质量工程学第七章质量功能展开与可靠性设计.pptx

第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第一节第一节 质量功能展开质量功能展开(QFD) (QFD) 第二节第二节 可靠性设计可靠性设计 第三节第三节 失效模式与影响分析（失效模式与影响分析（FMEAFMEA）第四节第四节 故障树分析（故障树分析（FATFAT） 第一节第一节 质量功能展开质量功能展开(QFD)(QFD) 主要内容：质量功能展开质量功能展开QFDQFD（ Quality Function Deployment ） 的基本原理；的基本原理；质量屋（质量屋（HOQHOQ）的构成。）的构成。QFDQFD实例实例第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计一、质量功能展开概述一、质量功能展开概述1、QFD的概念：质量功能展开(Quality Function Deployment, QFD)是一种立足于在产品开发过程中最大限度地满足顾客需求的系统化、用户驱动式的质量保证方法。了解顾客要求策划成产品产品满足顾客要求QFD第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第一节第一节 质量功能展开质量功能展开(QFD)(QFD) 2、产生：QFD于60年代初起源于日本，进入80年代以后逐步得到欧美各发达国家的重视并得到广泛应用。实例： QFD起源于日本三菱重工，为了保证建造复杂货轮的每一个步骤都适合客户的具体要求。1966，赤尾洋二教授提出了QFD设计理论方法。丰田公司于70年代采用QFD后，其新产品开发成本下降了61%，开发周期缩短了1/3，产品质量也得到了相应的改进。3、应用领域及公司：可适于各行业应用。 福特公司、通用汽车公司、克莱思勒公司、 惠普公司、麦道公司、 施乐公司、电报电话公司等都相继采用了QFD。第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第一节第一节 质量功能展开质量功能展开(QFD)(QFD) 二、二、QFDQFD的原理的原理1 1、 QFDQFD过程原理过程原理 目前尚没有统一的目前尚没有统一的QFDQFD定义。但对定义。但对QFDQFD的一些认识是共同的。质量的一些认识是共同的。质量功能展开过程由功能展开过程由产品规划、零件展开、过程方案和生产计划产品规划、零件展开、过程方案和生产计划四个四个阶段组成。这四个阶段是一个并行过程，通过这些过程，阶段组成。这四个阶段是一个并行过程，通过这些过程，顾客需顾客需求求被逐步展开成为被逐步展开成为设计要求设计要求、零件特性、制造作业和生产要求零件特性、制造作业和生产要求。 质量功能展开主要采用质量功能展开主要采用质量屋质量屋（于（于House of House of Quality,HOQQuality,HOQ）的基本结构。利用质量屋将顾客需求逐层展开，确定提高顾客满的基本结构。利用质量屋将顾客需求逐层展开，确定提高顾客满意度的意度的关键质量特性关键质量特性，确定影响关键质量特性的，确定影响关键质量特性的关键零部件关键零部件，确，确定影响关键零部件的定影响关键零部件的关键工艺关键工艺过程，确定关键工艺的关键过程，确定关键工艺的关键生产要生产要求求与保证手段与保证手段 第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第一节第一节 质量功能展开质量功能展开(QFD)(QFD) 2 2、系统的质量功能配置过程及其特点、系统的质量功能配置过程及其特点 由前面的叙述可知，产品开发各阶段质量屋的建立目的是进由前面的叙述可知，产品开发各阶段质量屋的建立目的是进行需求变换。行需求变换。产品规划阶段产品规划阶段：来自市场顾客的原始需求：来自市场顾客的原始需求, ,由产品规划阶段质量由产品规划阶段质量屋转换成为工程特征要求，即通常意义上的工程设计目标要求；屋转换成为工程特征要求，即通常意义上的工程设计目标要求；零件展开阶段零件展开阶段：工程特征要求经零部件设计阶段质量屋转换成零：工程特征要求经零部件设计阶段质量屋转换成零部件特征要求；部件特征要求；工艺计划阶段工艺计划阶段：零部件特征要求由过程方案阶段质量屋转换成对：零部件特征要求由过程方案阶段质量屋转换成对制造工艺的要求；制造工艺的要求；生产计划阶段生产计划阶段：制造工艺要求最后由生产计划阶段的质量屋转换：制造工艺要求最后由生产计划阶段的质量屋转换成具体的生产要求。成具体的生产要求。 市场顾客需求通过一系列的转换最终由生产要求来满足。市场顾客需求通过一系列的转换最终由生产要求来满足。这一这一系列的需求转换过程就是系统的系列的需求转换过程就是系统的QFDQFD技术过程技术过程第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第一节第一节 质量功能展开质量功能展开(QFD)(QFD) 产品规产品规划矩阵划矩阵顾顾客客需需求求产品技术产品技术需求需求产品规划产品规划零件规划零件规划矩阵矩阵产品产品技术技术需求需求关键零件关键零件特性特性零件展开零件展开工艺规划工艺规划矩阵矩阵关关键键零零件件特特性性关键工序关键工序工艺计划工艺计划工艺工艺/质量质量控制矩阵控制矩阵关关键键工工序序关键工艺关键工艺/质质量控制参数量控制参数生产计划生产计划第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第一节第一节 质量功能展开质量功能展开(QFD)(QFD) 要求质量和质量要求质量和质量特性特性之间的关系矩阵之间的关系矩阵 要求质量要求质量市场竞争能力评市场竞争能力评价价技术竞争能力评价技术竞争能力评价质量质量特性特性质量特性质量特性之间的相关程度之间的相关程度 计划质量计划质量 要求质量重要度要求质量重要度设计质量设计质量质量特性重要度质量特性重要度3 3、质量屋的结构、质量屋的结构第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第一节第一节 质量功能展开质量功能展开(QFD)(QFD) 顾客需求质量；通过市场调研得到的顾客直接的质量要求，顾客质量要求应分层，并确定权重； 质量特性：产品具体的工程质量特性；关系矩阵：用于表示顾客质量要求与工程技术人员提出质量特性之间的相互关系程度； 相关矩阵：用于表示质量特性之间的相互关系程度；质量策划/计划质量：对于顾客质量要求，比较本企业与其他竞争企业的竞争能力，从而调整顾客要求为计划质量。设计质量：对于质量特性，比较本企业与其他竞争企业的竞争能力，规定设计质量目标。关系矩阵质量策划质量特性需求质量设计质量相关矩阵第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第一节第一节 质量功能展开质量功能展开(QFD)(QFD) （5）（3）（4）要求n（2）工程技术措施1工程技术措施2工程技术措施n本产品A公司产品N公司产品（6）（7）工程措施的测量单位工程措施的重要度本产品A公司产品N公司产品（8）技术难度目标值（9）12nn-1设计声明（1）要求重要度要求1要求24 4、质量屋举例、质量屋举例第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第一节第一节 质量功能展开质量功能展开(QFD)(QFD) 三、三、QFDQFD在减速箱研制过程中的应用在减速箱研制过程中的应用 减速箱是机械传动中很常用的一种装置，它的质量可以影响到整个设备的工作情况。下面以减速箱为例，说明QFD在其设计质量控制中的应用。第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第一节第一节 质量功能展开质量功能展开(QFD)(QFD) 经过调查、分析和整理后的减速箱顾客需求4功能要求经济性可靠性9结 构性 能价 格外形尺寸小承载能力大密封性好速度变化小振动噪声低价格适中传动效率高维修方便安全可靠使用寿命长效 率无故障性耐用性维修性55686987维修性第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第一节第一节 质量功能展开质量功能展开(QFD)(QFD) 1、产品规划矩阵、产品规划矩阵2 2、零件规划、零件规划零件规划矩阵零件规划矩阵仅包括了矩阵的几个基本组成部分，即技术需求、关键零件特性、关系矩阵和技术需求、关键零件特性、关系矩阵和关键零件特性目标值关键零件特性目标值。 零件规划矩阵的开发过程同产品规划矩阵基本相同。值得注意的是：由于QFD的分解过程同产品设计的相关过程是并行交叉进行的，关键零件特性只有在产品设计方案确定之后才能确定。因此，在进行零件规划之前先应选择能满足顾客需求的产品最佳设计方案。第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第一节第一节 质量功能展开质量功能展开(QFD)(QFD) 零件规划矩阵零件规划矩阵3、工艺规划矩阵 工艺规划矩阵的开发步骤同零件规划矩阵也是基本类似，从零件规划矩阵是选择的关键零件特性被配置到工艺规划矩阵中，成为工艺规划矩阵的输入。 第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第一节第一节 质量功能展开质量功能展开(QFD)(QFD) 工艺规划矩阵包含以下两个条件的工艺特性：(1)它们是关键工艺过程中的一些工艺特性；(2)它们是直接针对工艺规划矩阵的关键零件特性而设置的。 但在实际应用时，当企业在进行工艺规划时，它们可能希望对整个工艺进行研究，而不局限于上述范围。 第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第一节第一节 质量功能展开质量功能展开(QFD)(QFD) 工艺规划矩阵工艺规划矩阵4、质量控制规划 从目前的国外应用实践来看，各个企业在质量控制规划阶段所采用的QFD矩阵差别很大，几乎没有形成一个比较规范的格式。出现这种状况其实也是正常的，由于企业生产产品类型、生产规模、技术力量、设备状况以及其它各种因素的影响，其质量控制方法和体系也就大不一样。 质量控制规划矩阵样表第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第一节第一节 质量功能展开质量功能展开(QFD)(QFD) 关键工艺步骤关键工艺参数控制点控制方法样本容量检验方法 实际上，实际上，QFDQFD的矩阵构造与分解方式可以是多的矩阵构造与分解方式可以是多种多样的。因此，种多样的。因此，与其说与其说QFDQFD是一种方法，倒不是一种方法，倒不如说它是一种思想，如说它是一种思想，是一种在产品开发过程中，是一种在产品开发过程中，将用户的呼声转换为质量特性、产品构型、设计将用户的呼声转换为质量特性、产品构型、设计参数和技术特性及制造过程参数等的一种思想。参数和技术特性及制造过程参数等的一种思想。QFDQFD涉及到多方面的理论与方法，如设计、测试、涉及到多方面的理论与方法，如设计、测试、制造、成本、可靠性以及市场学等。同时制造、成本、可靠性以及市场学等。同时QFDQFD还还涉及企业管理模式、企业文化甚至地域文化习惯涉及企业管理模式、企业文化甚至地域文化习惯等。在企业中要开展等。在企业中要开展QFDQFD，除了技术、设备及人除了技术、设备及人力资源的配备外，还需要进行企业文化的变更以力资源的配备外，还需要进行企业文化的变更以及对企业全体员工的宣传教育。企业在使用及对企业全体员工的宣传教育。企业在使用QFDQFD后，一定会收到良好的收益。后，一定会收到良好的收益。 第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第一节第一节 质量功能展开质量功能展开(QFD)(QFD) 第二节第二节 可靠性设计可靠性设计主要内容：主要内容：可靠性基本概念；可靠性基本概念；可靠性指标；可靠性指标；系统可靠性设计。系统可靠性设计。第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计表1-1 复杂性对系统可靠性的影响组成系统部件个数单个部件可靠性99.999%99.99%99.9%99.0%系统可靠性10100250500100010000100000100000099.99%99.90%99.75%99.50%99.01%90.48%36.79%0.1%99.90%99.01%97.53%95.12%90.48%36.79%0.1%0.1%99.80%90.48%77.87%60.64%36.77%0.1%0.1%0.1%90.44%36.60%8.11%0.66%0.1%0.1%0.1%0.1%第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第二节第二节 可靠性设计可靠性设计一、可靠性概念可靠性概念可靠性定义：指产品（包括零件和元器件、整机设备、系统）在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。可靠性涉及产品产品、规定条件、规定时间、规定规定条件、规定时间、规定功能功能和能力能力五种因素，但核心是规定的时间。必须明确产品可靠性所规定的条件 必须明确所规定的时间 必须明确产品所需完成规定的功能 必须明确产品可靠性研究的对象 第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第二节第二节 可靠性设计可靠性设计二、可靠性指标二、可靠性指标衡量产品可靠性的指标很多，各指标之间有着密切联系，其中最主要的有四个，即：可靠度R (t)、不可靠度(或称故障概率)F (t)、故障密度函数f (t)平均寿命MTTF( 可修复产品MTBF)故障率(t)。 第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第二节第二节 可靠性设计可靠性设计 1 1）可靠度）可靠度可靠度：产品在一定条件下和一定时间t内不发生故障而完成规定功能的概率称为产品的可靠度，记为R(t)。如果用随机变量T表示产品从开始工作到发生失效或故障的时间，若用t表示某一指定时刻。显然：可靠度函数R(t)可以看作事件“Tt”的概率， R(t)P (T t)第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第二节第二节 可靠性设计可靠性设计可靠度R(t)可以用统计方法来估计。设有N个产品在规定的条件下开始使用。 令开始工作的时刻 t取为0，到指定时刻t时已发生失效数n(t), 亦即在此时刻尚能继续工作的产品数为N-n(t)， 则可靠度的估计值（又称经验可靠度）为：当N足够大时，就可以把频率作为概率的近似值，同时可见可靠度是时间t的函数。）不可靠度）不可靠度不可靠度：在规定工作时间t内，在规定的条件下，产品丧失规定功能的概率。称为不可靠度，用F(t)表示：NtnNtR)()(第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第二节第二节 可靠性设计可靠性设计NtntF)()( 1)()(NtnNtnNtFtRF (t)可以看作事件“Tt”的概率，即产品的失效分布函数： 故障密度函数故障密度函数f(tf(t) ) ：假设寿命T是连续型随机变量，则产品在（0 ）内任一时刻附近的单位时间发生故障的概率f(t)称为故障密度函数，因此：第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第二节第二节 可靠性设计可靠性设计)()(tTPtF )(tFtRtf tRdtdRNtttRNtRNNttttftt)()(),limlim00投入工作的产品总数品数内每单位时间失效的产在时间（故障密度函数：ttttRNtt时刻可靠工作的产品数 tRNt时刻可靠工作的产品数0tt 3)概率方法计算可靠度R(t)、F(t)式中，t：规定的时间 T：产品的寿命 f(t)：故障密度函数t)()() t (RdttftTPF(t):表示产品实际寿命T小于规定时间t的概率t0)()() t (FdttftTP可靠度：R(t):表示产品实际寿命T大于规定时间t的概率不可靠度： 1)()(0dttfdttftFtRttR(t)与F(t)的关系10tR(t)F(t) t=0 t=0 R(tR(t)=1 )=1 绝对可靠绝对可靠 t= t= R(tR(t)=0 )=0 绝对不可靠绝对不可靠 R(tR(t) )是一个非增函数是一个非增函数 R(t)+F(tR(t)+F(t)=1)=1R(tR(t) )值的特点：值的特点： t=0 t=0 F(tF(t)=0 )=0 绝对可靠绝对可靠 t= t= F(tF(t)=1 )=1 绝对不可靠绝对不可靠 F(tF(t) )是一个非减函数是一个非减函数 F(tF(t) )值的特点：值的特点：4 4）平均寿命）平均寿命对于不可修复产品而言： 平均寿命是指产品失效前的平均工作时间，记为MTTF(Meat Time to Failure)对于可修复产品而言： 平均寿命是指产品的平均无故障工作时间，记为MTBF(Meat Time Between Failure)第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第二节第二节 可靠性设计可靠性设计n 对于产品寿命为离散型随机变量ti，即有限个产品的平均寿命为寿命 的数学期望（均值）： ni为第i组产品的个数， ti为第i组产品的寿命。 ni为第i组产品的个数， ti为第i组产品两次故障之间的工作时间。n当每组产品个数都为1个（即ni =1），产品总数为N时，则有：n对于寿命为连续型随机变量t时， MTTF和MTBF均为寿命t的数学期望（均值），所以有： kiikiiintnMTTF第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第二节第二节 可靠性设计可靠性设计kiikiiintnMTBFNiitNMTBFMTTF1 dtttfMTBFMTTF05 5）服从指数分布的平均寿命）服从指数分布的平均寿命在可靠性理论中，指数分布是最基本、最常用的分布，适合于失效率为常数的情况。它不但在电子元器件偶然失效期普遍使用，而且在复杂系统和整机方面以及机械技术的可靠性领域也得到使用。指数分布常用于描述由于偶然因素冲击，引起系统失效的失效规律. 第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第二节第二节 可靠性设计可靠性设计00( )( )1(0)ttttF tf t dtedtet ( )1( )tR tF te 若产品的寿命或某一特征值 t的故障密度为:,则称t服从参数为的指数分布可靠度平均寿命MTBF所以有：MTBFMTTF与MTBF表达式一样/1dtedt) t (Rdt) t (R) t (tR) t (tdRtf(t)dt0t00000dttftdR)()(则不可靠度：第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第二节第二节 可靠性设计可靠性设计tetf)()0,0(t6)6)失效率（故障率）失效率（故障率）定义 ：工作到t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称之为产品的失效率。失效率一般用 表示。) t (第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第二节第二节 可靠性设计可靠性设计 Nttttf投入工作的产品总数品数内每单位时间失效的产在时间（而故障密度函数：), tRNttttt数时刻仍正常工作的产品在品数内每单位时间失效的产在时间（),产品数在时刻t仍正常工作的效的产品数t）内每单位时间失在时间（t，t(t) t (NR)()()(tttNRtNRt) t (RN)()(lim0ttttNRtNR)()(tRtf)()()()(tRtRtRtF重重点点t)()(ttNRtNR时间内失效的产品tTtt=0N件tt可靠的产品)(ttNR可靠的产品)(tNR)(tf：故障密度函数讨论指数分布函数的可靠性指标讨论指数分布函数的可靠性指标例：设某电子产品的寿命服从 的指数分布，求该产品的可靠度和失效率。tef(t)解：重点F(t)tttdtedt00) t (ft1-e不可靠度：F(t)R(t)1tt11-e)e(可靠度： eetRtfttt失效率：当产品寿命服从指数分布时失效率 常用单位是“ ”和“ ”.而对于可靠性高的产品常用“ ”为单位，计一个“菲特”Fit。1Fit= ，其意义：1000个产品工作十万小时，只有一个可能发生失效。 )(th/103h/105)(th/108h/108第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第二节第二节 可靠性设计可靠性设计对于指数分布的可靠性的衡量指标对于指数分布的可靠性的衡量指标则有：故障密度函数 ： (t0) 不可靠度： (t0) 可靠度： (t0) 失效率： 平均寿命：1MTTFMTBF)(/ )()(tRtftt1)(1)( tetFtRtetF1)(te) t (f重重点点 指数分布失效率为常数指数分布失效率为常数 平均寿命与失效率互为倒数平均寿命与失效率互为倒数 指数分布的指数分布的“无记忆性无记忆性”结结论论tR(t)tt指数分布的f(t)、R(t)与 曲线(t)tetf)(tetR)()(t)(t)(tf对于由指数分布的零部件组成的产品，能否用以新零件换旧零件的方法来提高产品的可靠度？故障密度函数可靠度失效率失效率曲线特点 失效率曲线也称“浴盆曲线”，由此曲线可知产品从投入工作可经过三个阶段：早期失效期、偶然失效期、耗损失效期。t t时间时间早期失效期早期失效期耗损失效期耗损失效期(t)失效率失效率规定的失效率规定的失效率使用寿命使用寿命A AB B偶然失效期偶然失效期产品失效率曲线特点n早期失效期早期失效期：磨合阶段，原因是产品本身不合格或工艺质量低，应在设计制造方面找原因，使失效率稳定下来。n偶然失效期偶然失效期：是产品正常工作时期，此时产品的失效率是随机的，失效率基本正常，接近于常数.在这期间内产品发生故障大多出于偶然因素，如突然过载、碰撞等。n损耗失效期损耗失效期：经过长时间的工作，产品已进入剧烈磨损或疲劳状态，表现为失效率迅速上升，直到报废。改善磨损失效的方法在于不断提高零部件、元器件的使用寿命。指数分布例题指数分布例题例：一元件寿命服从指数分布，其平均寿命()为2000小时，求故障率及求可靠度R (100)=? R(1000)=? 解： 此元件在100小时时的可靠度为0.95，而在1000小时时的可靠度为0.50。 410520001195. 005. 01)100(05. 01001054eeR05 . 05 . 01)1000(5 . 010001054eeR例：设某元件的寿命服从指数分布，他的平均寿命（MTBF）为5000h，试求其失效率和使用125小时后的可靠度。解：（1）求失效率：当寿命服从指数分布时 MTBF= 失效率 （2）求使用125h后的可靠度 当 较小时有近似式：R(t)= =1- 而 =125 所以有 R(125h)= 1- =1-0.025=0.975hMTBF3102 . 05000111ttett025. 0102 . 03t三、系统可靠性系统可靠性设计设计1 1、串联系统可靠性、串联系统可靠性 组成系统的所有单元中任一单元正常工作事件记为Ai整个系统正常工作事件记为A，组成系统的任何单元出现故障时，系统就不能正常工作的系统叫串联系统，其逻辑框图如图所示：nAAAAA 321123n系统A正常工作事件发生等于系统各单元正常工作事件Ai同时发生:当各单元之间相互独立时，则系统正常工作的概率为：第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第二节第二节 可靠性设计可靠性设计nAPAPAPAPAP 321所以，系统可靠度为： nAPAPAPAPAPtR 321系统可靠性模型(串联模型)根据串联系统的定义及逻辑框图，其数学模型为： R (t)系统的可靠度； Ri (t)第i个单元的可靠度。 niniitRtR1t1ie)()(系统可靠性模型(串联模型)若各单元的寿命分布均为指数分布，即 式中 s系统的故障率； i各单元的故障率。 tiietR)(ttnitsniieeetR1i1)(niis1niitR1s3s2ss1t1.) t(3!1) t(2!1t1)(系统可靠性模型2 2、并联系统可靠性、并联系统可靠性 组成系统的所有单元中任一单元正常工作事件记为 ，则单个单元出现故障事件记为 ，整个系统正常工作事件记为A，整个系统出现故障事件记为 ，组成系统的所有单元都出现故障时，系统才不能正常工作的系统叫并联系统，其逻辑框图如图所示： 12n图 并联模型123.nPAPAPAPAPA123.nAA AAAiAiAA上式说明：故障事件 都发生，整个系统才不能正常工作，即故障事件 发生时。iAA当各单元之间相互独立时，则并联系统出现故障的概率为：所以，系统不可靠度为： nAPAPAPAPAPtF 321系统可靠性模型(并联模型) 根据并联系统定义逻辑框图，其数学模型为 式中 F(t)系统的不可靠度； Fi(t)第i个单元的不可靠度。 niitFt1)()(F)(R)(R)(R)(R)(R1(1) t (R2i)(R1(1)(1) t (F1) t (R21212111tttttttFiiniinii时，当3 3、串并混合系统可靠性、串并混合系统可靠性 可靠性逻辑框图如图所示。 第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第二节第二节 可靠性设计可靠性设计如图所示亿个系统网络图，图中已知R1=0.8，R2=0.7，R3=0.6，R4=0.8，R5=0.8，试求系统网络的可靠度为多少？答：R1.2= R1. R2=0.8X0.7=0.56 R1.2.3= R1.2+ R3- R1.2xR3=0.56+0.6-0.56X0.6=0.82 R4.5= R4XR5=0.8X0.8=0.64 R1.2.3.4.5= R1.2.3 XR4.5=0.82X0.64=0.53 R2=0.7 R1=0.8 R3=0.6R4=0.8 R5=0.8串并联混合模型例 某系统由7个单元串并联组成，如图所示，已知这7个单元的可靠度为R1R2R3R4R5R6R70.91，试求该系统的可靠度。解：解：首先计算U2和U3、U4和U5组成的串联子系统U23和U45的可靠度分别为0.82810.910.91RR(t)R32230.82810.910.91R5R(t)R445串并联混合模型然后计算U23和U45再并联的子系统U2345以及U6和U7组成的并联子系统U67的可靠度分别为整个系统就由单元U1、U2345和U67串联组成，故得整个系统的可靠度为97045. 08281. 08281. 02)()()()(245234523tRtRtRtR(t)R23459919. 091. 0-91. 0227676RRRR(t)R670.8760.99190.970450.91RRR(t)R6723451s例 某系统由7个单元串并联组成，如图所示，已知这7个单元的可靠度为R1R2R3R4R5R6R70.91，试求该系统的可靠度。解：解：首先计算U2和U3、U4和U5组成的串联子系统U23和U45的可靠度分别为0.82810.910.91RR(t)R32230.82810.910.91R5R(t)R445第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第二节第二节 可靠性设计可靠性设计然后计算U23和U45再并联的子系统U2345以及U6和U7组成的并联子系统U67的可靠度分别为整个系统就由单元U1、U2345和U67串联组成，故得整个系统的可靠度为97045. 08281. 08281. 02)()()()(245234523tRtRtRtR(t)R23459919. 091. 0-91. 0227676RRRR(t)R670.8760.99190.970450.91RRR(t)R6723451s第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第二节第二节 可靠性设计可靠性设计已知某元件的寿命服从指数分布，其平均寿命MTBF=6000小时，试计算：（1）、其失效率为多少？（2）、400小时、2000小时和4500小时后的可靠度各为多少？ 解：（1） =1/MTBF=1/6000=1.67 （2）R（400）=1- t=1-1.67200=0.97 R（2000）=1- t=1-1.672000=0.67 R（4500）=1- t=1-1.674500=0.25 第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第二节第二节 可靠性设计可靠性设计 FMEA属于“由下而上”的归纳法。FMEA是从零件故障到系统故障，即在分析系统每个零件的所有故障模式基础上，再分析部件的各种故障模式，由部件故障再分析系统故障，是一种定性分析方法。第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计 第三节第三节 失效模式与影响分析失效模式与影响分析FMEAFMEA一、失效模式与影响分析FMEA (Failure Mode Effect Analysis)概念通过分析产品、系统或生产过程中存在潜在失效的零部件、环节等，分析其对产品、系统或生产过程的影响的程度，找出薄弱环节，采取措施，提高产品、系统或过程的可靠性。资料表明这种方法是很有效的，在工程上很有价值。这种方法是找出设计上的潜在缺陷的手段，是设计审查中必须重视的资料之一，是设计者和生产者必须完成的任务。第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第三节 失效模式与影响分析FMEA通过分析产品所有可能的故障模式来确定每一故障对人员和系统安全、任务成功、系统性能、维修性、维修要求等的潜在影响，并按其影响的严重程度及其发生概率，确定其危害度，找出薄弱环节，以便采取有效的措施消除或减轻这些影响。2、FMEA主要分为三种：设计失效模式及影响分析（DFMEA）系统失效模式及影响分析（SFMEA）过程失效模式及影响分析（PFMEA）第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第三节 失效模式与影响分析FMEA二、设计失效模式（DFMEA） 因设计不合理而使产品存在潜在的故障，常见的设计失效模式如：疲劳断裂、腐蚀、松动、变质、硬化、泄露、变形、剥落、退色、烧伤、振动、过早磨损等第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第三节 失效模式与影响分析FMEA三、DFMEADFMEA的任务的任务(1) 列出全部部件的故障模式。(2)分析对系统功能造成的影响和后果。(3)判断每种故障模式的危害度大小。估计危害度发生的概率。(4)提出相应对策和建议，进行更改设计、冗余设计，把潜在的、危害大的故障消灭在设计阶段。 第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第三节 失效模式与影响分析FMEA四、四、DFMEADFMEA表的计算分析表的计算分析 风险概率（Risk Priority Number）,缩写RPN RPN=P*S*D 发生概率P：失效发生的概率大小，0=p=1 严重度S：失效发生对零部件功能影响程度大小1=S=10 不易发现度D：失效发生后被发现的难易程度，D值越大表明越不易被发现 1=D=10 通过计算失效模式的RPN值，并与RPN的目标值比较，可判断失效模式对产品的影响程度大小，并可判断改进后的效果。第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第三节 失效模式与影响分析FMEA标准的标准的FMEA的格式的格式 改进设计前改进设计后项目功能潜在失效模式潜在失效后果严重度S潜在失效机理发生概率P设计控制不易发现度D风险数RPN建议措施责任目标值RPN采取措施严重度S发生概率P不易发现度D风险数RPN车门车门内板腐蚀锈蚀7蜡层较薄0.4整车试验8蜡层试验15厚度增加50.36功能下降8边角缺蜡0.5喷蜡试验7改进喷头18改进喷头70.4722.428919.6车门锈蚀项：919.618，未达到目标值，但有所下降，需继续改进。 一、故障树分析概述故障树分析（Fault Tree Analysis）是可靠性和安全性分析的另外一种技术，是安全系统工程的主要分析方法之一，它能对各种系统的危险性进行辨识和评价，不仅能够分析出故障的直接原因，而且能够深入地揭示出故障的潜在原因。故障树分析法就是把所分析系统的最不希望发生的故障模式作为故障分析的目标，然后找出直接导致这一故障发生的全部因素，再找出造成下一级事件发生的全部直接因素，自上而下的层层查找，直到找到原始的、且故障原因机理或概率分布已知而不用再深究的因素为止。第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第四节 故障树分析FTA古樟树分析（自上而下的分析方法）故障树是一种特殊的倒立树状逻辑因果关系图，它用事件符号、逻辑门符号描述系统中各种事件之间的因果关系。 “底事件”是导致其事件的原因事件，位于所讨论故障树底端。 “结果事件”是由其它事件或事件组合所导致的事件。它总是位于某个逻辑门的输出端。故障树的结构 古樟树是由各种事件及逻辑门构成的一组树状逻辑关系图（1）顶事件：要解决的系统故障事件。（2）底事件：包括基本事件和未探明事件。第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第四节 故障树分析FTA基本事件：在故障树分析中无须探明其发生原因的末端事件，“ ”表示。未探明事件：是指应探明原因，但暂不能探明原因的末端事件，用“ ”表示。（3）中间事件：底事件和顶事件之间发生的事件，用“ ”表示。（4）逻辑门主要包括与门、或门和非门 与门：当所有输入事件都发生，输出事件才发生。用“ ”表示。 或门：至少有一个输入事件发生，输出事件就发生。用“ ”表示。 非门：输出事件是输入事件的对立事件，用“ ”表示。第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第四节 故障树分析FTA二、故障树的定性分析故障树定性分析确定引起顶事件发生的最基本原因组合，即最基本的底事件组合。最小割集：引起顶事件发生的最基本的底事件的集合。最小割集阶数：最小割集中包含的底事件数量。故障树定性分析原则：一般阶数越低的最小割集越重要；在底阶最小割集中的底事件比高阶的重要 在不同最小割集中重复出现次数越多的底事件越重要。根据上述三条原则，对底事件和最小割集进行排序，以确定改进措施第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第四节 故障树分析FTA三、故障树分析实例故障树分析法的一般步骤为： （1）选择和确定顶事件； （2）自上而下建造故障树； （3）建立故障树的数学模型； （4）根据故障树对系统进行可靠性的定性分析； （5）根据故障树对系统进行可靠性的定量计算。第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第四节 故障树分析FTA图图 故障树分析的基本步骤故障树分析的基本步骤 明确对象系明确对象系统统选定顶事件选定顶事件建造故障树建造故障树修改并完善故障修改并完善故障树树制定预防措制定预防措施施收集资料收集资料分析系统故分析系统故障障定性分析定性分析定量分析定量分析例：电机故障中共有四个基本事件：电机卡死 ，熔断器故障 ，电源电压增高 ，回路电阻短路 ，试画出引起电机过热的故障树。 1234第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第四节 故障树分析FTA解：电机过热的故障树图如下 ：1234第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第四节 故障树分析FTA例：对上述故障树进行定性分析最小割集共有三个 12324， ，1232412341234其中为阶，和为二阶。定性分析知和对电机过热影响大于和的影响。从大到小依次为：= 第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第四节 故障树分析FTA第七章第七章 质量功能展开与可靠性设计质量功能展开与可靠性设计第四节 故障树分析FTA 2044.04 .03 .02 .01 .04 .03 .02 .04 .02 .01 .03 .02 .01 .04 .02 .03 .02 .01 .0:A4 .0, 3 .0, 2 .0, 1 .0432143242132142321432143242132142321433214321xPxPxPxPxPxPxPxPxPxPxPxPxPxPxPxPxPxPxxxxPxxxPxxxPxxxPxxPxxPxPAPxxxxxAxPxPxPxP发生的逻辑关系电机过热顶事件3 3、故障树的定量分析、故障树的定量分析首先确定故障树中顶事件和底事件之间的逻辑关系，然后得出顶事件首先确定故障树中顶事件和底事件之间的逻辑关系，然后得出顶事件概率