可靠性特征量的估计

系统工程可靠性分析考点梳理第一节概述一、可靠性的必要性可靠性是一种综合性技术，可靠性工作贯穿从系统的规划、设计、制造直至使用和维修的整个过程。

在设计阶段要分析系统或设备所具有的可靠性水平,应从成本、性能、政策、社会、需要等各方面综合来考虑决定,然后确定可靠性目标进行比较,作为以后修订方案的依据。

最后还要进一步对组成系统的各种单元进行可靠度分配.二、可靠性的特征量和数学表示(一)可靠性的定义及特征量1.可靠性的定义可靠性是指产品、系统在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。

对于可以进行维修的产品和系统来说,不仅有可靠性问题，而且还有发生故障后的复原能力及复原速度问题。

与可靠性相对应的叫做维修性。

其含义是可修复的产品、系统在规定条件下和规定时间内的修复能力。

因此对不发生故障的可靠性与排除故障的维修性,两者结合考虑,可称为广义的可靠性。

2.可靠性的特征量能够对系统可靠性的相应能力作出数量表示的量,称为可靠性的特征量。

其主要特征量有:可靠度、失效率、平均失效间隔时间、故障平均修复时间、维修度、有效度等。

(1)可靠度R(t)可靠度是指产品、系统在规定条件下和规定时间内完成规定功能的概率。

所谓规定条件就是指系统所处的环境条件、使用条件和维护条件等,这些条件对系统可靠性有很大的影响。

所谓规定时间,根据具体情况可以是长期的若干年,短期的时间或一次性动作。

所谓规定功能就是指系统应具有的技术指标。

(2)失效率(或故障率)入(t) 失效率是指设备、系统工作时刻后，单位时间内发生失效或故障的概率。

所谓失效是指系统丧失了规定的功能。

对可修复的系统,失效也称为故障。

失效过程大体分为三个阶段:①早期失效期:②偶然失效期:③耗损失效期:(3)平均失效间隔时间(MTBF) 又称平均故障间隔时间，是指设备或系统在两相邻故障间隔内正常工作时的平均时间。

(4)平均故障修复时间(MTTR)又是指设备出现故障后到恢复正常工作时所需要的时间。

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。

可靠性文献综述1 可靠性基本理论产品的质量指标有很多种。

例如，铁路车辆的指标就有构造速度、垂向和横向平稳性、脱轨系数和倾覆系数以及结构静、动强度等等。

这类质量指标通常称为性能指标，即产品完成规定功能所需要的指标。

除此之外，产品还有另一类指标，即可靠性指标，它反映产品试验符合标准，但运行几十万公里后是否仍能保持其出厂时各项性能指标的能力。

如车辆投入运营前的各项性能指标，这是运营部门十分关心的问题。

车辆制造厂为了说明自己产品保持其性能指标的能力，就要通过试验提出产品的可靠性指标，即可靠性特征量——平均寿命、可靠度、失效率等。

1．1可靠性的定义按国标GB3187-82《可靠性基本名词术语及定义》，可靠性定义为“产品在规定条件下和规定时间内完成功能的能力”，这种能力以概率(可能性)表示，故可靠性也称为可靠度。

定义中的“产品”是指任何元件、器件、设备和系统。

“规定时间”是指产品的工作期限；“规定条件”是指产品的使用条件、维护条件、环境条件和操作技术：“规定功能”通常用产品的各种性能来表示。

对以上四方面内容必须有明确的规定，研究产品的可靠性才有意义。

1．2可靠性特征量研究可靠性特征量，必须首先明确“寿命”的含义。

在日常生活中，产品的寿命往往是指产品总的可使用时间。

每一个产品都有自己固定的寿命，但只有在试验后(包括使用后)才能确定。

故产品的寿命是一个随机变量，一般用T表示。

在可靠性工程中，不可修复产品的寿命是指发生失效荫的实际工作时间；可修复产品的寿命是指相邻两次故障间的工作时间，此时也称为无故障工作时间。

从数学上讲，研究产品的可靠性主要是研究产品寿命的概率分布：而可靠性特征量则是随机变量寿命的一些描述量。

寿命的单位多数为时问，如小时、千小时、年等，也可以是动作次数、运动距离等。

1．2．1 可靠度R(t)1 可靠度定义可靠度是指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。

它是时间的函数，，记作R(t)。

简述评价估计量优良的标准
1. 客观性：优良的评价估计量应该具有客观性，即不受主观因素的影响，能够准确
反映被评估对象的真实情况。

2. 可靠性：评价估计量应该具有良好的可靠性，即在不同条件下多次评估同一对象，得到的评价结果应该是一致的。

3. 有效性：评价估计量应该能够有效地区分不同的被评估对象，能够准确判断其优
劣程度。

4. 易操作性：优良的评价估计量应该具有简单易懂、易操作的特点，使评估者能够
轻松地进行评估。

5. 统一性：评价估计量应该具有统一的评估标准和量表，使不同评估者在评估过程
中能够达成一致的结果。

6. 透明度：评价估计量的评估过程应该是透明的，评估者应该能够清晰地理解评估
的依据和流程。

7. 公正性：评价估计量应该能够公正地对待不同的被评估对象，不受个人偏见或歧
视的影响。

8. 全面性：优良的评价估计量应该能够全面地评估被评估对象的不同方面和维度，
不偏重某一方面。

9. 效度：评价估计量应该具有良好的效度，即能够准确地衡量其所要评估的目标。

这意味着评价估计量能够真实地反映出被评估对象的特征或能力。

10. 可比性：评价估计量应该具有可比性，即不同评估者使用同一量表评估不同被评
估对象时，得出的评价结果应该是可比较的。

第5章可靠性预计与分配第五章可靠性预计与分配可靠性预计和分配是产品可靠性设计中的两个重要内容。

可靠性预计是在设计阶段对系统可靠性进⾏定量的估计，它是根据历史的产品可靠性数据、系统的结构特点和构成，以及系统的⼯作环境等因素来估计组成系统的部件及系统可靠性。

系统的可靠性预计是根据组成系统的元器件或零部件的可靠性来估计的，是“⾃下⽽上”进⾏的。

在设计时，如何把规定的可靠性指标合理地分配给组成产品的各个单元，再将分配给各单元的可靠性指标合理地分配到组建、零部件，包括接插件和焊点等，这就是可靠性分配。

可靠性分配是⼀个⾃上⽽下，由⼤到⼩，从整体到局部，逐步分解，将系统可靠度到分配组建、零部件中，它是⼀个演绎分解过程。

5.1 可靠性预计根据产品的功能结构及其相互关系，它的⼯作环境以及组成产品的零部件（或元器件）的可靠性数据，推测该产品可能达到的可靠性指标，这种技术称为可靠性预计。

可靠性预计是在规定的性能、费⽤和其它计划的条件（如重量、体积等）约束条件下进⾏的，从研究产品的设计⽅案开始，到样机制造、试⽣产阶段，都必须反复进⾏可靠性预计，以确保产品满⾜可靠性指标的要求。

否则在产品研制成功后，可能因为未能采取必要的可靠性措施⽽达不到可靠性指标的要求，或因所采取的措施带有很⼤的盲⽬性，⽽导致经济和时间上的重⼤损失。

5.1.1 可靠性预计的⽬的和⽤途可靠性预计是为了估计产品在给定⼯作条件下的可靠性⽽进⾏的⼯作，可靠性预计的⽬的和⽤途主要是：1. 评价是否能够达到要求的可靠性指标，预测产品的可靠度值；2. 在⽅案论证阶段，通过可靠性预计，⽐较不同⽅案的可靠性⽔平，为最优⽅案的选择及⽅案优化提供依据；3. 在设计中，通过可靠性预计，发现影响系统可靠性的主要因素，找出薄弱环节，采取设计措施，提⾼系统可靠性；4. 为可靠性增长试验、验证及费⽤核算等提供依据；5. 为可靠性分配奠定基础。

可靠性预计的主要价值在于，它可以作为设计⼿段，为设计决策提供依据。

可靠性概念理解：可靠性是部件、元件、产品、或系统的完整性的最佳数量的度量。

可靠性是指部件、元件、产品或系统在规定的环境下、规定的时间内、规定条件下无故障的完成其规定功能的概率。

从广义上讲，“可靠性”是指使用者对产品的满意程度或对企业的信赖程度。

可靠性的技术是建立在多门学科的基础上的，例如：概率论和数理统计，材料、结构物性学，故障物理，基础试验技术，环境技术等。

可靠性技术在生产过程可以分为：可靠性设计、可靠性试验、制造阶段可靠性、使用阶段可靠性、可靠性管理。

我们做的可靠性评估应该就属于使用阶段的可靠性。

机床的可靠性评定总则在GB/T23567中有详细的介绍，对故障判定、抽样原则、试验方式、试验条件、试验方法、故障检测、数据的采集、可靠性的评定指标以及结果的判定都有规范的方法。

对机床的可靠性评估时，可以在此基础上加上自己即时的方法，做出准确的评估和数据的收集。

可靠性研究的方法大致可以分为以下几种：1）产品历史经验数据的积累；2）通过失效分析（Failure Analyze）方法寻找产品失效的机理；3）建立典型的失效模式；4）通过可靠性环境和加速试验建立试验数据和真实寿命之间的对应关系；5）用可靠性环境和加速试验标准代替产品的寿命认证；6）建立数学模型描述产品寿命的变化规律；7）通过软件仿真在设计阶段预测产品的寿命；大致可把可靠性评估分为三个阶段：准备阶段、前提工作、重点工作。

准备阶段：数据的采集（《数控机床可靠性试验数据抽样方法研究》北京科技大学张宏斌）用于收集可靠性数据, 并对其量化的方法是概率数学和统计学。

在可靠性工程中要涉及到不确定性问题。

我们关心的是分布的极尾部状态和可能未必有的载荷和强度的组合, 在这种情形下, 经常难以对变异性进行量化, 而且数据很昂贵。

因此, 把统计学理论应用于可靠性工程会更困难。

当前，对于数控机床可靠性研究数据的收集方法却很少有人提及, 甚至可以说是一片空白。

目前, 可靠性数据的收集基本上是以简单随机抽样为主, 甚至在某些情况下只采用了某一个厂家在某一个时间段内生产的机床进行统计分析。