可靠性和可靠性工程
可靠性工程基本理论
可靠性工程基本理论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）是指产品在规定条件下，在规定时间内，完成规定功能的概率。
可靠度用字母R表示，它的取值范围为0≤R≤1。
因此，常用百分数表示。
若将产品在规定的条件下，在规定时间内丧失规定功能的概率记为F，则R=1－F。
其中F称为失效概率，亦称不可靠度。
设有N个产品，在规定的条件下，在规定的时间内，有n个产品失效，则F=n/NR=(N-n)/N=1－F可靠度与时间有关，如100个日光灯管，使用一年和使用两年，其损坏的数量是不同的，失效率和可靠度也都不同。
所以可靠度是时间的函数，记成R（t），称为可靠度函数。
图5-1是可靠度函数R（t）和失效概率F（t）变化曲线。
图5-1可靠度3失效率（Failurerate）失效率是指工作到某一时刻尚未失效的产品，在该时该后，单位时间内发生失效的概率。
在极值理论中，失效率称为“强度函数”；在经济学中，称它的倒数为“密尔（Mill）率”；在人寿保险事故中，称它为“死亡率强度”。
失效率是衡量产品在单位时间内失效次数的数量指标；它也是描述产品在单位时间内失效的可能性。
质量与可靠性工程培养方案
质量与可靠性工程培养方案一、培养目标质量与可靠性工程培养的基本目标是培养掌握质量与可靠性工程基本理论和方法，具有较扎实的数学、力学、材料学等基础知识和较深的专业知识，能够在设计、生产、测试和管理过程中，通过计算、实验和系统仿真等手段，保证产品的质量和可靠性，并在工程实践中具有较强综合分析和解决问题的能力的高层次专门人才。
二、培养方案1. 课程设置在培养质量与可靠性工程专业人才时，首先要从课程设置上入手，根据当前行业的需求和发展趋势，合理安排理论课程和实践课程。
理论课程包括数学、物理学、统计学、工程力学、材料学等基础课程，以及质量管理、可靠性工程、系统工程、信号处理、工业工程等专业课程。
实践课程包括实验课程、实习、毕业设计等。
通过这些理论和实践课程的有机结合，学生可以全面掌握质量与可靠性工程的基础理论和方法，并能够灵活运用在实际工程实践中。
2. 课程内容在课程内容上，质量与可靠性工程的培养方案应包括如下内容：（1）质量工程质量概念、质量目标和标准、质量保证、质量控制、质量改进等内容。
（2）可靠性工程可靠性基本概念、可靠性分析、可靠性设计、可靠性测试、可靠性管理等内容。
（3）统计学抽样理论、统计检验、方差分析、充分性检验等内容。
（4）质量管理TQM、6σ等质量管理理论和方法。
（5）系统工程系统工程的基本概念、系统分析、系统设计、系统评估等内容。
（6）工业工程工程经济学、生产计划与控制、物流管理等内容。
3. 实践教学质量与可靠性工程的实践教学是培养高素质专门人才的重要环节。
实践教学应包括实验教学、实习教学和毕业设计。
实验教学旨在培养学生动手能力和实验探究精神，使学生能够熟练掌握质量与可靠性工程的实验技能。
实习教学是通过到企业参观、参与生产实践等形式，让学生了解企业的实际生产过程和管理方式。
毕业设计是学生综合运用所学知识，解决实际问题的重要环节。
4. 实践环节为了增强学生的综合素质和实践能力，学校可以与企业合作，建立实践基地，让学生在企业中参与生产实践，了解企业的具体管理方式，同时学校可以组织学生参加质量认证考试、质检比赛等实践活动，在实践活动中锻炼学生解决问题的能力，提高学生的综合素质。
可靠性工程
分布函数 ：设X为随机变量，对任意实数χ，则称函数 F （χ）=P{X≤χ} 为随机变量X的分布函数。
二、可靠性统计基础知识
可靠性统计基础知识
1. 概率基础知识 2. 随机变量及其分布 3. 统计基础知识 4. 参数估计 5. 假设检验
1、概率基础知识
随机事件及其概率
随机实验:满足下列三个条件的试验称为随机试验； （1）试验可在相同条件下重复进行；（2）试验 的可能结果不止一个，且所有可能结果是已知 的；（3）每次试验哪个结果出现是未知的；随 机试验以后简称为试验，并常记为E。
失效率：失效率是工作到某时刻尚未失效的产品， 在该时刻后单位时间内发生失效的概率。一般记 为λ,它也是时间t的函数,故也记为λ(t),称为失效率 函数,有时也称为故障率函数或风险函数；它反映t 时刻失效的速率,也称为瞬时失效率。
一、可靠性工程概述
（三）浴盆曲线 对某一类产品而言，产品在不同的时刻有不同的失 效率（也就是失效率是时间的函数），对电子产品 而言，其失效率符合浴盆曲线分布 （如下图）：
威布尔分 布(Ⅲ型 极值分 布)W(k,a
,b)
3、统计基础知识
研究对象的全体称为总体或母体，组成总体的每个基本单位 称为个体。
（1）按组成总体个体的多寡分为：有限总体和无限总体；
（2）总体具有同质性：每个个体具有共同的观察特征，而 与其它总体相区别；
（3）度量同一对象得到的数据也构成总体，数据之间的差 异是绝对的，因为存在不可消除的随机测量误差；
软件可靠性工程
软件可靠性工程第一点：软件可靠性工程的概念与重要性软件可靠性工程是一门专注于提高软件产品可靠性的工程学科。
在当今信息化时代，软件已经成为人们生活和工作中不可或缺的一部分，软件的可靠性直接关系到人们的生命财产安全和国家信息安全。
因此，软件可靠性工程的研究和实践具有极其重要的意义。
软件可靠性工程主要研究如何设计和开发出可靠性高的软件产品，如何在软件运行过程中保证其可靠性，以及如何评估和改进软件的可靠性。
软件可靠性工程的目标是确保软件产品在规定的条件和时间内能够正常运行，不出现故障或者错误。
软件可靠性工程包括多个方面的内容，如可靠性模型、可靠性预测、可靠性设计、可靠性测试、可靠性评估等。
可靠性模型用于描述软件可靠性随时间的变化规律，可靠性预测用于预测软件在未来的运行中可能出现的故障情况，可靠性设计则是在软件设计阶段就考虑如何提高软件的可靠性，可靠性测试则是通过测试来验证软件的可靠性，可靠性评估则是评估软件的可靠性是否满足需求。
软件可靠性工程的重要性主要体现在以下几个方面：1.保障用户利益：软件可靠性工程能够确保软件产品在正常使用条件下能够满足用户的需求，不出现故障或者错误，从而保障用户的利益。
2.提高企业竞争力：软件可靠性工程能够提高软件产品的质量和可靠性，提高企业的信誉和品牌形象，从而提高企业的竞争力。
3.保障国家信息安全：软件可靠性工程能够提高关键信息系统的可靠性，保障国家信息安全。
4.促进软件产业发展：软件可靠性工程能够推动软件产业的技术进步和创新发展。
第二点：软件可靠性工程的方法与实践软件可靠性工程的方法和实践主要包括以下几个方面：1.可靠性模型：可靠性模型是软件可靠性工程的基础，常用的可靠性模型有失效模式和影响分析（FMEA）、故障树分析（FTA）、马尔可夫模型等。
通过建立可靠性模型，可以分析和预测软件的可靠性，为软件可靠性工程提供指导。
2.可靠性设计：可靠性设计是在软件设计阶段就考虑如何提高软件的可靠性。
第九章可靠性工程基础
产品在规定的条件下满足给定定量特性要求的自 身能力称为产品固有能力 (Capability)，简写为 C，一般就是产品的性能，固有能力参数是一系列 指标体系。
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 (Effectiveness)，简写 为E。它是产品可用性(A)、可信性(D)及固有能 力(C)的综合反映。效能的一种简单表达式为 E=ADC
维修度M(t) 平均修复时间MTTR(Mean Time to Repair)等。
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一个产品不工作的时间NT(Down Time)包 括以下两部分：
（1）在设备、备件、维修人员和维修规程等齐全 的条件下，用于直接维修工作的时间，称为直接维 修时间MT(Maintenance Time)。 （2）由于保障资源补给或管理原因等延误而造成 的时间，称为延误时间DT (Delay Time)。
质量管理
中南财经政法大学
胡铭
1
第九章 可靠性工程基础
2
可靠性是产品的基本质量特性之一，是评价 产品质量的重要指标。
3
第一节 可靠性及其相关概念
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一、可靠性概况
美国1957年发射的“先锋号”卫星，由于 一个价值2美元的器件出现故障，造成价值 220万美元的损失；
1986年1月28日，美国航天飞机“挑战者 号”起飞76秒后爆炸，7名宇航员丧生，直 接损失达12亿美元，使美国的民族精神受 到严重创伤，这次事故的直接原因就是因为 一个密封圈不密封引起的。
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（二）维修性
维修性指的是产品维修的难易程度，是产品 设计所赋予的一种维修简便、迅速和经济的 固有属性。
通常定义为：“产品在规定条件下和规定时 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”，简写为M。 其概率度量称为维修度。
可靠性工程师职责描述
可靠性工程师职责描述可靠性工程师是一种专门负责产品可靠性的工程师，主要职责是确保产品在使用过程中的可靠性和稳定性。
他们通过设计、测试和改进产品，以确保产品能够持续运行，并满足客户和市场的需求。
以下是可靠性工程师的主要职责描述：1. 确保产品在设计阶段考虑到可靠性因素。
可靠性工程师需要参与产品设计过程，分析产品的可靠性要求和设计方案，并提出改进建议。
他们需要使用可靠性工程的方法和工具，如故障模式与影响分析（FMEA）和故障树分析（FTA）等，以评估和降低产品的故障概率和影响。
2. 制定产品测试计划和策略。
可靠性工程师需要设计和执行各种产品测试，如可靠性测试、环境测试和可重复性测试等，以验证产品的可靠性和稳定性。
他们需要制定测试计划和策略，并确保测试过程和结果的准确性和可靠性。
3. 分析产品故障和问题。
可靠性工程师需要分析和解决产品故障和问题，通过故障数据分析和统计方法，确定故障根因，并提供解决方案和改进建议。
他们需要与其他相关团队合作，如设计团队、制造团队和供应商，以解决产品质量和可靠性问题。
4. 开展可靠性改进项目。
可靠性工程师需要开展可靠性改进项目，以提升产品的可靠性和稳定性。
他们需要收集并分析产品的可靠性数据和用户反馈，根据分析结果提出改进方案，并推动改进项目的实施和跟踪。
5. 提供技术支持和培训。
可靠性工程师需要向其他团队成员提供技术支持和培训，以帮助他们理解和应用可靠性工程的方法和工具。
他们需要解答团队成员的问题，解决技术难题，并培训他们使用产品测试设备和工具。
6. 编制和维护产品可靠性文档。
可靠性工程师需要编制和维护产品的可靠性文档，包括可靠性测试报告、故障分析报告和改进计划等。
他们需要确保文档的准确性和完整性，并定期更新和修订文档。
7. 进行供应商评估和管理。
可靠性工程师需要评估和管理供应商的可靠性性能，包括供应商的制造能力、质量控制体系和供应链可靠性等。
他们需要与供应商合作，共同制定可靠性改进计划，并监督和评估供应商的改进进展。
可靠性工程技术基础
2.1.2 可靠性定量要求——主要指标参数
d.平均首次故障前时间 mean time to first failure (MTTFF) 可修复产品的一种基本可靠性参数。其度量方法为：在规
定的条件下，产品从开始使用到出现首次故障时产品寿命单 位总数与产品首次故障总数之比。
e. 故障率 产品可靠性的一种基本参数。其度量方法为：在规定的
表5 可靠性设计（定量）工作内容
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 行可靠性设计 的依据
合同和研制任 务书中规定 的、产品必须 达到的合同指 标，它是进行 厂内考核或验 证的依据
*下面列出可靠性常用的设计指标参数
8 可靠性工程技术基础
2.1.2 可靠性定量要求——主要参数特征量
a. 可靠度 可靠性的概率度量，其符号为R(t) 例如: R(t)=0.95，0.99等。
条件下和规定的期间内，产品的故障总数与寿命单位总数之 比。
10 可靠性工程技术基础
表3
产品层次
可靠性常用的设计指标参数的应用
产品使用特征量
连续或间歇工作 连续或间歇工作 一次性使用
(可修复)
(不可修复)
装备
R(t)或MTBF R(t) 或MTTF
P(S)或P(F)
分系统 设备
R(t)或MTBF
R(t)或λ
1 可靠性工程技术基础
可靠性发展与产品质量的特性关系
产品质量的固有特性包含了产品的性能特性、专门特性、经济性、 时间性、适应性等方面，如图所示。
产品质量的固有特性
性能特性
专门特性
经济性 时间性 适应性
可 安 维 保 测 寿命 靠 全 修 障 试 周期 性 性 性 性 性 费用
可靠性工程知识点总结
可靠性工程知识点总结在可靠性工程中，有一些重要的知识点需要深入了解和掌握。
本文将对可靠性工程的一些关键知识点进行总结和介绍。
一、可靠性基础1. 可靠性定义可靠性是指产品或系统在规定条件下能够保持其功能的能力。
可靠性工程致力于提高产品或系统的可靠性，以确保其在使用过程中能够稳定可靠地运行。
2. 可靠性指标常见的可靠性指标包括：MTBF（Mean Time Between Failures，平均无故障时间）、MTTR（Mean Time To Repair，平均修复时间）、系统可靠度等。
这些指标可以帮助工程师评估产品或系统的可靠性水平，并进行改进和优化。
3. 可靠性工程的原则可靠性工程遵循一些基本原则，包括：从源头预防、持续改进、全员参与、数据驱动等。
这些原则可以帮助企业建立和维护高可靠性的产品或系统。
二、可靠性设计1. 可靠性设计思想可靠性设计是产品或系统的可靠性的根本保证。
它包括从设计阶段就考虑可靠性需求，选择可靠的零部件和材料，优化结构和工艺，提高系统容错性等。
可靠性设计思想是将可靠性纳入产品或系统整个生命周期的设计过程中。
2. 可靠性设计方法可靠性设计方法包括：FMEA（Failure Mode and Effect Analysis，故障模式与影响分析）、FTA（Fault Tree Analysis，故障树分析）、DFR（Design for Reliability，可靠性设计）等。
这些方法可以帮助设计人员分析和评估产品或系统的潜在故障模式和影响，并制定相应的改进措施。
3. 可靠性验证可靠性验证是验证产品或系统可靠性设计是否符合实际要求的过程。
它包括可靠性测试、可靠性评估、可靠性验证试验等。
可靠性验证可以帮助企业确认产品或系统的可靠性水平，并进行必要的改进和调整。
三、可靠性制造1. 可靠性制造要求可靠性制造是保证产品或系统在制造过程中能够保持设计要求的过程。
它包括制定严格的制造工艺和流程、选择合格的供应商和原材料、进行严格的工艺控制和巡检等。
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(t)
恒定故障率区：故障率保 持不变* 使用寿命
•确定使用寿命 •零部件个未能更换时间
规定的 耗损A 区：故障率随时间而 B
故障率 增加*
维修后故
障率下降
早期
偶然故障
故障
耗损故障 t
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可靠性工程内涵
系统可靠性的概念
一个产品或系统是由众多的单元组成的，如飞机、 神州号飞船、洗衣机
测试性
保障性
保障
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可靠性系统工程
可靠性系统工程
可靠性工程
可靠性、安全性(系统安全性工程)
维修性工程与维修工程
维修性产品固有的特性：反映产品是否好修
维修：为保持/恢复产品可用状态所开展的活动
维修的方式与级别，RCM：以可靠性为中心的维修
测试与测试性：故障诊断
质量与可靠性
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装备研制与可靠性工程
系统工程管理的三大类活动
研制阶段划分：控制研制过程及建立基线 系统工程过程(系统工程管理的核心) 寿命周期综合：研制过程中全面、综合考虑寿命周
期的所有需求——可靠性
研制阶段划分
基线
寿命周期 规划
系统工程管理
系统工程过程 综合工作组 寿命周期综合
高可靠是武器装备战斗力的保障
提高武器装备的效能
减少装备维修
减少装备全寿命周期费用 0.865
0.925
0.8
综合效能
功能/性能，款式、构型等
可靠性(寿命)、维修性、产品支0.6援
0.865
0.52
质量
价格/使用费用
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装备研制与可靠性工程
系统工程(System Engineering)
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装备研制与可靠性工程
并行工程(Concurrent Engineering，CE)
并行工程是对产品及其相关过程（包括制造过程和支 持过程）进行并行一体化设计的一种系统化的工作模 式。这种工作模式力图使开发者从一开始就考虑到产 品全生命周期中的所有因素，包括质量、成本、进度 和用户需求。 [1988年， 美国防御分析研究所(IDA)以 武器生产为背景, 对传统的生产模式进行了分析, 系统 化地提出了并行工程的概念， R.I.Winner著名的R-338 报告 ]
使用可靠性评估与改进
使用可靠性信息收集 使用可靠性评估 使用可靠性改进
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可靠性工程工作流程
可靠性信息与评估
作
战
需 求
可靠性要求
可靠性设计 分析
工艺可靠性设 计分析
生产及质量控制
装备使用
分
析
可靠性试验与验证
可靠性管理
可靠性工程工作流程
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系统设计阶段的可靠性设计分析流程
并行工程作为一种哲理，其中新技术不断更新：如网 络上的异地协同设计，虚拟现实技术在设计中的应用， 新的设计方法学等。
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装备研制与可靠性工程
工程研制过程
抛 墙 式
需求分析
并
行
方案建立
工
程
工程设计
过 工艺、工装、生产
程 工程过程与质量管理(并行)---RMS
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可靠性设计分析
建立可靠性模型 可靠性分配
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可靠性工作项目
可靠性设计分析
可靠性预计 故障模式、影响及危害性分析 故障树分析 潜在分析 电路容差分析 制定可靠性设计准则与符合性检查 元器件、零部件和原材料选择与控制 确定可靠性关键产品 确定功能测试、包装、贮存、装卸、运输和维修对
“规定”(“规定条件”、“规定时间”、“规定功
能”）
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可靠性研究与应用的目的和意义
为什么要搞可靠性？
世界上没有永恒的事物 产品故障会造成巨大的损失
经济损失 人员安全 武器装备丧失战斗力 政治、社会问题
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可靠性研究与应用的目的和意义
为什么要搞可靠性？
系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、 试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普 遍意义的科学方法[钱学森]
从整体出发合理开发、设计、实施和运用系统的工程 技术[中国大百科]
运用系统学的思想、理论，开展/管理工程
“系统” 的工程
工程系统工程
组织管理大型工程项目的规划、研究、设计、制造、 试验和使用的技术[中国大百科][工程系统的规划与设 计，阮镰、章国栋]
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并行工程的核心
综合、协调
综合考虑武器系统的各个方面 各方面之间的相关性 协调权衡好各方面因素的关系——可靠性是其重要
因素 协调好工程过程中各项工作的关系
并行
改传统的串行方式为并行方式 并行与协调
以产品为核心
需求牵引，思想观念的更新
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工程过程概念
可靠性管理
制定可靠性计划(甲方) 制定可靠性工作计划(承制方) 对承制方、转承制方和供应方的监督与控制
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可靠性工作项目
可靠性管理
制定可靠性计划(甲方) 制定可靠性工作计划(承制方) 对承制方、转承制方和供应方的监督与控制 可靠性评审 建立故障报告、分析和纠正措施系统 建立故障审查组织 可靠性增长管理
综合保障/产品支援
全寿命周期费用
企
保障性：好保障、保障好 业 效
可靠性
维修设备与人员
益 安
保
备件与维修网点(维修级别)
全 性
障 性
用户资料与培训等
测试性
维修性
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可靠性工程内涵
可靠性工程范畴
系统/产品的可靠性要求或目标 可靠性的设计分析
建模、预计、FMEA、FTA 风险分析等 可靠性试验与评价 环境应力筛选(ESS) 可靠性增长试验等 可靠性验证试验等 可靠性信息 可靠性管理
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可靠性工程内涵
质量与可靠性关系
从广义质量观看，质量涵盖可靠性 从狭义的质量观看，就是“符合性质量” 可靠性毕竟与狭义的质量管理还是有很大区别的，质
量出了问题，往往批次性很强 可靠性是更深层次的与设计、工艺相关的根本性问题。
有些企业对于可靠性工程有一种错误观念，认为可靠 性工程是质量部门的事情，而设计部门却很少人员参 与。 产品的可靠性是在设计阶段就已经决定了 在用户使用过程中，均是“可靠性”问题
我国从20世纪80年代，才真正在武器装备中开展可靠 性工程；
21世纪初，可靠性工程在我国全面深入的研究与应用
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可靠性工程内涵及其外延
产品特性
产 品 (系 统 )
可靠性
维修性
固有属性
故障
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系统失效 (不 可 靠 )
事故 (不 安 全 )
安全性
维修 诊断
形成期
1951年ARINC开始了最早的一个可靠性改进计划； 1952年美国国防部成立了电子设备可靠性咨询组 (AGREE)；1955年AGREE开始实施从设计、试验、生 产到交付、储存和使用的全面的可靠性发展计划，并 于1957年发表了《军用电子设备可靠性》的研究报告， 从9个方面阐述了可靠性设计、试验及管理的程序及方 法，确定了美国可靠性工程的发展方向，成为可靠性 发展的奠基性文件，标志着可靠性已经成为一门独立 的学科，是可靠性工程发展的重要里程碑。
可靠性与可靠性工程
Reliability Engineering
北京航空航天大学可靠性工程研究所
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内容提要
可靠性研究与应用的目的和意义 装备研制与可靠性工程 可靠性工程的发展 可靠性工程的范畴与理论 可靠性工程特点 可靠性工程
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可靠性研究与应用的目的和意义
技术的进步、信息时代 产品，特别是飞机、武器装备等日益复杂化、高科技 载人航天、绕月探测工程 美国人的火星探测 人类的生活在20、21世纪发生了巨大的变化
人们对可靠性的要求日益提高 现代高科技产品对可靠性高要求
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可靠性研究与应用的目的和意义
为什么要搞可靠性？
系统的可靠性是其格组成单元的可靠性的概率逻辑 组合
分析/计算系统可靠性，需要建立系统可靠性模型
系统可靠性的设计与分析方法
系统性 统计学 系统自身的特性 其他专门的专业学科
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可靠性工程内涵
可靠性工程特点
全寿命(寿命剖面与任务剖面)
综合性
需求分析、设计、管理、试验、制造与使用
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可靠性工程的发展
成熟与综合发展
20世纪60年代~70年代,是可靠性工程全面发展和步入 成熟的阶段。美国在许多武器装备中推行可靠性工程， 美军形成了一系列较完善的标准
20世纪80年代以来，可靠性向更广泛和更深入的方向 发展，并以武器装备的效能为目标，将可靠性、维修 性和保障性有机的综合在一起，形成可靠性系统工程
围绕“故障” 并行工程 交叉型学科
导致故障的原因: 系统设计和结构、元件的可靠性 使用环境 制造缺陷 预防维修和计划维修等
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