02第一章可靠性概论02

可靠性概论（一）一，可靠性工程与管理的重要意义与发展历史实践教育我们，可靠性，是产品质量的重要指标，必须给予高度重视。

它的定义是：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。

也就是说，它是用时间尺度来描述的质量，是一个产品到了用户手里，随着时间的推移，能否稳定保持原有功能的问题。

可靠性高，意味着寿命长。

故障少、维修费用低；可靠性低，意味着寿命短、故障多、维修费用高；可靠性差，轻则影响工作，重则造成起火爆炸、机毁人亡等灾难性事故。

对于许多产品，我们不能只关心它的技术性能，而且要关心它的可靠性。

在某些情况下，用户宁可适当降低性能方面的指标，而要求有较高的可靠性。

可靠性概念的产生，可以追溯到1939年。

当时美国航空委员会提出飞机事故率的概念和要求，这是最早的可靠性指标。

1944年，纳粹德国试制V-2火箭袭击伦敦，有80枚火箭还没有起飞就在起飞台上爆炸。

经过研究，人们提出了火箭可靠度是所有元器件可靠度的乘积的结论，这是最早的系统可靠性概念。

第二次世界大战中，美国由于飞行事故损失飞机21000架，比被击落的还要多1. 5倍。

1949年美国海军电子设备有70％失效，每一个使用中的电子管，要有9个新电子管作为备件。

1955年美国国防预算30％用于维修和使用，以后又增加到70％，成为不堪忍受的负担。

正是在这种背景下，美国在可靠性工程与管理的理论与应用方面投入了大量的人力物力，1950年，成立了国防部电子设备可靠性工作组，以后改组为国防部电子设备可靠性顾问团（AGREE）。

这个组织进行了深入的调查研究，提出了著名的AGREE报告棗美国可靠性工作的指导纲领。

以后又相继成立了元器件可靠性管理委员会。

失效数据中心（FARADA）、政府与工业界数据交换网(GIDEP ）等组织，研究元器件失效规律，定期发布可靠性数据，为研制与管理决策提供依据。

经过长期研究，制订了一系列通用军用标准，有力地指导了可靠性工程与管理实践。

可靠性概论（一）1. 可靠性概述1 .1可靠性基本概念1 . 1. 1可靠性工程学的诞生产品可靠性是什么？简单地说产品可靠性就是产品不易丧失工作能力的性质。

研究产品可靠性的工程学科称为可靠性工程学。

产品的可靠性本应随产品复杂性的增加而早受重视，但事实上直到第二次世界大战后，它对现代科学技术发起来势凶猛的挑战，才迫使人们耗费大量的财力和物力来研究它，解决它，从而对科学技术的发展起到了巨大的促进作用。

与此同时，一门独立的边缘科学可靠性工程学诞生了。

形成可靠性工程学这一学科的原因归纳起来有如下四个方面：1. 产品的性能优异化和结构复杂化之间的矛盾导致可靠性问题日益突出；2. 产品使用场所的广泛性与严酷性从而对产品的可靠性提出了更高的要求；3. 产品可靠程度与国家及社会安全之间的关系日益密切；4. 可靠性工程学的内部因素有力的推动了可靠性工程学的发展。

1 . 1 . 2可靠性基本概念产品可靠性的定义：产品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”，在过程控制系统行业中，可以是一台整机，如差压变送器，可以是一个装置甚至一个系统，如控制柜、DCS系统，也可以是一台部件以至一个元器件，如放大器，电阻。

总之，可大可小，视所研究问题的范围而定。

随着可靠性工程学的发展，人、语言、方法、程序的软件也可作为产品。

“规定的条件”有着广泛的内容，一般分为：1. 环境条件环境条件是指能影响产品性能的环境特性。

单一环境参数可分为四类：气候环境：主要包括温度、湿度、大气压力、气压变化、周围介质的相对移动、降水、辐射等；生物和化学环境：包括生物作用物质、化学作用物质、机械作用微粒；机械环境：包括冲击在内的非稳态振动、稳态振动、自由跌落、碰撞、摇摆和倾斜、稳态力；电和电磁环境：包括电场、磁场、传输导线的干扰。

2. 动力条件动力条件是指能影响产品性能的动力特性。

一般分为：电源，主要参数为电源电压和频率、电流等；流体源（包括气源和液体源），主要参数为压力、流量等。

一、可靠性理论基础1.可靠度：如果有N个LED产品从开始工作到t时刻的失效数为n(t)，当N足够大时，产品在t时刻的可靠度可近似表示为：随时间的不断增长，将不断下降。

它是介于1与0之间的数，即。

2.累积失效概率：表示发光二极管在规定条件下工作到t这段时间内的失效概率，用F(t)表示，又称为失效分布函数。

如果N个LED产品从开始工作到t时刻的失效数为n(t)，则当N足够大时，产品在该时刻的累积失效概率可近似表示为：3.失效分布密度：表示规定条件下工作的发光二极管在t时刻的失效概率。

失效分布函数的导函数称为失效分布密度，其表达式如下：•早期失效期；•偶然失效期(或稳定使用期) ；•耗损失效期。

二、寿命老化：LED发光亮度随着长时间工作而出现光强或光亮度衰减现象。

器件老化程度与外加恒流源的大小有关，可描述为：B t为t时间后的亮度，B0为初始亮度。

通常把亮度降到B t=0.5B0所经历的时间t称为二极管的寿命。

1. 平均寿命如果已知总体的失效分布密度f（t），则可得到总体平均寿命的表达式如下：2. 可靠寿命可靠寿命T R是指一批LED产品的可靠度下降到r时，所经历的工作时间。

T R可由R（T R）=r求解，假如该产品的失效分布属指数分布规律，则：即可求得T R如下:3. 中位寿命中位寿命T0.5指产品的可靠度R(t)降为50%时的可靠寿命，即：对于指数分布情况，可得：二、LED寿命测试方法LED寿命加速试验的目的概括起来有：•在较短时间内用较少的LED估计高可靠LED的可靠性水平•运用外推的方法快速预测LED在正常条件下的可靠度；•在较短时间内提供试验结果，检验工艺；•在较短时间内暴露LED的失效类型及形式，便于对失效机理进行研究，找出失效原因；•淘汰早期失效产品，测定元LED的极限使用条件1. 温度加速寿命测试法由于通常LED寿命达到10万小时左右，因此要测得其常温下的寿命时间太长，因此采用加速寿命的方法。

教师教案（2012—2013学年第2学期）课程名称：机电产品可靠性设计授课学时：32授课班级：2010级任课教师：朱顺鹏教师职称：讲师教师所在学院：机械电子工程学院电子科技大学教务处第一章可靠性设计概论4学时一、教学内容及要求教学内容共4学时可靠性基本概念2学时(1)可靠性的内涵(2)可靠性工程发展现状(3)可靠性特征量可靠性数学基础2学时(1)数理统计基本概念(2)可靠性常用概率分布(3)随机变量均值与方差的近似计算教学要求(1)了解可靠性学科发展历程(2)掌握可靠性学科研究的内容(3)了解我国可靠性研究的发展现状(4)了解可靠性设计工作的重要意义及面临的主要挑战(5)掌握可靠性的定义(6)掌握可靠度、不可靠度、失效率的定义(7)掌握常用的概率分布（正态分布、指数分布、威布尔分布、对数正态分布）在可靠性设计工作中的应用(8)掌握随机变量均值与方差的近似计算方法二、教学重点、难点教学重点可靠性的定义可靠性特征量定义及相互关系常用概率分布的统计特征量教学难点失效率的定义威布尔分布的相关概念及应用三、教学设计列举航空航天产品（如卫星天线、卫星指向机构、太阳翼展开机构）、民用产品（如汽车）、制造装备（如数控机床）的实例，突出开展可靠性工作的重要意义。

随机变量及数理统计的知识系学生在先修课程中所学内容的复习，可以简要介绍，并要求学生查阅以前的书籍。

正态分布是学生熟知的内容，在教学过程中着重讲解其实际应用；指数分布、对数正态分布和威布尔分布是学生先修课程中没有学习过的，应详细讲解。

威布尔分布是难点内容，应重点介绍其发展历史，统计特征，以及威布尔分布在机械可靠性中的特殊作用，列举工程实例。

随机变量函数的均值与方差计算是后续机械产品可靠性设计需要用到的基本方法，讲解三种常用的方法原理即可，公式可以查表。

四、作业通过课程网站发布。

五、参考资料1. 盛骤, 谢式千, 潘承毅. 概率论与数理统计(第四版), 高等教育出版社,20102. 刘惟信. 机械可靠性设计. 北京:清华大学出版社, 2000六、教学后记第二章系统可靠性设计8学时一、教学内容及要求教学内容共8学时系统可靠性框图2学时串联系统；并联系统；混联系统；表决系统；旁联系统可靠性分配2学时可靠性分配的目的和原则可靠性分配方法（等分配法、再分配法、比例分配法、AGREE法）可靠性预计1学时可靠性预计的目的可靠性预计的方法（应力分析法、元器件计数法、相似产品法、上下限法）故障模式、影响及危害性分析FMECA 1学时FMECA的定义及分类FMECA的一般过程风险优先数和危害性矩阵故障树分析FTA 2学时故障树的各种符号故障树建树步骤常用故障树分析方法介绍教学要求(1)了解系统可靠性设计的任务；(2)掌握系统可靠性建模方法；(3)了解可靠性分配与预计的目的；(4)掌握可靠性分配与预计的常用方法。

质量管理概论（1）第⼀章质量管理概论1.分析产品的固有特性有哪些？举例说明某产品（硬件产品或流程性产品）三种以上固有特性。

固有特性-硬件产品性能/功能---安全性--经济---适应性--美观性--可信性功能。

物质的作⽤或产品的⽤途性能。

物质功能的优劣，实现产品功能的程度和持久性的度量。

可信性。

可⽤性及其影响因素（可靠性、维修性和保障性）的集合术语可靠性。

产品在规定时间内和规定条件下，完成规定功能的能⼒。

评判可靠性的指标：可⽤性，即能够正常使⽤的产品个数的⽐率；或者⽆故障⼯作时间、故障间隔时间。

维修性。

产品在规定时间内和规定条件下，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。

安全性。

即产品在流通和使⽤过程中保证安全的程度。

经济性。

即产品寿命周期的总费⽤，包括⽣产成本和使⽤成本两个⽅⾯。

适应性：对环境的适应能⼒。

2.分析服务的固有特性有哪些？举例说明某种服务（如乘⽕车、购物，医疗服务）三种以上固有特性。

功能性：组织提供的服务所具备的作⽤和效能的特性，是服务质量特性中最基本的⼀个。

经济性：指被服务者为得到⼀定的服务所需要的费⽤是否合理。

安全性：是指组织保证服务过程中顾客、⽤户的⽣命不受危害，健康和精神不受到伤害，货物不受到损失。

时间性：为了说明服务⼯作在时间上能否满⾜被服务者的需求，时间性包含了及时、准时和省时三个⽅⾯。

舒适性⽂明性：属于服务过程中为满⾜精神需求的质量特性。

被服务者期望得到⼀个⾃由、亲切、受尊重、友好、⾃然和谅解的⽓氛，有⼀个和谐的⼈际关系。

在这样的条件下来满⾜被服务者的物质需求，就是⽂明性。

2.什么是质量管理？包含哪些内容？质量管理是指确定质量⽅针、⽬标和职责，并通过质量体系中的质量策划、控制、保证和改进来使其实现的全部活动。

质量管理是在质量⽅⾯指挥和控制组织的协调活动质量管理可包括制定质量⽅针和质量⽬标，以及通过质量策划、质量保证、质量控制、和质量改进实现这些质量⽬标的过程。

HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING题目学生姓名专业班级学号系（部）指导教师年月摘要可靠性工程是表征产品（系统·元件·器件等）无故障工作能力的指标，是产品的重要内在属性之一，是衡量产品质量的重要指标之一。

可靠性是一门与产品故障作斗争的新兴学科，它涉及的范围广泛，是一门综合了系统工程、管理工程、价值工程、人机工程、电子计算机技术、产品测试技术以及概率、统计、运筹、物理等多种学科成果的应用科学。

可靠性工程起源于军事领域，经过半个多世纪的迅速发展，现在已成为涉及面非常广的综合性学科。

虽然可靠性研究和很多学科一样起源于军工企业，但随着科技发展，用户对民用产品的要求也越来越高，不仅要求价格便宜，功能齐全，而且要求产品安全可靠，经久耐用。

因此产品借助可靠性预计技术来标明产品可靠性指标，将有利于增强自身竞争力，也能让用户放心购买。

所以可靠性研究对于现代企业来说有着弥足重要的作用，可以说可靠性已经扩展到我们生活和生产的方方面面。

本文试图就可靠性进行一个比较全面概括的描述，使人能够对可靠性有一个比较基本的认识。

关键词：可靠性FMEA 故障树概率论风险分析AbstractReliability Engineering is an indicator of the abili ty to work to characterize the product ( System • Components • devices, etc. ) without failure, is one of the important intrinsic properties of the product, is an important indicator of product quality. Reliability is a fault with the product to combat emerging discipline , it involves a wide range , is a comprehensive systems engineering , project management , value engineering , ergonomics , computer technology , product testing techniques and probability , statistics, multidisciplinary applied science achievement logistics, physics , etc. . Reliability Engineering originated in the military field , after half a century of rapid development , has now become involved in a very wide comprehensive discipline . Although the reliability of the study and , like many disciplines originated in military enterprises , but with technological development , user requirements for consumer products are increasingly high demand not only cheap, functional, and requires the product safe, reliable, durable. With technology so the product is expected to indicate the reliability of product reliability indicators will help enhance their competitiveness , but also allows users to rest assured purchase. Therefore, the reliability of research for modern enterprise has an important role Surrounded can say reliability has been extended to all aspects of our lives and production . This article will attempt to summarize the reliability of a more comprehensive description of the reliability of people can have a more fundamental understanding.Key：Reliability FMEA Fault Tree Analysis Risk Probability Theory目录前言 (3)第一节可靠性的历史 (3)第二节定义与基本概念 (4)第三节可靠性模型与分析 (5)第四节FMEA FCA FTA (7)第五节可靠性设计 (8)第六节可靠性试验 (9)第七节总结 (10)参考文献 (11)前言随着科学技术的进步和产品质量意识的提高，可靠性工程在质量控制中的地位逐渐被企业认同。

可靠性概论(二)一、可靠性及其尺度1.可靠度国家标准给产品可靠度下的定义是：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。

简言之，产品的可靠性是用概率来度量的。

例如，某金属膜电阻在温度为45℃和流过电流100毫安的条件下工作1000小时，其阻值变化不超过上3％的能力为99％，就是该电阻的可靠度。

显然，当环境温度不同，电流负荷不同，工作时间不同，参数漂移不同时，电阻的可靠度也就不会一样。

可靠度用概率来度量。

概率可用事件出现的频率来解释。

例如，某种型号的洗衣机在普通家庭连续工作5年的可靠度是90％，如果用频率来解释概率，则意味着这种洗衣机在售出100台於5年内大约有90台仍能使用，而大约有10台将发生故障。

火箭等一次性使用的产品也常用成功率这个术语来代替可靠度。

2．平均寿命产品从处于完好状态开始，直到进入失效状态，所经历的时间称为产品的寿命。

因此，作为可靠性的尺度，也可用时间来表示。

最常用的有MTTF（发生失效前的平均时间）和MTBF（平均无故障工作时间），两者都称为平均寿命。

前者用于不维修的产品，后者用于可维修的产品。

平均寿命，顾名思义，它是一批产品的寿命平均值，尽管单件产品的寿命可能完全不同。

除平均寿命外，对某些重要的产品常使用可靠寿命。

我们知道，产品的可靠度是随时间变化的，随着时间的延长可靠度会越来越低。

假定开始时产品的可靠度为1，以后在不同的时刻，产品的可靠度将具有不同的r值。

在可靠性工作中，经常需要知道，对于给定的r，产品的可靠度下降到 r时所经历的时间是多少,这个时间就是产品的可靠寿命.3．失效率某些产品的可靠性，特别是电子元器件的可靠性，常用失效比例来测定。

比较容易理解的是所谓平均失效率。

它可用公式表示如下：平均失效率：失效产品的百分比 / 工作时间例如，某种调谐器的平均失效率为1％／1000小时，它的意思是100只这种调谐器使用1000小时平均有1只失效。

然而，在可靠性工作中更常用的是所谓瞬时失效率，简称失效率。

可靠性统计试验概述及工程应用要点【摘要】针对当前军工产品可靠性考核现状，提出了可靠性统计试验的一般概念以及分类。

并对可靠性鉴定试验和验收试验等统计试验进行了介绍，重点提出了可靠性验证试验的工程应用要点。

【关键词】可靠性试验；可靠性统计试验；工程应用目前，我国军工企业生产的军工产品普遍开展了可靠性试验验证，这对提高武器装备科研生产、质量水平和保证装备使用起到举足轻重的作用。

为深入了解加强可靠性水平的要求，现对可靠性统计试验进行介绍，并对可靠性统计试验的一般方法及工程应用要点进行描述。

一、可靠性统计试验概论1可靠性试验的含意可靠性试验是指为了分析、评价、验证和提高产品可靠性而进行的试验。

广义讲，任何与产品失效（故障）效应有关的试验都可以认为是可靠性试验。

狭义讲，往往指寿命试验。

2可靠性试验的分类可靠性试验一般可分为工程试验和统计试验[1]。

可靠性工程试验与统计试验还可进一步细分，如图1所示。

各种试验工作的目的、适用对象和适用时机如表1所示。

图1 可靠性试验方法分类表1 各种可靠性试验工作的目的、适用对象和适用时机3故障分类产品在规定的条件下，其一项或几项功能丧失，或其性能参数超出了产品技术条件中允许的范围，或出现影响产品功能的机械部件、结构件或元器件的损坏、断裂或损坏状态均判为故障。

可靠性统计试验期间发生的故障可分为关联故障和非关联故障：责任故障和非责任故障[2]。

1）关联故障：是指可以预期在以后的现场使用中会发生的故障；2）非关联故障：是指受试产品虽然在试验中出现故障，但在使用现场中不会发生的故障。

3）责任故障：受试产品在可靠性验证试验中出现的关联独立故障以及由此引起的从属故障计为一次责任故障，是判决受试产品合格与否的依据。

在计算MTBF验证值时应予以计入。

4）非责任故障：由于下述原因所引起的受试设备故障称为费责任故障。

非责任故障不作为判决受试设备合格与否的依据。

二、设备可靠性鉴定和验收试验可靠性鉴定（RQT）是为验证产品的设计是否达到了规定的可靠性要求。