可靠性基本概念
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可靠性的基本概念知识一、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称为可靠性。
可靠性的概率度量称为可靠度。
这里的产品指的是新版ISO)9000中定义的硬件和流程性材料等有形产品以及软件等无形产品。
它可以大到一个系统或设备,也可以小至一个零件。
产品终止规定功能就称为失效,也称为故障。
产品按从发生失效后是否可以通过维修恢复到规定功能状态,可分为可修复产品和不可修复产品。
如汽车属于可修复产品,日光灯管属不可修复产品。
习惯上,终止规定功能,对可修复产品称为故障,对不可修复产品称为失效。
可靠性定义中的“三个规定”是理解可靠性概念的核心。
“规定条件”包括使用时的环境条件和工作条件。
产品的可靠性和它所处的条件关系极为密切,同一产品在不同条件下工作表现出不同的可靠性水平。
一辆汽车在水泥路面上行驶和在砂石路上行驶同样里程,显然后者故障会多于前者,也就是说使用环境条件越恶劣,产品可靠性越低。
“规定时间”和产品可靠性关系也极为密切。
可靠性定义中的时间是广义的,除时间外,还可以是里程、次数等。
同一辆汽车行驶1万公里时发生故障的可能性肯定比行驶1千公里时发生故障的可能性大。
也就是说,工作时间越长,可靠性越低,产品的可靠性和时间的关系呈递减函数关系。
“规定的功能”指的是产品规格书中给出的正常工作的性能指标。
衡量一个产品可靠性水平时一定要给出故障(失效)判据,比如电视机图像的清晰度低于多少线就判为故障要明确定义,否则会引起争议。
因此,在规定产品可靠性指标要求时一定要对规定条件、规定时间和规定功能给予详细具体的说明。
如果这些规定不明确,仅给出产品可靠度要求是无法验证的。
产品的可靠性可分为固有可靠性和使用可靠性。
固有可靠性是产品在设计、制造中赋予的,是产品的一种固有特性,也是产品的开发者可以控制的。
而使用可靠性则是产品在实际使用过程中表现出的一种性能的保持能力的特性,它除了考虑固有可靠性的影响因素之外,还要考虑产品安装、操作使用和维修保障等方面因素的影响。
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。
以下是可靠性术语第一部分-基本概念1、基本概念
以下是可靠性术语第二部分-故障2、故障
以下是可靠性术语第三部分-维修3、维修
以下是可靠性术语第四部分-时间4、时间
以下是可靠性术语第五部分-可靠性和维修性参数5、可靠性和维修性参数
以下是可靠性术语第六部分-可靠性和维修性管理6、可靠性和维修性管理
以下是可靠性术语第七部分-可靠性和维修性设计7、可靠性和维修性设计
以下是可靠性术语第八部分-可靠性和维修性试验8、可靠性和维修性试验
以下是可靠性术语第九部分-其他术语9、其他术语。
可靠性设计要紧符号表
可靠性的概念
可靠性的经典定义:产品在规定条件下和规定时刻内,完成规定功能的能力
产品:指作为单独研究和分不试验对象的任何元件、设备或系统,能够是零件、部件,也能够是由它们装配而成的机器,或由许多机器组成的机组和成套设备,甚至还把人的作用也包括在内。
在具体使用“产品”这一词时,其确切含义应加以讲明。
例如汽车板簧、汽车发动机、汽车整车等。
规定条件:一般指的是使用条件,环境条件。
包括应力温度、湿度、尘砂、腐蚀等,也包括操作技术、维修方法等条件。
规定时刻:是可靠性区不于产品其他质量属性的重要特
征,一般也可认为可靠性是产品功能在时刻上的稳定程度。
因此以数学形式表示的可靠性各特征量差不多上时刻的函数。
那个地点的时刻概念不限于一般的年、月、日、分、秒,也能够是与时刻成比例的次数、距离。
例如应力循环次数、汽车行驶里程。
规定功能:道德要明确具体产品的功能是什么,如何样才确实是完成规定功能。
产品丧失规定功能称为失效,对可修复产品通常也称为故障。
如何样才确实是失效或故障,有时专门容易判定,但更多情况则专门难判定。
当产品指的是某个螺丛,显然螺栓断裂确实是失效;当产品指的是某个设备,对某个零件损坏而该设备仍能完成规定功能就不能算失效或故障,有时虽有某些零件损坏或松脱,但在规定的短时刻内可容易地修复也可不确实是失效或故障。
若产品指的是某个具有性能指标要求的机器,当性能下降到规定的指标后,尽管仍能接着运转,但已应确实是失效或故障。
究竟如何样确实是失效或故障,有时要涉及厂商与用户不同看法的协商,有时要涉及当时的技术水平和经济政策等而作出合理的规定。
能力:只是定性的理解是比较抽象的,为了衡量检验,后面将加以定量描述。
产品的失效或故障均具有偶然性,一个产品在某段时刻内的工作情况并不专门好地反映该产品可靠性的
高低,而应该观看大量该种产品的工作情况并进行合理的处理后才能正确的反映该产品的可靠性,因此对能力的定量需用概率和数理统计的方法。
按产品可靠性的形成,可靠性可分为固有可靠性和使用可靠性。
固有可靠性是通过设计、制造给予产品的可靠性;使用可靠性既受设计、制造的阻碍,又受使用条件的阻碍。
一般使用可靠性总低于固有可靠性。
可靠度
可靠度是产品在规定条件下和规定时刻内,完成规定功能的概率,一般记为R。
它是时刻的函数,故也记为R(t),称为可靠度函数。
图
1
图2
假如用随机变量T表示产品从开始工作到发生失效或故障的时刻,其概率密度为f(t)如上图所示,若用t表示某一指定时刻,则该产品在该时刻的可靠度
图1
关于不可修复的产品,可靠度的观测值是指直到规定的时刻区间终了为止,能完成规定功能的产品数与在该区间开始时投入工作产品数之比,即
图2
式中:N——开始投入工作产品数
N a(t)——到t时刻完成规定功能产品数,即残存数
N f(t)——到t时刻未完成规定功能产品数,即失效数。
可靠寿命
可靠寿命:可靠寿命和中位寿命
可靠寿命是给定的可靠度所对应的时刻,一般记为t(R)。
如图13·1-5所示,一般可靠度随着工作时刻t的增大而下降,对给定的不同R,则有不同的t(R),即
t(R)=R-1(R)
式中R-1——R的反函数,即由R(t)=R反求t
可靠寿命的观测值是能完成规定功能的产品的比例恰好等于给
定可靠度时所对应的时刻。
累积失效概率
累积失效概率:累积失效概率是产品在规定条件下和规定时刻内未完成规定功能(即发生失效)的概率,也称为不可靠度。
一般记为F或F(t)。
因为完成规定功能与未完成规定功能是对立事件,按概率互补定理可得
F(t)=1-R(t)
关于不可修复产品和可修复产品累积失效概率的观测值都可按概率互补定理,取
平均寿命
平均寿命:平均寿命是寿命的平均值,对不可修复产品常用失效前平均时刻,一般记为MTTP,对可修复产品则常用平均无故障工作时刻,一般记为MTBF。
它们都表示无故障工作时刻T 的期望E(T)或简记为t。
如已知T的概率密度函数f(t),则
经分部积分后也可求得
失效率和失效率曲线
失效率:失效率是工作到某时刻尚未失效的产品,在该时刻后单位时刻内发生失效的概率。
一般记为λ,它也是时刻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.
按上述定义,失效率是在时刻t尚未失效产品在t+△t的单位时刻内发生失效的条件概率.即
它反映t时刻失效的速率,也称为瞬时失效率.
失效率的观测值是在某时刻后单位时刻内失效的产品数与工作到该时刻尚未失效的产品数之比,即
失效率曲线:典型的失效率曲线失效率(或故障率)曲线反映产品总体个寿命期失效率的情况。
图示13.1-8为失效
率曲线的典型情况,有时形象地称为浴盆曲线。
失效率随时刻变化可分为三段时期:
(1)早期失效期,失效率曲线为递减型。
产品投稿使用的早期,失效率较高而下降专门快。
要紧由于设计、制造、贮存、运输等形成的缺陷,以及调试、跑合、起动不当等人为因素所造成的。
当这些所谓先天不良的失效后且运转也逐渐正常,则失效率就趋于稳定,到t0时失效率曲线已开始变平。
t0往常称为早期失效期。
针对早期失效期的失效缘故,应该尽量设法幸免,争取失效率低且t0短。
(2)偶然失效期,失效率曲线为恒定型,即t0到t i间的失效率近似为常数。
失效要紧由非预期的过载、误操作、意外的天灾以及一些尚不清晰的偶然因素所造成。
由于失效缘故多属偶然,故称为偶然失效期。
偶然失效期是能有效工作的时期,这段时刻称为有效寿命。
为降低偶然失效期的失效率而增长有效寿命,应注意提高产品的质量,精心使用维护。
加大零件截面尺寸
可使抗非预期过戴的能力增大,从而使失效率显著下降,然而过份地加大,将使产品笨重,不以济,往往也不同意。
(3)耗损失效期,失效率是递增型。
在t1以后失效率上升较快,这是由于产品差不多老化、疲劳、磨损、蠕变、腐蚀等所谓有耗损的缘故所引起的,故称为耗损失效期。
针对耗损失效的缘故,应该注意检查、监控、预测耗损开始的时刻,提早维修,使失效率仍不上升,如图13.1-8中虚线所示,以延长寿命不多。
因此,修复若需花专门大费用而延长寿命不多,则不如报废更为经济。
失效率λ的概略值
O型密封圈0.080.020.142
橡胶密封圈0.030.020.011
压力表7.8 4.00.135
齿轮0.200.120.0118
齿轮箱(运输用)0.360.200.11
扇形齿轮 1.80.9120.051
箱体 2.05 1.10.051
电动机0.580.30.11
液压马达7.15 4.3 1.45
转动密封 1.120.70.25
滑动密封0.920.30.11
轴0.620.350.15
弹簧0.2210.11250.004
弹簧(校准用)0.420.220.009
弹簧(恢复力用)0.0220.0120.001
阀门8 5.1 2.0
可靠性特征量间的关系
可靠性特征量中可靠度R(t),累积失效率(也叫不可靠度)F(t)、概率密度f(t)和失效率λ(t)是四个差不多函数,只要明白其中一个,则所有变量均可求得.差不多函数间的关系见下表。
可靠性特
R(t)F(t)f(t)λ(t)
征量
R(t)(可
-1-F(t)
靠度)
3 / 3
F(t)(累
积失效
率)
1-R(t)-
f(t)(概
率密度)
-
λ(t)(失
效率)
-
各类产品常用的可靠性指标
使用
条件
连续使用一次使用
可否
修复
可修复不可修复可修复不可修复维修
种类预防维修事后维修用到耗损期
一定时刻后
报废
预防维修
产品示例电子系统、计算
机、通信机、雷
达、飞机、生产
设备
家用电
器、机械
装置
电子元器
件、机械零
件、一般消
费品
实行预防维
修的零部
件、广播设
备用电子管
武器、过载荷
继电器、救生
器具
保险丝、闪光
灯雷管
常用可靠度、有效
度、平均无故障
工作时刻、平均
平均无故
障工作时
刻、有效
失效率、平
均寿命
失效率、更
换寿命
成功率成功率。