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1、产品产品可靠可靠性性设计与设计与分析分析可靠设计与可靠设计与 报 告 人：徐颖强教授报 告 人：徐颖强教授 时时间间2016 6 242016 6 24时时间间：20162016. .6 6. .2424 1 可靠性研究的意义（The meaning of reliability research）可靠性研究的意义（The meaning of reliability research） 产品质量 目的和意义： 产品功能产品功能有效性 1理清楚产品质量的影 目的和意义： 安全性可靠性维修性 1、理清楚产品质量的影 响因素； 2、明确提高产品可靠性 责 使 用 环 境 的职责； 3、掌握产品可靠
2、性分析 方法； 可 靠 生产与工艺 设备与工装 可 靠 性 可 靠 性 4、有目标、有重点、有 计划提高产品质量。 性 验 证 外协标准件 使与维 销售与服务 性性 固有可靠性产品设计 证 使用与维护 固有可靠性产品设计 一、 可靠性指标体系 二、 产品可靠性设计 三、可靠性控制工程 四、可靠性分析 五、可靠性试验 六、可靠性评价 3 可靠性指标体系 PART ONE Characteristic quantity of reliability PART ONE 4 可靠性指标体系（Cht i tititfli bilit ）可靠性指标体系（Characteristic quantity of
3、 reliability） 可 平 失可 靠 度 平 均 寿 命 失 效 率 可靠性定义可靠性评价指标可靠性定义可靠性评价指标 规 定 条 规 定 时 规 定 功 维 修 可 靠 寿 有 效 条 件 时 间 功 能 修 度 寿 命 效 度 5 可靠性定义（Reliability definition）可靠性定义（Reliability definition） 可靠性：产品在规定条件和规定时间内完成规定功能的能力， 利用“概率”来量度这一“能力”就是可靠度用R(t)表示 产品：包括零件（元件）、设备和系统，可以从一个小的零 件到一个很大的机电一体化系统，另外人机操作、人机交互 系统及相关软件 利
4、用概率来量度这能力，就是可靠度，用R(t)表示。 系统及相关软件。 规定条件：主要指工作环境条件，如压力、温度、湿度、厌 恶、腐蚀、辐射、冲击振动、噪声等。还有：使用和维护条 件动力和载荷条件操作人员的技术水平等 规功能 件、动力和载荷条件、操作人员的技术水平等。 规定时间：可靠度是时间的质量指标，产品只能在一定的时 间范围内达到目标可靠度，不可能永远不降低。因此对时间 规功能 的规定一定要明确。 规定功能：指产品的性能，而此处指产品失效和故障。 能力：产品抵抗外部条件的影响而保持完好的能力，表征了能力：产品抵抗外部条件的影响而保持完好的能力，表征了 可靠性是产品的一种特性和产品的质量的重要组
5、成部分。 概率：概率是可以度量的，其值在0到1之间，即0 R(t)1。 由于可靠度是时间的函数，所以， 可靠度R(t1)对应区间（0，由于可靠度是时间的函数，所以， 可靠度R(t1)对应区间（0， t1），可靠度R(t1 ，t2)对应区间（ t1 ， t2）。 6 可靠性评价指标（reliability） 基础2 ?可靠度：(Reliability) 定义：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。 可靠性评价指标（reliability） 定产在规定条件规定时内完成规定功能概率 记为：R()即：R()=P 其中：T为产品的寿命；为规定的时间；其中： 为产品的寿命；为规定的时间；
6、事件有下列三个含义： ? 产品在时间内完成规定的功能； ? 产品在时间内无故障； ? 产品的寿命大于。 若有N个相同的产品同时投入试验，经历时间后有n(t)件产品 失效，则产品的可靠度为： tntnN tR )( 1 )( )(= 失效概率为： tn tRtF )( )(1)(= NN tR1)(=失效概率为： N tRtF)(1)(= 7 ?某型号轴承100个，在恒定载荷下工作100h后，失效了16个，工作400h 失效了28个，问工作l00h和工作400h的轴承可靠度是多少？ 解 工作l00h后尚有84个轴承可以继续工作，故 84 (100)0 84R 工作400h后尚有72个轴承可以继续
7、工作故 8 (100)0.84 100 R= 工作400h后尚有72个轴承可以继续工作，故 72 (400)0.72 100 R= 产品出厂时，其时间，失效数量，故 ，随着使用时间(包括运输、贮存及使用等)的增加，失效数不断增加，因 100 0t= (0)0n=(0)1R= ，随着使用时间(包括运输、贮存及使用等)的增加，失效数不断增加，因 而可靠度相应逐渐减小。所有的产品，不论其寿命有多长，在使用过程 中，最后总是要全部失效的，因此，失效数量，故 可靠度函数是时间区间内的减函数 ( )nN=( )0R= 可靠度函数是时间区间内的减函数。 16 8 基础3 ? 失效率（Failure Rate
8、） 若定义： tn t )( )( 为平均失效率若定义： ttnN t )( )( 为平均失效率 tdF N tn )( )( 则： dttF tdF t N tn N tt t N t N )(1 ( )( )( 1 lim)(lim)( 00 = = 为失效率 显然有： dttR tdR dttR tRd t )( )( )( )(1 ( )(= = )()( )(ln)( )( 1 )( t 0 t 0 tRtdR tR dtt= )( = t 0 )( )( dtt etR 失效率单位：%/小时、%/103 小时、%/距离、%/次数。 对于低失效率的产品用菲特 )( 对于低失效率的产品
9、，用菲特 （Fit)来表示。1Fit=110-9次数。 9 失效率曲线 (t) 适于机械产品 适于电产品 跑合期正常工作期 耗损期 t 早期失效偶然失效（有效寿命） 耗损失效 图1 2 失效率曲线（也称浴盘曲线） 设计制造缺陷 偶然的违规操作疲劳损耗 图1.2 失效率曲线（也称浴盘曲线） 10 基础4基础4 ? 平均寿命（Mean Life） = = N i i t N 1 1 ? 对于不可修产品为平均无故障时间MTTF (Mean Time To Failure) =i 1 ? 对于可修产品为平均故障间隔时间MTBF (Mean Time Between 对于可修产品为平均故障间隔时间( F
10、ailure) ? 维修度（Maintainability） 在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法完成维 修的概率。(M(t) ? 有效度（Availability） 平均维修时间：MRT (Mean Repair Time) MTBF )(=tA 可以维修的产品在某时刻具有或维持规定功能的概率。 MRTMTBF )( + =tA 11 6 可靠寿命（Percentile Life） 定义：使可靠度等于给定值时所对应的时间（产品寿命使靠度等所产寿 ），即可靠寿命，记为t 。是可靠度函数的反函数，有： t = R1() 小结（Summary）： ? 产品的可靠性很难用一个可靠性指标来
11、代替，如可靠度 可以代表产品可靠性的一个定量指标，但并不是任何场合可以代表产品可靠性的个定量指标但并不是任何场合 适宜用可靠度来衡量产品的可靠性，比如电子产品经常用 失效率衡量可靠性； ?具有抽样统计特性?具有抽样统计特性； ?常用时间函数表示。 12 产品可靠性设计 PART TWO Product reliability design PART TWO 13 产品可靠性设计（Pdtli bilitdi）产品可靠性设计（Product reliability design） 人机系统可靠性设计 系统可靠性设计 可靠性指标的确定可靠性指标的确定可靠性预测可靠性分配 系统可靠性设计 可靠性指标的
12、确定可靠性指标的确定可靠性预测可靠性分配 可 靠 指 标 元系 电 按 按 单 定 义 靠 性 指 标 标 水 平 高 元 件 可 靠 系 统 可 靠 子 设 备 可 等 分 相 对 失 效 单 元 复 杂 度 义 标 选 择 原 则 高 低 的 确 定 靠 性 预 测 靠 性 预 测 可 靠 性 预 测 配 法 效 率 分 配 度 和 重 要 度 则定 测测 测配 度 14 系统可靠性设计（Stli bilitdi） 定义 系统可靠性设计（System reliability design） 定义：通过预测、分配、分析、改进等一系列可靠性 计算和可靠性工程活动，把定量的可靠性目标值设计到 技
13、术文件和图纸中去，形成系统的固有可靠性。技术文件和图纸中去，形成系统的固有可靠性。 可靠性预测可靠性预测 可靠性分配可靠性分配 系统固有可靠性系统固有可靠性 可靠性分配可靠性分配 可靠性分析可靠性分析 可靠性分析可靠性分析 可靠性改进可靠性改进 15 可靠性改进可靠性改进 系统可靠性设计（System reliability design） ? 可靠性指标的确定 系统可靠性设计（System reliability design） 可靠性指标选择原则： 1、不可修复的产品规定工作期间 指标水平高低的确定原则： 1、根据用户要求、使用目的及功能； 的可靠度，如卫星、导弹； 2间断使用的产品 可靠
14、度平均 1、根据用户要求、使用目的及功能； 2、比同类高一点； 3、考虑生产方的水平； 2、间断使用的产品可靠度、平均 无故障工作时间、有效度，如电台、 雷达、汽车； 4、对涉及人身安全的产品，采用长寿 命、低失效率的设计； 复杂系许采艺的 3、连续运行的系统可靠度、有效 度，如广播、通信设备等； 5、对于复杂系统或许采用先进工艺的 产品，可靠性一般低些；已经通过考验 的产品，可靠性可高些； 4、维修时间有一定要求的产品维 修度与修复率。 6、可根据技术水平和使用要求，给出 大概的可靠性指标，然后在研制中修改 完善。 修度与修复率。 16 系统可靠性设计（System reliability
15、design） ? 可靠性预测（Reliability Predication) 系统可靠性设计（System reliability design） 定义： 根据系统、部件元件的功能、工作环境及其有关资料，推测根据系统、部件元件的功能、工作环境及其有关资料，推测 该系统将具有的可靠度。 目的和意义： 1、确定可靠性、性能、费用等最佳方案，论证方案的可行 性和确定可靠性指标。 2、发现系统内较薄弱环节。 3、为系统可靠性指标分配提供依据和顺序。 4、节省经费。 5、预测结果评估庞大系统，意义重大。 17 系统可靠性设计（System reliability design） ? 元件可靠性预测
16、系统可靠性设计（System reliability design） 通过对元器件进行应力分析得出与温度及 电子元器件应力 分析法 通过对元器件进行应力分析得出与温度及 负荷系数呈函数关系的基本失效率的数学 模型，再引入修正系数（系数）即得到元 器件的使用失效率。数学表达式如下： p= b(ER Q n) 元件可靠性预测 应力强度干涉模 型 当应力超过强度时就会发生失效。机械产 品的可靠度，实质上就是是应力与强度互 相作用的结果， 或者说是应力与强度干涉 的结果。数学表达式如下：的结果。数学表达式如下： 机械零部件失效 率模型 从机械零件的失效模式和失效机理出发， 根据各个不同的失效模式服从的分布形式， 采用不同的数学模型对其失效率进行预测 18 率模型 系统可靠性设计（System reliabi
