.97=0.03,可靠性基础知识 可靠性的特征量,例2：系统由a、b两个分组件构成，已知a组件1000小时的可靠度为0.96,b组件1000小时的可靠度为0.95,求串联系统1000小时的可靠度。根据系统可靠性的观点，串联系统的可靠度为所用元器件可靠度的乘积，目前为两个分组件的乘积，有R系统（1000） Ra(1000)* Rb(1000) 0.960.95 91.2显然系统可靠度低于每个组件的可靠度，当系统由三个组件串联组成，且c组件1000小时可靠度为0.99时，系统可靠度为R系统（1000） 0.

11、960.950.99 901、使用的组件或元器件越多可靠度越低。 2、串联后的系统可靠度，比各组件中最低的可靠度还要低。,可靠性基础知识 可靠性的特征量,3、失效密度函数f (t)用来表征失效分布随时间变化的情况，即产品在时刻t的单位时间里发生失效的概率，称为产品在时刻t的失效密度。如图可见在每个时间段中失效的比例是不一样的。一个由若干组成部分构成的复杂产品， 不论组成部分的故障是什么分布，只要在 故障后即予维修，且修后如新，则产品的 故障分布就近似指数分布。指数分布因其简单得到广泛而有时不 恰当的应用，常见的分布形式还有威尔布 分布、对数正态分布等。,可靠性基础知识 可靠性的特征量,3、失效

12、密度函数f (t) f(t)服从指数分布下的分布函数：当故障率f(t)服从指数分布时：,可靠性基础知识 可靠性的特征量,4、失效率函数(t)已工作到t时刻的产品，在时刻t后单位时间内发生失效的概率，称为该产品在时刻t的失效率函数，又称为失效率，计算公式为：r(t) t 时刻后，t 时间内发生故障的产品数t所取时间间隔NS(t)在t 时刻没有发生故障的产品数 失效率单位1菲特(Fit)110-9/h110-6/1000h表示每10亿个元件小时内只允许有一个产品失效，即在每千小时内，只允许有百万分之一的失效概率。通常也可用每小时或每千小时的百分数作为失效率的单位，如0.2%(1000h) 。,可靠

13、性基础知识 可靠性的特征量,4、失效率函数(t)之间的相互关系设在规定的 t 时间内发生故障的产品数为 ，未发生故障的产品数为 ，产品总数为 ，则有：当t 趋近于 0 时：,可靠性基础知识 可靠性的特征量,4、失效率函数(t)如果产品服从指数分布，故障率为常数，此时可靠度为R(t)=e-t 。指数分布：注意：若给出指数分布概率密度函数的图形，是当 t=0时，f(t)的取值,可靠性基础知识 可靠性的特征量,失效率(t)与失效密度函数f (t)的区别：相同点：反映产品失效的变化速度不同点：一个是反映全部产品在时刻t的变化速度f (t)；另一个是反映在时刻t以后，未失效产品的变化速度。失效密度的用途

14、：在一组数据中可以通过失效密度的计算判断产品的失效分布情况。失效率的用途：通过对数据的估算，可以判断产品失效期的三个阶段。,可靠性基础知识 可靠性中的寿命,可靠寿命、中位寿命与特征寿命产品的可靠度R（t）是时间的函数，随着时间的延长，产品的可靠度会越来越小。假定开始工作时t0，可靠度R（0）1。以后在不同的时刻，产品的可靠度将具有不同的r值。在可靠性工作中经常需要知道，对于给定可靠水平r ，产品的可靠度下降到r时的时间是多少?这个时间就称为产品的可靠寿命。R(tr) r产品失效数与可靠寿命tr的关系为：失效数n（r） 100（1r）由上面的公式可求出可靠寿命与失效的样品数指数分布时可靠寿命与失

15、效率的关系：tr ln r-1/2.302(lg 1/r) /,可靠性基础知识 可靠性中的寿命,中位寿命是指可靠水平r0.5时，此时产品约有一半失效。R(t0.5)0.5 特征寿命是指可靠水平r e1的可靠寿命，R(te1)e1。 在指数分布的场合特征寿命与平均寿命重合，因 此有MTBF1/,可靠性基础知识 平均寿命MTTF和MTBF,平均无故障时间MTTF：设N0个不可修复的产品在同样条件下进行试验，测得其全部失效时间为 t1，t2tNO，其平均失效前时间为：对于不可修复的产品，失效时间即产品的寿命，因此，MTTF即为平均寿命。当产品服从指数分布时：,可靠性基础知识 平均寿命MTTF和MTB

16、F,平均故障间隔时间MTBF：一个可修复产品在使用中发生了N0次故障，每次故障修复后，又重新投入使用，测得其每次故障前工作持续时间为t1，t2tNo，其平均故障间隔时间MTBF为：对于完全修复产品，因修复后产品如新，一批产品发生了N0次故障，相当于N0个新产品工作到首次故障，因此：当产品的寿命服从指数分布时：MTBF = MTTF = 1/,T 为产品总工作时间。,可靠性基础知识 平均寿命MTTF和MTBF,平均故障间隔时间MTBF： 例3.设有一个电子产品累计共工作10万小时，共发生故障50次，问该产品的 MTBF的观测值？MTBF是衡量产品可靠性特征的主要指标。其值越大可靠性越高。由于MTBF是寿命这个随机变量的数学期望，具有统计的意义，因此不能说明某一个产品无故障地工作时间。,