第五章 可靠性基础知识(1)可靠性的基本概念及常用度量
第五章可靠性基础知识
第五章可靠性基础知识
【考试趋势】
单选3-4题，多选4-5题，综合分析1题。考查方式以理解题和计算题为主。
总分值25-35分。总分170分。
【大纲考点】
基本脉络：可靠性概念——测量——模型——分析——试验——管理。
一、可靠性的基本概念及常用度量
1．掌握可靠性、维修性与故障(失效)的概念与定义（重点）
2．熟悉保障性、可用性与可信性的概念（难点）
3．掌握可靠性的主要度量参数（难点）
4．熟悉浴盆曲线（重点）
5．了解产品质量与可靠性的关系
二、基本的可靠性维修性设计与分析技术
1．了解可靠性设计的基本内容和主要方法
2．熟悉可靠性模型及串并联模型的计算（重点）
3．熟悉可靠性预计和可靠性分配（难点）
4．熟悉故障模式影响及危害性分析（重点）（难点）
5．了解故障树分析（重点）
6．熟悉维修性设计与分析的基本方法；
三、可靠性试验
三、可靠性试验
1.掌握环境应力筛选（重点）
2.了解可靠增长试验和加速寿命试验（重点）
3.手续可靠性测定试验（难点）
4.了解可靠性鉴定试验
四、可信性管理
1．掌握可信性管理基本原则与可信性管理方法（难点）
2．了解故障报告分析及纠正措施系统（重点）
3．了解可信性评审作用和方法
第一节可靠性的基本概念及常用度量
【考点解读】
第一节可靠性的基本概念及常用度量
学习目标要求：
1、掌握可靠性、维修性与故障的概念与定义
2、熟悉保障性、可用性及可信性的概念
3、掌握可靠性的主要度量参数
4、了解浴盆曲线
5、了解产品质量与可靠性关系
基本脉络是：可靠性——不可靠（故障）——可靠度——可靠度函数——常用指标——模型——地位意义（与质量的关系）
典型考题
典型考题：
单选题
22、下述设计方法中不属于可靠性设计的方法是（）。
a、使用合格的部件
b、使用连续设计
c、故障模式影响分析
d、降额设计
23、产品使用寿命与（）有关。
a、早期故障率
b、规定故障率
c、耗损故障率
d、产品保修率
一、故障（失效）及其分类
一、故障（失效）及其分类
1、故障
定义：产品或产品的一部分不能或将不能完成预定功能的事件或状态称为故障。对于不可修复的产品如电子元器件和弹药等也称失效。
简单地说，故障就是产品丧失了规定的功能。严格地说，故障是指产品不能执行规定功能的状态。
故障通常是产品本身失效后的状态，但也可能在失效前就存在。故障的表现形式，如三极管的短路或开路、灯丝的烧断等称为故障（失效）模式。引起产品的故障的物理、化学或生物变化的内在原因称为故障（失效）机理。
就由各种元件或设备构成的系统而言，故障有两层含义：一是系统偏离正常功能，它的形成原因主要是因为系统的工作条件，即其构成的元件或设备不正常而产生的，通过参数调节，或零部件修复可恢复系统正常功能；二是系统最基本的功能丧失，是指系统连续偏离正常功能，且其程度不断加剧，使系统基本功能不能保证，亦称为失效。
绝大多数电子装备的失效都称为故障，以故障原因对其进行分解可以参阅图2.1.1。从图中可知，装备故障分为偶然失效型故障和缺陷型故障两大类。人们认为偶然故障表现为随机失效，是由元器件、零部件固有失效率引起的；而缺陷型故障由原材料缺陷、元器件缺陷、装配工艺缺陷、设计缺陷引起，元器件缺陷本身又由结构、工艺、材料等缺陷造成，设计缺陷则包含电路设计缺陷、结构设计缺陷、工艺设计缺陷等内容。
绝大多数
绝大多数电子装备的失效都称为故障，以故障原因对其进行分解可以参阅图2.1.1。从图中可知，装备故障分为偶然失效型故障和缺陷型故障两大类。人们认为偶然故障表现为随机失效，是由元器件、零部件固有失效率引起的；而缺陷型故障由原材料缺陷、元器件缺陷、装配工艺缺陷、设计缺陷引起，元器件缺陷本身又由结构、工艺、材料等缺陷造成，设计缺陷则包含电路设计缺陷、结构设计缺陷、工艺设计缺陷等内容。
电子装备故障原因分解示意
图2.1.1 电子装备故障原因分解示意
2、产品的故障分类
2、产品的故障分类
偶然故障是由于偶然因素引起的故障，其重复出现的风险可以忽略不计，只能通过概率统计方法来预测。
耗损故障是通过事前检测或监测可统计预测到的故障，是由于产品的规定性能随时间增加而逐渐衰退引起的。耗损故障可以通过预防维修，防止故障的发生，延长产品的使用寿命。
致命性故障会使产品不能完成规定任务或可能导致人或物的重大损失、最终使任务失败。
非致命性故障不影响任务完成，但会导致非计划的维修。
独立故障是指不是由于另一个产品故障引起的故障。
从属故障是由另一产品故障引起的故障。在评价产品可靠性时只统计独立故障。
二、可靠性
二、可靠性
1、可靠性定义。
是对产品来讲的。主要是硬件和软件，流程性材料。分类：可否修复。
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称为可靠性。可靠性的概率度量称为可靠度。这里的产品指是gb/t19000中定义的硬件和流程性材料等有形产品以及软件等无形产品。它可以大到一个系统或设备，也可以小至一个零件。产品按从发生故障后是否可以通过维修恢复到规定功能状态，可分为可修复产品和不可修复产品。如汽车属于可修复产品，日光灯属不可修复产品。
可靠性定义中的“三个规定”是理解可靠性概念的核心。
“规定条件”包括使用时的环境条件和工作条件。同一产品在不同条件下工作表现出不同的可靠性水平。一辆汽车在水泥路面上行驶和在砂石路上行驶同样里程，显然后者故障会多于前者，也就是予使用条件越恶劣，产品可靠性越低。
“规定时间”和产品可靠性关系也极为密切。可靠性定义中的时间为广义的，除时间外，还可以是里程、次数等。同一辆汽车行驶1万公里时发生故障的可能性肯定比行驶1千公里时发生故障的可能性大。半小时都市圈。也就是说，工作时间越长，可靠性越低，产品的可靠性和时间的关系呈递减函数关系。
“规定的功能”指的是产品规格书中给出的正常工作的性能指标，要明确。衡量一个产品可靠性水平时一定要给出故障（失效）判据，比如电视机图像的清晰度低于多少线就判为故障要明确定义，否则会引起争议。
因此，在规定产品可靠性指标要求时一定要对规定条件、规定时间和规定功能给予详细具体的说明，不能含混不清。
2、可靠性分类
2、可靠性分类。
产品的可靠性按使用状况分，可分为固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性（考试重点！）是产品的设计、制造中赋予的，是产品的一种固有特性，也是产品的开发者可以控制的。而使用可靠性则是产品在实际使用过程中表现出的一种性能的保持能力的特性，它除了考虑固有可靠性的影响因素之外，还要考虑产品安装、操作使用和维修保障等方面因素的影响。
按完成任务分，产品可靠性还可分为基本可靠性和任务可靠性（考试重点！）。基本可靠性是产品在规定条件下无故障的持续时间或概率，它反映产品对维修人力的要求。任务可靠性是产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能力。评定产品任务可靠性时仅考虑在任务期间发生的故障。因此要明确任务故障的判据。提高任务可靠性可采用冗余或代替工作模式，不过这将增加产品的复杂性，从而降低基本可靠性。因此设计时要两者之间进行权衡。三、维修性
三、维修性
如果能维修或者易于维修的话，就比较可靠。在可靠性上，又加了一个规定，维修的程序方法。
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，产品恢复执行规定功能的能力称为维修性。规定条件指维修和机构和场所及相应的人员、技能与设备、设施、工具、备件、技术资料等。规定的程序和方法指的是按技术文件规定采用的维修工作类型、步骤、方法等。能否完成维修工作当然还与规定时间有关。
维修性是产品质量的一种特性，即由产品设计赋予的使其维修简便、迅速和经济的固有特性。
由于产品的可靠性与维修性密切相关，都是产品的重要设计特性，因此产品可靠性与维修性工作应从产品论证时开始（考试重点！）提出可靠性与维修性的要求，并在开发中开展
可靠性与维修性设计、分析、试验、评定等活动，把可靠性与维修性要求落实到产品的设计中。
四、保障性
四、保障性
是从操作及其外部环境的角度，继续拓展可靠性。如对设计、对资源，等的要求。
系统（装备）的设计特性和计划的保障资源满足使用要求的能力称为保障性。保障性也是装备系统的固有属性。
设计特性是指与保障有关的设计特性。如与可靠性和维修性等有关的，以及保障资源要求装备所具有的设计特性。这些设计特性可以通过设计直接影响装备的硬件和软件。如使设计的装备便于操作、检测、维修、装卸、运输、消耗品（油、水、气、弹）补给等设计特性。从保障性角度看，良好的保障设计特性是使装备具有可保障的特性。
保障资源是保证装备完成使用的人力和物力。从保障性的角度看，充足的并与装备匹配的保障资源说明装备是能得到保障的。
装备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装备。
上面介绍的保障性虽指的是武器装备，但对于民用产品而言保障性同样也是一个重要的质量特性。在民用产品的开发过程中同样也应使所设计开发的产品具有可保障的特性和能保障的特性。
五、软件的可靠性
五、软件的可靠性
现代微机时代和智能时代的特点要求。手机电脑苹果。国际电工委员会的2个标准。
随着微电子和计算机技术渗透到各个技术领域，同时，计算机在改造传统产业、实现管理和控制自劫化方面也起着重要的作用，绝大部分复杂系统的运行是离不开计算机的，因此，我们通常所说产品的可靠性有两个部分构成，即硬件可靠性及软件可靠性，由软件故障所造成的系统失效的事件屡见不鲜，但软件可靠性比硬件可靠性的研究起步要晚得多，试验及分析手段也不如硬件可靠性来得成熟。
目前国际电工委员会已发布了两部与软件可靠性有关的标准，它们是iec60300-3-6《软件可信性应用指南》及iec61713《软件生存期的可信性应用指南》，这两个标准可做为从事软件可靠性及相关工作的指导性文件。
六、可用性和可信性
六、可用性和可信性
可用性是在要求的外部资源得到保证的前提下，产品在规定的条件下和规定的时刻或时间区间内处于可执行规定功能状态的能力。它是产品可靠性、维修性和维修保障的综合反映，这里的可用性定义是固有可用性的定义，外部资源（不包括维修资源）不影响产品固有的可用性。反之，使用可用性则受外部资源的影响。可用性的概率度量称为可用度。可用性通俗地说是“要用时就可用”。实际上，可靠性和维修发生都是为了使顾客手足的产品随时可用。可靠性从延长其正常工作时间来提高产品可用性，可维修性则从缩短维修的停机时间来提高可用性。可用性是顾客对产品质量的又一重要的需求。
可信性，范围更大，比可用性更综合。
是一个集合性术语，用来表示可用性及其影响因素：可靠性、维修性、维修保障。可信性仅用于非定量条款中的一般描述，可信性的定性和定量具体要求是通过可用性、可靠性、维修性、维修保障的定性和定量要求表达的。
七、可靠度函数
七、可靠度函数、累积故障（失效）分布函数
其实就是一个概率，不发生故障的概率。也可以叫可靠率，无故障率。
都是时间的函数。但是，和故障率的关系部简单。两者不能相加。而是服从指数关系。
这是因为定义的角度不同。故障率是单位时间内。
产品可靠度是产品在规定条件下与规定时间内完成规定功能的概率，描述的是产品功能
随时间保持的概率。因此产品可靠度是时间的函数，一般用r(t)表示，产品的可靠度函数定义为：
r(t)=p(t 式中：t—产品发生故障（失效）的时间，有时也称为寿命；t—规定的时间。 类似地 类似地，产品在规定条件下与规定时间内完成规定功能的概率，也是时间的函数，一般用f(t)表示，f(t)称为累积故障分布函数，也称为不可靠度，定义为： f(t)=p(t≤t) 关于产品所处的状态，为了研究的方便一般假定为要么处于正常工作状态，要么处于故障状态。产品发生故障和不发生故障是两个对立的事件，因此： r(t)+f(t)=1 累积故障分布函数可靠度函数可以通过大师产品试验进行估计。例如：设有100个产品作寿命试验，试验发生的故障数随时间的变化统计见表5.1-1。将试验数据作成直方图假设将测试产品数逐渐增加，时间间隔逐渐缩短并趋于0，即可得到一条光滑的曲线，平条曲线称为累积故障分布函数f(t)。见图5.1-1 表5.1-1 试验故障统计表 注： 关于累积故障分布函数f(t)，可靠度函数r(t)和故障密度函数f(t)三者之间的关系如图5.1-2。从图中可以看出，时间t越长，可靠度r(t)越低。 理论上可以证明：一个由若干组成部分构成的产品，不论组成部分故障是什么分布，只要出故障后即予维修，修后如新，则经过较长时间后，产品的故障分布就渐近于指数分布。 八、可靠性与维修性的常用度量 典型考题 典型考题： 24、若产品的寿命服从指数分布，则故障率的倒数是（ b ）。 a、平均维修时间 b、平均故障间隔时间 c、失效概率 d、系统可靠性 25、产品故障率浴盆曲线中，偶然故障的特征是（）。 a、故障率随时间递增 b、故障率随时间递减 c、故障率近似为某个常数 d、故障率先增后恒定 （一）可靠度的工程定义 （一）可靠度的工程定义 设开始工作的产品总数为n0，工作到t时刻产品发生的故障数为r(t)，则产品在t时刻的可靠度的观测值为： （5.1-1） 例5.1-1：设t=0时，投入工作的10000只灯泡，以天作为度量时间的单位，当 t=365天时，发现有300只灯泡坏了，求一年时的工作可靠度。 解：已知n0=10000, r(t)=300，故：r(365) =(10000-300)/10000=0.97 (二)故障（失效）率的工程定义 (二)故障（失效）率的工程定义 产品工作到某时刻尚未发生故障（失效）在该时刻后单位时间内发生故障（失效）的概率，称之为产品的故障（失效）率，也称瞬时故障（失效）率。故障率一般用表示。 一般情况下，可用下式进行计算： （5.1-2） 式中：时刻后，时间内的发生故障的产品数；—所取时间间隔；—在t时刻没有发生故障的产品数。可以理解为：在时刻t，单位时间内发生故障的产品数。 对于低故障率的元器件常以10-9/h为故障率的单位，称之为菲特（it）。 当产品的故障服从指数分布时，故障率为常数，此时有： （5.1-3） 例5.1-2：在上例中，若一年后的第一天又有1只灯泡坏了，求该时刻故障率是多少？ 解：已知 =1 ，=1，=9700 则：=1/（9700×1）=0.000103/天 （三）平均失效前时间 （三）平均失效前时间（mttf），也称为平均寿命。 mttf(mean time to failure，平均失效前时间)，使用最为广泛的一个衡量可靠性的参数是，定义为随机变量、出错时间等的"期望值"。但是，mttf经常被错误地理解为，"能保证的最短的生命周期"。mttf的长短，通常与使用周期中的产品有关，其中不包括老化失效。 设n0个不可修复的产品在同样条件下进行试验，测得其失效时间为t1，t2,…t n0， 其中平均失效前时间（mttf）为：mttf= 。 由于对不可修复的产品，失效时间即是产品的寿命，故mttf也即为平均寿命。 例5.1-3：设有5个不可修复产品进行寿命试验，它们发生失效的时间分别是1000h,1500h,2000h,2200h,2300h,问该产品的nttf观测值？ 解：mttf=（1000+1500+2000+2200+2300）/5=1800h（平均寿命） （四）平均故障间隔时间 （四）平均故障间隔时间（mtbf） mtbf,平均故障间隔时间又称平均无故障时间，“mean time between failures”指可修复产品两次相邻故障之间的平均时间，记为mtbf。mtbf是衡量一个产品（尤其是电器产品）的可靠性指标。单位为“小时”。 产品的故障总数与寿命单位总数之比叫“故障率”（failure rate），常用λ表示。例如正在运行中的100只硬碟，一年之内出了2次故障，则每个硬碟的故障率为0.02次/年。当产品的寿命服从指数分布时，其故障率的倒数就叫做平均故障间隔时间（mean time between failures）。 通常，我们在产品的手册或包装上能够看到这个mtbf值，如8000小时，2万小时，那么，mtbf的数值是怎样算出来的呢? 假设一台电脑的mtbf为3万小时，是不是把这台电脑连续运行3万小时检测出来的呢？答案是否定的，如果是那样的话，我们有那么多产品要用几十年都检测不完的。其实，关于 mtbf值的计算方法，目前最通用的权威性标准是 mil-hdbk-217、gjb/z299b和bellcore，分别用于军工产品和民用产品。其中，mil-hdbk-217是由美国国防部可靠性分析中心及rome实验室提出并成为行业标准，专门用于军工产品mtbf值计算，gjb/z299b是我国军用标准；而bellcore 是由at&tbell实验室提出并成为商用电子产品mtbf值计算的行业标准。 MTBF计算中 mtbf计算中主要考虑的是产品中每个器件的失效率。但由于器件在不同的环境、不同的使用条件下其失效率会有很大的区别，例如，同一产品在不同的环境下，如在实验室和海洋平台上，其可靠性值肯定是不同的；又如一个额定电压为16v的电容在实际电压为25v和5v下的失效率肯定是不同的。所以，在计算可靠性指标时，必须考虑上述多种因素。所有上述这些因素，几乎无法通过人工进行计算，但借助于软件如mtbfcal软件和其庞大的参数库，我们就能够轻松的得出mtbf值。 一个可修复产品在使用过程中发生了n0次故障，每次故障修复后又重新投入使用，测得其每次工作持续时间为t1，t2,…t n0，其平均故障间隔时间mtbf为： mtbf= 对于完全修复的产品，因修复后的状态与新产品一样，一个产品发生了n0个新产品工作到首次故障。因此： mtbf=mttf= （5.1-7） 当产品的寿命服从指数分布时，产品的故障率为常数，则mtbf=mttf=。 例5.1-4：设有一电子产品工作1万小时，共发生故障5次，问该产品的mtbf 的观测值？ 解：mtbf=10000/5=2000h （五）贮存寿命 （五）贮存寿命 产品在规定条件下贮存时，仍能满足规定质量要求的时间长度称为贮存寿命。产品出厂后，不工作，在规定的条件下贮存，产品也有一个非工作状态的偶然故障率，非工作的偶然故障率一般比工作故障率小得多。贮存产品的可靠性也是在不断下降的，因此，贮存寿命是产品贮存可靠性的一种度量。 （六）平均修复时间（mttr） mttr（mean time to restoration，平均恢复前时间），源自于iec 61508中的平均维护时间（mean time to repair），目的是为了清楚界定术语中的时间的概念，mttr是随机变量恢复时间的期望值。它包括确认失效发生所必需的时间，以及维护所需要的时间。 mttr也必须包含获得配件的时间，维修团队的响应时间，记录所有任务的时间，还有将设备重新投入使用的时间。 在规定的条件下和规定的时间内，产品在任一规定的维修级别上，修复性维修总时间与在该级别上被修复的产品总数之比。 简单地说就是排队故障所需实际维修时间的平均值，（这里不包括维修保障的延误时间，例如等待备件等）。其观测值是修复时间t的总和与修复次数之比： mttr= 式中：——第i次修复时间； n——修复次数。 九、浴盆曲线 九、浴盆曲线 是一个著名模型。 实践证明大多数设备的故障率是时间的函数，典型故障曲线称之为浴盆曲线(bathtub curve,失效率曲线) ，曲线的形状呈两头高，中间低，具有明显的阶段性，可划分为三个阶段：早期故障期，偶然故障期，严重故障期。浴盆曲线是指产品从投入到报废为止的整个寿命周期内，其可靠性的变化呈现一定的规律。如果取产品的失效率作为产品的可靠性特征值，它是以使用时间为横坐标，以失效率为纵坐标的一条曲线。因该曲线两头高，中间低，有些像浴盆，所以称为“浴盆曲线”。 大多数产品 大多数产品的故障率随时间的变化曲线似浴盆，故将故障率曲线称为浴盆曲线。产品故障机理虽然不同，但产品的故障率随时间的变化大致可以分为三个阶段； 见图5.1-3（教材203页） 第一阶段 第一阶段是早期失效期(infant mortality)：表明产品在开始使用时,失效率很高,但随着产品工作时间的增加,失效率迅速降低,这一阶段失效的原因大多是由于设计、原材料和制造过程中的缺陷造成的。为了缩短这一阶段的时间，产品应在投入运行前进行试运转，以便及早发现、修正和排除故障；或通过试验进行筛选，剔除不合格品 第二阶段是偶然失效期，也称随机失效期(random failures)：这一阶段的特点是失效率较低，且较稳定，往往可近似看作常数，产品可靠性指标所描述的就是这个时期，这一时期是产品的良好使用阶段, 偶然失效主要原因是质量缺陷、材料弱点、环境和使用不当等因素引起 第三阶段是耗损失效期(wearout)：该阶段的失效率随时间的延长而急速增加, 主要由磨损、疲劳、老化和耗损等原因造成。 早夭期：当产品刚制造完成时，就像婴儿容易生病一样，失效率很高，因而形象地称之为早夭失效期，在这个阶段中产品的失效率的特点是随时间增加而逐渐递减，称为递减失效率(decreasing failure rate，dfr)。 健壮期：当产品度过早夭期后，失效率较低，称为偶然失效期，且较稳定，往往可近似看作常数，因此又称为常数失效率(constant failure rate，cfr)，这段时间是产品的有效使用阶段，因此又称为有用期(useful period)或壮年期。产品可靠性指标如mtbf描述的就是这个时期(有些地区称可靠性试验为健壮试验） 耗损期：产品过了健壮期后，此时接近产品的终极寿命，由于在这个阶段发生的失效现象都是因为磨损、疲劳、老化等原因的磨耗型失效，因此称为耗损失效期，在这个阶段产品的失效率急速随时间增加，称为递增失效率(increasing failure rate ifr)。（一）早期故障期 在产品投入使用的初期，产品的故障率较高，且具有迅速下降的特征。这一阶段产品的故障主要是设计与制造中的缺陷，如设计不当、材料缺陷、加工缺陷、安装调整不当等，产品投入使用后很容易较快暴露出来。可以通过加强质量管理及采用筛选等办法来减少甚至消灭早期故障。 （二）偶然故障期 在产品投入使用一段时间后，产品的故障率可降到一个较低的水平，且基本处于平稳状态，可以近似认为故障率为常数，这一阶段就是偶然故障期。在这个时期产品的故障主要是由偶然因素引起的，偶然故障阶段是产品的主要工作期间。 （三）耗损故障期 在产品投入使用相当长的时间后，产品就会进入耗损故障期，其特点是产品的故障率迅速上升，很快出现产品故障大量增加直至最后报废。这一阶段产品的故障主要是由老化、疲 劳、磨损、腐蚀等耗损性因素引起的。通过对产品试验数据分析，可以确定耗损阶段起始点，在耗损起始点到来之前停止使用，对耗损的零件、部件予于维修、更换，可以降低产品的故障率，延长产品的使用寿命。产品的使用寿命与产品规定条件和规定的可接受的故障率有关。规定的允许故障率高，产品的使用寿命就长，反之，使用寿命就短。 注 注：并非所有产品的故障率曲线都可以分出明显的三个阶段。高质量等级的电子产品其故障率曲线在其寿命期内基本是一条平稳的直线。而质量低劣的产品可能存在大量的早期故障或很快进入耗损故障阶段。 十、可靠性与产品质量的关系 十、可靠性与产品质量的关系 可靠性是产品质量的其中一个方面，众多特性中的一种。主要是由于可靠性工程的流行二、而受到关注和重视。一种专门特性。 产品质量是产品的一组固有特性满足顾客和其他相关方要求的能力。 性能特性用性能指标表示，如发劫机的输出功率，电视机的屏幕尺寸等，它可以通过各种测量仪器及设备对性能的每一个参数逐一进行直接测试，顾客很容易就能对产品是否合格做出评价，也能对不同品牌的同类产品进行性能对比，从而判断出不同品牌产品的优劣。及时性指的是产品的开发和供应者能否及时提供给顾客需要的产品，也就是产品的交货期，这也是顾客能直观地做出判断的。 同样，产品适应性也是顾客可以直观得出结论的。在质量特性中惟狡专门特性是顾客最关心，但也是顾客难于直观判断的。 所谓专门特性 所谓专门特性包括可靠性、维修性和保障性等。 可靠性与性能的最大区别是：性能是确定性的概念，“看得见，测得到”，而产品可靠性是不确定性概念，事先“看不见”，“测不到”，产品出现故障是偶然或随机的，无法通过仪器设备测一下就能知道。对某一具体产品在没有使用到寿命终了或出故障之前，它的真实寿命或可靠性是不知道的，只有通过同品牌产品进行大量试验和使用，经统计分析和评估才能获得该品牌产品的可靠性。 总之，产品可靠性是产品性能随时间的保持能力，换句话说，要长时间的保持性能就是不要出故障，或出了故障能很快维修好是产品很重要的质量特性。要使产品高可靠、好维修就要在产品开发中开展可靠性设计、维修设计、保障性设计以及试验与管理工作。这也是质量专业技术人员为什么必须熟悉可靠性基础知识的重要原因。 可靠性基础知识培训亮点输出 1.多纬度考虑各种可能发生的故障，养成发现问题的习惯； 2.加强产品可靠性设计、试验及生产过程质量控制、依靠技术进步、管理创新和标准完善、 提升可靠性水平； 3.建立可靠性工作体系，组建可靠性团队； 4.可靠性人员要从有水平和资格的设计工程师挑选并给予相应的资源； 5.质量特性分专用质量特性和通用质量特性，通用质量特性设计：排在第一位是安全性、 第二位是环境适应型、第三位是电磁兼容性、第四位才是可靠性、第五位是维修性、第六位是测试性、第七位是保障性； 6.平均故障时间是指合格水平的保持时间； 7.产品是否可靠取决于应力和强度的“斗争”的结果，产品应力＞强度时，产品失效；产 品应力＜强度时，产品可靠；产品应力＝强度时，产品极限状态； 8.可靠性要从故障失效品入手； 9.可靠性要重视可靠性评审，预防故障； 10.精品的可靠性来自上级的压力； 11.大量的随机现象，必然会呈现出规律性现象； 12.解决好的经验不能被存留，失败的教训不能被借鉴； 13.总结别人分享的经验，吸取别人的教训； 14.可靠性必须与性能同步综合设计； 15.实现高质量高可靠性的根本途径是：“重视预防故障，及时发现故障和缺陷，及时快速 纠正故障”； 16.建立FRACAS针对发生故障、利用传统的科学和知识，研究故障发生的机理，采取纠正 措施，实现故障归零； 17.技术五归零包括：定位准确、机理清晰、问题复现、措施有效、举一反三； 18.管理五归零包括：过程清楚、责任明确、措施落实、严肃处理、完善规章； 19.可靠性提升工程的几点建议：第一点将实施可靠性提升工程作为企业发展战略和转型升 级的重要组成部分，充分认识其重要性和紧迫性；第二点分析研究国际、国内同行业、同种产品的可靠性水平，通过试验或用户调查摸清企业产品；第三点加强供应商的可靠性监督与控制，对所供应产品一定要提可靠性的定性定量要求；第四点针对企业产品的通用技术和特点，集中公司的技术力量，打造一批高可靠的标准化的模块； 20.FMEA是对设计过程的更完善化，以明确必须做什么样的设计和过程才能满足顾客的需 求。所有的FMEA的重点在于设计，无论是用在设计产品或工艺制造过程； 21.不允许倒装或不允许旋转某一部位安装的零件，应采用非对称安装结构； 22.左、右（或上、下）及周向对称配置的零部件，应尽可能设计成能互换的，若功能上不 互换，则应在结构、联接上采取措施，使之不会装错； 23.在安装时可能发生危险事件的部位，须设危险警告标志； 24.安装部位应提供自然或人工的适度照明条件； 25.应采取措施，减少系统、设备、机件的振动，避免安装人员在超出有关规定标准的振动 条件下工作； 26.“海恩法则”强调：事故的发生是量的积累的结果，再好的技术，再完善的规章，在实 际操作层面，也无法取代人自身的素质和责任心； 质量人员必读-------可靠性基础知识 第一节可靠性定义 一、可靠性定义 产品的可靠性是指：产品在规定的条件下、在规定的时间内完成规定的功能的能力。从定义本身来说，它是产品的一种能力，这是一个很抽象的概念；我们可以用个例子（100个学生即将参加考试）来理解这个定义，可靠性就是指：100个学生的考分的平均是多少？对这个平均分的准确性有多大把握？分数越高、把握越大，可靠性就越高。 我国的可靠性工作起步较晚，20世纪70年代才开始在电子工业和航空工业中初步形成可靠性研究体系，并将其应用于军工产品。其他行业可靠性工作起步更晚，差距更大，与先进国家差距20～30年，虽然国家已制订可靠性标准，但尚未引起所有企业的足够重视。 对产品而言，可靠性越高就越好。可靠性高的产品，可以长时间正常工作（这正是所有消费者需要得到的）；从专业术语上来说，就是产品的可靠性越高，产品可以无故障工作的时间就越长。 二、可靠性的重要性 调查结果显示（如某公司市场部2001年调查记录）：“对可靠性的重视度，与地区的经济发达程度成正比”。例如，英国电讯（BT）关于可靠性管理/指标要求有产品寿命、MTBF 报告、可靠性框图、失效树分析（FTA）、可靠性测试计划和测试报告等；泰国只有MTBF 和MTTF的要求；而厄瓜多尔则未提到，只是提出环境适应性和安全性的要求。 产品的可靠性很重要，它不仅影响生产公司的前途，而且影响到使用者的安全（前苏联的“联盟11号”宇宙飞船返回时，因压力阀门提前打开而造成三名宇航员全部死亡）。可靠性好的产品，不但可以减少公司的维修费用，而且可以很快就打出品牌，大幅度提升公司形象，增加公司收入。 随着市场经济的发展，竞争日趋激烈，人们不仅要求产品物美价廉，而且十分重视产品的可靠性和安全性。日本的汽车、家用电器等产品，虽然在性能、价格方面与我国彼此相仿，却能占领美国以及国际市场。主要的原因就是日本的产品可靠性胜过我国一筹。美国的康明斯、卡勃彼特柴油机，大修期为12000小时，而我国柴油机不过1000小时，有的甚至几十小时、几百小时就出现故障。我国生产的电梯，平均使用寿命（指两次大修期的间隔时期）为3年左右，而国外的电梯平均寿命在10年以上，是我们的3倍；故障率，国外平均为0.05次，而我国为1次以上，高出20倍，这样的产品怎么有竞争力呢！因此要想在竞争中立于不败之地，就要狠抓产品质量，特别是产品可靠性，没有可靠性就没有质量，企业就无法在激烈的竞争中生存和发展。因此，可靠性问题必须引起政府和企业的高度重视，抓好可靠性工作，不仅是关系到企业生存和发展的大问题，也是关系到国家经济兴衰的大问题。（呵呵，这是唱高调的内容，可以不看的……） 三、可靠性指标 衡量产品可靠性水平有好几种标准，有定量的，也有定性的，有时要用几种标准（指标）去度量一种产品的可靠性，但最基本最常用的有以下几种标准。 1.可靠度R（t）；它是产品在规定条件和规定时间内完成规定功能的概率。一批产品的数量为N，从t = 0时开始使用，随着时间的推移，失效的产品件数逐渐增加，而正常工作的产品件数n(t)逐渐减少，用R(t)表示产品在任意时刻t的可靠度。 2.可靠寿命；它与一般理解的寿命有不同含义，概念也不同，设产品的可靠度为R(t)，使可靠度等于规定值r时的时间tr的，即被定义为可靠寿命。 3.失效率（故障率）λ（t）；它是指某产品（零部件）工作到时间t之后，在单位时间△t 内发生失效的概率。 第三节可靠性试验 第三节可靠性试验 学习目标要求： 1、掌握筛选与环境应力筛选 2、了解可靠增长试验和加速寿命试验 3、熟悉可靠性测定试验 4、了解可靠性鉴定试验 可靠性试验是对产品的可靠性进行调查、分析和评价的一种手段。目的是通过对产品的可靠性试验发现产品设计、元器件、零部件、原材料和工艺方面的缺陷，以便采取有效的纠正措施，使产品可靠性增长。 可靠性试验可以是实验室的试验，也可以是现场试验。 实验室试验是在规定的受控条件下的试验。它可以模拟现场条件，也可以不模拟现场条件。 可靠性试验一般可分为工程试验和统计试验。 工程试验包括环境应力筛选试验和可靠性增长试验；统计试验包括可靠性鉴定试验、可靠性测定试验和可靠性验收试验。 典型考题： 典型考题： 多选题 61．电子产品环境应力筛选最有效的环境应力是( )。 a．正弦振动 b．随机振动 c．温度循环 d．高温老化 e．冲击振动 62．在定时截尾的可靠性鉴定试验中，决定试验方案的参数有( )。 a．生产方风险α b．使用方风险β c．产品合格品率 d．鉴别比d e．产品研制的风险 一、环境应力筛选试验 一、环境应力筛选试验（ess, environment stress screening） 环境应力筛选(environmentstress screen, ess)是一种工艺手段，是通过向电子产品施加合理的环境应力和电应力，将其内部的潜在缺陷加速变成故障，并通过检验发现和排除故障的过程。环境应力筛选试验是通过在产品上施加一定的环境应力，以剔除由不良元器件、零部件或工艺缺陷引起的产品早期故障的一种工序或方法。对电子产品施加的环境应力最有效的是随机振动和温度循环应 YF-ED-J3913 可按资料类型定义编号 可靠性工程基本理论实用 版 Management Of Personal, Equipment And Product Safety In Daily Work, So The Labor Process Can Be Carried Out Under Material Conditions And Work Order That Meet Safety Requirements. （示范文稿） 二零XX年XX月XX日 可靠性工程基本理论实用版 提示：该安全管理文档适合使用于日常工作中人身安全、设备和产品安全，以及交通运输安全等方面的管理，使劳动过程在符合安全要求的物质条件和工作秩序下进行，防止伤亡事故、设备事故及各种灾害的发生。下载后可以对文件进行定制修改，请根据实际需要调整使用。 1 可靠性（Reliability） 可靠性理论是从电子技术领域发展起来， 近年发展到机械技术及现代工程管理领域，成 为一门新兴的边缘学科。可靠性与安全性有密 切的关系，是系统的两大主要特性，它的很多 理论已应用于安全管理。 可靠性的理论基础是概率论和数理统计， 其任务是研究系统或产品的可靠程度，提高质 量和经济效益，提高生产的安全性。 产品的可靠性是指产品在规定的条件下，在规定的时间内完成规定功能的能力。 产品可以是一个零件也可以是一个系统。规定的条件包括使用条件、应力条件、环境条件和贮存条件。可靠性与时间也有密切联系，随时间的延续，产品的可靠程度就会下降。 可靠性技术及其概念与系统工程、安全工程、质量管理、价值工程学、工程心理学、环境工程等都有十分密切的关系。所以，可靠性工程学是一门综合性较强的工作技术。 2 可靠度（Reliablity） 可靠性理论基础知识 1.可靠性定义 我国军用标准GIB 451A-2005《可靠性维修性保障性术语》中，可靠性定义 为：产品在规定的条件下，规定的时间内，完成规定功能的能力。 “规定条件”包括使用时的环境条件和工作条件。 “规定时间”是指产品规定了的任务时间。 “规定功能”是指产品规定了的必须具备的功能及其技术指标。 可靠性的评价可以使用概率指标或时间指标，这些指标有：可靠度、失效率、平均无故障工作时间、平均失效前时间、有效度等。典型的失效率曲线是浴盆曲线，其分为三个阶段：早期失效期、偶然失效期、耗损失效期。早期失效期的失效率为递减形式，即新产品失效率很高，但经过磨合期，失效率会迅速下降。偶然失效期的失效率为一个平稳值，意味着产品进入了一个稳定的使用期。耗损失效期的失效率为递增形式，即产品进入老年期，失效率呈递增状态，产品需要更新。 1.1可靠性参数 1、失效概率密度和失效分布函数 失效分布函数就是寿命的分布函数，也称为不可靠度，记为)(t F 。它 是产品或系统在规定的条件下和规定的时间内失效的概率，通常表示为 )()(t T P t F ≤= 失效概率密度是累积失效概率对时间t 的倒数，记为f(t)。它是产品在 包含t 的单位时间内发生失效的概率，可表示为)() ()('t F dt t dF t f ==。 2、可靠度 可靠度是指产品或系统在规定的条件下，规定的时间内，完成规定功能的概率。可靠度是时间的函数，可靠度是可靠性的定量指标。可靠度是时间的函数，记为 )(t R 。通常表示为?∞ =-=>=t dt t f t F t T P t R )()(1)()( 式中t 为规定的时间，T 表示产品寿命。 3、失效率 已工作到时刻t 的产品，在时刻t 后单位时间内发生失效的概率成为该产品时刻 t 的失效率函数，简称失效率，记为)(t λ。) (1) ()()()()()(''t F t F t R t F t R t f t -===λ。 4、不可修复的产品的平均寿命是指产品失效前的平均工作时间，记为MTTF （Mean Time To Failure)。?∞ =0)(dt t R MTTF 。 5、平均故障间隔时间（MTBF ） 2. 可靠性物理基本知识和基本概念 2.1 可靠性的基本理论知识 2.1.1 可靠性的概念 可靠性的概念，可以说，自古以来从人类开始使用工具起就已经存在。然而可靠性理论作为一门独立的学科出现却是近几十年的事。可靠性归根结底研究的还是产品的可靠性，而通常所说的“可靠性”指的是“可信赖的”或“可信任的”。一台仪器设备，当人们要求它工作时，它就能工作，则说它是可靠的；而当人们要求它工作时，它有时工作，有时不工作，则称它是不可靠的。 最早的可靠性定义由美国AGREE在1957年的报告中提出，1966年美国的MIL－STD－721B又较正规地给出了传统的或经典的可靠性定义：“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”。它为世界各国的标准所引证，我国的GB318－82给出的可靠性定义也与此相同。 [3]赵海波。这里的产品是泛指的，它可以是一个复杂的系统，也可以是一个零件。 出厂检验合格的产品，在使用寿命期内保持其产品质量指标的数值而不致失效，这就是可靠性问题。因此，可靠性也是产品的一个质量指标，而且是与时间有关的参量。只有在引进了可靠性指标后，才能和其它质量指标一起，对产品质量作全面的评定。所谓产品是指作为单独研究和分别试验对象的任何元件、设备或系统，可以是零件也可以是由它们装配而成的机器，或由许多机器组成的机组和成套设备，甚至还把人的作用也包括在内。在具体使用“产品”这一词时，其确切含义应加以说明。例如汽车板簧、汽车发动机、汽车整车等。 从定义可以看出，产品的可靠性是与“规定的条件”分不开的。这里所讲的规定条件包括产品使用时的应力条件(温度、压力、振动、冲击等载荷条件)、环境条件(地域、气候、介质等)和贮存条件等。规定的条件不同，产品的可靠性是不同的。 产品的可靠性又与“规定的时间”密切相关。一般说来，经过零件筛选、整机调试和跑合后，产品的可靠性水平会有一个较长的稳定使用或贮存阶段，以后随着时间的增长其可靠性水平逐渐降低。 产品的可靠性还和“规定的功能”有密切的联系。一个产品往往具有若干项技术指标。定义中所说的“规定功能”是指产品若干功能的全体，而不是其中的 概率统计与可靠性工程基础考试大纲（2015版） 试题编号：841 试题的主要内容是针对可靠性工程应用中的分析和计算问题，主要包括质 量、可靠性和寿命的计算方法。 1、考生要掌握抽样概率（包括放回与不放回两种抽样方式）的计算；要掌握 条件概率、全概率和贝叶斯公式的计算及应用。 2、考生必须掌握下列离散分布的概率分布与数字特征：0-1分布、二项分布、 泊松分布、超几何分布。 3、考生必须掌握下列连续分布的分布密度函数、分布函数（又称不可靠度函 数）、可靠度函数及其数字特征：均匀分布、指数分布、威布尔分布、正态分布。指数分布与威布尔分布的分布函数和可靠度函数以及数字特征与分布 参数的关系要追掌握。 4、Γ分布不必掌握，但是Γ函数的计算方法要熟悉，因为威布尔分布的数学 期望和方差表达式中有Γ函数。 5、有关分布的计算，主要是概率、可靠度等，尽量从分布函数和数字特征的 定义和性质出发求解。考生不必钻研复杂的计算。 6、关于随机变量函数的分布，主要是线性函数（包括和函数与差函数）以及 二次函数。其它的复杂函数考生不必掌握。 7、考生要掌握契比雪夫不等式和中心极限定理的工程应用，尤其是中心极限 定理的灵活应用。 8、概率统计中有关统计量的分布，如正态总体样本的线性函数的分布、分 布、分布、分布，不要求掌握其分布的数学形式，但要掌握其性质与应 用。 9、参数的点估计，考生应掌握极大似然估计和矩估计方法，包括连续型和离 散型分布参数估计量的推导。 10、参数的区间估计，考生要掌握正态分布、指数分布参数的置信区间估计方 法，包括单侧置信上、下限，并注意单侧置信限与双侧置信区间的估计在计算上的差别。考生应参考相关书籍，加以补充。 11、考生应熟练掌握可靠度、故障率等可靠性基本概念与常用的可靠性指标， 并熟悉不同可靠性参数之间的联系，如故障率与可靠度及故障密度间的关系。熟练掌握指数分布的故障率、MTBF、可靠度函数和概率密度函数的计 算。 12、对于典型的可靠性模型，如串联模型、并联模型、表决系统和桥联系统等， 能够在已知组成系统部件可靠度的前提下，计算系统的可靠度；特别地，对于指数分布，在已知部件失效率的前提下，计算系统的失效率或故障间隔时间等可靠性参数。考生应具备将实际问题转化为可靠性问题并加以解决的基 本能力。 13、建议考生参考北京航空航天大学出版社2012年2月出版的《概率统计及 随机过程》（张福渊等编著，第2版），国防工业出版社2011年4月出版的《可靠性设计与分析》（曾声奎主编，第1版），北京航空航天大学出版社2009年6月出版的《可靠性数据分析教程》（赵宇等编著）。 可靠性数学基础知识 重庆大学周家启 1 集合与事件 概率是事件的一定属性，事件可以通过集合(简称“集”)来描述。因之在研究概率之前，讨论一下集合的基本概念。 1.1集合的定义和符号 具有某种规定性质的事物的总体称为集(合)。组成集合的这些事物的每一个体称为集的元素或成员。只有有限个元素的集称为有限集，具有无限个元素的集称为无限集。例如，“A城中18岁及以上的全体公民”是一个有限集，“所有正整数的全体”则是一个无限集。 集合常用大写字母表示，元素常用小写字母表示，如果某一个体x是集A 的元素，则记为 x∈ A 读作“x属于A”。而 x? A 则表示x不属于A。 如果集A和集B具有完全相同的元素，即集A的每个元素都是B的元素，集B的每个元素也都是A的元素，则说A等于B，记为A=B。 有限集A中元素的数目叫A的基数，记为|A|。 一个集S可以用列举出它的全部元素的方式来表示，例如 ]7,5,3,2[= S 与括号中元素的排列次序无关。 一个集P也可以按照它的元素某种特定的属性来表示，例如 x P= x ] [是质数 | 括号中垂直线左右的记号代表集的典型元素。 于是前面列出的集S也可写成 P x =x S且 x ∈ | ]8 [< 或]8 x S P [< =x | ∈ 有两个集A和B，如果B的每个元素都是A的元素，则说B是A的子集，记为 A B ? 或 B A ? 有时读成A 包含B 。一个集A 也总是它本身的一个子集，A A ?。集A 中任何一个不等于A 的子集B 称为A 的真子集，记为 A B ? 或 B A ? 如果 B A ?且A B ?， 则A=B 。 1.2 集合的基本组合规则 通过集的运算可以将某些集合组合形成新的集合，一般有如下一些运算规则。 如果A 和B 是两个集，则它们的并B A 定义为 ]|[AB x B x A x x B A ∈∈∈=或或 它们的交B A 定义为 ]|[B x A x x B A ∈∈=且 例1 如果S=[2、3、5、7]且T=[1、2、3]，则 T S =[1、2、3、5、7]；T S =[2、3] 如果集A 和集B 没有公共元素，则称它们为不相交的集。这两个不相交集之交得到一个不包含任何元素的集。称其为空集，以φ表示。因之φ=B A ，而且φ也是任意一个集N 的子集。 集的并和交的运算服从以下规则 1. 幂等律 A A A = ，A A A = 2. 交换律 A B B A =，A B B A = 3. 结合律 )()(C B A C B A =，)()(C B A C B A = 4. 分配律 )()()(C A B A C B A =，)()()(C A B A C B A = 《可靠性工程基础》教学大纲 课程编号：S5080530 课程名称：可靠性工程基础 课程英文名称：FUNDAMENTALS OF RELIABILITY ENGINEERING 总学时：16 讲课学时：16 实验学时：0 上机学时：0 学分：1 开课单位：机电工程学院机械制造及自动化系 授课对象：机电工程学院机械设计制造及其自动化专业、其它相关专业先修课程：概率论与数理统计机械设计测试技术与仪器 开课时间：第八学期 教材与主要参考书： 刘品主编.《可靠性工程基础》修订版.中国计量出版社2002年6月 钟毓宁等编.《机电产品可靠性应用》.中国计量出版社1999年5月一、课程的教学目的 随着科学技术的发展，产品的结构和功能日趋复杂化和多样化，致使对产品质量的要求逐渐从与时间无关的性能参数发展到与时间有关的可靠性指标，即要求产品在规定的条件下和规定的时间内，具有完成规定功能的能力。人们愈来愈认识到可靠性是保证产品质量的关键。尤其是我国加入WTO以后,机电产品将面临严峻的挑战，推行可靠性技术迫在眉睫。 可靠性工程基础课程是为机械设计制造及其自动化专业本科生开设的一门专业选修课，通过先修课程中所学知识的综合运用和新知识的获取，使学生拓宽和加深对产品质量的全面认识，开阔视野，提高能力，以适应科学技术发展的要求。 通过本课程的教学，使学生掌握可靠性的基本概念、原理和计算方法等方面的基本知识，同时结合工程实际，使学生体会和掌握可靠性基 本理论和分析解决工程实际问题的基本方法，并让学生初步了解可靠性试验的类型、试验方案设计的基本方法以及可靠性管理的基本知识，为可靠性工程理论的进一步研究和实际应用打下基础。 二、教学内容及基本要求 本课程主要讲授可靠性的基本概念、原理、计算方法及实际应用等内容。 （一）本课程的主要章节 第一章可靠性概论（1学时） 可靠性基本概念，可靠性主要特征量及常用失效分布类型。 第二章系统可靠性模型（2学时） 可靠性框图的建立，串联系统，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，一般网络的可靠性模型。 第三章可靠性预计和分配（2学时） 可靠性预计概述，元器件失效率预计和系统可靠性预计的方法、可靠性分配。 第四章失效模式、后果与严重度分析（FMECA）（1学时） 失效模式与后果分析，失效严重度分析。 第五章故障树分析（FTA）（2学时） 建立故障树，故障树的定性和定量分析。 第六章电子系统可靠性设计（2学时） 电子元件的选用与控制，电路与系统的可靠性设计，电子设备的热设计，参数优化设计。 第七章机械结构可靠性设计（2学时） 应力与强度的分布，安全系数与可靠性，可靠性设计计算，疲劳强度可靠性设计。 第八章可靠性试验（1学时） 可靠性筛选和电子元器件老炼，环境适应和寿命试验等。 第一章绪论 可靠性是指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。 “规定条件”：产品的使用条件、维护条件、环境条件。 “规定时间”：产品必须达到的任务时间。如应力循环次数和车辆的行驶里程。 “规定功能”：产品必须具备的功能及其技术指标。 可靠性定义分为任务可靠性和基本可靠性。两者都强调无故障完成任务。任务可靠性强调完成规定的功能是界定在“任务剖面”的范围内。基本可靠性强调的持续时间是界定在寿命剖面的范围内。一个寿命剖面包含一个以上的任务剖面。度量任务可靠性时只考虑危及任务成功的致命故障，与该任务无关的故障可以不考虑。基本可靠性则涉及整个寿命周期内的所有故障。 任务剖面：产品完成规定任务的时间内所经历的时间和环境的描述。产品的工作状态；维修方案；产品工作的时间与顺序；产品所处的环境(外加的与诱发的)的时间与顺序；任务成功或致命故障的定义。 寿命周期与寿命剖面：产品从制造到寿命终结或退出使用这段时间内所经历的全部事件和环境的时序描述。它包含一个或多个任务剖面。通常把产品的寿命剖面分为后勤和使用两个阶段。 可靠性的定义固有可靠性：产品在生产过程中确立的可靠性。 生产厂在模拟实际工作标准环境下，对产品 进行检测并给以保证的可靠性。使用可靠 性：与产品的使用条件密切相关，受到使用 环境、操作水平、保养与维修、使用者的素 质等因素的影响。 维修性：产品在发生故障或失效后，能迅速修复以维持良好而完善的状态的难易性。 广义可靠性：产品在整个寿命周期内完成规定功能的能力。包括狭义可靠性和维修性。 可靠性数学是可靠性研究的最重要的基础理论之一，主要研究解决各种可靠性问题的数学模型和数学方法，属于应用数学的范畴。应用于可靠性的数据收集、数据分析、系统设计及寿命试验等方面。 可靠性物理即失效分析，是研究失效现象及其机制和检测方法的学科，使可靠性工程从数理统计方法发展到以理化分析为基础的失效分析方法。从微观角度研究零部件（元器件）的失效发展过程和失效机理，从本质上、从机理方面探究产品的不可靠因素，为研制、生产高可靠性产品提供科学的依据。 可靠性工程是对产品（零部件、元器件、设备或系统）的失效及其发生概率进行统计、分析的一门边缘性学科，主要内容是运用系统工程的观点和方法论从设计、生产和使用等角度来研究产品的可靠性，包括对产品进行可靠性设计、可靠性预计、可靠性试验、可靠性评估、可靠性检验、可靠性控制、可靠性维修及失效分析。 实施可靠性工程应重视可靠性数据的收集与分析 3. 可靠性设计 应用可靠性理论、技术和设计参数的统计数据，在给定的可靠性指标下，对零件、部件、设备或系统进行的设计，称为可靠性设计。 通过预计、分配、分析、改进等一系列可靠性工程活动，把可靠性定量要求设计到产品的技术文件和图样中去，从而形成产品的固有可靠性。系统可靠性设计零件可靠性设计系统可靠性设计的目的，就是要使系统在满足规定可靠性指标，完成预定功能的前提下，使系统的技术性能、重最、成本、时间等各方面取得协调，求得最佳设计；或是在性能、重量、成本、时间和其它要求的约束下，设计能得到实际高可靠度的系统。 系统可靠性设计常用的方法系统可靠性框图;故障模式影响与危害度分析FMECA;故障树分析FTA;马尔科夫过程研究可靠性的 重要意义保证和提高产品的可靠性水平;提高经济效益;提高市场竞争能力 第二章可靠性数学基础 定义：产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率称为可靠度。可靠度的观测值是指直到规定的时间终了为止，能完成规定功能的产品数与该区间开始时刻投入工作产品数之比。 定义：产品在规定的条件下和规定的时间内，丧失规定功能概率称为累积故障概率（又称不可靠度） 剩余寿命：若产品用到t时刻仍然完好，称为产品的年龄。具有年龄t的产品从t时刻开始继续使用下去直到失效为止所经历的 时间，称为具有年龄t的产品的剩余寿命。 定义：工作到某时刻尚未故障的产品，在该时刻后单位时间内发生故障的概率，称之为产品的故障率。 故障率浴盆曲线早期故障期；偶然故障期；耗损故障期 可靠寿命：给定的可靠度所对应的产品工作时间。 中位寿命：产品的可靠度等于0.5时的可靠寿命。平均寿命：产品寿命的平均值。 对于不可修产品，平均寿命就是平均故障前时间；对于可修复产品，平均寿命就是平均故障间隔时间。 可用性是系统可靠性与维修性的综合表征。定义：可修复产品，在规定的条件下使用，在规定维修条件下修复，在规定的时间具有或维持其规定功能处于正常状态的概率。瞬时有效度使用有效度极限有效度 瞬时有效度是产品在某一时刻所具有或维持其规定功能的概率。平均有效度是在某规定时间内有效度的平均值。极限有效度是当时间趋于无限大时，瞬时有效度的极限值。 ?随机试验具有以下特点：重复性随机性明确性 第3章典型系统可靠性模型 系统由相互作用和相互依赖的若干单元结合成的具有特定功能 的有机整体。系统包含“单元”，其层次高于“单元” 系统按其可否修复分为不可修复系统和可修复系统两类 定义组成系统的所有单元中任一单元的故障都会导致整个系统 故障的称为串联系统。串联系统是最常用和最简单的模型之一。 组成系统的所有单元都发生故障时，系统才发生故障。并联系统 是最简单的冗余系统（有贮备模型）。系统由n个单元组成， 若系统中有r个或r个以上单元正常，则系统正常，这样的系统称 作n中取r表决系统。组成系统的各单元只有一个单元工作， 当工作单元故障时，通过转换装置接到另一个单元继续工作，直 到所有单元都故障时系统才故障，称为旁联系统，又称非工作贮 备系统。 非工作贮备的优点是能大大提高系统的可靠度。缺点是： （1）由于增加了故障监测与转换装置而提高了系统的复杂度； （2）要求故障监测与转换装置的可靠度非常高，否则贮备带来 的好处会被严重削弱。 贮备系统按贮备单元在贮备期间的失效情况可分为三类 ?冷贮备（无载贮备）贮备单元在贮备期间失效率为零； ?热贮备（满载贮备）贮备单元在贮备期间失效率与工作 单元失效率一样； ?温贮备（轻载贮备）贮备单元在贮备期间失效率大于零 而小于工作单元失效率。 维修度：对可能维修的产品在发生故障或失效后，在规定的条件 下和规定的时间内完成修复的概率。 修复率：维修时间已达到某一时刻但尚未修复的产品在该时刻后 的单位时间内完成修复的概率。 可用性：当需要时，可维修产品保持正常使用状态或功能的能力。 其度量指标是可用度。 第4章可靠性分配与预计 可靠性分配系统可靠性分配就是将使用方提出的，在系统设计 任务书(或合同)中规定的可靠性指标。，从上而下，由大到小， 从整体到局部，逐步分解，分配到各分系统，设备和元器件。 可靠性预计系统的可靠性预计是在系统的设计阶段根据组成 系统的元器件等在规定条件下的可靠性指标、系统的结构、系统 的功能以及工作方式等来推测系统的可靠性。是一个由局部到整 体、由小到大，由下到上的一种综合过程。可靠性分配的目的 是使各级设计人员明确其可靠性设计要求，根据要求估计所需的 人力、时间和资源，并研究实现这个要求的可能性及办法。可 靠性预计的目的：将预计结果与要求的可靠性指标相比较，审查 设计任务书中提出的可靠性指标是否能达到。在方案论证阶段， 通过可靠性预计，根据预计结果的相对性进行方案比较，选择最 优方案。在设计阶段，通过预计，发现设计中的薄弱环节，加以 改进。为可靠性增长试验、验证试验及费用核算等方面的研究提 供依据。通过预计给可靠性分配奠定基础。 可靠性分配与可靠性预计的关系：可靠性分配结果是可靠性预计 的依据和目标；可靠性预计相对结果是可靠性分配与指标调整的 基础。相互制约，相辅相成，使系统的设计满足要求。 可靠性分配与可靠性预计的作用: 提高产品的固有可靠性;降低 产品全寿命周期的费用;为可靠性增长计划提供科学依据. 在新产品从开发研制一直到定型生产之前，一艇要经设计——试 制——试验——修改设计——小批生产——检验——改进——定型 生产这一过程，在这一过程中，产品可靠性水平在不断提高，称 为可靠性增长。 可靠性分配的程序:明确系统可靠性参数指标要求;分析系统特 点;选取分配方法（同一系统可选多种方法）;准备输入数据;进 行可靠性分配;验算可靠性指标要求; 可靠性分配的无约束分配方法：等分配法;评分分配法；再分配 法；比例分配法；AGREE方法 等分配法又称为平均分配法。当系统中个单元具有近似的复杂程 度、重要性以及制造成本时，可用等分配法分配系统各单元的可 靠度。 评分分配法含义：在可靠性数据非常缺乏的情况下，通过有经验 的设计人员或专家对影响可靠性的几种因素评分，对评分进行综 合分析而获得各单元产品之间的可靠性相对比值，根据评分情况 给每个分系统或设备分配可靠性指标。评分因素与原则：（1） 复杂度最复杂的评10分，最简单的评1分。（2）技术发展水 平: 水平最低的评10分，水平最高的评1分。 (3)工作时间:单元 工作时间最长的评10分，最短的评1分。(4)环境条件 :单元工作 过程中会经受极其恶劣而严酷的环境条件的评10分，环境条件最 好的评1分。 可靠性指标分配的模糊数学模型:(1)建立评价因素集;(2)建立 评价因素权重集;(3)建立因素评价集（等级）及相应分值集;(4) 构建模糊综合评判矩阵;(5)计算各单元综合评价分值;(6)可靠 性指标分配 3.再分配法如果系统可靠性预计结果小于规定的系统可靠 度，则须重新进行可靠度分配。 4.比例分配法使系统中各单元的容许失效率与该单元预计失 效率成正比。 5. AGREE法考虑了组成系统各单元的复杂度、重要度、工作 时间以及它们与系统之间的失效关系，又称为按照单元的复杂度 及重要度的分配法。适用于各单元工作期间的失效率为常 数的串联系统。 可靠性预计目的、用途:评估系统可靠性，审查是否能达到要求 的可靠性指标。在方案论证阶段，通过可靠性预计，比较不同方 案的可靠性水平，为最优方案的选择及方案优化提供依据。在设 计中，通过可靠性预计，发现影响系统可靠性的主要因素，找出 薄弱环节，采取设计措施，提高系统可靠性。为可靠性分配奠定 基础。 分类根据战术技术中可靠性的定量要求 :基本可靠性预计 由于产品不可靠导致对维修和保障的要求。 任务可靠性预计估计产品在完成任务的过程中完成其规定 功能的概率。 从产品构成角度分析：单元可靠性预计（元件、部件或设备等） 系统可靠性预计 可靠性预计基本方法及用途：系统可靠性预计：数学模型法；边 值法；故障树分析法 设备可靠性预计：数学模型法；相似分析法；元器件计数法；应 力分析法元器件可靠性预计：应力分析法 数学模型法：根据组成系统的各单元间的可靠性数学模型，按概 率运算法则，预计系统的可靠度的方法，是一种经典的方法。相 似设备法：将新设计的产品和已知可靠性数据的相似设备进行比 较，从而简单估计出新产品可能达到的可靠性水平。相似产品 法考虑的相似因素一般包括：产品结构、性能的相似性；设计的 相似性；材料和制造工艺的相似性；使用剖面(保障、使用和环 境条件) 的相似性 相似复杂性法：将新设计产品的与相似产品相比较，考虑新产品 的相对复杂性，建立新、老产品可靠性之间的函数关系。功能预 计法：建立设备的功能特性和观测的工作可靠性之间的统计相关 关系；根据系统的功能，统计大量相似系统的功能参数和相关可 靠性数据，运用回归分析的方法，得出一些经验公式及系数；根 据初步确定的系统功能及结构参数预计系统的可靠性。元器件计 数法：按不同种类元器件的数量来预计单元和系统可靠度的方 法。采用这个方法进行预计，首先确定设计方案中各种元器件的 类型。 应力分析法：用于产品详细设计阶段的电子元器件失效率预计。 预计电子元器件工作失效率时对基本失效率进行修正。边值法： 基本思想：对于一些很复杂的系统，采用数学模型很难得到可靠 性的函数表达式。不采用直接推导的办法而是忽略一些次要因 素，用近似的数值来逼近系统可靠度真值，从而使繁琐的过程变 得简单。 边值法又称为上下限法，将一个复杂的系统先简化成某些单元组 成的串联系统，求该串联系统的可靠度预测值的上限及下限。 然后逐步考虑系统的其他部分，逐次求出越来越精确的可靠度上 限值和下限值，当达到一定的精度要求后，再将上限值和下限值 合成一个可靠度单一预测值。 机械产品可靠性预计方法：相似分析法；统计分析法故障物理法 相似分析法根据相似产品或相似环境下的可靠性数据，对产品或 环境条件进行对比修正，得出可靠性预计结果。 第五章故障模式影响与危害度分析 故障模式影响分析（Failure Mode and Effects Analysis，简 记为FMEA）是分析系统中每一产品所有可能产生的故障模式及其 对系统造成的所有可能影响，并按每一个故障模式的严重程度、 检测难易程度以及发生频度予以分类的一种归纳分析方法。风 险来源归类：设计上的缺陷；过程中的不足；“不正确”的使用； 服务相关 如何控制风险？核心在于－－切断风险的传递链 FMEA 分析的是潜在故障（Potential Failure），是可能发生但 是现在还没有发生的故障。它是一种“事前预防”的行为。“及时性” 是FMEA的关键因素 FMEA的效益：改进质量、生产率、可靠性和安全性；改善企业形 象，提高竞争力；提高顾客的满意度；减少招回的风险；降低产 品开发的时间和费用；对减少风险的活动或措施进行存档和追踪 第三部分 FMEA的分析流程：第一步：确定FMEA的分析计划；第 二步：成立FMEA的分析小组；第三步：确定分析的必 要输入；第四步：实施FMEA；第五步：纠正措施的落 实 FMEA 小组的原则:每个人都参与其中。聚焦于某一问题，不要过 于分散。仅仅讨论的是FMEA问题，避免激烈争执。问题发现了， 解决它！是谁的责任并不重要。说话不要超过30秒。倾听！让别 人把话讲完。 故障影响是指产品的每一个故障模式对产品自身或其他产品的 使用、功能和状态的影响。 三级影响;(1)局部影响:本地影响;(2)对上层影响:对上层产品 的影响,对下一道工序的影响(3)最终影响:对顾客的影响 四类故障原因：设计相关;制造过程相关;使用相关;服务相关 控制措施的分类:第一等：消除故障原因的措施;第二等：降低严 重度的措施; 第三等：提前发现的措施;第四等：说明书/手 册 风险顺序数 (RPN):FMEA用风险顺序数进行相对定量描述. RPN 是在你提供的信息基础上计算出来的数，要考虑(1)潜在的失败 模式,(2)相关影响, 和(3)当前在达到顾客之前工程探测失败能 力 它是三个定量的数率的乘积，分别相对于影响，要因和控制：RPN = 严重度 X 发生率 X 探测力 （RPN）作为更改判据，例如：当RPN>125时，必须更改;当RPN>64 时，建议更改;当RPN<64时，不用更改 第五章//x 可靠性基础知识提纲(中级, 2007) 可靠性是20世纪50年代形成的一门独立的学科. 可靠性是质量的一个重要的组成内容. 如今可靠性工程已发展到诸多方面. p.212 第一节可靠性的基本概念及常用度量p.212～20 1.什么叫故障(失效)？(有三种说法) p.212～3 什么叫故障模式？什么叫故障机理？p.213 2.产品的故障如何分类？p.213 3.什么叫可靠性？什么叫可靠度？p.213 如何理解可靠性概念中的”三个规定”？p.213 4.产品的可靠性如何分类？p.213 5.什么叫维修性？可靠性和维修性都是产品的重要设计特性. p.214 6.什么叫保障性？什么叫保障资源？p.214 产品的设计应具有可保障的特性和能保障的特性. 7.什么叫可用性？什么叫可用度？可用性、可靠性、维修性的关系如何？p.215 8.什么叫可信性？p.215 9.产品可靠度R(t)的定义是什么？R(t)=P(T＞t) p.215 如何估计R(t)？R(t)≈(N0－r(t))/N0[例5.1-1] p.217 10.产品的累积故障分布函数F(t)(不可靠度)的定义是什么？F(t)=P(T≤t)=1－R(t) 如何估计F(t)？(1)用统计试验进行估计p.216 (2)F(t)=1－R(t)≈r(t)/N0 11.故障密度函数f(t)的定义是什么？p.216 12.R(t)、F(t)、f(t)之间的关系如何？p.216～7 (1)从公式看……… (2)从图形上看…… 13.什么样的产品,其故障分布可视为近似指数分布？P.216 必须熟记 14.什么叫产品的故障率(失效率)λ(t)？λ(t)=Δr(t)/[N s(t)Δt] 故障率的单位为10－9/h, 称之为菲特(Fit) 记住它! [例5.1-2] p.217 15.λ(t)与f(t)有什么区别？λ(t)、R(t)、f(t)之间有什么关系？ f(t)/R(t)=λ(t) 对指数分布, λ(t)=λ(常数) 16.什么是平均失效(故障)前时间(MTTF)？p.218 (MTTF=Mean Time To Failure) [例5.1-3] p.218 对不可修复产品,MTTF就是产品的平均寿命. 17.什么是平均故障间隔时间(MTBF) [例5.1-4] p.218 (MTBF=Mean Time Between Failures) 18.什么是贮存寿命？p.218 19.什么是平均修复时间(MTTR)？p.218～9 (MTTR=Mean Time To Repair) 20.什么叫浴盆曲线(故障率曲线)？若寿命T服从指数分布, 问故障率曲线是什么？λ(t)=λ. 产品故障率λ(t)随时间变化的三个阶段:早期故障期、偶然故障期、耗损故障期. 21.可靠性与产品质量有什么关系？p.220 产品质量是什么？产品性能指什么？可靠性与性能的区别是什么？ 第二节基本的可靠性设计与分析技术p.220～8 第五章可靠性基础知识 第五章可靠性基础知识 【考试趋势】 单选3-4题，多选4-5题，综合分析1题。考查方式以理解题和计算题为主。 总分值25-35分。总分170分。 【大纲考点】 基本脉络：可靠性概念——测量——模型——分析——试验——管理。 一、可靠性的基本概念及常用度量 1．掌握可靠性、维修性与故障(失效)的概念与定义（重点） 2．熟悉保障性、可用性与可信性的概念（难点） 3．掌握可靠性的主要度量参数（难点） 4．熟悉浴盆曲线（重点） 5．了解产品质量与可靠性的关系 二、基本的可靠性维修性设计与分析技术 1．了解可靠性设计的基本内容和主要方法 2．熟悉可靠性模型及串并联模型的计算（重点） 3．熟悉可靠性预计和可靠性分配（难点） 4．熟悉故障模式影响及危害性分析（重点）（难点） 5．了解故障树分析（重点） 6．熟悉维修性设计与分析的基本方法； 三、可靠性试验 三、可靠性试验 1.掌握环境应力筛选（重点） 2.了解可靠增长试验和加速寿命试验（重点） 3.手续可靠性测定试验（难点） 4.了解可靠性鉴定试验 四、可信性管理 1．掌握可信性管理基本原则与可信性管理方法（难点） 2．了解故障报告分析及纠正措施系统（重点） 3．了解可信性评审作用和方法 第一节可靠性的基本概念及常用度量 【考点解读】 第一节可靠性的基本概念及常用度量 学习目标要求： 1、掌握可靠性、维修性与故障的概念与定义 2、熟悉保障性、可用性及可信性的概念 3、掌握可靠性的主要度量参数 4、了解浴盆曲线 5、了解产品质量与可靠性关系 基本脉络是：可靠性——不可靠（故障）——可靠度——可靠度函数——常用指标——模型——地位意义（与质量的关系） 典型考题 典型考题： 单选题 22、下述设计方法中不属于可靠性设计的方法是（）。 a、使用合格的部件 b、使用连续设计 c、故障模式影响分析 d、降额设计 23、产品使用寿命与（）有关。 a、早期故障率 b、规定故障率 c、耗损故障率 d、产品保修率 一、故障（失效）及其分类 一、故障（失效）及其分类 1、故障 定义：产品或产品的一部分不能或将不能完成预定功能的事件或状态称为故障。对于不可修复的产品如电子元器件和弹药等也称失效。 简单地说，故障就是产品丧失了规定的功能。严格地说，故障是指产品不能执行规定功能的状态。 可靠性设计主要符号表 可靠性的概念 可靠性的经典定义：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力产品：指作为单独研究和分别试验对象的任何元件、设备或系统，可以是零件、部件，也可以是由它们装配而成的机器，或由许多机器组成的机组和成套设备，甚至还把人的作用也包括在内。在具体使用“产品”这一词时，其确切含义应加以说明。例如汽车板簧、汽车发动机、汽车整车等。 规定条件：一般指的是使用条件,环境条件。包括应力温度、湿度、尘砂、腐蚀等，也包括操作技术、维修方法等条件。 规定时间：是可靠性区别于产品其他质量属性的重要特征，一般也可认为可靠性是产品功能在时间上的稳定程度。因此以数学形式表示的可靠性各特征量都是时间的函数。这里的时间概念不限于一般的年、月、日、分、秒，也可以是与时间成比例的次数、距离。例如应力循环次数、汽车行驶里程。 规定功能：道德要明确具体产品的功能是什么，怎样才算是完成规定功能。产品丧失规定功能称为失效，对可修复产品通常也称为故障。怎样才算是失效或故障，有时很容易判定，但更多情况则很难判定。当产品指的是某个螺丛，显然螺栓断裂就是失效；当产品指的是某个设备，对某个零件损坏而该设备仍能完成规定功能就不能算失效或故障，有时虽有某些零件损坏或松脱，但在规定的短时间内可容易地修复也可不算是失效或故障。若产品指的是某个具有性能指标要求的机器，当性能下降到规定的指标后，虽然仍能继续运转，但已应算是失效或故障。究竟怎样算是失效或故障，有时要涉及厂商与用户不同看法的协商，有时要涉及当时的技术水平和经济政策等而作出合理的规定。 能力：只是定性的理解是比较抽象的，为了衡量检验，后面将加以定量描述。产品的失效或故障均具有偶然性，一个产品在某段时间内的工作情况并不很好地反映该产品可靠性的高低，而应该观察大量该种产品的工作情况并进行合理的处理后才能正确的反映该产品的可靠性，因此对能力的定量需用概率和数理统计的方法。 按产品可靠性的形成，可靠性可分为固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性是通过设计、制造赋予产品的可靠性；使用可靠性既受设计、制造的影响，又受使用条件的影响。一般使用可靠性总低于固有可靠性。可靠性基础知识培训亮点输出
可靠性基础知识
第五章 可靠性基础知识(3)可靠性实验
可靠性工程基本理论实用版
可靠性理论基础知识
可靠性基础知识
841 概率统计与可靠性工程基础考试大纲(2015版)
可靠性数学基础知识
《可靠性工程基础》教学大纲
可靠性工程基本概念整理
可靠性基础知识提纲
第五章 可靠性基础知识(1)可靠性的基本概念及常用度量
可靠性基本概念