可信性与产品安全92张课件.ppt

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1、可信性与产品安全,可信性概述可信性管理可信性设计可信性的验证、确认和试验产品安全性,一、质量观念的改变；二、可信性的基本概念；1、可靠性及特征量2、维修性及特征量3、保障性4、可用性5、效能；三、常见寿命函数,一、可信性工作的指导思想；二、产品寿命周期各阶段的可信性工作；三、可信性保证大纲及可信性计划；四、产品可信性目标；五、设计评审；,一、可信性设计；二、可靠性预计及分配；三、系统可靠性的分析方法；1、FMEA；2、FTA；四、元器件大纲,一、可信性试验概述二、可靠性筛选；三、可靠性试验,一、安全性大纲的内容；二、安全性措施优先考虑的次序；三、产品安全性设计的要点,可信性与产品安全可信性概述

2、一、质量观念的改变；一、可信性工作,第一节 可信性概述 一、质量观念的改变,性能,效能E (effectiveness),EADC,如飞机的速度；高度,想用的时候能用(招之即来)的可能性叫产品的可用性。在能用的前提下，执行任务有一个过程，能完成这个过程的可能性(来之能战)叫产品的狭义可信性D。最终，满足定量特性要求的能力(战之能胜)叫产品的固有能力（性能）,可用性A (avalibility)可能性D（也叫产品的狭义可信性）固有能力C (capability）,转变一：,第一节 可信性概述性能效能E,价廉,转变二：,“费效比”即产品的效能E与LCC之比,转变三、不同方案中作优选决策的根本因素：

3、,产品的寿命周期费用“LCC”(life cycle cost)。,产品的质量指标是产品技术性能指标和产品可信性指标的总和。,可信性指标和技术性能指标最大的区别点在于：技术性能不涉及时间因素，它可以用仪器来测量；可信性与时间紧密联系，必须进行大量的试验分析和统计分析，调查研究以及数学计算。,价廉 转变二：“费效比”转变三、不同方案中作优选决策的根本因,转变四：,可靠性,可信性工程RMSRMSS,包括可靠性工程R 维修性工程M 保障性工程S 安全性工程S,产品的出现伤害或损坏的风险限制在可接受的水平之内的特性称为产品的“安全性”（safety），也即产品不发生恶性事故的能力。,不安全首先是出现故

4、障，因此安全性与可靠性密切相关，但安全性还有一个后果防护问题，所以也独立发展成为一门安全性工程。,转变四：可靠性 可信性工程包括可靠性工程R产品的出现伤害或损,二、可信性的基本概念 可信性(dependability)是一个非定量的集合技术语，它用来表示可用性A及其影响因素：可靠性R，维修性M，保障性S。 基于以下背景，可信性问题也日益受到人们的重视。产品的日益复杂。 使用环境的日益恶劣。 装配密度的不断提高。 产品周期的不断缩短。可信性直接影响总费用。 （一）可靠性及其特征量 1、可靠性（Reliability）的概念 可靠性是指产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定的功能的能力。,指产品

5、工作时所处的全部外部作用条件。包括：气候条件(如温度、湿度、气压、风向、日照等)、机械负载(如振动、冲击、加速度)、辐射环境（核辐射，电磁辐射）、使用条件(如工作时间、供电电压)，维护条件等。 同一产品在不同条件下其可靠性差别很大。,指产品预定寿命 家用电器安全使用年限细则规定：彩电、空调810年，电热水器、洗衣机、煤气灶8年，电冰箱12 16年，个人电脑6年，微波炉10年，电动剃须刀4年,指产品应具有的技术性能指标,所谓可靠性，准确地说，就是在规定的使用寿命周期内，产品成功地完成规定功能的能力。,二、可信性的基本概念指产品工作时所处的全部外部作用条件。包括,2、故障及其分类（1）故障的定义。

6、 在规定的环境条件和使用条件下，产品丧失所规定的功能称为故障。（对于不可修复的产品，故障亦可称为失效） （2）故障的表现形式。 间隙故障和永久性故障。,间隙故障是指在某一时间内呈现故障状态，然后自然地恢复其功能，并且反复出现的一类故障； 永久性故障是指由零部件发生物理性损坏而产生的故障,可靠性的稳定性问题主要是研究间隙故障,独立故障和从属故障。,从属故障即是指产品中由于其他故障所引起的相关故障。,2、故障及其分类 间隙故障是指在某一时间内呈现故障状态，,局部故障和整体故障。,产品中某些部分发生故障而使系统内某一个部分(或几个部分)停止功能，而产品仍可继续完成其他功能者称为局部故障。 而当产品某

7、些局部发生故障后，使产品丧失全部功能时称为整体故障。,区别这两种故障有利于制定维修规划、组织维修工作和确定维修方式。,意外故障,包括未按规定使用条件运行而引起的误用故障；违反操作规程而引起的事故故障；由于对产品性能不充分理解或所收集的数据有错误而错误地作出“有故障”的判定的误判故障；自然的和人为的灾害所造成的灾害故障等。,在估计产品的可靠性时，这一类故障一般都不予考虑。,局部故障和整体故障。 产品中某些部分发生故障而使系统,突然故障和退化故障。,产品突然发生故障，它通常使产品完全丧失规定的功能，称突然故障。 由于零部件(元器件)的原材料老化，致使其参数逐渐变化，称为退化故障,在可靠性理论中，把

8、故障划分为突然故障和退化故障是十分重要的；使人们可以根据故障的性质来选择计算可靠性的方法和找出故障位置的方法。,3、可靠性的特征量（主要指标） 可靠性的特征量有：“可靠度”、“失效率”、“平均故障间隔时间”、“失效前平均时间”。（1）失效率和可靠度(Reliability) 产品在规定的条件下，在规定的时间内丧失规定的功能的概率叫失效率，通常用F表示。 在规定的时间内，未失效的产品数与开始工作时的产品总数之比叫做可靠度，用R表示。,R+F1,突然故障和退化故障。 产品突然发生故障，它通常,例：有110只电子管，在开始工作的500小时内，有10只失效，求电子管在这段时间内的可靠度。 失效率F 1

9、00 100909 可靠度R1-F1- 9099091 取700只电子管作寿命试验，有的电子管到160小时就损坏了，有的300小时、500小时，有的1000小时、1500小时、2000小时，也有的长达3000小时左右，这时700只电子管全部损坏了。若每次取700只电子管作寿命试验，记录每只电子管的失效时间，经过多次试验，就会积累大量数据。分析这些数据，发现电子管的寿命虽然参差不齐，但失效时间的分布是有一定规律的。,设时间ti时失效的电子管数为ni，N为试验的电子管的总数，则可求出ti时电子管的失效频率fi,下图是电子管的失效曲线，这条曲线表示电子管失效时间的理论分布，称为失效密度曲线。函数f(

10、t)称为失效密度函数。,例：有110只电子管，在开始工作的500小时内，有10只失效,如果将失效频率的累积数F(t)当纵坐标，t当横坐标；所得的曲线，称为累积分布曲线。如图,它的数学表达式称为累积失效分布函数。累积失效分布函数与失效密度函数之间的关系如下式：,或者,R(t)与f(t)、F(t)之间的关系如下式： R(t)1-F(t)=,0F（t）1 （当0t）,如果将失效频率的累积数F(t)当纵坐标，t当横坐标,产品的瞬时失效率（故障率）(t) ，简称产品的失效率。它是衡量产品可靠性的一个十分重要的指标。,它是产品工作到某一时刻t，在此瞬间，单位时间内发生失效的产品数与该时刻仍正常工作的产品数

11、之比值。 近似公式为：,产品的瞬时失效率（故障率）(t) ，简称产品的失,例：某种元器件共100只，工作5年失效4只，工作6年失效7只，求此种元器件在t5年时的失效率。 解：由失效率近似值公式,电子产品失效率采用Fit作单位。,按目前的标准规定，电子元器件的失效率分为七个等级，见右表,表示109个元器件在一小时内有一个失效，或在1000小时内某元器件失效的可能性为百万分之一,例：某种元器件共100只，工作5年失效4只，工作6年失效,因为：,所以：,即,得出可靠度与失效率关系公式：,例：设某电子产品寿命分布服从指数分布，求该产品失效率。,解：产品寿命服从指数分布，即说明此产品失效概率密度函数为,

12、得：,寿命分布为指数分布的产品，它的失效率是一个常数，与时间t无关。,因为：所以：即 得出可靠度与失效率关系公式： 例：设某电子产,（2）平均寿命MTTF与平均故障间隔MTBF 对于不可维修产品，从使用开始到发生故障的寿命均值，称平均寿命。记为MTTF（Mean Time to Failure）。 对于可修复产品，从一次故障到下一次故障的时间均值，称为平均故障间隔，记为MTBF（Mean Time Between Failure）。,平均寿命的倒数即故障率,产品从制造完成，交付使用到出现不修复的故障或不能接受的故障率时的寿命单位数叫产品的“使用寿命”。 “耐久性”（durability）是产品

13、在规定的使用和维修条件下，其使用寿命的一种度量。它是产品可靠性的另一重要参数。 产品在规定的条件下储存时，仍能满足规定质量要求的时间长度称为储存寿命。 对于可维修产品，一个产品的全部时间通常可以分成工作时间TU及不工作时间TN两部分，不工作是由于产品出现故障进行维修而引起的。 设其间一共出了n次故障，则产品的平均寿命TUn。,（2）平均寿命MTTF与平均故障间隔MTBF 平均寿命的倒数,平均寿命可利用求解连续随机变量的数学期望而得出。,平均故障间隔可利用求解连续的或离散的随机变量数学期望得出。因此，它与MTTF有同样的数学表达式。,服从指数分布的产品的平均寿命MTTF为：,寿命分布服从指数分布

14、的产品，其平均寿命与失效率互为倒数。,（二）维修性及其特征量1、维修性概念 (Maintainability) 产品在规定条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到规定状态的能力叫“维修性” 。,维修（maintenance）是使产品保持规定状态或恢复到规定状态所进行的全部活动。,平均寿命可利用求解连续随机变量的数学期望而得出。,维修包括维护和修理两个方面。,维护是为使产品保持规定状态所需采取的措施，也称为“保养”。维护是一种日常的控制过程，其目的是保持产品所具有的可靠性。,修理是在产品发生故障后，寻找故障的部位并进行修复等一系列活动，其目的是将产品恢复到投入使用时刻所具

15、有的性能指标和可靠性水平。 维修通常分为预防性维修与修复性维修。,2、维修性特征量 有：“平均修复时间”、“平均维护时间”、“维修度”等。（1）维修度M（t） 它是指在规定条件下、规定时间内(0，t)按规定的程序和方法维修，使产品由故障状态恢复到完成规定功能状态的概率,当t0时，所有产品均处于完全故障状态，经过t时间段的维修，完全恢复正常功能的产品所占比例。,m（t）即维修概率密度函数。,维修包括维护和修理两个方面。 维护是为使产品保持规定状,（2）修复率（t） 设产品在时刻t处于维修状态，在t时瞬时修复的概率称为产品的修复率，记为(t)。,即产品在特定时刻t，单位时间完成修理的瞬间概率。它表

16、示修复的瞬时特性。,（3）平均修复时间（MTTR）（Mean Time To Repair） 平均修复时间应为维修时间T的数学期望,一个产品的不工作时间TN包括在维修人员、设备、备件等齐全的条件下，用于直接维修工作的时间，叫“直接维修时间” Tm。 设产品在其间一共出了n次故障，从而维修n次，则平均维修时间MTTRTmn。,维修性好就是平均维修时间短。,（4）平均维护时间MTTM（Mean Time To Maintenance） 与讨论平均修复时间相同,（2）修复率（t） 即产品在特定时刻t，单位时间完成修,下表是可靠度与维修度的比较,可靠性很高的产品，当然可以减少维修的次数，然而，这样的产

17、品并不一定就有良好的维修性。,（三）保障性S（Supportability） 产品的设计特性和计划的保障资源能满足使用要求的能力称为产品的“保障性”。,在规定的条件下和规定的时间内，产品在某一规定的维修级别上的维修延误时间反映产品的“保障性”。,下表是可靠度与维修度的比较可靠度 维修度 累积分布F（t）（,一个产品的全部时间构成如图,全部时间T,工作时间Tu,不工作时间TN,直接维修时间TM,延误时间TD,在维修人员、设备、备件等齐全的条件下，用于直接维修工作的时间,由于保障资源补给或管理原因未能及时对产品进行维修所延误的时间,TD是一个随机变量，它的数学期望为平均延误时间（Mean Dela

18、y Time，MDT）。MDT TDn。（n为故障次数）,MDT是保障性的重要参数。MDT愈短愈好。在理想情况下，MDT=0。,一个产品的全部时间构成如图全部时间T工作时间Tu不工作时间T,（四）可用性（有效性）及其特征量1、可用性（Availability）概念 产品在任一随机时刻需要开始和执行任务时，处于可工作或可使用状态的程度叫产品的“可用性”。,可用性是关于产品可用能力的一般概念，它是综合反映了产品可靠性和维修性所达到的成绩。是在任意时刻使用产品时，该产品在这一时刻可用的能力。（即，所谓可用性是指可维修产品在某一时刻具有或维持规定功能的能力。）,2、可用性特征量可用度（有效度）A（t）

19、 设产品所处状态为X(t)，且在任意时刻t只可能出现正常工作或故障两种可能性的任意一种，即对于t0时,可用度就是产品在时刻t处于正常工作状态的概率，记为A(t)。 即： A(t)PX(t)0 （可用产品数与所有产品数之比）,该定义不考虑t时刻之前产品曾否失效或经过维修，仅考虑t时刻所处状态，是一个瞬时概率问题。是不发生故障的可靠度与排除故障的维修度的综合度量。,（四）可用性（有效性）及其特征量 可用性是关于产品可,对单位产品来说：由产品的时间构成得出,可用性取决于可靠性参数MTBF，维修性参数MTTR及保障性参数MDT。,MDT=0时，上式转化为固有可用性Ai,例: 统计了81个主液压泵的故障

20、发生时间如下表所示并规定，该泵700小时进行一次预防维修。据统计所需预防维修时间为30小时。又知该泵故障后的平均修复时间(MTTR)为15小时。试求该泵的R(t)、失效率(t)、平均无故障工作时间MTBF、维修度M(t)、维修率(t)及有效度A。,对单位产品来说：由产品的时间构成得出可用性取决于可,表 81个主液压泵的故障发生时间 单位( 时:分),表 81个主液压泵的故障发生时间,解：1确定可靠度函数R(t) 将表中数据从0至700小时分成14组，取时间间隔t50小时，N81。 (1)作产品故障数直方图，第i组故障数ri。,(2)作产品累积故障数直方图,解：1确定可靠度函数R(t)(2)作产

21、品累积故障数直方图,产品累积故障数为：,j=1，14,(3)作产品累积故障频率直方图 累积故障频率：,R(t),(4)作产品可靠度曲线 R(t)1-F(t) 图中曲线可近似看作指数曲线。由此得知，该泵的累积失效分布函数可假设为指数分布。 为验证假设的正确性，可进行皮尔逊2检验，可靠度函数表达为：,其中：为泵的失效率,2计算泵的平均无故障工作时间,3. 计算(t) 由于泵的累积失效分布为指数分布： 1/ MTBF1/197507610-3小时,(4)作产品可靠度曲线 其中：为泵的失效率 2,4计算M(t)及(t) 按规定，该泵700小时进行一次预防维修，所要维修时间为30小时。由于该泵的平均无故

22、障工作时间为197小时，所以在预防维修周期700小时内，平均会发生700/197=3次故障。又知这种故障的平均修复时间为15小时，所以泵在一个工作周期内总的维修时间为30+15375小时。 平均修复时间：MTTR15(小时) 修复率： 1/ MTTR1/15006667小时 维修度：,5计算有效度A,4计算M(t)及(t)5计算有效度A,（五）效能及LCC 1、效能（Effectiveness，E） 产品在规定的条件下满足给定定量特征和服务要求的能力称为产品的效能。,效能是产品可用性、狭义可信性及固有能力的综合反映。简单的表达式为：E=ADC,是在任意时刻开始使用产品时，该产品在这一时刻可用的

23、能力。,在规定的任务剖面（任务执行中）的任一随机时刻，能够使用且能完成规定功能的能力称为产品的狭义可信性，一般用符号D表示。,产品在给定的内在条件下，满足给定的定量特性要求的自身能力。（Capability，C）。传统的产品性能就属于固有能力。,取决于与任务有关的产品可靠性及维修性的综合影响。,（五）效能及LCC 效能是产品可用性、狭义可信性及固有能力的,2、寿命周期费用LCC（Life Cycle Cost） 产品从提出任务起到退出服务为止的整个寿命周期。 在产品寿命周期或其预期的有效寿命期内，在产品设计、研究和研制、投资、使用、维修及产品保障中发生的或可能发生的一切直接的、间接的、派生的或

24、非派生的与其他有关费用的总和称为寿命周期费用. 3、效费比 效能与LCC之比称为效能费用比，是领导部门优选产品可行方案的重要依据。,2、寿命周期费用LCC（Life Cycle Cost）,表 产品所用可信性指标示例,表 产品所用可信性指标,三、常用寿命分布函数（寿命及平均寿命）,可信性研究的重点在于延长偶然失效期，即延长产品的有效寿命。这就需要研究寿命分布类型，即研究产品失效分布函数，它是描述产品失效的统计规律。,（一）指数性寿命分布 1、指数分布 密度分布函数f(t) 失效分布函数为F(t) 产品可靠度R(t) 见图中公式,三、常用寿命分布函数（寿命及平均寿命） 可信性研究的重点在于,2、

25、失效率(t)其分布形式见图,3、平均寿命(或平均故障间隔) MTTF(或MTBF)1/,(1)给定可靠度R（t）=r时的产品寿命叫可靠寿命Tr (2)R（t）=0.5时的产品寿命叫中位寿命。 (3)R（t）=e-1时产品的寿命叫特征寿命。,略,2、失效率3、平均寿命(或平均故障间隔)(1)给定可靠度R（,2、正态分布 （见光盘）3、威布尔分布 （见光盘） 表 常用的几种分布类型及其适用范围,2、正态分布 （见光盘）分布类型 适,下图给出了几种分布的失效密度函数f(t)曲线、可靠度函数R（t）曲线和失效率曲线函数（t）曲线。,下图给出了几种分布的失效密度函数f(t)曲线、可靠度函数R（,第二节

26、可信性管理一、可信性工作的基本指导思想1可信性是构成产品效能并影响产品寿命周期费用的重要因素，是重要的技术指标。 2产品的可信性管理是产品管理的重要组成部分。 3规范化的工程和管理，是多、快、好、省地获得高质量、高可信产品的重要途径。 4弄清需要与可能是可信性工作的出发点。 5可信性工作应结合系统工程。 6可信性工作必须遵循“预防为主”的方针。 7要进行稳健性设计(Robust design) 。 8控制关键件及关键功能的可信性 9加强可信性工作的监督与控制 10.必须加强外购器件的可信性管理，按规定要求对供应单位的可信性工作进行监督与控制 11重视和加强可信性信息工作，建立“故障报告、分析和

27、纠正措施系统”(FRACAS)。 12产品研制、生产、试验、使用等各部门应当密切配合，大力协同，共同促进可信性工作的全面发展。,第二节 可信性管理,二、产品寿命周期各阶段的可信性工作 论证阶段： 1、应该提出产品的可信性的定量、定性要求，并纳入产品的“技术指标”。2、应该确定产品可信性方案和相应的保证措施，列入产品的“研制任务书”。 工程研制阶段： 应该实施可信性大纲，制定可信性计划，明确可信性工作项目、任务、进度、保证条件、资源等，并列入产品研制计划。 设计定型阶段： 定型试验中应包括可信性鉴定试验(维修性验证试验)。 生产阶段： 应该保证产品在批生产中的可信性，批生产应有可信性验收要求。生

28、产部门应全面实施产品质量保证大纲，其质量保证体系应切实有效地保证质量及可信性。,按计划规定进行各种评审时，应包括(或专门组织)对可信性内容的评审。,二、产品寿命周期各阶段的可信性工作 按计划规定进行各种评审时,三、可信性大纲及可信性计划（一）可信性保证大纲 为了保证产品满足规定的可信性要求而制定的一套文件称为“可信性保证大纲”(dependability assurance program)，简称可信性大纲。,为使人们确信产品满足规定的可信性要求所必须进行的、有计划的、有组织的、有系统的全部活动称为可信性保证。,产品可信性大纲的最终目标是为了保证产品的效能，减少对维修人力和后勤保障的要求，提供

29、管理信息，提高效益费用比。,产品可信性大纲,可信性管理,可信性工程,可信性核计,是为确定和满足产品可信性要求而进行的一系列组织、计划、协调、监督等工作。,是为了达到产品可信性要求而进行的有关设计、试验和生产等一系列工作。,为确定和分配产品的定量可信性要求而进行的预计和评估产品可信性量值的一系列数学工作。,三、可信性大纲及可信性计划 为使人们确信产品满足规定,（二）可信性计划(dependability plan) 为保证可信性大纲的实施，根据大纲的要求作出具体安排的文件称为可信性计划。,可信性计划应包括： 1选定及描述本可信性计划之编制项目的工作或要素。 2确定及描述需要保证可信性计划的实施(

30、包括与其他活动的协调)的审核及评审工作。 3确定(组织落实)可信性工作的管理、实施及实施验证的部门、机构、人员的职责及相互关系。 4描述实施可信性工作的程序细节、有关的进度、关键点及检查点，设计评审、验证及验证准则。 5确定为及时完成可信性大纲中的规定工作所需的资源，这些资源应是现实的，可以保证得到的。 6确定每一个关键点及检查点要交付的产品或文件，确定开发、选用所需文件的组织。 7确定一个文件控制管理系统及技术状态管理系统(在软件中叫配置管理) 8建立可信性及有关工程间的信息联系交流，以保证按规定传输关联数据 9分供方(转承包商)的可信性控制。,可信性计划是规定与某一特定产品、合同或项目有关

31、的具体的可信性实践、资源和活动程序的文件。,（二）可信性计划(dependability plan)可信,四、产品可信性目标 包括定量要求及定性要求。 定量的可信性指标包括可靠性R、维修性M、保障性S。,可靠性、维修性、保障性(RMS指标),在论证时,在制订合同和研制任务书时,是期望产品达到的使用指标。它既可满足产品的使用需求，又可使产品达到最佳的效费比。它是确定规定值的依据。,是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。,是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RMS设计的依据。,是合同和研制任务书中规定的产品必须达到的合同指标。它是考

32、核或验证的依据。,“目标值”(goal),“门限值”(threshold),“规定值”(specified value),“最低可接受值”(minimum acceptable value),四、产品可信性目标 可靠性、维修性、保障性(RMS指标)在论,五、设计评审(design review) 为保证设计符合可靠性要求，由设计、生产、使用各部门代表组成的评审机构对产品的设计方案，从可靠性的角度，按事前确定的设计和评审表进行的审查叫“可信性设计评审” 。 设计评审的主要目的是及时发现潜在的设计缺陷，促使设计早日成熟，降低决策风险。,实施设计评审的作用是： 1评价产品是否满足合同要求，是否符合设

33、计规范及有关标准、准则； 2发现和确定产品的薄弱环节和可信性风险较高的区域，研讨并提出改进意见； 3对研制试验、检查程序和维修资源进行预先的考虑； 4检查和监督可信性保证大纲的全面实施； 5减少设计更改，缩短研制周期，降低寿命周期费用。,五、设计评审(design review) 实施设计,有代表性的硬件和软件的评审点如图,有代表性的硬件和软件的评审点如图,六、故障报告、分析和纠正措施系统(FRACAS) (Failure Reporting，Analysis and Corrective Systems) 故障报告、分析和纠正措施系统是一个故障报告的闭环系统，其目的是及时报告产品的故障，分析

34、故障原因，制定和实施有效的纠正措施，以防止故障再现，改善产品的可靠性和维修性。 第三节 可信性设计一、可信性工程 达到产品的可信性要求而进行的一套设计、研究、生产和试验工作称为“可信性工程”。 可信性工程还可细分为可靠性工程、维修性工程及保障性工程。 可信性工程内容（略）(一)可靠性工程 为达到产品的可靠性要求而进行的一整套设计、研制、生产和试验工作称为“可靠性工程”。,六、故障报告、分析和纠正措施系统(FRACAS),可靠性的目标分为基本可靠性与任务可靠性。,“基本可靠性”(basic reliability)是产品在规定的条件下无故障的持续时间或概率。,“任务可靠性”(mission re

35、liability)是产品在规定的任务剖面中完成规定功能的能力。,产品的可靠性主要是通过防止或降低故障(失效)发生的可能性，或一旦发生，消除或降低其不良影响(即所谓容错技术)的设计技术而达到的。,广义可靠性又称为工作可靠性，包括产品的固有可靠性和使用产品的人的使用可靠性。 。见下图,可靠性的目标分为基本可靠性与任务可靠性。“基本可靠性”,图 工作可靠性系统图,评价因素 评价要点 |(1)设计冗余度 安全性 | 1.固有可| 减 额 经济性 | 靠度(Ri) | 安全系数 可靠性 | | 安全装置 试验性 | | 环境条件的推断 | | 人机工程学 | |(2)制造原材料、机械 生产性 | 制造

36、方法 经济性 工作可靠度| 质量管理 筹措性 (Ro= RiRu) | 作业人员管理 | | |(1)使用使用方法 性 能 | | 训 练 功能性 | | 道德观念 扩充性 | | 使用说明书 寿 命 |2使用可| 操作性 靠度(Ru) | 通用性 | |(2)保养保养方法 保养性 | 备件管理 再现性 | 使用方法 试验性 | 保养人员训练 互换性 | 筹措性 |(3)环境贮藏、运输 贮藏性 包装 运输性 使用环境,广义的可靠性包括产品的固有可靠性和使用产品的人的使用可靠性。,图 工作可靠性系统图,提高工作可靠性的基本途径为： （1）通过分析比较提出高可靠性的设计方案，为产品固有可靠性奠定好

37、基础。（2）积极发展新材料和新型元器件，提高材料和元器件的质量，使用前进行筛选，为产品提供高可靠性的材料和元器件。（3）开展全面的可靠性设计。（4）加强人员培训，开展人固工程（工效学，人体工程学）研究，提高使用可靠性。（5）加强各个环节的可靠性即质量管理,（1）热设计。10法则 .减少发热可用降额设计，散热有：自然冷却、强制风冷、液体冷却、蒸发冷却等。（2）降额设计。减额使用实际就是大马拉小车。 （3）结构概率设计。放大安全系数，就是加大零部件的设计强度。 （4）抗机械力设计。安装缓冲底座或阻力器。阻力器包括弹性阻力器、空气阻力器、油阻力器、电磁阻力器和固体摩擦阻力器。缓冲底座和阻力器统称减震

38、器。 （5）四防设计。即防潮、防盐雾、防腐蚀、防霉菌。防潮：加强通风对流；憎水处理。浸渍。灌注或灌封。塑料封装和密封。防腐蚀、防盐雾:电镀。 防霉菌:选择不长霉的材料，放干燥剂，降低湿度，紫外线照射以及用防霉剂处理零部件（6）裕度设计（漂移设计）。 “容差设计” （7）贮备设计（冗余设计）。 （8）维修性设计 （9）使用性设计,提高工作可靠性的基本途径为： （1）热设计。10法则 .减,(二)维修性工程 (maintainability engineering) 为达到产品的维修性要求而进行的一整套设计、研制、生产和试验工作称为“维修性工程”。 该项工作包括根据产品的维修性要求制定详细的维修性

39、设计准则及周期性地予以评审。,维修方针的设计,即维修约定等级等的设计,故障维修,故障定位,故障排除,维修性设计的任务是尽量缩短故障定位时间和故障排除时间,设备应尽量设置机内故障检测设备和电路，同时可借助于指示灯，发光二极管及表头等故障指示器。设好测试点，便于调整和校准；注意隔离，以保障测试设备发生故障不影响设备；便于维修人员能看到全部零件，以利寻找；尽量用计算机或微处理机自动检测。,所有零部件及元器件必须有明显标号，便于检修，电线电缆等有编号，标记及不同颜色；留足够空间便于测试、拆卸和安装；确保可用普通手持工具拆换组件；尽量能一人完成；易受损坏的精密零件，在外露处应加防护装置；加强模块式设计。

40、,(二)维修性工程 (maintainability en,(三)保障性工程(support engineering) (四)测试性工程(testability engineering) 二、可靠性分配及预计（一）研究系统可靠性的目的 目的： 一是如何在已有元件可靠性的基础上，提高系统的可靠性； 二是在保证系统可靠性的条件下，如何分配可靠度，降低对元件可靠度的要求，使系统成本降低。 （二）可靠性系统及其模型 系统的结构模型分为3种类型：串联模型、并联模型和混合模型。 1串联系统,只有当所有分系统都正常工作时，系统才能正常工作,(三)保障性工程(support engineering),2并联系

41、统。,只有当所有分系统都出故障时，才使系统出故障，这样的系统就称为并联系统。,3混合系统。串联或并联,2并联系统。 只有当所有分系统都出故障时，才使系统出故障，,（三）系统可靠度的计算（串联、并联、混联、n中取k） 1串联系统。 由于串联系统是只有当所有的分系统都正常工作时系统才正常工作 ，所以系统的可靠度Rs为：,若各分系统的故障分布是指数型分布，则,例：某个串联系统的分系统的可靠度分别为：R10995，R20997，R30998，计算系统可靠度。 解：系统可靠度： RsR1R2R3=09950997099809903。,串联系统的可靠度随着各分系统数量的增加而降低。,（三）系统可靠度的计算

42、（串联、并联、混联、n中取k） 若各分,2并联系统。 因为并联系统是只有全部分系统失效，系统才失效。 所以有系统失效率Fs为： FF1F2Fn,并联系统的可靠度随着各分系统数量的增加而提高。,3混合系统。 （略） 4、n中取r系统的可靠度计算（并联系统） （略）（四）可靠性的预计与分配 可靠性预计是按元器件-子系统-系统，自下而上进行的，这是从元器件失效率出发，对系统可靠性给出的客观预测值。 可靠性分配则是系统-子系统-元器件，自上而下进行，这是设计者（根据管理部门或用户的要求）对系统可靠性提出的一个主观要求值，根据这个要求值，经分配而转化为对元器件可靠性和设计的要求。,一般总是先进行可靠性预

43、计，在进行可靠性分配。,2并联系统。并联系统的可靠度随着各分系统数量的增加而提,1、可靠性预计(reliability prediction) 可靠性预计是为了估计产品在给定的工作条件下的可靠性而进行的工作。（1）可靠性预测的优点：,借助预测结果，可以阐明由预测所取得值的意义，各系统元件的可靠度之间的关系，以及改进系统可靠性的方法，确定最佳系统。在可靠性预测中要考虑工作应力（电压、温度等），在元件的应用超过应力水平时，可换用适当元件或增加冗余系统来改善系统可靠性；在进行系统设计时，通过对不同方案可靠度的预测，可以做出选择；通过预测可以揭示系统总失效率的主要矛盾，集中精力采取措施，减少失效率，改

44、进系统。,（2）预测系统可靠度的方法：,建立精确或半精确的数学模型并作相应的计算。模拟法。也叫蒙的卡罗法。上下限法。,1、可靠性预计(reliability prediction,2、可靠性分配。（reliability allocation） 是一项为了把产品（系统）的可靠性定量要求按照给定的准则分配给各组成部分而进行的工作。（1）可靠性分配的目的：,落实系统的可靠性指标；落实分系统或部件的可靠性要求；通过分配，掌握系统的薄弱环节，为改进设计提供依据。,（2）可靠性分配的方法：,具体如等分配法、ARINC法、AGREE法、最小努力算法、条件极值法、动态规划法等。,等分法,按子系统的重要度分配

45、可靠性指标（比例分配法）,系统的可靠性指标均分给每个子系统。,是根据各子系统的重要程度、可靠度指标实现的难易程度，参照各子系统故障的统计资料综合分析后，按分给各子系统故障占总系统故障的比例进行故障率分配。,2、可靠性分配。（reliability allocatio,按最小投入分配可靠性指标。 下面举实例说明如何应用动态规划方法来优选子系统的可靠性改进方案，以获得以最小投入满足系统可靠性要求。 例：汽车的电源系统由A、B、C三个子系统构成，它是一个串联可靠性模型。经用户调查，在50000km时，电源系统的可靠度仅为0.5, A、B、C子系统的可靠度分别为0.7,0.8,0.9，用户反映强烈。现

46、要求将系统可靠度提高到0.9及其以上,同时投入的费用最少,请提出工作方案。 首先，分析各子系统可能的改进方案，并预测这些方案的预期可靠度和投入费用，如表所示。注意，可靠度低于0.9的方案没有必要列出。,按最小投入分配可靠性指标。 方案号,先考虑A、B两个子系统，A子系统由5个方案，B系统由4个方案，组合起来由54=20个方案。计算这些组合方案的可靠度与费用，如A取第5个方案，B取第4个方案，组合后的可靠度为0.990.99=0.98，费用为500+300=800（万元）。计算结果列于表 表 A、B子系统组合后可靠度与费用,从表中可以看出黄线包围的区域组合方案的可靠度低于0.9。这些组合方案不再

47、参加下一步的计算。,可靠度高于0.9，但相同可靠度下去掉费用高的。最后只剩8组，见下表。,先考虑A、B两个子系统，A子系统由5个方案，B系统,表 A、B子系统组合后保留的组合,将余下的8个A-B组合同C系统进行组合,再列表，如下,表 A、B子系统组合后保,表 A-B,C子系统组合后的可靠度与费用,从表可以看出,3-3-3组合可靠度达到0.90的要求,费用为600万元。如果保险一点取4-3-3组合，可靠度为0.91，费用稍微增加到620万元，是很可取的方案，按照这个方案，子系统的可靠度分配结果为：RA=0.96，RB=0.97，RC=0.98,表 A-B,C子系统组合后的可靠度与费,3、可靠度的

48、再分配 设Rs*是给定的系统可靠度指标，Rs是初分配得到的系统可靠度，若RsRs*，即所设计的系统可靠度不能满足给定的可靠度指标，那么，就需要对各子系统的可靠性指标进行再分配，以提高系统可靠度，这种方法就称为可靠度的再分配 可靠度再分配法是根据可靠度越低的子系统改进越容易，反之则越困难的经验，以把初分配可靠度较低的子系统的可靠度都提高到某个值R0，而初分配可靠度较高的子系统的可靠度不变的基本思想来实现再分配的。 4、可靠性预计与分配是结合起来进行的。 当预计值达不到分配指标时，就需要重新设计或调整分配的指标值。5、可靠性数量化程序 可靠性数量化是根据产品设计任务书中规定的可靠度指标，合理地分配

49、给构成要素，以确保产品的可靠性。 见下页图例,3、可靠度的再分配,表 可靠度分配程序例表,表 可靠度分配程序例表 程序 导,子系统拆为部件，部件拆为元件的程序,*以任务时间1.45小时来计算；*以%1000小时计。,子系统拆为,三、系统可靠度的分析方法 故障模式和影响分析FMEA和FTA（一）FME(C)A(失效模式及效应分析方法)概述,“故障模式与故障影响分析”(fault modes effects analysis)简称FMEA，是一种可靠性分析的重要定性方法。它研究产品的每个组成部分可能存在的故障模式并确定各个故障模式对产品其他组成部分和产品要求功能的影响。,根据美国、日本等国的经验，

50、FMEA在军事、航空和长寿命卫星中的使用很成功。,在FMEA基础上增加危害度分析就形成失效模式、效应及危害度分析（failure mode effect and criticality analysis），简称FMECA。,故障模式所产生后果的严重程度叫“严酷度”(severity)。严酷度应考虑到故障造成的最坏潜在后果，根据最终可能出现的人员伤亡、产品或环境破坏及经济损失的程度来确定。它分为如下表所示的四个等级。,故障的表现形式叫“故障模式”(failure mode，fault mode）这是相对于给定的规定功能、产品故障的一种状态。如短路、开路、断裂、过度耗损等。 故障模式对产品的使用、