可靠性工程

仪器仪表可靠性设计控制科学与控制工程学院仪器仪表可靠性设计►可靠性工程技术是在第二次世界大战后从航空工业和电子工业领域发展起来的，后来广泛用于宇航，化工，机电等其他领域。►主要内容包括：可靠性的三大指标，主要特征量及其常用失效分布等基本概念，逻辑代数的基本概念和运算，传联系统，并联系统，混联系统，n中取k表决系统，贮备系统的可靠性模型仪器仪表可靠性设计►最小路集，最小割集的概念及其运用分析计算一般网络系统可靠性的基本方法，元器件失效率预计和系统可靠性预计的方法，串联系统可靠性分配的常用方法，如何对有并联冗余系统进行可靠性分配的问题，失效模式，后果和严重度分析方法(FMECA)，系统地讨论了对单调系统进行故障树的定性和定量分析方法(FTA)仪器仪表可靠性设计►电子线路和机械结构可靠性的设计方法，为评价和提高产品可靠性而进行的可靠性试验，包括筛选，老炼和环境适应性试验的基本知识，寿命试验和加速寿命试验的常用基本设计方法，如何运用试验数据对单元产品(整机进行可靠性试验的产品)和系统(复杂产品)仪器仪表可靠性设计►进行可靠性评估的常用方法，维修性设计，书中还介绍了可靠性管理方面的基本知识，以促进可靠性技术在工程的广泛应用。第一章可靠性概述►主要内容►1可靠性基本概念►2可靠性特征量►3常用失效分布第一节可靠性基本概念►一可靠性的定义可靠性就是指产品在规定条件和规定时间内完成规定功能的能力。产品的可靠性首先受“规定的条件”的制约环境条件（温度、湿度、气压、振动、噪声等）负载条件（如工作电流、电压、应力）工作方式（连续工作、间断工作、状态转换）贮存条件和维护条件人的技术操作即“人机关系”►产品的可靠性是与“规定的时间”相关的一般说来，仪器仪表中的电器元件经过老化筛选，机械零部件经过跑合，整机通过调试老练，产品经过一个较长时间的稳定使用后，其可靠性水平随时间的增长而降低，即时间愈长，可靠性愈差，故障（失效）愈多，所以一定的可靠性是对一定的时期而言的。第一节可靠性基本概念►二可靠性常用的三大指标►可靠性有狭义和广义两种意义。狭义可靠性仅指产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。广义可靠性通常包含下一可靠性和维修性等方面的内容。以后不加以注明，我们均指狭义可靠性。►狭义可靠性►有效性（广义可靠性）►维修性综合全面评定可靠性►贮存寿命第一节可靠性基本概念►从图中可以明显看出狭义可靠性，有效性和贮存寿命就是评价可靠性常用的三大指标。►几个概念：维修性：在规定条件下使用的产品在规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到能完成规定功能的能力。有效性：可维修产品在某时刻具有或维持规定功能的能里。它是由狭义可靠性和维修性两方面构成。主存寿命：在规定的贮存条件下，产品从开始贮存到丧失其规定的功能的时间称为贮存寿命。第二节可靠性特征量►研究可靠性特征量，必须明白寿命的含义。日常生活中，产品的寿命往往指的是产品总的可使用时间。在可靠性工程种，不可修复产品的寿命是指发生失效前的实际工作时间；可修复产品的寿命是指相邻两次故障间的工作时间，也称无故障工作时间。►一可靠度R(t)►1可靠度定义►可靠度是指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。它是时间的函数，记作R(t)。►2可靠度估计值►可靠度理论上的值称为可靠度真值，它完全由产品失效的数学模型所决定。在现实生活种，我们必须经过一定的统计计算得到真值的估计值，称为可靠度的估计值。第二节可靠性特征量►二累积失效概率F(t)1累积失效概率的定义累积失效概率是产品在规定条件和规定时间内失效的概率，其值等于1减可靠度。也可说成产品在规定条件和规定时间内完不成规定功能的概率，也称为不可靠度。2累积失效概率的估计值累积失效概率的估计值等于1减去它的可靠度估计值。►三失效概率密度f（t）1失效概率密度的定义失效概率密度是累积失效概率对时间的变化率，记作f（t）。2失效概率密度的估计值第二节可靠性特征量►四失效率►1失效率的定义►失效率是工作到某时刻尚未失效的产品，在该时刻后单位时间内发生失效的概率。记作λ(t)，称为失效率函数，有时也称为故障率函数。►失效率函数有3种基本类型，即早期失效型，偶然失效型和耗损失效型。►2失效率的估计值►不论产品是否可修复，产品失效率的估计值都可由书中公式（1－11）求得。►3平均失效率►它的定义分2种：►（1）对不可修复的产品是指在一个规定时间内总失效产品数与全体产品的累积工作时间之比。►（2）对可修复的产品是指它们在使用寿命期内的某个观测期间，所有产品的故障发生总数与总累积工作时间之比。►所以不论产品是否可修复，平均失效率估计值可由书中公式（1－12)求得第二节可靠性特征量►4失效率单位►失效率常用的单位有％／h，％／kh，菲特等。►5失效率等级►按照GB1772-1979《电子元器件失效率试验方法》规定，我国电子元器件失效率分7级。►五产品的寿命特征►在可靠性工程种，规定了一系列与寿命有关的指标：平均寿命，可靠寿命，特征寿命和众位寿命。总称为可靠性寿命特征。►1平均寿命►在受命特征中最重要，定义为寿命的平均值。用MTBF表示可维修产品的平均寿命，称为平均无故障工作时间;用MTTF表示可维修产品的平均寿命，称为失效前的平均工作时间。►不论产品是否可修复，平均寿命都等于所有产品的总工作时间除以总失效数。第三节常用失效分布►一指数分布►在可靠性理论中，指数分布是最基本，最常用的分布，适合于失效率λ(t)为常数的情况。►1失效概率密度函数f(t)►►式中λ为指数分布的失效率，为一常数。►2累积失效概率密度F(t)►3可靠度函数R(t)第三节常用失效分布►4失效率函数λ(t)►5平均寿命►►6可靠寿命►7中位寿命►只要将r＝0.5带入上式即可得到中位寿命值。第三节常用失效分布►二威布尔分布►威布尔分布在可靠性理论种是适用范围较广的一种分布。它能全面描述浴盆失效率曲线的各个阶段。当威布尔分布中的参数不同时，它可以蜕化为指数分布，瑞利分布和正态分布。►1实效概率密度函数f(t)►m——形状参数►η——尺度参数►δ——位置参数►2累积失效概率函数F(t)第三节常用失效分布3可靠度函数R(t)►4失效率函数第三节常用失效分布►5三个参数的意义►(1)形状参数m►威布尔分布的实效概率密度曲线，累积实效概率曲线，可靠度曲线以及失效率曲线的形状都随m的不同而不同，故称为形状参数。►当m1时，f(t)曲线随时间单调下降►当m=1时，f(t)曲线为指数曲线►当m1时，f(t)曲线随时间增加出现峰值而后下降►当m=3时，f(t)曲线已接近正态分布。第三节常用失效分布►(2)位置参数►位置参数决定了分布的出发点，当形状参数和尺度参数相同而位置参数不同时，其实效概率密度曲线是完全相同的，所不同的指示曲线的起始位置有所变动。►当δ0时，产品开始工作时就已失效了，在贮存期已失效，f(t)曲线由δ=0时的位置想左平移|δ|的距离►当δ=0时，f(t)曲线为二参数威布尔分布►当δ0时，表示这些远见在起始时间δ内不会生效，f(t)曲线由δ=0时的位置向右平移的|δ|距离。►第三节常用失效分布►(3)尺度参数►通常将η称为真尺度参数，当m值和δ固定不变，η值不同时威布尔分布的实效概率密度曲线的高度及宽度均不相同。►三正态分布►正态分布在数理统计学中是一个最基本的分布，在可靠性技术中也常用到。►1实效概率密度函数f(t)第三节常用失效分布►2累积失效概率函数F(t)►►3可靠度函数R(t)►4失效率函数数λ(t)第三节常用失效分布►四对数正态分布►在可靠性理论中，对数正态分布用于由裂痕扩展而引起的实效分布，也用于恒应力加速寿命试验后对样品失效时间进行统计分析。例题讲解►1某仪器的寿命符合指数分布，且失效率为0.01/kh，求该仪器工作到可靠度为90%时的时间。►答：因为仪器的寿命复合指数分布►所以满足►代入已知参数有►►通过计算得出►t＝10.5（s）0tRtet0.0190%te例题讲解►2.对40台仪器进行现场考查，在t＝2000h以前有1台仪器失效，在2000～4000h之间有1台失效，在4000～6000h之间有2台失效，在6000～8000h之间有2台失效。分别求t为2000h，4000h及4000～8000h的可靠度和不可靠度估计值例题讲解►答：根据可靠度和不可靠度估计值计算公式有►，；►，；►，►。ˆ200039/400.975Rtˆˆ2000120000.025FtRtˆ400038/400.95Rtˆˆ4000140000.05FtRtˆ4000~800034/380.895Rtˆˆ4000~800014000~80000.105FtRt