产品可靠性设计与分析

产品可靠性设计与分析可靠设计与报告人：徐颖强教授时间2016624时间：2016.6.241可靠性研究的意义（Themeaningofreliabilityresearch）可靠性研究的意义（Themeaningofreliabilityresearch）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PARTONECharacteristicquantityofreliabilityPARTONE4可靠性指标体系（Chtitititflibilit）可靠性指标体系（Characteristicquantityofreliability）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（Reliabilitydefinition）可靠性定义（Reliabilitydefinition）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2X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(ｔ)即：R(ｔ)=P{Ｔｔ}其中：T为产品的寿命；ｔ为规定的时间；其中：为产品的寿命；为规定的时间；事件{Ｔｔ}有下列三个含义：)产品在时间ｔ内完成规定的功能；)产品在时间ｔ内无故障；)产品的寿命Ｔ大于ｔ。若有N个相同的产品同时投入试验，经历时间ｔ后有n(t)件产品失效，则产品的可靠度为：tntnNtR)(1)()(−=−≈失效概率为：tntRtF)()(1)(≈−=NNtR1)(=≈失效概率为：NtRtF)(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)084R工作400h后尚有72个轴承可以继续工作故8(100)0.84100R==工作400h后尚有72个轴承可以继续工作，故72(400)0.72100R==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1000t=(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，昀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。168基础3Y失效率（FailureRate）若定义：tntΔ≈λ)()(为平均失效率若定义：ttnNtΔ−λ))(()(为平均失效率tdFNtn)()(Δ则：dttFtdFtNtnNtttNtN))(1()()(1lim)(lim)(00−=Δ⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=λ=λ→Δ∞→→Δ∞→为失效率显然有：dttRtdRdttRtRdt)()()())(1()(−=−=λ)()()(ln)()(1)(t0t0tRtdRtRdtt−=−=λ∫∫)(∫=λ−t0)()(dttetR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，用菲特（Fit)来表示。1Fit=1×10-9次数。9失效率曲线λ(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12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4Z平均寿命（MeanLife）∑==NiitN11θ)对于不可修产品为平均无故障时间MTTF (Mean Time To Failure)=i1)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(Failure)[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)(+=tA116可靠寿命（PercentileLife）定义：使可靠度等于给定值ρ时所对应的时间（产品寿命使靠度等ρ所产寿），即可靠寿命，记为t ρ 。是可靠度函数的反函数，有：t ρ=   R‐1(ρ) 小结（Summary）：)产品的可靠性很难用一个可靠性指标来代替，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PARTTWOProductreliabilitydesignPARTTWO13产品可靠性设计（Pdtlibilitdi）产品可靠性设计（Productreliabilitydesign）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预测可靠性分配系统可靠性设计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（Stlibilitdi）定义系统可靠性设计（Systemreliabilitydesign）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（Systemreliabilitydesign）¾可靠性指标的确定系统可靠性设计（Systemreliabilitydesign）•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（Systemreliabilitydesign）¾可靠性预测（Reliability Predication)系统可靠性设计（Systemreliabilitydesign）•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、费用等昀佳方案，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（Systemreliabilitydesign）9元件可靠性预测系统可靠性设计（Systemreliabilitydesign）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（π系数）即得到元器件的使用失效率。数学表达式如下：λp= λb(πE∙πR∙ πQ∙  ∙ πn)  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（Systemreliabilitydesign）9系统可靠性预测系统可靠性设计（Systemreliabilitydesign）•数学模型法：1、串联系统；2、并联系统；3、混联系统串联：在系统的单并联：构成系统的单混联:串并联系统和串联：在系统的单元中，只要有一个单元失效，则系统就失效即Si并联：构成系统的单元，只有在全部发生故障后整个系统才不能工作即Plll混联:串并联系统和并串联系统。效，即SeriesSystem.能工作，即ParallelSystem.分热、冷储备。前者组合成…前两者组合而成。RRRRR(t)1F(t)热储备串并先串后并Rs=R1R2…RnRs(t)=1-F(t)热储备F(t)=(1-R1(t))…(1-Rn(t))Rs(t)=e-λt(1+RK*λt)冷储备-串并：先串后并。并串：先并后串。储备-19系统可靠性设计（Systemreliabilitydesign）9系统可靠性预测系统可靠性设计（Systemreliabilitydesign）将系统中各个单元的“正常”和“故障”的所有可能搭配的•布尔真值法和故障的所有可能搭配的情况一一排列出来布尔真值法将系统“正常”和“故障”状态分开分别进行统计态分开，分别进行统计应用统计学原理对系统可靠度进行计算20系统可靠性设计（Systemreliabilitydesign）系统可靠性设计（Systemreliabilitydesign）案例如图表示复杂系统该系统有五个如图表示一复杂系统。该系统有A，B1，B2，C1，C2五个元件，每个元件都有“正常”和“故障”两种状态，