【正文】 第七章 可靠性概念 167。 可靠性的基本概念l 一 、可靠性工程發(fā)展及其重要性 ? 可靠性工程發(fā)展及其重要性l 例如，美國(guó)的宇宙飛船阿波羅工程有 700萬(wàn)只元器件和零件，參加人數(shù)達(dá) 42萬(wàn)人，參予制造的廠家達(dá) 1萬(wàn) 5千多家，生產(chǎn)周期達(dá)數(shù)年之久。象這樣龐大的復(fù)雜系統(tǒng)，一旦某一個(gè)元件或某一個(gè)部件出現(xiàn)故障，就會(huì)造成整個(gè)工程失敗，造成巨大損失。所以可靠性問(wèn)題特別突出，不專(zhuān)門(mén)進(jìn)行可靠性研究是難于保證系統(tǒng)可靠性的。 可靠性工程的重要性主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：l 1. 高科技的需要l 2. 經(jīng)濟(jì)效益的需要l 3. 政治聲譽(yù)的需要l 總之，無(wú)論是人民群眾的生活，國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要出發(fā)，還是從國(guó)防、科研的需要出發(fā)，研究可靠性問(wèn)題是具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。 ? l 現(xiàn)代科技迅速發(fā)展導(dǎo)致各個(gè)領(lǐng)域里的各種設(shè)備和產(chǎn)品不斷朝著高性能、高可靠性方向發(fā)展，各種先進(jìn)的設(shè)備和產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、科研、文教衛(wèi)生等各個(gè)行業(yè)，設(shè)備的可靠性直接關(guān)系到人民群眾的生活和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)，所以，深入研究產(chǎn)品可靠性的意義是非常重大的。 l 產(chǎn)品或設(shè)備的故障都會(huì)影響生產(chǎn)和造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。特別是大型流程企業(yè)，有時(shí)因一臺(tái)關(guān)鍵設(shè)備的故障導(dǎo)致工廠停產(chǎn)，其損失都是每天幾十萬(wàn)元甚至幾百萬(wàn)元。因此，從經(jīng)濟(jì)效益的來(lái)看，研究可靠性是很有意義的。 ?l 研究與提高產(chǎn)品的可靠性是要付出一定代價(jià)的。從生產(chǎn)角度看，要增加產(chǎn)品的研制和生產(chǎn)的成本。但是，從使用角度看，由于產(chǎn)品可靠性提高了，就大大減少了使用費(fèi)和維修費(fèi)，同時(shí)還減少了產(chǎn)品壽命周期的成本。所以，從總體上看，研究可靠性是有經(jīng)濟(jì)效益的。 l 從政治方面考慮，無(wú)論哪個(gè)國(guó)家，產(chǎn)品的先進(jìn)性和可靠性對(duì)提高這個(gè)國(guó)家的國(guó)際地位、國(guó)際聲譽(yù)及促進(jìn)國(guó)際貿(mào)易發(fā)展都起很大的作用。 二、可靠性工程的基本內(nèi)容l 可靠性工程涉及面積廣，需要從科研、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、制造、運(yùn)輸、貯存、直到使用和維護(hù)等方面，進(jìn)行研究和實(shí)施的工作。 可靠性基本理論可靠性數(shù)學(xué)與故障物理學(xué)； ?集合論與邏輯代數(shù)；概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)； ?圖論與隨機(jī)過(guò)程；系統(tǒng)工程與人素工程學(xué)；環(huán)境工程學(xué)與環(huán)境應(yīng)力分析；試驗(yàn)及分析基礎(chǔ)理論。原件可靠性制定原件可靠性； ?元件失效分析與可靠性評(píng)價(jià)； ?元器件及原材料的合理選擇； ?元器件的老化篩選； ?元器件現(xiàn)場(chǎng)使用情況調(diào)查和反饋?？煽啃栽O(shè)計(jì)貯備設(shè)計(jì)和裕度設(shè)計(jì)； ?降額設(shè)計(jì)和構(gòu)件概率設(shè)計(jì)； ?熱設(shè)計(jì)、抗機(jī)械力設(shè)計(jì)； ?防潮、腐蝕、鹽霧、塵設(shè)計(jì)； ?電磁兼容設(shè)計(jì)和抗輻射設(shè)計(jì)； ?電磁兼容設(shè)計(jì)和抗輻射設(shè)計(jì)； ?維修性設(shè)計(jì)和使用性設(shè)計(jì)； ?質(zhì)量、體積、重量和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)綜合設(shè)計(jì)。系統(tǒng)可靠性可靠性預(yù)計(jì)與分配； ?失效模式效應(yīng)與危害度分析； ?事件樹(shù)分析法 (ETA)； ?故障樹(shù)分析法 (FTA)； ?可靠性綜合評(píng)估?？稍嚳框?yàn)性環(huán)境試驗(yàn)； ?壽命試驗(yàn)； ?篩選試驗(yàn)?？山炭坑耘e辦各種可靠性學(xué)習(xí)班與講座； ?內(nèi)外培訓(xùn)和內(nèi)外考察； ?專(zhuān)業(yè)技術(shù)會(huì)議； ?出版可靠性刊物、可靠性教材。制造質(zhì)量控制手段和方法10可靠性管理建立可靠性管理機(jī)構(gòu)和研究機(jī)構(gòu)； ?制定可靠性管理綱要； ?制定產(chǎn)品可靠性管理規(guī)范； ?建立質(zhì)量反饋制度； ?開(kāi)展產(chǎn)品可靠性評(píng)審。使靠用性的?？勺C使用和維護(hù)規(guī)程制定； ?操作和維修人員培訓(xùn)； ?安全性設(shè)計(jì)； ?人 機(jī)匹配設(shè)計(jì)和環(huán)境設(shè)計(jì)?？煽啃?.信息現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)收集、分析、整理和反饋； ?試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和反饋； ?元器件失效率匯集和交換； ?各種可靠性信息搜集和交流； ?用戶(hù)調(diào)查和反饋。1可靠性標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)； ?試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)； ?認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)； ?管理標(biāo)準(zhǔn)； ?設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)； ?產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)可靠性工程的基本內(nèi)容 ? 三、可靠性的概念及指標(biāo)1.可靠性 ?l 可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定的功能的能力。 ?2.可靠性指標(biāo) ?l 衡量產(chǎn)品可靠性的指標(biāo)很多，各指標(biāo)之間有著密切聯(lián)系，其中最主要的有四個(gè)，即：l 可靠度 R (t)、l 不可靠度 (或稱(chēng)故障概率 )F (t)、l 故障密度函數(shù) f (t)l 故障率 λ (t)。 可靠性指標(biāo)(1)可靠度 R (t)?l 把產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率定義為產(chǎn)品的 “可靠度 ”。用 R (t)表示：l R (t)=P(T＞ t)??l 其中 P (T＞ t)就是產(chǎn)品使用時(shí)間 T大于規(guī)定時(shí)間 t的概率。 l 若受試驗(yàn)的樣品數(shù)是 N0個(gè)，到 t時(shí)刻未失效的有 N s (t)個(gè)；失效的有 N f (t)個(gè)。則沒(méi)有失效的概率估計(jì)值，即可靠度的估計(jì)值為(71)l ? 如果仍假定 t為規(guī)定的工作時(shí)間， T為產(chǎn)品故障前的時(shí)間，則產(chǎn)品在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)喪失規(guī)定的功能 (即發(fā)生故障 )的概率定義為不可靠度 (或稱(chēng)為故障概率 )，用 F(t)表示：?? F (t)=P (T≤ t)? l 同樣，不可靠度的估計(jì)值為：? ? (72)l 由于故障和不故障這兩個(gè)事件是對(duì)立的，所以? R (t)+F (t)=1(73)l 當(dāng) N0足夠大時(shí)，就可以把頻率作為概率的近似值。同時(shí)可見(jiàn)可靠度是時(shí)間 t的函數(shù)。因此 R (t)亦稱(chēng)為可靠度函數(shù) 。l 0≤ R (t)＜ 1 可靠性指標(biāo)(2)故障密度函數(shù) f(t)?l 如果 N0是產(chǎn)品試驗(yàn)總數(shù)， △ N f是時(shí)刻 t→t+ △ t時(shí)間間隔內(nèi)產(chǎn)生的故障產(chǎn)品數(shù)， △ N f(t)／(N0△ t)稱(chēng)為 t→ t+△ t時(shí)間間隔內(nèi)的平均失效 (故障 )密度，表示這段時(shí)間內(nèi)平均單位時(shí)間的故障頻率，若 N0→∞ ， △ t→0 ，則頻率 → 概率。l 也可根據(jù) F(t)的定義，得到 f (t)，即(75)l F (t)具有以下性質(zhì)： ?? 0≤ F (t)＜ 1，且為增函數(shù)。 可靠性指標(biāo)(3)故障率 λ(t)?l 故障率 λ (t)是衡量可靠性的一個(gè)重要指標(biāo)，其含義是產(chǎn)品工作到 t時(shí)刻后的單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的概率，即產(chǎn)品工作到 t時(shí)刻后，在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的產(chǎn)品數(shù)與在時(shí)刻 t時(shí)仍在正常工作的產(chǎn)品數(shù)之比。 λ (t)可由下式表示。 (76) 式中 dNf(t)為 d t時(shí)間內(nèi)的故障產(chǎn)品數(shù)。 故障率、故障密度及可靠度之間的關(guān)系l 當(dāng) N0→∞ 時(shí)?? (77)?故障率、故障密度及可靠度之間的關(guān)系l 根據(jù) R (t)， F (t)， f (t),λ(t)的定義，還可以推導(dǎo)出：?? (78)失效率曲線 耗損失效期t時(shí)間偶然失效期早期失效期使用壽命規(guī)定的失效率λ(t)失效率A B故障率曲線分析l “浴盆曲線