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1、可靠性基本概念与参数体系可靠性基本概念与参数体系Introduction to Reliability_Conception & Parameter7/27/20241可靠性、可靠度可靠性、可靠度（ReliabilityReliability） 定量（精确）定量（精确）可靠可靠（ReliableReliable）定性（模糊）定性（模糊） 可靠性的概念是人们在对一些付出惨痛代价的事可靠性的概念是人们在对一些付出惨痛代价的事故的研究中提出的。例如，二战中美国故的研究中提出的。例如，二战中美国 空军因飞行故障损失飞机空军因飞行故障损失飞机21000架，比实战中被击落的多架，比实战中被击落的多1.5倍
2、；倍； 运往远东的飞机电子设备，运往远东的飞机电子设备，60%在运输中失效，在运输中失效，50%在存储期在存储期间失效；间失效； 海军舰艇的电子设备，海军舰艇的电子设备，70%因意外事故失效。因意外事故失效。一、可靠性的提出1.1 1.1 可靠性技术的发展简介可靠性技术的发展简介7/27/20242上世纪以来的十大事故上世纪以来的十大事故o1907年魁北克大桥坠垮使年魁北克大桥坠垮使19000t钢材和钢材和86名名工人坠入水中；工人坠入水中；o1912英国泰坦尼克号客轮遇难导致英国泰坦尼克号客轮遇难导致1513人丧人丧生；生；o1937年德国兴登堡气球爆炸；年德国兴登堡气球爆炸；o1963年美
3、国年美国“长尾鲨长尾鲨”号核潜艇失事；号核潜艇失事；o1963年意大利维昂特水坝冲毁，造成年意大利维昂特水坝冲毁，造成4000人人丧生；丧生；7/27/20243上世纪以来的十大事故上世纪以来的十大事故o1974年土耳其的年土耳其的DC10飞机失事，造成飞机失事，造成355名乘客和名乘客和11机组成员丧生；机组成员丧生；o1979年美国宾夕法尼亚反应堆事故；年美国宾夕法尼亚反应堆事故；o1981年美国堪萨斯城饭店倒塌造成年美国堪萨斯城饭店倒塌造成113人丧生，人丧生，200人受重伤；人受重伤；o1984年年12月印度博帕尔农药厂中毒事件约有月印度博帕尔农药厂中毒事件约有3000人丧生，人丧生，
4、10万人不同程度中毒；万人不同程度中毒；7/27/20244上世纪以来的十大事故上世纪以来的十大事故o1986年前苏联切尔诺贝利核电站事故，年前苏联切尔诺贝利核电站事故，4号反号反应堆发生猛烈爆炸，反应堆内放射性物质大量外应堆发生猛烈爆炸，反应堆内放射性物质大量外泄，大伙经过泄，大伙经过7天才得以扑灭。天才得以扑灭。7/27/20245有关可靠性的早期工作有关可靠性的早期工作o1939年，英国航空委员会出版适航性统计学注释，首年，英国航空委员会出版适航性统计学注释，首次提出飞机故障率不应超过次提出飞机故障率不应超过0.00001次次/h，这可以认为是，这可以认为是最早的飞机安全性和可靠性定量指
5、标。最早的飞机安全性和可靠性定量指标。o二战末期，德国火箭专家二战末期，德国火箭专家R卢瑟卢瑟(Lusser)首先提出概率乘首先提出概率乘积法则（将系统的可靠度看成其各子系统可靠度的乘积），积法则（将系统的可靠度看成其各子系统可靠度的乘积），用于用于V-火箭诱导装置的可靠度计算，得到其可靠度为火箭诱导装置的可靠度计算，得到其可靠度为75，这是第一次定量地计算一个复杂系统的可靠度问题。，这是第一次定量地计算一个复杂系统的可靠度问题。7/27/20246o1952年，美国成立了年，美国成立了“电子设备可靠性顾问团电子设备可靠性顾问团” ( Advisory Group on Reliability
6、 of Electronic Equipment，即即 AGREE) 。AGREE对电子产品的设计、制造、试验、对电子产品的设计、制造、试验、储存、运输及使用等各个方面作了全面的可靠性调查研究，储存、运输及使用等各个方面作了全面的可靠性调查研究，于于1957年发表了著名的军用电子设备可靠性报告。年发表了著名的军用电子设备可靠性报告。 该报告首次比较完整的阐述了可靠性的理论和研究方法，该该报告首次比较完整的阐述了可靠性的理论和研究方法，该报告被公认为可靠性工程的奠基性文件。报告被公认为可靠性工程的奠基性文件。o从此，对可靠性问题的研究逐渐发展成为一门新兴的独立从此，对可靠性问题的研究逐渐发展成为
7、一门新兴的独立学科。学科。有关可靠性的早期工作有关可靠性的早期工作7/27/20247可靠性理论的三个独立学科可靠性理论的三个独立学科o可靠性理论在其发展过程中形成了三个主要领域或可靠性理论在其发展过程中形成了三个主要领域或三个独立学科：三个独立学科：o (1)可靠性数学可靠性数学o 可靠性数学是可靠性研究的最重要的基础理论之可靠性数学是可靠性研究的最重要的基础理论之一，它主要是研究与解决各种可靠性问题的数学方一，它主要是研究与解决各种可靠性问题的数学方法和数学模型研究可靠性的定量规律。它属于应用法和数学模型研究可靠性的定量规律。它属于应用数学范畴，涉及到概率论、数理统计、随机过程、数学范畴，
8、涉及到概率论、数理统计、随机过程、运筹学及拓朴学等数学分支。它应用于可靠性的数运筹学及拓朴学等数学分支。它应用于可靠性的数据收集、数据分析、系统设计及寿命试验等方面。据收集、数据分析、系统设计及寿命试验等方面。 7/27/20248o (2)可靠性物理可靠性物理o 可靠性物理又称失效物理，是研究失效的物理可靠性物理又称失效物理，是研究失效的物理原因与数学物理模型及检测方法与纠正措施的一原因与数学物理模型及检测方法与纠正措施的一门可靠性理论。它使可靠性工程从数理统计方法门可靠性理论。它使可靠性工程从数理统计方法发展到以理化分析为基础的失效分析方法。它是发展到以理化分析为基础的失效分析方法。它是从
9、本质上、从机理方面探究产品的不可靠因素，从本质上、从机理方面探究产品的不可靠因素，从而为研制、生产高可靠性产品提供科学的依据从而为研制、生产高可靠性产品提供科学的依据7/27/20249o (3)可靠性工程可靠性工程o可靠性工程是对产品可靠性工程是对产品(零、部件，元、器件，总零、部件，元、器件，总成，设备或系统成，设备或系统)的失效及其发生的概率进行统的失效及其发生的概率进行统计、分析，对产品进行计、分析，对产品进行可靠性设计、可靠性预可靠性设计、可靠性预测、可靠性试验、可靠性评估、可靠性检验、测、可靠性试验、可靠性评估、可靠性检验、可靠性控制、可靠性维修及失效分析可靠性控制、可靠性维修及失
10、效分析的一门包的一门包含了许多工程技术的边缘性工程学科。含了许多工程技术的边缘性工程学科。7/27/202410o它是立足于系统工程方法，运用概率论与数它是立足于系统工程方法，运用概率论与数理统计等数学工具（属可靠性数学），对产理统计等数学工具（属可靠性数学），对产品故障进行研究，找出薄弱环节，确定提高品故障进行研究，找出薄弱环节，确定提高产品可靠性的途径，并综合地权衡经济、功产品可靠性的途径，并综合地权衡经济、功能等方面的得失，将产品的可靠性提高到满能等方面的得失，将产品的可靠性提高到满意的程度的一门学科。意的程度的一门学科。7/27/202411二、可靠性工程的发展与应用二、可靠性工程的发
11、展与应用电子设备电子设备空间科学空间科学宇航技术宇航技术一般工业部门一般工业部门民用民用五十年代五十年代六十年代六十年代七十年代以后七十年代以后7/27/202412美国于美国于1961开始计开始计划研制划研制Apollo-11号号宇宙飞船，它有宇宙飞船，它有720万个零件，其万个零件，其重要零件可靠性为重要零件可靠性为99.9999999。可靠性工程的应用实例（可靠性工程的应用实例（1） Apollo计划计划 1969年年7月登月成功。尽管月登月成功。尽管Apollo计划的种种技计划的种种技术，现在为世界上的各种产品所应用，但是其中影术，现在为世界上的各种产品所应用，但是其中影响最为深远的是
12、可靠性技术。响最为深远的是可靠性技术。7/27/202413Apollo-11的的控制舱控制舱可靠性工程的应用实例（可靠性工程的应用实例（1） Apollo计划计划7/27/202414阿波罗宇宙飞船整个研制的各阶段对可靠性和质量保证的要求阿波罗宇宙飞船整个研制的各阶段对可靠性和质量保证的要求可靠性工程的应用实例（可靠性工程的应用实例（1） Apollo计划计划7/27/202415长征运载火箭长征运载火箭中国可靠性研究的代表中国可靠性研究的代表 长征运载火箭通过对故障原因分析、长征运载火箭通过对故障原因分析、可靠性标准的规范应用等一系列措施，可靠性标准的规范应用等一系列措施，大大提高了整个系
13、统的可靠性。是目前大大提高了整个系统的可靠性。是目前最安全可靠的航天运载工具之一。最安全可靠的航天运载工具之一。可靠性工程的应用实例（可靠性工程的应用实例（2）长征运载火箭）长征运载火箭早期的长征运载火箭各阶段的故障原因分析早期的长征运载火箭各阶段的故障原因分析设计设计 管理管理 生产生产 操作操作 设备设备 元器件元器件 其其它它 故障原因故障原因391212876161009080706050403020100百分比百分比 % %7/27/202416 我国机械产品的可靠性工作正在普及推广中，相继颁布我国机械产品的可靠性工作正在普及推广中，相继颁布了一批机电产品的可靠性指标，并限期考核。仪
14、表、汽车的了一批机电产品的可靠性指标，并限期考核。仪表、汽车的可靠性技术研究与应用，先行了一步，已获得成效。机械可可靠性技术研究与应用，先行了一步，已获得成效。机械可靠性设计将得到更为广泛的应用和发展。靠性设计将得到更为广泛的应用和发展。l从从1986年起，机械部已经发布了六批限期考核机电产品可靠性指标年起，机械部已经发布了六批限期考核机电产品可靠性指标的清单，前后共有的清单，前后共有879种产品已经进行可靠性指标的考核种产品已经进行可靠性指标的考核l1990年年11月和月和2019年年10月，机械工业部举行了两次新闻发布会，先月，机械工业部举行了两次新闻发布会，先后介绍了后介绍了236和和1
15、59种带有可靠性指标的机电产品种带有可靠性指标的机电产品l1992年年3月国防部科工委委托军用标准化中心在北京召开了月国防部科工委委托军用标准化中心在北京召开了“非电非电产品可靠性工作交流研讨会产品可靠性工作交流研讨会”l2019年年GJB450改版，增加机械可靠性内容改版，增加机械可靠性内容三、机械可靠性设计发展三、机械可靠性设计发展7/27/2024171.2 研究可靠性技术的意义研究可靠性技术的意义 提高产品的可靠性是可以获得很高经济效益的。提高产品的可靠性是可以获得很高经济效益的。比如，美国西屋公司为提高某产品可靠性，曾对其比如，美国西屋公司为提高某产品可靠性，曾对其作了一次全面设计审
16、查，结果是：所得到经济效益作了一次全面设计审查，结果是：所得到经济效益是为提高可靠性所花费用的是为提高可靠性所花费用的100倍以上。倍以上。 二、提高经济效益二、提高经济效益三、提高市场竞争能力三、提高市场竞争能力 只有产品的可靠性水平提高了，才能通过产品只有产品的可靠性水平提高了，才能通过产品的信誉，增强市场竞争能力。的信誉，增强市场竞争能力。一、保证和提高产品的可靠性水平一、保证和提高产品的可靠性水平7/27/202418主要内容主要内容o可靠性基本概念 o可靠性参数体系 7/27/202419Introduction to Reliability_Conception & Paramet
17、er可靠性基本概念可靠性基本概念可靠性可靠性o可靠性可靠性 产品在产品在规定条件规定条件下和下和规定时间规定时间内，完成内，完成规定功能规定功能的能力。的能力。 n产品可靠性定义的要素是三个产品可靠性定义的要素是三个“规定规定”:”:“规定条件规定条件”、“规定时间规定时间”、“规定功能规定功能”7/27/202420Introduction to Reliability Engineering_Conception故障及其分类故障及其分类o故障及其分类故障及其分类 产产品品或或产产品品的的一一部部分分不不能能或或将将不不能能完完成成预定功能的事件或状态，称之为预定功能的事件或状态，称之为故障
18、故障。l故障的表现形式，叫做故障的表现形式，叫做故障模式故障模式。l引起故障的物理化学变化等内在原因，叫做故障机理。引起故障的物理化学变化等内在原因，叫做故障机理。o不可修产品（如电子元器件）：失效不可修产品（如电子元器件）：失效o产品的故障按其故障的规律可以分为两大类：产品的故障按其故障的规律可以分为两大类：n偶然故障偶然故障n渐变故障渐变故障7/27/202421可靠性基本概念可靠性基本概念质量与可靠性关系n从广义质量观看，质量涵盖可靠性从广义质量观看，质量涵盖可靠性n从狭义的质量观看，就是从狭义的质量观看，就是“符合性质量符合性质量”可靠性毕竟与狭义的质量管理还是有很大区别的，质量出可靠
19、性毕竟与狭义的质量管理还是有很大区别的，质量出了问题，往往批次性很强了问题，往往批次性很强n可靠性是更深层次的与设计、工艺相关的根本性问题。可靠性是更深层次的与设计、工艺相关的根本性问题。有些企业对于可靠性工程有一种错误观念，认为可靠性工有些企业对于可靠性工程有一种错误观念，认为可靠性工程是质量部门的事情，而设计部门却很少人员参与。程是质量部门的事情，而设计部门却很少人员参与。n产品的可靠性是在设计阶段就已经决定了产品的可靠性是在设计阶段就已经决定了n在用户使用过程中，均是在用户使用过程中，均是“可靠性可靠性”问题问题7/27/202422寿命周期与寿命剖面寿命周期与寿命剖面寿命剖面寿命剖面产
20、品从制造到寿命终结或退出使用这段时间内所经历的全部事件和产品从制造到寿命终结或退出使用这段时间内所经历的全部事件和环境的时序描述。它包含一个或多个任务剖面。环境的时序描述。它包含一个或多个任务剖面。通常把产品的寿命剖面分为后勤和使用两个阶段。通常把产品的寿命剖面分为后勤和使用两个阶段。7/27/202423寿命剖面示例寿命剖面示例事件（使用方法）生 产验 收装卸和公路运输装卸和铁路运输装卸和空运装卸和船运装卸和后勤支援运输（最坏路线）有遮蔽存贮，帐篷，圆屋顶无遮蔽存储工作准备阶段发射阶段调整状态导弹处于战斗位置发射后第一个动作飞行阶段命中目标生产阶段后 勤 阶 段运 输储存/后勤阶段使用阶段准
21、备阶段任务阶段发射段惯性飞行段下降段主动段某导弹的寿命剖面7/27/202424任务剖面任务剖面o产品在完成规定任务这段时间内所经历的事件和环境的时产品在完成规定任务这段时间内所经历的事件和环境的时序描述。任务剖面一般应包括：序描述。任务剖面一般应包括：n产品的工作状态；产品的工作状态；n维修方案；维修方案；n产品工作的时间与顺序；产品工作的时间与顺序；n产品所处的环境产品所处的环境(外加的与诱发的外加的与诱发的)的时间与顺序；的时间与顺序；n任务成功或致命故障的定义。任务成功或致命故障的定义。7/27/202425任务剖面示例任务剖面示例7/27/202426可靠性基本概念可靠性基本概念o基
22、本可靠性基本可靠性n产品在规定的条件下，产品在规定的条件下，无故障无故障的持续时间或概率。的持续时间或概率。o在没有后勤保障情况下系统工作能力的度量在没有后勤保障情况下系统工作能力的度量o考虑所有需要维修保障的故障考虑所有需要维修保障的故障采用冗余，降低基本可靠性采用冗余，降低基本可靠性通常等于或低于任务可靠性通常等于或低于任务可靠性 7/27/202427可靠性基本概念可靠性基本概念o任务可靠性任务可靠性n产品在规定的产品在规定的任务剖面任务剖面内完成规定功能的能力内完成规定功能的能力o系统完成任务能力的度量系统完成任务能力的度量 o只考虑引起任务失败的故障只考虑引起任务失败的故障o通过冗余
23、提高任务可靠性通过冗余提高任务可靠性o通常高于基本可靠性通常高于基本可靠性 7/27/202428可靠性基本概念可靠性基本概念o固有可靠性固有可靠性n产品在产品在设计、制造设计、制造过程中赋予的过程中赋予的固有固有属性。属性。n产品的开发者可以控制。产品的开发者可以控制。o使用可靠性使用可靠性n产品在实际产品在实际使用使用过程中表现出的可靠性。过程中表现出的可靠性。n除固有可靠性的影响因素外，还要考虑安装、操作使用、维修除固有可靠性的影响因素外，还要考虑安装、操作使用、维修保障等方面因素的影响。保障等方面因素的影响。7/27/202429可靠度及可靠度函数可靠度及可靠度函数o可靠度及可靠度函数
24、可靠度及可靠度函数 产产品品在在规规定定的的条条件件下下和和规规定定的的时时间间内内，完完成成规规定定功功能能的概率称为的概率称为可靠度可靠度。依定义可知，可靠度函数。依定义可知，可靠度函数R(t)为：为： 式中式中 N0 t = 0时，在规定条件下进行工作的产品数；时，在规定条件下进行工作的产品数； r(t) 在在0到到t时刻的工作时间内，产品的累计故障数。时刻的工作时间内，产品的累计故障数。 7/27/202430累积故障分布函数累积故障分布函数o 累积故障概率累积故障概率产产品品在在规规定定的的条条件件下下和和规规定定的的时时间间内内，丧丧失失规规定定功功能能的的概概率率称称为为累积故障
25、概率累积故障概率（又叫（又叫不可靠度不可靠度）。）。依定义可知，产品的累积故障概率是时间的函数，即依定义可知，产品的累积故障概率是时间的函数，即 显然，以下关系成立：显然，以下关系成立：7/27/202431o可靠度函数与累积故障分布函数的性质可靠度函数与累积故障分布函数的性质 与 的性质如下表 所示： 对偶性 非减函数 非增函数 单调性 0，10，1取值范围 7/27/202432时间（小时）时间（小时）失效数（只）失效数（只）累计失效数累计失效数N Nf f（只）（只）仍正常工作数仍正常工作数N Ns s （只）（只）0 00 00 0505010104 44 4464625252 26
26、6444450503 39 941411001007 7161634341501505 5212129292502503 3242426263503502 2262624244004002 2282822225005000 0282822226006000 0282822227007000 028282222100010000 028282222120012001 129292121200020001 130302020300030001 131311919例例11 检验一批轴承的可靠性：检验一批轴承的可靠性：抽取抽取50个轴承为样本，考察其在稳定载荷条件下的运行情况：个轴承为样本，考察其在稳
27、定载荷条件下的运行情况：7/27/202433记样本零件总数记样本零件总数N0，到某时刻，到某时刻 t, 累计失效数累计失效数Nf(t)，仍，仍正常工作数正常工作数Ns (t ) ，例例11检验一批轴承的可靠性：检验一批轴承的可靠性：定义定义存活频率存活频率为：为：7/27/202434N0时时定义定义累积失效频率累积失效频率为：为：例例11检验一批轴承的可靠性：检验一批轴承的可靠性：7/27/2024350.680.440.320.56例例11检验一批轴承的可靠性：检验一批轴承的可靠性：一般情况一般情况可靠度可靠度R(t)累累积失效率失效率F(t)1.000.750.500.250.00时间
28、 t可靠度可靠度/累累积失效率失效率7/27/202436 失效概率密度是累积失效概率对时间的导数，记失效概率密度是累积失效概率对时间的导数，记作作f(t)。它表示产品寿命落在包含的单位时间内的概。它表示产品寿命落在包含的单位时间内的概率，即产品在单位时间内失效的概率。可表示为：率，即产品在单位时间内失效的概率。可表示为：2失效概率密度失效概率密度失效密度函数失效密度函数f(t)Ot,/h7/27/202437失效概率密度的估计值失效概率密度的估计值7/27/202438由定义可得：由定义可得：失效概率密度、累积失效概率和可靠度的关系失效概率密度、累积失效概率和可靠度的关系F(t)R(t)F(
29、t)R(t)OR(t)F(t)ttf(t)OR(t)、F(t)与与f(t)的关系的关系7/27/202439累积故障分布函数累积故障分布函数o可靠度函数与累积故障分布函数的性质可靠度函数与累积故障分布函数的性质 7/27/202440故障率函数故障率函数o故障率故障率 工工作作到到某某时时刻刻尚尚未未故故障障的的产产品品，在在该该时时刻刻后后单单位位时时间内发生故障的概率，称之为产品的间内发生故障的概率，称之为产品的故障率故障率。用数学符号表示为：用数学符号表示为： 式中式中 故障率；故障率； t 时刻后，时刻后， 时间内故障的产品数时间内故障的产品数； 残存产品数，即到残存产品数，即到 t
30、时刻尚未故障的产品数时刻尚未故障的产品数。 7/27/202441故障率函数故障率函数可按下式进行工程计算可按下式进行工程计算： 式中式中 时刻后时间内故障的产品数时刻后时间内故障的产品数； 所取时间间隔所取时间间隔； 残存产品数残存产品数。 对于低故障率的元部件常以对于低故障率的元部件常以 为故障率的单位，称之为菲特为故障率的单位，称之为菲特（Fit）。）。7/27/202442失效率的估计值：失效率的估计值：为在（为在（t，t+t）时间间隔内失效的产品数）时间间隔内失效的产品数设有设有N0个产品，从个产品，从t=0开始工作，到某时刻开始工作，到某时刻 t 的失效的失效数数 ，正常工作数，正
31、常工作数 ，到时刻，到时刻 的失的失效数为效数为则有则有7/27/202443 对对100个某种产品进行寿命试验，在个某种产品进行寿命试验，在t100h以前以前没有失效，而在没有失效，而在100105h之间有之间有1个失效，到个失效，到1000h前前共有共有51个失效，个失效，10001005h失效失效1个，分别求出个，分别求出100h 和和1000h时，产品失效率和失效概率密度时，产品失效率和失效概率密度 解解：t=100h时，时，据题意有据题意有例例127/27/202444例例12t=1000h时，时， 据题意有据题意有7/27/202445失效规律与类型：失效规律与类型：(t)t0(t
32、)t0(t)t0（a a）早期失效型）早期失效型（b b）偶然失效型）偶然失效型（c c）耗损失效型）耗损失效型7/27/202446问题问题o故障率是概率值么？故障率是概率值么？o故障率有量纲么？故障率有量纲么？o故障率和累计故障密度之间有什么关系？故障率和累计故障密度之间有什么关系？7/27/202447人类健康的曲线人类健康的曲线7/27/202448产品故障浴盆曲线产品故障浴盆曲线o 浴盆曲线浴盆曲线 大大多多数数产产品品的的故故障障率率随随时时间间的的变变化化曲曲线线形形似似浴浴盆盆，称称之之为为浴浴盆盆曲曲线线。由由于于产产品品故故障障机机理理的的不不同同，产产品品的的故故障率随时
33、间的变化大致可以分为三个阶段障率随时间的变化大致可以分为三个阶段：7/27/202449对故障发生规律认识的变化对故障发生规律认识的变化7/27/202450故障发生规律的六种模式故障发生规律的六种模式六种模式所占的比率（美国联合航空公司统计）六种模式所占的比率（美国联合航空公司统计）7/27/202451航天产品的统计数据六种模式所占的比率（航天产品的统计数据）六种模式所占的比率（航天产品的统计数据）7/27/202452我国的情况我国的情况 我国海军、装甲兵、通讯装备的一些统计资料都证明了许多产品都没有明显的耗损故障区没有明显的耗损故障区没有明显的耗损故障区没有明显的耗损故障区的结论?7/
34、27/202453失效密度函数失效密度函数f(t)O正常正常95%故障故障5%R(t)，可靠度，可靠度t,/hOt,/h失效率失效率(t)规定时间规定时间可靠度函数、失效密度函数与失效率可靠度函数、失效密度函数与失效率 可靠度函数可靠度函数R(t)不可靠度函数不可靠度函数F(t)Ot,/h95%100%5%R(t)，可靠度，可靠度F(t)，不可靠度，不可靠度100%失效密度函数失效密度函数f(t)O正常正常95%故障故障5%R(t)，可靠度，可靠度t,/h故障率与可靠度、故障密度函数的关系故障率与可靠度、故障密度函数的关系 7/27/202454故障率与可靠度、故障密度函数的关系故障率与可靠度
35、、故障密度函数的关系 由于 ，所以7/27/202455故障率、可靠度与密度函数关系故障率、可靠度与密度函数关系7/27/202456平均故障前时间平均故障前时间(MTTF)7/27/202457平均故障间隔时间平均故障间隔时间7/27/202458问题问题o某微型计算机的某微型计算机的MTBF=10000小小时，是否意味着该计算机每工作时，是否意味着该计算机每工作10000小时才出一次故障？小时才出一次故障？7/27/202459寿命特征寿命特征7/27/202460寿命特征寿命特征7/27/202461首翻期、翻修间隔期和使用寿命首翻期、翻修间隔期和使用寿命(t)t首次翻修期规定的故障率A
36、B(=1/MTBF)翻修间隔期使用寿命7/27/202462维修度等有关尺度维修度等有关尺度产品的维修性可用其维修度产品的维修性可用其维修度产品的维修性可用其维修度产品的维修性可用其维修度(Maintainability)(Maintainability)来衡量。来衡量。来衡量。来衡量。维修度的定义：对可能维修的产品在发生故障或失效后在规定的条维修度的定义：对可能维修的产品在发生故障或失效后在规定的条维修度的定义：对可能维修的产品在发生故障或失效后在规定的条维修度的定义：对可能维修的产品在发生故障或失效后在规定的条件下和规定的时间内完成修复的概率。记为件下和规定的时间内完成修复的概率。记为件下
37、和规定的时间内完成修复的概率。记为件下和规定的时间内完成修复的概率。记为M()M()。平均修理时间平均修理时间平均修理时间平均修理时间MTTR:MTTR:指可修复产品的平均修理时间（总维修指可修复产品的平均修理时间（总维修指可修复产品的平均修理时间（总维修指可修复产品的平均修理时间（总维修活动时间（活动时间（活动时间（活动时间（hh）/维修次数）。维修次数）。维修次数）。维修次数）。修复率：指维修时间已达到某一时刻但尚未修复的产品在该时刻后修复率：指维修时间已达到某一时刻但尚未修复的产品在该时刻后修复率：指维修时间已达到某一时刻但尚未修复的产品在该时刻后修复率：指维修时间已达到某一时刻但尚未修
38、复的产品在该时刻后的单位时间内完成修理的概率。的单位时间内完成修理的概率。的单位时间内完成修理的概率。的单位时间内完成修理的概率。7/27/202463可靠性参数体系可靠性参数体系o可靠性参数可靠性参数是描述系统可靠性的度量。它直接与装备完好、是描述系统可靠性的度量。它直接与装备完好、任务成功、维修人力和保障资源有关。任务成功、维修人力和保障资源有关。o可靠性指标可靠性指标是可靠性参数要求的量值。是可靠性参数要求的量值。7/27/202464反映目标反映目标说明说明战备完好性战备完好性军事单位接到命令时，实施其作战计划的能力。军事单位接到命令时，实施其作战计划的能力。任务成功性任务成功性任务开
39、始时给定的可用性下，系统在规定的任务任务开始时给定的可用性下，系统在规定的任务剖面内任意时刻能够工作和完成规定功能的能力剖面内任意时刻能够工作和完成规定功能的能力维修人力费用维修人力费用系统需要维修人力的频度与多寡。系统需要维修人力的频度与多寡。保障资源费用保障资源费用系统对备件、维修工具、维修设备等的要求系统对备件、维修工具、维修设备等的要求可靠性参数反映目标可靠性参数反映目标7/27/202465o可靠性参数分为基本可靠性参数和任务可靠性参数可靠性参数分为基本可靠性参数和任务可靠性参数n基基本本可可靠靠性性反反映映了了产产品品对对维维修修人人力力费费用用和和后后勤勤保保障障资资源源的需求。
40、的需求。o确确定定基基本本可可靠靠性性指指标标时时应应统统计计产产品品的的所所有有寿寿命命单单位位和和所有的故障所有的故障。n任任务务可可靠靠性性是是产产品品在在规规定定的的任任务务剖剖面面中中完完成成规规定定功功能能的的能力。能力。o确确定定任任务务可可靠靠性性指指标标时时仅仅考考虑虑在在任任务务期期间间那那些些影影响响任任务完成的故障务完成的故障( (即即致命性故障致命性故障) )。可靠性参数分类可靠性参数分类7/27/202466可靠性参数的相关性可靠性参数的相关性o平均故障间隔时间平均故障间隔时间(MTBF)与平均故障间隔与平均故障间隔飞行小时飞行小时(MFHBF)o任务成功概率与致命
41、故任务成功概率与致命故障间的任务时间障间的任务时间oMTBF与故障率与故障率o平均维修间隔时间与平均维修间隔时间与MTBFo平均拆卸间隔时间与平均拆卸间隔时间与MTBF7/27/202467可靠性参数指标特性可靠性参数指标特性o综合性（有效度）综合性（有效度）o可靠性参数的相关性可靠性参数的相关性使用参数与合同参数之间存在转换关系使用参数与合同参数之间存在转换关系o阶段性阶段性产品可靠性，在研制阶段具有增长性产品可靠性，在研制阶段具有增长性7/27/202468o阶段性阶段性可靠性参数指标特性可靠性参数指标特性7/27/202469p使用参数、合同参数使用参数、合同参数使使用用可可靠靠性性参参
42、数数及及指指标标反反映映了了系系统统及及其其保保障障因因素素在在计计划划的的使使用用和和保保障障环环境境中中的的可可靠靠性性要要求求，它它是是从从最最终用户的角度来评价产品的可靠性水平。终用户的角度来评价产品的可靠性水平。MFHBFMFHBF、MCSPMCSP、MTBMMTBM等。等。合合同同可可靠靠性性参参数数及及指指标标反反映映了了合合同同中中使使用用的的易易于于考考核核度度量量的的可可靠靠性性要要求求，它它更更多多地地是是从从承承制制方方的的角角度度来评价产品的可靠性水平。来评价产品的可靠性水平。如如MTBFMTBF、MTBCFMTBCF等等。可靠性参数分类可靠性参数分类7/27/202
43、470使用指标与合同指标使用指标与合同指标使使 用用 指指 标标 合合 同同 指指 标标 目标值目标值 门限值门限值 规定值规定值 最低可接受值最低可接受值 期望期望装备达到装备达到的使用指标，的使用指标，它既能它既能满足满足装装备使用需求，备使用需求，又可使装备达又可使装备达到最佳的效费到最佳的效费比，是比，是确定规确定规定值的依据定值的依据 装备装备必须达到必须达到的使用指标，的使用指标，它能它能满足满足装备装备的使用需求，的使用需求，是是确定最低可确定最低可接受值的依据接受值的依据 合同和研制任合同和研制任务书中规定的务书中规定的期望期望装备达到装备达到的合同指标，的合同指标，它是承制方
44、进它是承制方进行行可靠性设计可靠性设计的依据的依据 合同和研制任合同和研制任务书中规定的、务书中规定的、装备装备必须达到必须达到的合同指标，的合同指标，它是进行它是进行考核考核或验证的依据或验证的依据 7/27/202471目标值目标值 -1oGJB1909.1-94将目标值定义为：期望装将目标值定义为：期望装备达到的使用指标，它既能满足装备的备达到的使用指标，它既能满足装备的使用需求，又可使装备达到最佳的效费使用需求，又可使装备达到最佳的效费比，是确定规定值依据。比，是确定规定值依据。o美军防务采办术语美军防务采办术语-98将目标值定义为：将目标值定义为：用户所期望的和项目经理企图获得的性用
45、户所期望的和项目经理企图获得的性能值，目标值表示比每个项目参数的性能值，目标值表示比每个项目参数的性能门限值大一个量值。该量值在使用上能门限值大一个量值。该量值在使用上是有意义的，时间上是关键的而且费用是有意义的，时间上是关键的而且费用上是有效的。上是有效的。 7/27/202472目标值目标值-2o美空军美空军AFR80-5-78将目标值定义为：既满足使将目标值定义为：既满足使用要求又具有增长能力或保障费用最佳的用要求又具有增长能力或保障费用最佳的R&M值。值。从上述定义可以发现，从上述定义可以发现，R&M目标值首先表示系统目标值首先表示系统投入外场使用，经过一段期间的使用，发现问投入外场使
46、用，经过一段期间的使用，发现问题并进行改进后达到成熟状态的题并进行改进后达到成熟状态的R&M水平，这水平，这种种R&M水平必须满足预定的未来环境下的使用水平必须满足预定的未来环境下的使用要求，同时，要求，同时，R&M的目标值应使系统在外场的的目标值应使系统在外场的使用和保障费用最低，而且应是通过增长可以使用和保障费用最低，而且应是通过增长可以达到的达到的R&M值。值。7/27/202473门限值门限值-1 oGJB1909.1-94将门限值定义为：装备必须达到将门限值定义为：装备必须达到的使用指标，它能满足装备的使用要求，是确的使用指标，它能满足装备的使用要求，是确定最低可接受值的依据。定最低
47、可接受值的依据。o 美军防务采办术语美军防务采办术语-98将门限值定义为：为将门限值定义为：为满足用户需求、所必须达到的最低可接受值。满足用户需求、所必须达到的最低可接受值。如果没有达到门限值，那么项目性能就会严重如果没有达到门限值，那么项目性能就会严重下降，项目费用可能太高，项目进度可能拖延。下降，项目费用可能太高，项目进度可能拖延。o 美空军美空军AFR80-5-78将门限值定义为：完成任将门限值定义为：完成任务（即满足使用要求）所必需的最低的务（即满足使用要求）所必需的最低的R&M水水平。平。R&M门限值是制定合同最低要求的基础。门限值是制定合同最低要求的基础。7/27/202474门限
48、值门限值-2oR&M门限值是满足系统使用要求所必须的最低门限值是满足系统使用要求所必须的最低的水平，即最低的要求值。的水平，即最低的要求值。o它是外场使用试验进行验证的依据它是外场使用试验进行验证的依据.o其验证时机可根据不同类型的系统及不同的要其验证时机可根据不同类型的系统及不同的要求来确定。求来确定。 7/27/202475表F-4、F-15、F-16与F-22(ATF)的RMS比较机种MFHBF（h）MMH/FH非计划维修工时每架飞机的维修人力（人）使用可用度A0(%)再次出动准备时间TAT(min)F-4E1.026.024.550F-15A3.5(1.68)11.27(22)20.6
49、80(68)12F-15C2.61516.68625F-16A2.9(3.3)12(10)19.690(84)27F-22(ATF)5.04.58.593187/27/202476序号产品类型参数名称门限值目标值门限值与目标值之比备注1F-16A战斗机MFHBF1.75h2.9h0.62F/A-18A战斗机MFHBF1.44h5.0h0.293UH-60A直升机MFHBF3.5h4.0h0.88“黑鹰”直升机4CH-53E直升机MFHBF0.71h0.92h0.755B-1B轰炸机MTBM0.250.28h1.0h0.250.286B-2轰炸机MFHBUM0.2h0.36h0.557F/A-1
50、8A战斗机MSCP0.26h0.90.298B-1B轰炸机MSCP0.780.920.859弹道导弹飞行可靠度0.60.90.6710巡航导弹飞行可靠度0.580.880.66为AGM-86B型11空-空导弹MCHBM200h450h0.44为AIM-120型12导航吊舱MTBF29.6h50h0.59目标值与门限值的示例 7/27/202477序号产品类型参数名称门限值目标值门限值与目标值之比备注13直升机照明系统MTBOMF280h750h0.37陆军直升机14航空动力装置MFHBF27.0h66.0h0.41用于F-16战斗机15航空电子系统MFHBF5.7h8.3h0.69用于F-16
51、战斗机16飞行控制系统MFHBF18.0h30.0h0.60用于F-16战斗机17机载武器系统MFHBF65.0h85.0h0.76用于F-16战斗机18机载雷达MTBF60.0h100h0.60用于F-16战斗机19机载雷达显示器MTBF130h475h0.27用于F-16战斗机20平视仪MTBF150h500h0.30用于F-16战斗机21飞行控制计算机MTBF100h400h0.25用于F-16战斗机22火控计算机MTBF280h700h0.39用于F-16战斗机23F-15MMH/FH19.9711.271.77目标值与门限值的示例7/27/202478序号产品类型参数名称门限值目标值
52、门限值与目标值之比备注24F-117MMH/FH37.022.01.6725A-7AMMH/FH17.09.61.7726UH-60AMMH/FH3.82.81.3627YA-64MMH/FH13.08.01.6328B-2MMH/FH62.950.01.2629F-15MTTR2.55h1.95h1.3030F-15AA070%80%0.87531F-16AA085%90%0.94432AGM-86BA087%93%0.93533UH-60AA080%82%0.975目标值与门限值的示例7/27/202479某型飞机可靠性参数选择与确定某型飞机可靠性参数选择与确定7/27/202480运行比的确定运行比的确定o某飞机任务剖面及分系统工作7/27/202481各分系统时间表示各分系统时间表示7/27/202482o各分系统飞行小时、工作小时和故障数分系统分系统飞行小时飞行小时工作小时工作小时故障数故障数综合航电系统综合航电系统TTFTTF1 1TTOTTO1 1N N1 1武器系统武器系统TTFTTF2 2TTOTTO2 2N N2 2机械系统机械系统TTFTTFI ITTOTTOi iN Ni i动力装置动力装置TTFTTFm mTTOTTOm mN Nm m7/27/202483谢谢谢谢7/27/202484
