可靠性概念

第一部分产品可靠性基本概念

编讲杨志飞

1 质量定义

为了某个目的而进行的单项具体工作叫“活动”。活动需要“资源”，资源包括人员、设施、设备、技术、资金和时间。

将输入转化为输出的一组关联的资源和活动称“过程”。

产品：ISO 9000定义为“活动或过程的结果”。产品可包括：硬件、流程性材料、软件、服务或它们的组合；产品可以是有形的(如组件或流程性材料)，也可以是无形的(如知识或概念)或是它们的组合；产品可以是预期的(如提供给客户的)或非预期的(如污染物或不愿有的后果)。(国内曾经把产品定义为：是指任何元器件、零部件、组件、设备、分系统或系统，可以指硬件、软件或者两者的结合。)

硬件，是有形的、不连续的、具有特定形状的产品，通常由制造的、建造的和装配的零件、部件或(和)组件组成。

流程性材料，是由固体、气体、液体或由它们的组合所组成，经转换形成的产品(最终产品或中间产品），通常由管道、桶、袋、罐或以卷的形式交付。

软件，是通过支持媒体表达的信息所构成的一种智力创作。

服务，是为满足顾客的需要，供方和顾客之间接触的活动以及供方内部活动产生的结果。

整机：是指产品的部分内涵，即产品中设备以上的部分。

系统：能够完成某项工作任务的设备、人员及技术的组合。一个完整的系统应包括在规定的工作环境下，使系统的工作和保障可以达到自给所需的一切设备、有关的设施、器材、软件、服务和人员。

分系统：在系统中执行一种使用功能的组成部分。如数据处理分系统、制导分系统等。

请注意：组件多数可以看作整机，有时也当作元器件，在高度集成的器件中，往往包含了整机的模块，现代的部件往往也做成组件。因此很难划清它们的界线。

实体，是可以单独描述和考虑的事物，可以是某项活动和过程、某个产品、某个组织、体系或人或他们的任何组合。

特性，是帮助识别和区分各类实体的一种属性。属性包括物理、化学、外观功能或其它可识别的性质。其描述的量叫“特性参数”。

反映实体满足规定和潜在需要能力的特性之和叫“质量”。潜在需要是用户未在合同或定单中明确提出但实质上有的需要。质量是实体的一项最重要的特性，包括：性能、适用性、可信性、安全性、环境、经济性、美学。

可信性，是描述可用性和它的影响因素包括可靠性、维修性、维修保障性的集合性术语。

2故障定义

产品终止最终完成规定功能的能力的事件称“失效”。产品不能执行规定功能的状态叫“故障”。丧失功能的准则叫故障判据。

相对于给定的规定功能，有故障的产品的一种状态叫“故障模式”。形成故障的物理、化学(可能还有生物)变化等内在原因称为“故障机理”。

产品在规定的条件下使用，由于其本身固有的弱点而引起的失效，称为“本质故障”，不按规定条件使用产品而引起的失效称为“误用故障”。产品设计应包括减少误用故障的设计过程。

产品由于制造上的缺陷等原因而发生的故障称为“早期故障”；而由于偶然因素发生的故障称为“偶然故障”，一般在事前不能测试或监控，属于“突然故障”。产品由于老化、磨损、损耗或疲劳等原因引起的故障称为“耗损故障”。通过事前的测试或监控可以预测到的故障称为“渐变故障”。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叫“致命性故障”。

3 可靠性概念

可靠性：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。可靠性的概率度量叫可靠度。

寿命是指产品使用的持续期。以“寿命单位”度量。

在规定的条件下和在规定的时间内，产品故障的总数与寿命单位总数之比称为“故障率”(λ)。故障率λ是可靠性基本参数，其倒数为平均故障间隔时间(MTBF)。

可靠性分为固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性用于描述产品的设计和制造的可靠性水平，使用可靠性综合考虑了产品设计、制造、安装环境、维修策略和修理等因素。从设计的角度出发，把可靠性分为基本可靠性和任务可靠性，前者考虑包括与维修和供应有关的可靠性，用平均故障间隔时间(MTBF)表示；后者仅考虑造成任务失败的故障影响，用任务可靠度(MR)和致命性故障间隔任务时间(MTBCF)表示。对多数企业主要关心产品的固有可靠性和基本可靠性。对可修产品用平均故障间隔时间表示，对不可修产品用平均失效率表示，对一次性使用产品用平均寿命表示。

4维修性

为保持或恢复产品处于能执行规定功能的状态所进行的所有技术和管理，包括监督的活动叫“维修”。在规定的条件下，按规定的程序和手段实施维修时，产品在规定的使用条件下保持或恢复能执行规定功能状态的能力叫“维修性”。维修性的概率度量称“维修度”。

根据维修工作的需要，产品被划分成的级叫“维修约定级”。在一个具体的维修约定级上的维修活动的安排叫“维修等级”。

平均修复时间（MTTR）估计值的度量方法为：在规定的条件下和规定的时间内，产品在某一规定的维修等级上，总修复性维修时间与在该级别上被修复产品的故障总数之比。

5可用性

现代质量管理体系对可靠性的要求日益提高，发展成用户最关心的“可用性”的概念，其定义是：设备在任一随机时刻需要和开始执行任务时，处于可工作或可使用状态的程度。通常用可用度(A

)表示，它把可靠性、维修性、测试性、保障性等等产品的设计特性综合成为用户所关心的使用参数。可用性的概率度量叫“可用度”。

固有可用度A

I ＝T

BF

/(T

BF

+M

CT

)

其中：T

BF 为平均故障间隔时间(小时), M

CT

为平均修复时间(小时)。

使用可用性A

=累计工作时间/（累计工作时间+累计不能工作时间）

累计不能工作时间包括累计直接维修时间和累计维修保障延误时间MLDT。故：

A

=MTBF/（MTBF+MTTR+MLDT）

6保障性

系统设计特性和计划的保障资源能满足平时完好性和工作使用要求的能力叫“保障性”。

7 可靠性的经典语言

可靠性是产品质量的内涵，是产品技术性能的时间表征。因此它是一种统计量，不能用仪表去计量产品的可靠性量值，而应通过对时间统计结果进行处理后才能获得可靠性定量值。可见，不同产品的可靠性数据有着不同的分布规律，如电子产品多数符合指数分布规律，即著名的“浴盆曲线”。

产品可靠性是全寿命周期的指标，是由设计决定的，即首先要有良好的设计，还要有良好的元器件(材料)、良好的工艺、良好的维护保养。用形象的语言来表达就是：产品可靠性是设计出来的(“优生”)，是制造出来的(“优育”)，是管理出来的(“优教”)，是维护保养出来的(“优养”)。

可靠性设计工作要遵循简单、成熟的原则。可靠性管理工作在企业内部要重点抓树“里程碑”和建立闭环控制系统等工作；在外部要抓对转承制方和供应方的监督与控制。

可靠性工作要从产品论证阶段开始做起，及早投入，及早受益。

现代产品的研制开发工作都必须正规化，必须依据有关标准。对还没有制定标准的新型产品，要由根据用户需求以合同技术条件或研制任务书的形式给承制方提出明确的产品各项指标，并作为产品出厂检验的依据。产品的各项指标中应包括可靠性和维修性指标。