【正文】 可 信 性 工 程 北方交通大學(xué) 崔貴章 二○○三年二月 北 京 目 錄 第一部分 基本概念 第二部分 可信性指標(biāo) 第三部分 系統(tǒng)的可靠性 第四部分 可靠性分析 第五部分 可靠性試驗 第六部分 可信性管理 第一部分 基本概念 單元一 術(shù) 語 單元二 可信性工程 單元一 術(shù)語 一、可信性（ Dependability） 用于表述可用性及其影響因素 (可靠性、維修性和保障性 )的集合術(shù)語 注：可信性僅用于非定量的總體描述 [IEC 60050191： 1990] GB/T/ 90002023： 二、可靠性（ Reliability） ?定義 ? 產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)完 成 規(guī)定功能的能力 ? 產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)完成 規(guī)定功能的概率 可靠性（續(xù)一） ? 對定義的詮釋 ? 產(chǎn)品 ? 三個規(guī)定 /三個要件 可靠性（續(xù)二） ?可靠性的分類 ?固有可靠性 ?使用可靠性 ?基本可靠性 (Basic Reliability) ?任務(wù)可靠性 (Mission Reliability) 三、故障 ?在規(guī)定的環(huán)境條件和使用條件下產(chǎn)品喪失或部分喪失規(guī)定功能的狀態(tài) ?故障對規(guī)定條件而言，是個隨機事件 ?對于不可修復(fù)的產(chǎn)品而言，常稱其故障為“失效” 故障（續(xù)一） ? 故障的表現(xiàn) ? 間歇性故障和永久性故障 ? 獨立故障和從屬故障 ? 局部故障和整體故障 故障（續(xù)二） ?意外故障 ?突然故障和退化故障 四、維修性（ Maintainability） ? 可維修產(chǎn)品在規(guī)定條件和規(guī)定時間 內(nèi)，按規(guī)定程序和方法進行維修 時，保持或恢復(fù)到規(guī)定狀態(tài)的能力 維修性（續(xù)一） ?維修性包括兩個方面 ?維護 也叫預(yù)防性維修，是一種日常的可靠性控制過程，表現(xiàn)為預(yù)先檢查和采用“邊緣試驗技術(shù)” ?修理 產(chǎn)品發(fā)生故障后，使其恢復(fù)完成規(guī)定功能的工作 維修性（續(xù)二） ? 維修性反映了可維修產(chǎn)品可以接受維 修的能力，在產(chǎn)品的論證階段、研制 階段、使用階段和處理階段的全壽命 過程，都應(yīng)重視維修性要求 五、保障性 ? 產(chǎn)品的設(shè)計特性和計劃的保障資 源等是 完成規(guī)定功能的能力 ? 保障性包括兩個方面 ? 與保障有關(guān)的設(shè)計特性 ? 保障資源的充足和適用性 保障性（續(xù)） ? 產(chǎn)品同時具有可保障的特性和能保障 的特性，才是具有完整保障性的產(chǎn)品 六、可用性（ Availability） ? 固有可用性 在要求的外部資源得到滿足的 前提下，產(chǎn)品在規(guī)定的條件下 和規(guī)定的時間內(nèi)可以完成規(guī) 定 功能的能力 ? 外部資源（不含維修資源）不影響固有可用 性，使用可用性則受外部資源的影響 可用性（續(xù)） ? 可用性綜合反映了產(chǎn)品可靠性、維修性和 保障性所達(dá)到的水平 ? 可靠性、維修性和可用性是可靠性的三個 基本方面，簡稱為 RAM問題 /技術(shù) 單元二 可信性工程 一、從可靠性工程到可信性工程 成立于 1952年的美國國防部電子設(shè)備可靠性咨詢組（ AGREE），在 1957年發(fā)表了研究報告《軍用電子設(shè)備可靠性》，標(biāo)志著可靠性工程已成為一門獨立的學(xué)科。經(jīng)過 60年代的發(fā)展階段， 70年代的成熟階段， 80年代更深廣的發(fā)展階段，以及 90年代以來進入向綜合化、自動化、智能化和實用化發(fā)展的階段，可靠性工程已發(fā)展為包括可靠性設(shè)計、可靠性試驗、可靠性維修、可靠性分析和可靠性管理的可信性工程 二、可信性工程的意義 ? 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜 ? 裝配密度迅速提高 ? 產(chǎn)品用期急劇縮短 ? 使用環(huán)境空前嚴(yán)酷 可信性工程的意義（續(xù)） 降低總費用 圖 121產(chǎn)品的可靠性與總費用 產(chǎn)品可靠性 總費用 生產(chǎn)費用 維修費用 第二部分 可信性指標(biāo) 單元一 可靠性指標(biāo) 單元二 維修性指標(biāo) 單元三 可用性指標(biāo) 單元一 可靠性指標(biāo) 一、可靠度函數(shù) ? 產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定 功能的概率，記為 R（ t） ? R(t)=P (T＞ t) 其中 T— 產(chǎn)品故障前的工作時間 t— 規(guī)定的時間 可靠度函數(shù)（續(xù)一） ? R(t)=P (T＞ t )≈ Ns(t) No 其中 T— 產(chǎn)品故障前的工作時間 N0— t=0時，在規(guī)定條件下投入工作的產(chǎn)品數(shù) Ns(t)— 在 0到 t時刻的工作時間內(nèi)沒有發(fā)生故障 的產(chǎn)品數(shù) 可靠度函數(shù)（續(xù)二） ?例 設(shè) t=0時，投入工作的 10000只燈泡，當(dāng) t=365天時，發(fā)現(xiàn)有 30只燈泡壞了，求 一年時的可靠度 參考答案 R（年） = 二、不可靠度函數(shù)（累積故障分布函數(shù)） ? 產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，喪失規(guī)定功能 的概率，記為 F(t) F(t)=P (T＜ t)=1R(t)≈ 其中 T— 產(chǎn)品故障前的工作時間 N0— t=0時，在規(guī)定條件下工作的產(chǎn)品數(shù) Nf(t)— 在 0到 t時刻的工作時間內(nèi)，發(fā)生故障 的產(chǎn)品數(shù) Nf (t) N0 ? 不可靠度函數(shù)示意圖 圖 211 F(t)、 R(t)和 f(t)的關(guān)系 f(t) R(t) f(t) t t F(t) 四、故障率函數(shù)（瞬時故障率函數(shù)） ? 產(chǎn)品工作到某時刻 t尚未發(fā)生故障，在該時刻后 單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概率，記為 λ(t) λ(t)≈ △ Nf(t) Ns(t) △ t 其中 △ t— 時刻 t后所取時間間隔 Ns(t)— 到時刻 t，未發(fā)生故障的產(chǎn)品數(shù) △ Nf(t)— 時刻 t后， △ t時間內(nèi)發(fā)生故障 的產(chǎn)品數(shù) ? 故障率的單位 1菲特（ Fit)=109/h 故障率函數(shù)（續(xù)一） ?例 ?若年初投入的燈泡為 9970只，若一年后壞了 10只，求故障率 參考答案 λ（ 1年） =?100件產(chǎn)品工作三年有 4件發(fā)生故障，設(shè)產(chǎn)品每天工作 12小時，求故障率 參考答案 λ（ 3年） = 105/小時 故障率函數(shù)（續(xù)二） ?我國電子工業(yè)規(guī)定的故障率等級 等級 符號 最大故障率（ 1/h） 四五級 Y 3105 五級 W 1105 六級 L 1106 七級 Q 1107 八級 B 1108 九級 J 1109 十級 S 101010 故障率函數(shù)（續(xù)三） ?浴盆曲線 早期 故障 偶然故障 耗損故障 維修后故障 率下降 使用壽命 規(guī)定的 故障率 λ(t) A B 圖 212 故障率函數(shù)（續(xù)四） ?浴盆曲線的討論 ? 沒有偶然故障期或偶然故障期很短的產(chǎn)品，是不能投入使用的 ? 產(chǎn)品出廠前，要進行可靠性篩選 五、平均故障前時間 ?不可修復(fù)產(chǎn)品平均壽命的統(tǒng)計特性，記為 MTTF（ Mean time to failure） ?MTTF≈ 1 N0 No ∑ ti i=1 其中 N 0— 不可修復(fù)產(chǎn)品數(shù) ti— 第 i（ i=1， 2， … ， N0)件商品的故障前時間 ? 特別地，產(chǎn)品壽命服從指數(shù)分布時 MTTF= 1 λ ?例 設(shè)有 5個不可修復(fù)產(chǎn)品進行壽命試驗，它們發(fā)生失效的時間分別是 1000h、 1500h、 2023h、2200h、 2300h，求它們 MTTF的觀測值 參考答案 1800h 六、平均故障間隔時間 ? 可修復(fù)產(chǎn)品兩次相鄰故障間平均工作時間 的統(tǒng)計特性， 記為 MTBF（ Mean time between failure） 其中 N0— 可修復(fù)產(chǎn)品發(fā)生的故障數(shù) ti— 第 i次（ i=1,2,…,N 0）持續(xù)工作時間 ? 特別地，產(chǎn)品壽命服從指數(shù)分布時 MTBF= = MTTF 1 λ ? MTBF≈ 1 N0 No ∑ ti i=1 ? 例 設(shè)有一電子產(chǎn)品工作 1萬小時，共發(fā)生故障 5 次，求該產(chǎn)品 MTTF的觀測值 參考答案 MTBF=2023h 七、產(chǎn)品的壽命特征 ?可靠壽命 給定的可靠度所對應(yīng)的產(chǎn)品 工作時間 ?使用壽命 產(chǎn)品在規(guī)定的條件下，具有 規(guī)定的可接受的故障率的工 作時間 ?貯存壽命 產(chǎn)品在規(guī)定的條件下貯存， 仍能滿足規(guī)定質(zhì)量要求的時 間長度 單元二 維修性指標(biāo) 一、平均修復(fù)時間 ? 在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，產(chǎn)品在任一規(guī)定 的維修級別上，修復(fù)所需總時間的平均值記為， MTTR（ Mean time to repait） ? MTTR = 其中 ti— 第 i(i=1,2,…,n) 次修復(fù)時間 n— 修復(fù)次數(shù) ti 1 n n ∑ i=1 ? 特別地，當(dāng)單位時間完成修理的瞬時概率 u(t) ≡u(常數(shù) )時 MTTR= 1 u 二、平均維護時間 ?產(chǎn)品在任一規(guī)定的維護級別上，維護所需總時間的 平均值，記為 MTTM（ Mean time to maintenanne） ? MTTM = 其中 ti— 第 i(i=1,2…,n) 次維護時間 n— 維護次數(shù) MTTM= 1 P ti 1 n n ∑ i=1 ? 特別地，當(dāng)單位時間內(nèi)完成維護的瞬時概率 P（ t） ≡ P（常 數(shù)）時