可靠性工程基础知识课件.
可靠性基础知识
可靠性基础知识研究可靠性的意义对于产品来说, 可靠性问题和人身安全, 经济效益密切相关 . 因此, 研究产品的可靠性问题, 显得十分重要 . 非常迫切 .1) 提高产品可靠性, 可以防止故障和事故障的发生, 尤其是避免灾难性的事故发生 .86 年1 月28 日, 美航天飞机” 挑战者号” 由于 1 个密封圈失效, 起飞76S 后爆炸, 其中7 名宇航员丧生, 造成12 亿美元的经济损失;92 年我国发射” 澳星号” 时由于一个小小零件的故障, 发射失败, 造成了巨大的经济损失和政治影响到 .2) 提高产品的可靠性, 能使产品总的费用降低 . 提高产品的可靠性, 首先要增加费用, 如选用好的元器件, 研制部分冗余功能的电路及进行可靠性设计、分析、实验，这些都需要经费。
然而，产品可靠性的提高使得维修费及停机检查损失费大大减小，使总费用降低。
3 ）提高产品的可靠性，可以减少停机时间，提高产品可用率，一台设备可顶几台用，可以发挥几倍的效益。
美国GE 公司经过分析认为，对于发电、冶金、矿山、运输等连续作业的设备，即使可靠性提高1% ，成本提高10% 也是合算的。
4 ）对于公司来讲，提高产品的可靠性，可以改善公司信誉，增强竞争力，扩大市场份额，从而提高经济效益。
一般所说的“ 可靠性” 指的是“ 可信赖的” 或“ 可信任的” 。
我们说一个人是可靠的，就是说这个人是说得到做得到的人，而一个不可靠的人是一个不一定能说得到做得到的人，是否能做到要取决于这个人的意志、才能和机会。
同样，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。
根据国家标准的规定，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。
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。
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；
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。
质量管理之可靠性基础知识
资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载质量管理之可靠性基础知识地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容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。
可靠性工程基础知识
t
b<0
b=0
b>0
Duane可靠性增长模型
lnC(t)=a+blnt
dN ( t ) dC( t ) t a b t (b 1)e t dt dt
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基本概念（续）
软件与硬件可靠性问题对比
特征 失效原因 磨损 硬件 物理原因（如失真、断裂、 漂移） 会受到磨损 软件 主要为设计缺陷 无磨损 开发或升级后失效率随时间 单调下降 可靠性基本不受影响 无法由物理知识预测 采用冗余设计应保证冗余软 件的高度独立性，否则无助 于可靠性提高
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可靠性工程发展历史（续）
深入发展期（20世纪80年代以后） 可靠性向更广泛和更深入的方向发展，将可靠性、维修性 和保障性有机结合在一起，形成可靠性系统工程。进入21 世纪以来，几乎所有工业领域都应用了可靠性技术。可靠 性工程的研究主要体现在集成化、协同化、系统和精确化。
全寿命周期可靠性管理 状态监测、维修决策和综合保障 高复杂系统可靠性研究 精确评估和控制 可靠性和经济性的协同化
从广义质量观看，质量涵盖可靠性；从狭义质量观看，质 量只是“符合性”。 传统质量管理是以制造过程的程序化、规范化为目标，试 图通过使工序稳定来提高质量。而可靠性则是研究消除故 障的对策，要在论证、设计、工艺中就采取措施防止缺陷 的发生，产品的可靠性是在设计阶段就已经决定了。
质量管理更多考虑“今天质量”，可靠性侧重于考虑“明 天的质量”。质量概念没有考虑时间因素，控制的是产品 出厂时是否合格以及质保期内故障情况，对于质保期之后 发生故障不能保证，可靠性问题关注产品的寿命、疲劳、 老化。
时间相关性 失效率为常数 环境因素 振动、冲击、腐蚀、温度、 湿度等影响可靠性 故障处理的一般手段，适当 冗余可以提高可靠性，大量 冗余受共因因素影响
结构可靠性设计基础教案_第1章_概述
完成预定功能的能力。包括安全性、适用性和耐久性三项要
求。 • 结构可靠度是结构可靠性的概率度量，其定义是：结构在规
定的时间（设计使用年限）内，在规定的条件下（正常设计、
正常施工、正常使用维护），完成预定功能的概率，称为结 构可靠度。 必须指出：结构可靠度与使用年限长短有关，结构可靠 性设计标准所指的结构可靠度或结构失效概率，是对结构的 设计使用年限而言的，当结构的使用年限超过设计使用年限 后，结构失效概率可能较设计预期值增大。
1. 1 引言
1. 工程结构的定义
• 工程结构在相当长的使用期内，需要安全地承受各 种使用荷载，经受气象作用，以及波浪、地震等自 然作用。它们的安全与否，不但影响工农业生产， 而且还关系到人身安危。 • 对结构的要求：结构及其构件具备在各种外加作用 下防止破坏倒塌、保护人员财产不受损失的能力。
• 特别是对一些重要的纪念性建筑物，作为一个划时 代的文化特征，将流传后世，对安全、适用、美观、 耐久等方面，还有更高的要求。
1. 1 引言
3.结构设计计算的两个方面
KS ≤R 以受弯构件为例，其一般表达式为 M≤Mp/K 式中： Mp—— 截面破坏时的抵抗弯矩 K —— 构件承载力安全系数 M —— 标准荷载作用下的截面弯矩。
1. 1 引言
3.结构设计计算的两个方面
工程实测 实践经验 可靠性 结构设计 统计数据 经济性 数学理论 实验数据 专家系统
1. 3结构可靠性的基本概念及基本术语
1.3 结构可靠的基本概念及基本术语
结构的可靠性与可靠度 设计使用年限与设计基准期 结构的功能要求 设计状况 作用和作用效应 结构抗力 极限状态 极限状态方程
1.3 结构可靠的基本概念及基本术语
可靠性基础知识培训教材
复杂度：组成分系统的元器件数数量及组装调试的难 易程度，最复杂10分，最简单１分。 技术成熟度：分系统的技术水平和成熟程度 重要度：分系统的重要性或工作时间 环境条件：分系统所处环境条件
基本可靠性设计与分析技术 评分分配法 评分分配法：由专家根据各组成单元影响可靠性的各 种因素的水平进行打分，通过计算加以分配． 选择故障率为分配参数，主要考虑四个影响因素：
基本可靠性设计与分析技术
当系统各单元的寿命分布为指数分布时， 对n个相同单元的并联系统，有：
Rs t 1 1 e
λi t n
1 1 1 T Rs t dt λ 2λ nλ 0
基本可靠性设计与分析技术
K
双开关系统原理图
K1 K1 K2 K2
(a) 电路导通
n
基本可靠性设计与分析技术 二、可靠性分配 在产品设计阶段，将产品的可靠性定量要求按规定的准 则分配到规定的产品层次的过程。 可靠性分配的目的： 将整机可靠性要求分配到各组成单元 明确设计时对各组成单元控制的重点 常用方法：评分分配法；比例分配法 评分分配法 选择故障率为分配参数，主要考虑四个影响因素：
基本可靠性设计与分析技术
串联系统可靠性模型
串联系统：系统的所有组成单元中任一单元的故障都会导
致整个系统的故障．
可靠性框图: 可靠性数学模型：
1
2
n
n
Rs t Ri t
若单元的寿命分布为指数分布，则：
Ri t e
i 1
λi t
基本可靠性设计与分析技术
基本可靠性设计与分析技术
并联系统可靠性模型：组成系统的所有子系统都 发生失效系统才发生故障．组成产品所有单元同 时工作时，只要有一个单元不发生故障，产 品就 不会故障，亦称贮备模型。 1
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工程试验
统计试验 加 速 寿 命 试 验
环 境 应 力 筛 选 试 验
可 靠 性 增 长 试 验
可 靠 性 测 定 试 验
可 靠 性 鉴 定 试 验
可 靠 性 验 收 试 验
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基本概念（续）
浴盆曲线
(t )
规定的 故障率 A
使用寿命 B 维修后故 障率下降
早期 故障
偶然故障
耗损故障
可靠性工程基础知识
目录
一．基本概念
二．可靠性工程发展历史
三．可靠性分析方法
四．可靠性分配方法
五．结语
2
目录
一．基本概念
二．可靠性工程发展历史
三．可靠性分析方法
四．可靠性分配方法
五．结语
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基本概念
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。
针对产品而言 用概率来度量
随时间变化 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。 R(t)=P(T>t)
5
基本概念（续）
故障：产品或产品的一部分不能或将不能执行规定功 能的状态称为故障，对于不可修复的产品也称失效。 按故障规律可分为偶然故障和耗损故障。 可用性：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 保障性的综合反映。对于不可维修的设备，可靠性与 可用性意义相同。
t
b<0
b=0
b>0
Duane可靠性增长模型
lnC(t)=a+blnt
dN ( t ) dC( t ) t a b t (b 1)e t dt dt
11磨损 硬件 物理原因（如失真、断裂、 漂移） 会受到磨损 软件 主要为设计缺陷 无磨损 开发或升级后失效率随时间 单调下降 可靠性基本不受影响 无法由物理知识预测 采用冗余设计应保证冗余软 件的高度独立性，否则无助 于可靠性提高
平均运行时间(UP TIME) A 平均运行时间(UP TIME) 平均退出时间(DOWN TIME)
6
基本概念（续）
平均失效间隔时间（MTBF）：可维修设备相邻两次 失效间的工作时间的期望。 平均失效前时间（MTTF）：产品首次进入可用状态 直至失效或从恢复至下次失效的总持续工作时间的期 望。 平均恢复前时间（MTTR）：产品由于失效处于不可 用状态的时间区间的期望。 可靠性分配：产品设计阶段将产品的可靠性定量要求 按给定的准则分配给各组成部分的过程。
T----产品发生故障（失效）的时间，也称寿命 t----规定的时间
维修性：产品在规定的条件下按规定的程序和方法进 行维修时，产品在规定的使用条件下，保持或恢复执行 规定功能状态的能力。
4
基本概念（续）
可靠性工程：以保证和提高产品可靠性（广义的，包 括维修性）为目标，在给定的资源条件（包括人才及组 织体系、经费投入、工程研制手段等）约束下，在全寿 命周期过程（从方案设计直到寿命终止或报废全过程） 中，最大限度纠正与控制各种偶然故障（随机性故障） 并预防与根除各种必然故障（系统性故障）的一系列工 程研制技术活动。 可靠性设计：可靠性设计就是考虑可靠性的工程设计， 不存在独立于工程设计之外的可靠性设计。但可靠性设 计不只是考虑可靠性，还要综合权衡性能、维修性、安 全性、研制费用、制造加工成本、研制周期、安装布置 等因素，从而得到产品的优化设计。
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可靠性工程发展历史（续）
迅速发展期（20世纪60 ～70年代） 20世纪60年代是美国航空及航天工业迅速发展时期（宇航 时代），1965年美国宇航局（NASA）开展了机械可靠性 研究。国际上首个可靠性工程专业学术杂志IEEE Transaction on Reliability于1963年问世。同时，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。70 年代中期，可靠性工程相继在电力、交通、核能 及通信领域得到广泛应用。与此同时：
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基本概念（续）
可靠性工程
设备失效物理过程及 失效机理，材料性能 及老化数据
可靠性数据库
可 靠 性 设 计
可 靠 性 控 制
可 靠 性 试 验
可 靠 性 分 析
可 靠 性 管 理
8
基本概念（续）
可靠性设计
可 靠 性 预 计
可 靠 性 分 配
裕 量 设 计
冗 余 设 计
维 修 性 设 计
···
9
基本概念（续）
时间相关性 失效率为常数 环境因素 振动、冲击、腐蚀、温度、 湿度等影响可靠性 故障处理的一般手段，适当 冗余可以提高可靠性，大量 冗余受共因因素影响
可靠性预测 受物理规律制约，相对容易 冗余设计
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基本概念（续）
失效率λ(t) 测试期 稳定期 报废期
升级
时间(t)
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基本概念（续）
可靠性与质量管理的关系
从广义质量观看，质量涵盖可靠性；从狭义质量观看，质 量只是“符合性”。 传统质量管理是以制造过程的程序化、规范化为目标，试 图通过使工序稳定来提高质量。而可靠性则是研究消除故 障的对策，要在论证、设计、工艺中就采取措施防止缺陷 的发生，产品的可靠性是在设计阶段就已经决定了。
质量管理更多考虑“今天质量”，可靠性侧重于考虑“明 天的质量”。质量概念没有考虑时间因素，控制的是产品 出厂时是否合格以及质保期内故障情况，对于质保期之后 发生故障不能保证，可靠性问题关注产品的寿命、疲劳、 老化。
质量管理和可靠性管理虽有侧重点或一些不同，但两者都 是提高产品质量的重要手段，都是不可缺少的。
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目录
一．基本概念
二．可靠性工程发展历史
三．可靠性分析方法
四．可靠性分配方法
五．结语
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可靠性工程发展历史
开始萌芽期（20世纪30～40 年代） 可靠性概念初步形成，这一阶段的活动主要集中在德国和 美国。1943年美国成立了电子管研究委员会专门研究电子 管的可靠性问题。 初步形成期（ 20世纪50年代） 美国在朝鲜战争中发现不可靠的电子设备不仅影响战争的 进行，而且需要大量的维修费用。1952年美国国防部成立 了电子设备可靠性咨询组 (AGREE)，1957年发表了第一份 可靠性研究报告《军用电子设备可靠性》，该报告是可靠 性发展的奠基性文件，标志着可靠性研究已经成为一门独 立的学科。