1_系统可靠性基本知识
汽车维修工程课件第一章汽车可靠性理论基础ppt
No.10044
（十）有效度
是把系统可靠性和维修性特性转换为效能的一个 指标的参数。通过可用性分析，可以在系统的可靠 性和维修性参数间作出合理的权衡。
A(t) U D U
A(t)—有效度
式中 U —能工作时间；
D —不能工作时间
—所有样本发生的 i类故障数
第三类故障：一般故障 qkj 100
i —每次发生 类故障的扣分数 第四类故障：轻微故障 qkj 20
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三、系统可靠性
（一）系统可靠性的定义
系统可靠性是指工作系统在一定的使用条件下， 在要求的工作时间内，完成规定功能的能力。
系统可靠性是建立在系统中各个零件及部件间的作用 关系和这些零部件所具有的可靠性基础之上的。换言之， 系统可靠性为其组成总成（子系统）及零件可靠性的函 数。
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平均寿命： E( X )
方差寿命： d ( X ) 2
可靠寿命： 中位寿命：
TR U p
T (0.5)
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（三）对数正态分布
若随机变量T的对数值lnt服从正态分布，则该随机变 量T就服从对数正态分布。
，
图 0, 1的对数正态分布曲线
分布函数：
x1
(ln t )2
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（二）正态分布
正态分布是一种最常用的连续型分布，它可以用来描述许多自然现 象和各种物理性能，也是机械制造、科学实验及测量技术进行误差分析 的重要工具。
1．正态分布特征
正态分布的故障密度函数为
f (x) 1 exp[ 1 ( x )2 ]
2
系统可靠性设计-1
尽可能减少或消除产品表面初始 尽可能减少或消除产品表面初始 裂纹的尺寸， 裂纹的尺寸，对于延长零件的疲劳 寿命有着比提高材料性能更为显著 的作用。
▲
机械系统可靠性设计
一、机械系统可靠性设计的概念
针对机械系统，从其全局和内部 针对机械系统，从其全局和内部 构成要素出发综合进行对应的 可靠性 构成要素 出发综合进行对应的可靠性 出发综合进行对应的 分析、 测算和安排， 在保证系统功能 分析 、 测算和安排 ， 稳定和性能可靠的同时其内部构成要 素也稳定可靠关系协调。 素也稳定可靠关系协调。
r1 r2
-----
ri
系统正常工作的概率为各单元正常工 作的概率之积
Rs = r1 ⋅ r2 ⋯ rn = i∏1 ri =
n
R s = r1 ⋅ r2 ⋯ rn =
ri i =1
∏
n
0 < ri < 1
串联系统的可靠性伴随构成单 串联系统的可靠性伴随构成单 伴随构成 元数量的增加而降低． 元数量的增加而降低．
串联系统构建原则 １、采用等寿命单元组成系统 ２、组成越小越好
单元数增加而降低， 单元数增加而降低，且系统可靠度低 于其可靠度最低的构成单元。 于其可靠度最低的构成单元。
原因：串联系统的可靠度因其组成 原因：
提高串联系统可靠度的途径
1）提高各组成单元的可靠度 ） 2）降低各组成单元的失效率 ）
注意事项： 注意事项：
二、机械系统可靠性设计的内容
１）系统可靠性预测
在分析确定系统各要素可靠度的 基础上，计算确定系统的可靠度。 基础上，计算确定系统的可靠度。
２）系统的可靠性分配
基于系统可靠度指标安排系统中 的零部件等各要素的可靠度。 的零部件等各要素的可靠度。
可靠性理论基础知识
可靠性理论基础知识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 dtt 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。
系统可靠性设计的关键步骤(四)
系统可靠性设计的关键步骤在现代社会中，各种系统的可靠性设计显得尤为重要。
无论是传统的机械系统，还是现代的信息系统，都需要保证其在运行过程中不会出现故障或失效。
而要实现系统的可靠性设计，需要经过一系列关键步骤的规划和实施。
本文将从系统设计的角度出发，探讨系统可靠性设计的关键步骤。
需求分析在进行系统可靠性设计之前，首先需要对系统的需求进行全面的分析。
这包括对系统功能、性能、可靠性、安全性以及其他相关要求的明确理解。
只有明确了系统的需求，才能够有针对性地进行可靠性设计。
同时，在需求分析阶段也需要考虑系统所处的环境条件，以及可能会面临的各种风险和挑战。
设计规划在需求分析的基础上，系统可靠性设计需要进行详细的规划。
这包括确定系统的整体结构、模块划分、数据流程和控制流程等方面的设计。
在设计规划阶段，需要考虑系统的冗余设计、容错处理、故障检测和恢复等功能的实现方式。
同时，还需要对系统的性能指标、安全性要求以及可靠性指标进行量化和分析。
技术选型在系统设计过程中，需要对各种关键技术进行选型。
这包括硬件设备、软件平台、通讯协议、数据传输方式等方面的选择。
对于硬件设备的选型，需要考虑其可靠性、稳定性、易维护性以及成本等因素。
而在软件平台的选择方面，需要考虑其适用性、可扩展性、安全性等方面的特点。
数据备份与恢复在系统可靠性设计中，数据备份与恢复是至关重要的一环。
无论是传统的数据库系统，还是现代的云计算系统，都需要保证其数据的安全性和可靠性。
在进行数据备份时，需要考虑备份的频率、备份的存储位置、备份的方式以及备份数据的完整性。
同时，还需要设计相应的数据恢复机制，以确保系统在数据丢失或损坏时能够快速恢复。
性能测试与验证在系统设计的最后阶段，需要进行性能测试与验证。
这包括对系统的各项功能、性能指标以及可靠性指标进行全面的测试和验证。
通过性能测试，可以评估系统的稳定性、可靠性以及安全性。
同时，也可以发现系统在实际运行中可能会遇到的问题，并及时进行调整和优化。
系统可靠性设计
系统可靠性设计
的概念
系统可靠性设计是一种以保证系统在有限资源下具有足够可靠性以达到使用者要求的设计方法。
它旨在通过改善设计流程，减少质量问题，提高系统可靠性，保证系统正常运行，并获得预期效果。
系统可靠性设计包括以下几个方面：
一、功能安全设计：根据需求，采用合理的安全控制，使系统达到应有的性能和质量要求；
二、可靠性预测：综合考虑系统技术特性、工作环境和其他影响因素，掌握系统可靠性参数，并预测系统可靠性水平；
三、可靠性优化：改进设计方案，选择可靠性较好的技术和材料，优化系统结构，提升系统可靠性；
四、可靠性评价：根据系统设计方案和可靠性要求，进行系统可靠性评价，监测可靠性状态；
五、可靠性保障：采取技术措施，保证系统可靠性安全，确保系统持续可靠运行。
系统工程之系统可靠性理论与工程实践讲义
系统工程之系统可靠性理论与工程实践讲义系统可靠性是系统工程中非常重要的一个领域，它一方面涉及到理论研究、模型建立等基础工作，另一方面也需要结合实际工程实践来验证和改进。
本讲义将介绍系统可靠性的基本理论与工程实践，并探讨如何提高系统的可靠性。
一、系统可靠性的定义与重要性1.1 系统可靠性的定义系统可靠性是指系统在给定的条件下在一段时间内满足特定要求的能力。
这个特定要求可以是正常工作的概率、失效的概率、失效后的恢复能力等。
1.2 系统可靠性的重要性系统可靠性直接影响到系统的稳定性、安全性和可用性。
一个可靠的系统能够正常工作并且能够应对可能出现的各种故障和异常情况，从而保证工程项目的顺利进行和安全性。
二、系统可靠性的理论基础2.1 可靠性的概率理论可靠性的概率理论是系统可靠性研究的基础，它将系统的可靠性问题转化为概率分布和统计计算问题。
常用的理论方法有可靠性函数、失效率函数、故障模式与失效分析等。
2.2 系统结构与可靠性分析系统结构与可靠性分析是指通过对系统结构与组成部分进行分析，计算系统的可靠性。
常用的方法有事件树分析、故障树分析、Markov模型等。
2.3 可靠性增长理论可靠性增长理论是指通过对系统进行可靠性试验和监控，根据得到的失效数据对系统进行可靠性增长预测和改进。
常用的方法有可靠性增长图、可靠性增长模型等。
三、系统可靠性的工程实践3.1 可靠性设计可靠性设计是指在系统设计阶段，通过选择可靠性较高的组件和结构，提高系统的可靠性。
常用的方法有设计可靠性评估、冗余设计、容错设计等。
3.2 可靠性测试可靠性测试是指对系统进行工作负载、压力、故障等方面的测试，以评估系统的可靠性。
常用的方法有端到端测试、负载测试、异常情况测试等。
3.3 可靠性维护与改进可靠性维护与改进是指在系统投入使用后，对系统进行设备维护、故障排除、性能改进等工作，以保持系统的可靠性和稳定性。
四、提高系统可靠性的工程实践4.1 设定合理的要求和指标在系统设计之初，需要设定合理的可靠性要求和指标。
可靠性第一章复习总结
1. 可靠性与可靠度的区别可靠性：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。
可靠度：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。
即： 可靠度是可靠性的概率表示，用概率来度量产品的可靠性时就是产品的可靠度。
2. 可靠性的五个因素① 产品：指研究对象。
② 规定条件③ 规定时间④ 规定的功能⑤ 能力3. 可靠度与不可靠度可靠度：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，通常以R 表示。
不可靠度(失效概率)：产品在规定的条件下和规定的时间内不能完成规定功能的概率，又称为失效概率，记为F 。
4. 失效概率密度对不可靠度函数F(t)求导，则得失效密度函数f(t),也称为故障密度函数。
5. 失效率失效率(故障率)：工作到某时刻t 时尚未失效(故障)的产品，在t 时刻以后的下一个单位时间内发生失效(故障)的概率。
失效率的观测值为：在某时刻t 以后的下一个单位时间内失效的产品数与工作到该时刻(t)尚未失效的产品数之比。
设有N 个产品，从t=0开始工作，到时刻t 时产品的失效数为n(t),而到时刻(t+Δt)时产品的失效数为n(t+Δt),即在Δt 时间内失效了Δn(t)=n(t+Δt)-n(t)个产品，则在[t,t+Δt]区间内的平均失效率tt n N t n t t n N t n t t n t ∆-∆=∆--∆+=)]([)()]([)()()(λ 而当N →∞，Δt →0时，有瞬时失效率，简称失效率 t t n N t n (t)λλ(t)Δt N Δt N ∆-∆==→∞→→∞→)]([)(lim lim 00dtt R d t R t R dt t dR R dt F t )(ln )()(f )t (/)()t (/)t (d )(-==-==λ 因失效率λ(t)是时间t 的函数，故又称它为失效率函数平均失效率的积分式表示为⎰=tdt t t t 0)(1)(m λ6. 失效率曲线(浴盆曲线)的三个阶段及各自对应类型和各自失效原因失效率曲线一般可分为递减型失效率DFR 曲线，恒定型失效率CFR 曲线，递增型失效率IFR 曲线。
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。
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R(t)P(t)
式中，R(t)——可靠度函数； ξ——产生故障前的工作时间； t ——规定的时间
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可靠性设计
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可靠度函数
依定义可知，可靠度函数R(t)为：
式中，
R(t) N0 r(t) N0
偶然故障 渐变故障
产品的故障按其故障后果分为两大类：
致命性故障 非致命性故障
产品的故障按其统计特性分为两大类：
独立故障 从属故障
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可靠性设计
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寿命剖面
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。
故障及其分类
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（即产 品丧失了规定的功能） 。
对于不可修产品（如电子元器件）：失效。
故障的表现形式，叫做故障模式。
引起故障的物理化学变化等内在原因，称 故障机理。
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可靠性设计
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故障及其分类
产品的故障按其故障规律分为两大类：
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可靠性设计
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故障率实例
[例]右表为 某产品 10 万个在 18 年内的故 障数据， 试计算这 批产品1年、 2年…的故 障率。
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t（年） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 … 17 18
r(t) ×1000个
0 1 2 3 4 7 13 23 37 … 99 100
高度（公里）
12
Ma=0.673 6 15min Ma=0.582
300m 19min48s 9150m
Ma=0.69 14min30s
14000m
Ma=0.584 22min36s
1200m
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时间（分钟） 飞机投放炸弹事件的任务剖面示例
可靠性设计
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可靠性的度量——可靠度
可靠度
可靠性设计
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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 f (t)dt 1 可知： 0
R(t) 1 F(t) 1
t f (t)dt
f (t)dt
0
t
因此， R(t、)、F(t) 与 f(t) 之间的关系如图所示。
f(t) 13.02.2021
f(t)
F(to)
R(to)
可靠性设计
23
故障率与可靠度、故障密度函数的关系
(t)d(tr) d(tr) N 0(t)f(t)
N s(t)dtN 0(t)dtN s(t) R (t)
to
图 R(t)、F(t)与f(t)的关系
可靠性设计
t 15
故障率函数
故障率
工作到某时刻尚未发生故障的产品，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：(t) dr(t)
Ns (t )dt
式中， (t) —— 故障率；
dr(t) —— t 时刻后，dt 时间内故障的产品数； Ns(t) —— 残存产品数，即到t 时刻尚未故障的产 品数。
(t)
规定的
A
故障率
使用寿命
B 维修后故障率下降
早期 故障
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偶然故障
耗损故障
t
产品典型的故障率曲线
可靠性设计
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对故障发生规律认识的变化
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可靠性设计
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故障发生规律的六种模式
AB 4%2%C
5% D 7%
E 14% F 68%
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六种模式所占的比率 （美国联合航空公司统计）
贮 采包运存运发 购装输检输送
测
使
任
检用 运 务 运 维 运 报
测贮 输 剖 输 修 输 废
存
面
后勤阶段
使用阶段
寿命剖面内的事件
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可靠性设计
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寿命剖面示例
生产 阶段
运输
后勤阶段 储存/后勤阶段
使用阶段
准备阶段
任务阶段
主 动 段
发射段
惯性飞行段 下降段
事件 （使用 方法）
生 产
验 收
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可靠性设计
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故障率函数
可按下式进行工程计算： (t) r(t)
Ns(t)t
式中，Δr(t) —— t 时刻后，Δt 时间内故障的产品数； Δt —— 所取时间间隔； Ns(t) —— 残存产品数。
对于低故障率的元部件常以 10-9/h 为故障率的单 位，称之为菲特（Fit）。
r(t) ×1000个 0 1 1 1 1 3 6 10 14 15 … 1 /
可靠性设计
(t)(%/年) 0
1.00 1.01 1.02 1.03 3.12 6.45 11.49 18.18 23.81 … 100.0
/
19
产品故障浴盆曲线
浴盆曲线
大多数产品的故障率随时间的变化曲线形似浴盆，称 之为浴盆曲线。由于产品故障机理的不同，产品的故 障率随时间的变化大致可以分为三个阶段：
N0 —— t = 0时，在规定条件下进行工作的产品 数；
r(t) —— 在0到 t 时刻的工作时间内，产品的累计
故障数。
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可靠性设计
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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）。
依定义可知，产品的累积故障概率是时间的函 数，即
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。
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可靠性设计
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任务剖面示例
温度（C）
36 C
14 min 24s 30C
10
20 min16s
-20 -பைடு நூலகம்0
41 C 20 min16s
24 C 20 min 23s
装卸和 公路运
输
装卸和 铁路运
输
装卸 和空 运
装卸和 船运
工作准 备阶段
发射 阶段
飞行阶段
装卸和后勤 支援运输 （最坏路线）
有遮蔽存贮， 帐篷，圆屋
顶
无遮蔽 存储
调整 导弹处 发射后第 状态 于战斗 一个动作
命中 目标
位置
某导弹的寿命剖面
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可靠性设计
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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。任务剖面一般应 包括：
r(t) F(t)
N0
显然，以下关系成立：
R(t)F(t)1
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可靠性设计
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可靠度函数与累积故障分布函数的性质 R(t)与F(t)的性质如下表所示：
取值范围 单调性 对偶性
R (t )
[0，1] 非增函数
1 F(t)
F (t)
[0，1] 非减函数
1 R(t)
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