可靠性工程技术(北航可靠性研究所培训资料)220页

培训教程1戴慈庄北京航空航天大学可靠性工程研究所培训教程2前言可靠性是产品重要的质量特性。提高产品的可靠性，是提高产品完好性和工作成功性、减少维修和寿命周期费用的重要途径。在产品研制过程中深入开展可靠性工程，对提高产品可靠性具有十分重要的意义。可靠性工程是指为了达到产品的可靠性要求所进行的一系列技术与管理活动，贯穿了产品的论证、方案、工程研制、生产和使用等寿命周期过程。培训教程3发展简述国外可靠性发展概述国内可靠性发展概述培训教程4产品质量的固有特性专门特性经济性时间性可靠性维修性保障性测试性性能特性适应性寿命周期费用安全性效能可靠性发展与产品质量的特性关系产品质量的固有特性包含了产品的性能特性、专门特性、经济性、时间性、适应性等方面，如图所示。培训教程5可靠性是产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。维修性是产品在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到其规定状态的能力，即反映产品是否易修的能力。测试性是产品能及时、准确地确定其工作状态（工作、不可工作或工作性能下降）并隔离其内部故障的能力。保障性是产品设计特性和计划的保障资源满足平时使用和利用率要求的能力，包括维修保障能力和使用保障能力（相当于家用电器售后服务能力）。安全性是产品所具有的不导致人员伤亡、产品毁坏，不危及人员健康和环境的能力。产品的故障可能导致安全性事故的发生。培训教程6介绍的内容主要介绍有关可靠性方面的一些重要的专题1.可靠性和可靠性工程概述2.可靠性设计3.可靠性分析4.可靠性试验5.元器件选用与控制培训教程7可靠性(Reliability)产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。可靠性的概率度量称为可靠度。为了达到产品的可靠性要求所进行的一系列技术和管理活动。可靠性工程(ReliabilityEngineering)1可靠性和可靠性工程概述培训教程81可靠性和可靠性工程概述1.1可靠性工作的基本原则a.应确保可靠性要求合理、科学并可实现;b.必须遵循预防为主、早期投入的方针;c.在研制阶段可靠性工作必须纳入产品的研制工作,统一规划,协调进行;d.必须遵循采用成熟设计原则;e.应采用有效的方法和控制程序,减少制造中对可靠性带来的不利影响，保持设计的可靠性水平;培训教程91可靠性和可靠性工程概述1.1可靠性工作的基本原则f.尽可能通过规范化的工程途径,开展各项可靠性工作;g.必须加强对研制和生产过程中可靠性工作的监督和控制;h.应充分重视使用阶段的可靠性工作,以尽快达到可靠性的目标值;i.在选择可靠性工作项目时,应根据各种因素对工作项目的适用性和有效性进行分析,以选择效费比高的工作项目。培训教程101.2名词术语a.基本可靠性：产品在规定的条件下和规定的时间内，无故障工作的能力。确定基本可靠性值时,应统计产品的所有寿命单位和所有的关联故障。（寿命单位：产品使用持续期的度量单位。如工作小时、次数等。）(关联故障：在解释试验结果或计算可靠性值时必须计入的故障。）b.任务可靠性：产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能力。（任务剖面：产品在完成规定的任务这段时间内所经历的全部事件和环境的时序描述。）培训教程11表1基本可靠性与任务可靠性基本可靠性任务可靠性在规定条件下产品无故障工作能力的度量考虑所有需要维修保障的故障采用冗余，降低基本可靠性通常低于或等于任务可靠性主要参数：平均故障间隔时间（MTBF）产品完成规定任务能力的度量只考虑引起任务失败的故障通过冗余提高任务可靠性通常高于基本可靠性主要参数：致命故障间的任务时（MTBCF）培训教程12c.固有可靠性：设计和制造赋予产品的，并在理想的使用和保障条件下所具有的可靠性。d.使用可靠性：产品在实际的环境中使用时所呈现的可靠性，它反映产品设计、制造、使用、维修、环境等因素的综合影响。培训教程13e.其他名词术语产品:一个非限定性的术语,用来泛指元器件、零部件、组件、设备、分系统或系统。可以指硬件、软件或两者的结合。故障:产品不能执行规定功能的状态。失效:产品丧失完成规定功能的能力的事件。可靠性特征量:表示产品总体可靠性高低的各种可靠性参数指标。培训教程141.3可靠性工程的含义可靠性工程（ReliabilityEngineering）是研究产品寿命周期全过程中同产品故障作斗争的一门科学。从产品的整体及其同外界环境的辩证关系出发，用实验研究、现场调查、故障和故障分析等方法，研究产品寿命和可靠性与外界环境的相互关系，研究产品故障的发生、发展及其预防和维修、保障直至消灭的规律，以及增进可靠性一系列技术和管理活动。（寿命周期：产品从论证、研制、生产、使用、退出使用所经历的整个时间）培训教程151.4可靠性工程的实质可靠性工程是与故障作斗争的一门科学，其实质是研究产品故障的发生、发展、在故障发生后的诊断、修理、保障,以及如何预防产品故障的发生，直至消灭故障的规律。可靠性设计是可靠性工程的基础。用通俗的话来说，可靠性系统工程是在研究产品“防病、治病”的规律。这与研究人类生命过程以及同疾病作斗争的医学系统工程颇有相似之处。培训教程162可靠性设计2.1可靠性要求——设计、分析、试验和验收的依据。可靠性设计要求可分为：定性要求;定量要求。定性要求内容有:遵守一般可靠性设计和准则等。定量要求内容有:使用与合同参数和指标。使用参数和指标：直接与产品完好性、任务成功性、维修人力和保障资源费用有关的一种度量。其度量值称为使用指标（目标值与门限值）。合同参数和指标：在合同中表达订购方要求的，并且是承制方在研制和生产过程中可以控制的参数。其度量值称为合同指标（规定值和最低可接受值）。培训教程17使用指标合同指标目标值门限值规定值最低可接受值期望产品达到的使用指标，它既能满足产品使用需求，又可使产品达到最佳的效费比，是确定规定值的依据产品必须达到的使用指标，它能满足产品的使用需求，是确定最低可接受值的依据，也是现场验证的依据合同和研制任务书中规定的期望产品达到的合同指标，它是承制方进行可靠性设计的依据合同和研制任务书中规定的、产品必须达到的合同指标，它是进行厂内考核或验证的依据2.1.1可靠性定量要求——使用指标和合同指标表2使用指标和合同指标*下面列出可靠性常用的设计指标参数培训教程182.1.2可靠性定量要求——主要参数特征量a.可靠度可靠性的概率度量，其符号为R(t)例如:R(t)=0.95，0.99等。b.平均故障间隔时间meantimebetweenfailures(MTBF)可修复产品的一种基本可靠性参数。其度量方法为：在规定的条件下和规定的期间内，产品寿命单位总数与故障总次数比。c.平均故障前时间meantimetofailures(MTTF)不可修复产品的一种基本可靠性参数。其度量方法为：在规定的条件和规定的期间内，产品寿命单位总数与故障产品总数之比。培训教程192.1.2可靠性定量要求——主要指标参数d.平均首次故障前时间meantimetofirstfailure(MTTFF)可修复产品的一种基本可靠性参数。其度量方法为：在规定的条件下，产品从开始使用到出现首次故障时产品寿命单位总数与产品首次故障总数之比。e.故障率产品可靠性的一种基本参数。其度量方法为：在规定的条件下和规定的期间内，产品的故障总数与寿命单位总数之比。培训教程20产品层次产品使用特征量连续或间歇工作(可修复)连续或间歇工作(不可修复)一次性使用装备R(t)或MTBFR(t)或MTTFP(S)或P(F)分系统设备R(t)或MTBFR(t)或λP(S)或P(F)组件元器件λλP(F)注：R(t)：可靠度MTBF：平均故障间隔时间P(S)：成功概率MTTF：平均故障前时间P(F)：故障概率λ：故障率表3可靠性常用的设计指标参数的应用培训教程21niis1niisBFST111式中：Ri、λi——单元的可靠度、故障率（1/h）；Rs、λs——系统的可靠度、故障率（1/h）。此时，系统的故障率λs为单元的故障率λi之和:系统的平均故障间隔时间为：=λ1+λ2+……+λn可靠性设计指标参数的关系(串联模型)niistRtR1)()(＝R1×R2×…×Rn培训教程222.2可靠性设计工作内容按可靠性要求开展设计工作。表4可靠性设计（定性）工作内容1成熟设计2简化设计3余度设计4环境防护设计5按可靠性设计准则设计6软件可靠性设计7包装、贮存、运输设计等培训教程23可靠性设计准则的制定与贯彻(按可靠性设计准则设计)a.目的通过制定并贯彻产品可靠性设计准则，把有助于保证、提高产品可靠性的一系列设计要求设计到产品中去。b.可靠性设计准则文件的基本内容产品可靠性设计准则是在产品设计中能够直接贯彻实施的可靠性设计要求细则与保证措施，可靠性设计准则文件基本内容包括：概述、目的、适用范围、依据、可靠性设计准则。这是属可靠性设计（定性）的工作内容,很重要。培训教程24c.可靠性设计准则的作用与特点（1）可靠性设计准则是进行可靠性定性设计的重要依据为了满足规定的可靠性设计要求，必须采取可靠性设计技术，贯彻可靠性设计准则是其中一项重要内容,在设计中必须逐条予以实施。（2）贯彻可靠性设计准则可以提高产品的固有可靠性产品的固有可靠性是设计和制造所赋予，设计人员在设计中遵循可靠性设计准则，可避免一些不该发生的故障，从而提高产品的固有可靠性。（3）贯彻可靠性设计准则是实现可靠性与产品性能设计同步的有效方法设计人员只要在设计中贯彻可靠性设计准则,就可以把可靠性设计到产品中去，使产品的性能设计和可靠性设计相互有机地结合。（4）可靠性设计准则是研制经验的总结与升华可靠性设计准则是以往产品研制经验的结晶，用于指导设计人员进行可靠性设计，保证实现产品合同规定的可靠性要求。制定并实施可靠性设计准则不仅有益于企业经验和知识的传承，还能为年轻设计人员的成长提供帮助。培训教程252.2可靠性设计工作内容按可靠性要求开展设计工作。表5可靠性设计（定量）工作内容1建立可靠性模型2可靠性（指标）分配设计3可靠性预计4元器件选用设计5降额设计6热设计等下面简要介绍前三项可靠性定量工作具体内容，后三项在元器件选用中介绍。培训教程262.2.1建立可靠性模型目的：用于定量分配、计算和评价产品的可靠性。可靠性模型的含义：可靠性模型指的是可靠性框图及数学模型。可靠性框图是用方框表示产品各单元的故障如何导致产品故障的逻辑关系。培训教程27可靠性模型的分类:产品的可靠性模型按用途分为基本可靠性模型和任务可靠性模型。基本可靠性模型是将产品组成单元进行全串联的模型，用以估计产品及其组成单元引起的维修及综合保障要求。任务可靠性模型较复杂，它用于描述在完成任务过程中产品各单元的预定用途。产品的可靠性模型基本结构类型主要包括串联、并联、混联、桥联、旁联、表决等。先介绍此类型。培训教程28123n…串联模型系统的所有组成单元中任一单元的故障都会导致整个系统的故障，称为串联模型。串联模型是最常用和最简单的模型之一，既可用于基本可靠性建模，也可用于任务可靠性建模。串联模型的可靠性框图如图所示。该可靠性框图对应的数学模型为：式中：Rs(t)——系统的可靠度；Ri(t)——单元的可靠度；n——组成系统的单元数。niistRtR1)()(＝R1·R2…RnLC原理图LC可靠性框图培训教程29并联模型12nniiStRtR1)(11)(并联模型几种典型的可靠性模型培训教程30r/n(G)模型12nr/n(G)nriiniinstRtRCtR)(1)()(表决模型几种典型的可靠性模型r/n(G)表决器↖培训教程31基本可靠性模型综合处理计算机的基本可靠性框图如图所示。比较输入模块M1CPU模块M2输出接口模块M3电源模块M4比较输入模块M5CPU模块M6输出接口模块M7电源模块M8图综合处理计算机的基本可靠性框图培训教程32任务可靠性模型综合处理计算机的任务可靠性框图如图所示。比较输入模