可靠性基本概念和参数体系

精确地和比较完整地确定产品的任务事件和 预期的使用环境，是进行正确的系统可靠性 设计分析的基础。 通常分为后勤和使用两个阶段。
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寿命剖面内的事件
采 购
包 装
运 输
贮 存 检 测
运 输
发 送
使 用 贮 存 检 测
0 t
t
∞
R(t ) 、 F (t ) 与 f (t ) 之间的关系如图所示：
f ( t )
f ( t )
R(to) F(to)
to
图 R(t)、F(t)与f(t)关系
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t
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可靠性定量参数——故障率函数 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。用数学符号表示为 dr (t ) λ (t ) = N s (t )dt 式中：
可靠性基本概念——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。
说明了产品在整个寿命期所经历的事件（如装卸、 运输、贮存、检测、维修、部署、执行任务等）以 及每个事件的顺序、持续时间、环境和工作方式。 包含一个或多个任务剖面。
寿命剖面、任务剖面在产品指标论证时就 应提出。
寿命剖面
寿命剖面对建立系统可靠性要求是必不可少 的。 一般装备大部分时间处于非任务状态，在非任 务期间由于装卸、运输、贮存、检测所产生的 长时间应力也会严重影响产品的可靠性。因 此，必须把寿命剖面中非任务期间的特殊状况 转化为设计要求。
表 2-1 任务与非任务时间比较
产品 某导弹电子设备 某飞机电子设备 寿命（年） 10~12 15 任务时间（小时） 30 4000 非任务时间（%） 99.97 96.87
运 输
任 务 剖 面
运 输
维 修
运 输
报 废
后勤阶段
使用阶段
图2-1
寿命剖面内的事件
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寿命剖面示例
生产 生产 阶段 阶段 运 输 运 输 后 勤 阶 段 后 勤 阶 段 储存/后勤阶段 储存/后勤阶段 准备阶段 准备阶段 主 主 动 动 段 段 发射段 发射段 使用阶段 使用阶段 任务阶段 任务阶段 惯性飞行段 惯性飞行段
故障率函数的工程计算
可按下式进行故障率的工程计算： Δr (t ) λ (t ) = N s (t )Δt
式中：
Δt ——所取时间间隔； Δr (t ) —— t 时刻后， Δt 时间内故障的产品数； N s (t ) ——残存产品数，即到 t 时刻尚未故障的产品数，
N s (t ) = N 0 r(t ) 。
可靠性基本概念——可靠性定义
产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。 规定条件：包括使用时的环境条件和工作条件。 规定时间：指产品规定了的任务时间。
时间单位： 期：年、月、日、时、分、秒…… 频：工作次数（继电器）、循环次数（发动机）…… 另：行使里程（车辆）……
要确定产品规定的环境条件和规定的任务时间，必须对产品的寿命剖面 和任务剖面进行分析研究。
可靠性定量参数——累积故障分布函数
产品在规定的条件下和规定的时间内，丧失规定功能的 概率称为累积故障概率（又叫不可靠度）。
F (t ) = P (ξ ≤ t )
工程上（以频率代概率）： r (t ) F (t ) = N0
R (t ) + F (t ) = 1
以上关系式均建立在两态性假设之上 ——仅考虑正常、故障2种状态
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故障及其分类(按其后果分) 致命性故障
使产品不能完成规定任务或可能导致人或物 重大损失的故障或故障组合。 影响任务的完成。
非致命性故障
不影响产品完成规定任务，不会导致人或物 重大损失的故障或故障组合。 不影响任务的完成，但会导致非计划的维 修和保障需求。
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故障及其分类(按其统计特性分) 独立故障
不是由另一产品故障引起的故障。
从属故障
由其他产品故障引起的故障。
在进行产品的故障次数统计时，只统计产品 本身的独立故障。
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可靠性定量参数——故障密度函数
由累积故障分布函数工程化表达式推导得出：
F (t) = =
令
r(t) N 0 1 dr ( t ) dt N 0 dt
∫
0
t
1 dr (t ) f (t ) = N 0 dt
书中（P.12）多“dt”
则有：
F (t) =
∫
0
t
f ( t ) dt
其中 f(t) 称为故障密度函数。
高 度 （ 公 里 ）
36o C 14 min 24s 30o C 10 20 min16s
41o C 20 min 16s 24o C 20 min 23s
温 度 （ ）
C
-20 -40 12 Ma=0.673 15min Ma=0.582 300m 19min48s 9150m 6
Ma=0.69 14min30s Ma=0.584 14000m 22min36s 1200m
dF ( t ) dR ( t ) f (t ) = = dt dt
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可靠度函数与累积故障分布函数的性质
由密度函数的性质 ∫0 f (t )dt = 1 可知：
∞
R(t ) = 1 F (t ) = 1 ∫ f (t )dt = ∫ f (t )dt
工作准 工作准 备阶段 备阶段
发射 发射 阶段 阶段
飞行阶段 飞行阶段 命中 命中 目标 目标
导弹处 调整 导弹处 发射后第 调整 于战斗 发射后第 状态 于战斗 一个动作 一个动作 状态 位置 位置
某导弹的寿命剖面
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可靠性基本概念与参数体系
Introduction to Conceptions & Parameters of Reliability
北京航空航天大学工程系统工程系
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可靠性基本概念和参数体系
可靠性基本概念
失调型
如间隙不当、行程不当、压力不当等
堵塞或渗漏型
如堵塞、漏油、漏气等
功能型
如性能不稳定、性能下降、功能不正常等
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故障及其分类（按其规律分）
偶然故障
由于偶然因素引起的故障，只能通过概率统计方法来预测。 偶然故障的发生概率是由产品本身的材料、工艺、设计所决定 的。
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可靠性基本概念——任务剖面
产品在完成规定任务这段 时间内所经历的事件和环 境的时序描述。 一般应包括：
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。
渐变故障
通过事前的检测或监测可以预测到的故障。 由产品的规定性能随使用时间（循环、次数等）增加而逐渐衰 退而引起。 电子产品：漂移故障 预防为主：掌握故障发展规律，预防故障的发生。
必然故障
例如设计错误、材料选错、工艺不当、生产条件恶化等将导致 整批产品出现故障，即这种故障具有必然性。
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t（年） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 0 1 2 3 4 7 13 23 37 52 68 82 90 94 97 98 99 100
r (t ) ×1000（个）
Δr (t ) ×1000（个）
0 1 1 1 1 3 6 10 14 15 16 14 8 4 3 1 1 1 /
规定功能：指产品规定了的必须具备的功能及其技术指标。
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可靠性基本概念——故障及其分类（术语） 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，称之为故障。 ——产品丧失了规定的功能。 不可修产品（如电子元器件）：失效
时间（分钟） 图 飞机投放炸弹事件的任务剖面示例
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可靠性定量参数——可靠度
可靠度及可靠度函数
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。 R (t ) = P (ξ > t )
ξ——产品故障前的工作时间；
故障模式
故障的表现形式。 例：机械产品故障模式类型
故障机理