系统可靠性基本知识ppt课件.ppt

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1、可靠性设计可靠性设计I.可靠性的基本知识可靠性的基本知识高嵩2022-7-26可靠性设计可靠性设计11. 可靠性的基本概念可靠性的基本概念2. 可靠性的参数体系可靠性的参数体系3. 提高系统可靠性的途径提高系统可靠性的途径4. 系统可靠性设计的内容系统可靠性设计的内容本章内容本章内容1.可靠性的基本概念可靠性的基本概念2022-7-26可靠性设计可靠性设计3可靠性定义可靠性定义可靠性可靠性 产品产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。能的能力。产品可靠性定义的要素是三个产品可靠性定义的要素是三个“规定规定” 。“规定条件规定条件”包括使用时的环境条

2、件和工作条件。包括使用时的环境条件和工作条件。“规定时间规定时间”是指产品规定了的任务时间。是指产品规定了的任务时间。“规定功能规定功能”是指产品规定了的必须具备的功能及是指产品规定了的必须具备的功能及其技术指标。其技术指标。2022-7-26可靠性设计可靠性设计4故障及其分类故障及其分类产品或产品的一部分不能或将不能完成预产品或产品的一部分不能或将不能完成预定功能的事件或状态，称之为定功能的事件或状态，称之为故障故障（即产（即产品丧失了规定的功能）品丧失了规定的功能） 。对于不可修产品（如电子元器件）：对于不可修产品（如电子元器件）：失效。失效。故障的表现形式，叫做故障的表现形式，叫做故障模

3、式故障模式。引起故障的物理化学变化等内在原因，称引起故障的物理化学变化等内在原因，称故障机理故障机理。2022-7-26可靠性设计可靠性设计5故障及其分类故障及其分类产品的故障按其故障规律分为两大类：产品的故障按其故障规律分为两大类：偶然故障偶然故障渐变故障渐变故障产品的故障按其故障后果分为两大类：产品的故障按其故障后果分为两大类：致命性故障致命性故障非致命性故障非致命性故障产品的故障按其统计特性分为两大类：产品的故障按其统计特性分为两大类：独立故障独立故障从属故障从属故障2022-7-26可靠性设计可靠性设计6寿命剖面寿命剖面寿命剖面寿命剖面产品从制造到寿命终结或退出使用这段时间内所经历产品

4、从制造到寿命终结或退出使用这段时间内所经历的全部事件和环境的时序描述。它包含一个或多个任的全部事件和环境的时序描述。它包含一个或多个任务剖面。务剖面。通常把产品的寿命剖面分为后勤和使用两个阶段。通常把产品的寿命剖面分为后勤和使用两个阶段。2022-7-26可靠性设计可靠性设计7寿命剖面示例寿命剖面示例事件事件（使用（使用方法）方法）生生 产产验验 收收装卸和装卸和公路运公路运输输装卸和装卸和铁路运铁路运输输装卸装卸和空和空运运装卸和装卸和船运船运装卸和后勤装卸和后勤支援运输支援运输（最坏路线）（最坏路线）有遮蔽存贮，有遮蔽存贮，帐篷，圆屋帐篷，圆屋顶顶无遮蔽无遮蔽存储存储工作准工作准备阶段备阶

5、段发射发射阶段阶段调整调整状态状态导弹处导弹处于战斗于战斗位置位置发射后第发射后第一个动作一个动作飞行阶段飞行阶段命中命中目标目标生产生产阶段阶段后后 勤勤 阶阶 段段运运 输输储存储存/ /后勤阶段后勤阶段使用阶段使用阶段准备阶段准备阶段任务阶段任务阶段发射段发射段惯性飞行段惯性飞行段下降段下降段主主动动段段某导弹的寿命剖面2022-7-26可靠性设计可靠性设计8任务剖面任务剖面产品在完成规定任务这段时间内所经历的产品在完成规定任务这段时间内所经历的事件和环境的时序描述。任务剖面一般应事件和环境的时序描述。任务剖面一般应包括：包括：产品的工作状态；产品的工作状态；维修方案；维修方案；产品工作

6、的时间与顺序；产品工作的时间与顺序；产品所处的环境产品所处的环境( (外加的与诱发的外加的与诱发的) )的时间与的时间与顺序；顺序；任务成功或致命故障的定义。任务成功或致命故障的定义。2022-7-26可靠性设计可靠性设计9任务剖面示例任务剖面示例2022-7-26可靠性设计可靠性设计10可靠度可靠度产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的定功能的概率概率称为可靠度。依定义可知，系统称为可靠度。依定义可知，系统的可靠度是时间的函数，表示为：的可靠度是时间的函数，表示为：式中，式中，R(t)可靠度函数；可靠度函数； 产生故障前的工作时间产生故障前的

7、工作时间； t 规定的时间规定的时间 )()(tPtR 可靠性的度量可靠性的度量可靠度可靠度2022-7-26可靠性设计可靠性设计11可靠度函数可靠度函数依定义可知，可靠度函数依定义可知，可靠度函数R(t)为：为： 式中，式中，N0 t = 0时，在规定条件下进行工作的产品时，在规定条件下进行工作的产品数；数；r(t) 在在0到到 t 时刻的工作时间内，产品的累时刻的工作时间内，产品的累计故障数。计故障数。00)()(NtrNtR 2022-7-26可靠性设计可靠性设计12累积故障分布函数累积故障分布函数产品在规定的条件下和规定的时间内，丧产品在规定的条件下和规定的时间内，丧失规定功能的概率称

8、为失规定功能的概率称为累积故障概率累积故障概率（又（又叫叫不可靠度不可靠度）。）。依定义可知，产品的累积故障概率是时间的函依定义可知，产品的累积故障概率是时间的函数，即数，即 显然，以下关系成立：显然，以下关系成立：0)()(NtrtF 1)()( tFtR2022-7-26可靠性设计可靠性设计13可靠度函数与累积故障分布函数的性质可靠度函数与累积故障分布函数的性质对偶性对偶性 非减函数非减函数 非增函数非增函数 单调性单调性 00，1 1 00，1 1 取值范围取值范围 )(tR)(tF)(1tF)(1tRR(t)与与F(t)的性质如下表所示：的性质如下表所示：2022-7-26可靠性设计可

9、靠性设计14可靠度函数与累积故障分布函数的性质可靠度函数与累积故障分布函数的性质由密度函数的性质由密度函数的性质1)(0dttf可知：可知：ttdttfdttftFtR)()(1)(1)(0因此，因此， R(t)、F(t) 与与 f(t) 之间的关系如图所示。之间的关系如图所示。、2022-7-26可靠性设计可靠性设计15故障率函数故障率函数故障率故障率工作到某时刻工作到某时刻尚未发生故障尚未发生故障的产品，在该时刻的产品，在该时刻后单位时间内发生故障的概率，称之为产品的后单位时间内发生故障的概率，称之为产品的故障率故障率。用数学符号表示为：用数学符号表示为：式中，式中， (t) 故障率；故障

10、率； dr(t) t 时刻后，时刻后，dt 时间内故障的产品数；时间内故障的产品数； Ns(t) 残存产品数，即到残存产品数，即到t 时刻尚未故障的产时刻尚未故障的产品数。品数。dttNtdrts)()()( 2022-7-26可靠性设计可靠性设计16故障率函数故障率函数可按下式进行工程计算可按下式进行工程计算： 式中，式中，r(t) t 时刻后，时刻后，t 时间内故障的产品数；时间内故障的产品数； t 所取时间间隔；所取时间间隔； Ns(t) 残存产品数。残存产品数。对于低故障率的元部件常以对于低故障率的元部件常以 10-9/h 为故障率的为故障率的单位，称之为菲特（单位，称之为菲特（Fit

11、）。）。ttNtrts )()()( 2022-7-26可靠性设计可靠性设计17问题问题故障率是概率值么？故障率是概率值么？故障率有量纲么？故障率有量纲么？故障率和累积故障密度之间有什么关系？故障率和累积故障密度之间有什么关系？2022-7-26可靠性设计可靠性设计18故障率实例故障率实例例例右表为右表为某产品某产品 10万个在万个在 18年 内 的 故年 内 的 故障 数 据 ，障 数 据 ，试 计 算 这试 计 算 这批产品批产品1年、年、2年年的故的故障率。障率。t（年）（年）r(t) 1000个个 r(t) 1000个个 (t)(%/年年)00101211321431543676713

12、1082314937151799118100/01.001.011.021.033.126.4511.4918.1823.81100.0/2022-7-26可靠性设计可靠性设计19人类健康的曲线人类健康的曲线图 人类典型的健康曲线t ( (t) )为革命健康工作五十年年幼体弱年富力强年老体衰AB2022-7-26可靠性设计可靠性设计20产品故障浴盆曲线产品故障浴盆曲线浴盆曲线浴盆曲线大多数产品的故障率随时间的变化曲线形似浴盆，称大多数产品的故障率随时间的变化曲线形似浴盆，称之为浴盆曲线。由于产品故障机理的不同，产品的故之为浴盆曲线。由于产品故障机理的不同，产品的故障率随时间的变化大致可以分为三

13、个阶段：障率随时间的变化大致可以分为三个阶段：产品典型的故障率曲线产品典型的故障率曲线t t使用寿命使用寿命早期早期故障故障偶然故障偶然故障耗损故障耗损故障A AB B规定的规定的故障率故障率维修后故障维修后故障率下降率下降 (t)2022-7-26可靠性设计可靠性设计21对故障发生规律认识的变化对故障发生规律认识的变化2022-7-26可靠性设计可靠性设计22故障发生规律的六种模式故障发生规律的六种模式六种模式所占的比率六种模式所占的比率（美国联合航空公司统计）（美国联合航空公司统计）2022-7-26可靠性设计可靠性设计23我国的情况我国的情况?我国海军、装甲兵、通讯装备的一些统计我国海军

14、、装甲兵、通讯装备的一些统计资料都证明了许多产品都没有明显的耗损资料都证明了许多产品都没有明显的耗损故障区的结论。故障区的结论。2022-7-26可靠性设计可靠性设计24)()()()()()()()()(00tRtftNtNdttNtdrdttNtdrtss ，所所以以由由于于dttdRtf)()( tttRdtttRtdRdtt00| )(ln)()()()( tdttetRetRto )()()(故障率与可靠度、故障密度函数的关系故障率与可靠度、故障密度函数的关系2022-7-26可靠性设计可靠性设计25故障率与可靠度、故障密度函数的关系故障率与可靠度、故障密度函数的关系（系统）产品典型

15、的故障率、可靠度和故障密度函数曲线t (t)早期早期故障故障偶然故障偶然故障耗损故障耗损故障f(t)R(t)2022-7-26可靠性设计可靠性设计26平均故障前时间（平均故障前时间（MTTF）设设N0个不可修复的产品在同样条件下进行试验，测个不可修复的产品在同样条件下进行试验，测得其全部故障时间为得其全部故障时间为t1,t2, tN0。其平均故障前时间。其平均故障前时间（用符号（用符号TTF表示）为：表示）为：当当N0趋向无穷时，趋向无穷时，TTF为产品故障时间这一随机变量的为产品故障时间这一随机变量的数学期望，因此，数学期望，因此，当产品的寿命服从指数分布时，当产品的寿命服从指数分布时， 0

16、0)()(dttRdtttfTTF 10 dteTtTF 0101NiiTFtNT2022-7-26可靠性设计可靠性设计27平均故障间隔时间（平均故障间隔时间（MTBF）一个可修系统在使用过程中发生了一个可修系统在使用过程中发生了N0 次故障，次故障，每次故障修复后又重新投入使用，测得其每次每次故障修复后又重新投入使用，测得其每次 工作持续时间为工作持续时间为t1,t2,tN0 。其平均故障间隔时。其平均故障间隔时间为间为式中，式中，T 产品总的工作时间。产品总的工作时间。显然，系统的平均故障间隔时间与系统的维修显然，系统的平均故障间隔时间与系统的维修效果有关。效果有关。01001NTtNTN

17、iiBF 2022-7-26可靠性设计可靠性设计28平均故障间隔时间（平均故障间隔时间（MTBF）产品典型的修复状态有基本修复和完全修产品典型的修复状态有基本修复和完全修复两种。复两种。基本修复与完全修复t)(t基本修复完全修复t101产品修复后瞬间的故障率与故障前瞬间的故障率相同产品修复后瞬间的故障率与新产品刚投入使用时的故障率相同2022-7-26可靠性设计可靠性设计29问题问题某微型计算机的某微型计算机的MTBF=10000小时，是否意味着小时，是否意味着该计算机每工作该计算机每工作10000小时才出一次故障？小时才出一次故障？有一计算机系统的有一计算机系统的MTBF为为2000h，试求

18、失效，试求失效（故障）率和可靠性。（故障）率和可靠性。 越小、越小、MTBF越长的机器就是好机器。可越长的机器就是好机器。可靠性已经成为衡量靠性已经成为衡量系统或产品（系统或产品（计算机计算机）性能的性能的主要指标之一，并且通常用主要指标之一，并且通常用MTBF或或MTTF来直来直接表示其可靠性的大小。接表示其可靠性的大小。2022-7-26可靠性设计可靠性设计30寿命特征寿命特征可靠寿命可靠寿命: :指给定的可靠度所对应的产品工作时指给定的可靠度所对应的产品工作时间。间。使用寿命使用寿命: :指产品在规定的使用条件下，具有可指产品在规定的使用条件下，具有可接受的故障率的工作时间区间。接受的故

19、障率的工作时间区间。可靠寿命可靠寿命使用寿命使用寿命(t)*tt)(tR*Rtrt2022-7-26可靠性设计可靠性设计31寿命特征寿命特征首次翻修期限（首翻期）首次翻修期限（首翻期）: :指在规定条件下，产品从指在规定条件下，产品从开始使用到首次翻修的工作时间和（或）日历持续时开始使用到首次翻修的工作时间和（或）日历持续时间。翻修是指把产品分解成零部件，清洗、检查，并间。翻修是指把产品分解成零部件，清洗、检查，并通过修复或替换故障零部件，恢复产品寿命通过修复或替换故障零部件，恢复产品寿命, ,等于或等于或接近其首翻期的修理。接近其首翻期的修理。翻修间隔期限翻修间隔期限: :指在规定条件下，产

20、品两次相继翻修指在规定条件下，产品两次相继翻修间的工作时间、循环次数和（或）日历持续时间。间的工作时间、循环次数和（或）日历持续时间。总寿命总寿命: :指在规定条件下，产品从开始使用到规定报指在规定条件下，产品从开始使用到规定报废的工作时间、循环次数和（或）日历持续时间。废的工作时间、循环次数和（或）日历持续时间。贮存期限贮存期限: :在规定条件下，产品能够贮存的日历持续在规定条件下，产品能够贮存的日历持续时间，在此时间内，产品启封使用能满足规定要求。时间，在此时间内，产品启封使用能满足规定要求。2022-7-26可靠性设计可靠性设计32首翻期、翻修间隔期和使用寿命首翻期、翻修间隔期和使用寿命

21、 ( (t) )t首次翻修期规定的故障率AB (=1/MTBF)翻修间隔期使用寿命使用寿命2022-7-26可靠性设计可靠性设计33寿命分布寿命分布寿命分布（或故障分布、失效分布）是可靠性工程寿命分布（或故障分布、失效分布）是可靠性工程应用和可靠性研究的基础。寿命分布的类型各种各应用和可靠性研究的基础。寿命分布的类型各种各样，某一类分布适用于具有共同故障机理的某类产样，某一类分布适用于具有共同故障机理的某类产品，它与装备的故障机理、故障模式以及施加的应品，它与装备的故障机理、故障模式以及施加的应力类型有关。力类型有关。寿命分布是将工程问题抽象简化后，在理论上对其寿命分布是将工程问题抽象简化后，

22、在理论上对其特性进行深入研究。特性进行深入研究。产品的寿命分布是产品故障规产品的寿命分布是产品故障规律的具体体现；分析寿命分布的过程，实际上是从律的具体体现；分析寿命分布的过程，实际上是从可靠性角度对产品进行分类的过程，达到在理论上可靠性角度对产品进行分类的过程，达到在理论上对可靠性研究的深化，在工程上对可靠性的分析、对可靠性研究的深化，在工程上对可靠性的分析、试验、验证、评估等的定量化。试验、验证、评估等的定量化。2022-7-26可靠性设计可靠性设计34寿命分布寿命分布确定产品的寿命分布类型有重要意义，但要判断其属于确定产品的寿命分布类型有重要意义，但要判断其属于哪种分布类型仍很困难。目前

23、常用方法有两种，一种是哪种分布类型仍很困难。目前常用方法有两种，一种是通过失效物理分析来证实该产品的故障模式或失效机理通过失效物理分析来证实该产品的故障模式或失效机理近似地符合于某种类型分布的物理背景。另一种方法是近似地符合于某种类型分布的物理背景。另一种方法是通过可靠性试验，利用数理统计中的判断方法来确定其通过可靠性试验，利用数理统计中的判断方法来确定其分布。分布。2022-7-26可靠性设计可靠性设计35离散型随机变量的常见分布离散型随机变量的常见分布二项分布（二项分布（XB(n,p)）二项分布又称为柏努利分布。以二项分布又称为柏努利分布。以X表示在表示在n重独立试验重独立试验中事件中事件

24、A发生的次数，则发生的次数，则X是一个随机变量，它的可能是一个随机变量，它的可能取值为取值为0,1,2,k,n,共（共（n+1种），这时种），这时X服从的概服从的概率分布称为二项分布。率分布称为二项分布。数学期望、方差、可靠度分别为数学期望、方差、可靠度分别为 nkknkknqpCXRpnpnpqXDnpXE1)()1 ()()(2022-7-26可靠性设计可靠性设计36离散型随机变量的常见分布离散型随机变量的常见分布二项分布（二项分布（XB(n,p)）二项分布的用途很广泛。如在可靠性设计中，二项分布的用途很广泛。如在可靠性设计中，可用来解决冗余部件的可靠度分配问题。如果可用来解决冗余部件的可

25、靠度分配问题。如果要使系统中的全部元件工作正常时系统工作才要使系统中的全部元件工作正常时系统工作才正常，则二项式展开式的第一项便是系统成功正常，则二项式展开式的第一项便是系统成功的概率，这种情况实际上没有冗余度；如果系的概率，这种情况实际上没有冗余度；如果系统中全部元件都正常或只容许有一个元件失效统中全部元件都正常或只容许有一个元件失效的系统，则系统成功的概率为二项式展开式的的系统，则系统成功的概率为二项式展开式的前两项之和；如果容许两个元件失效，则前三前两项之和；如果容许两个元件失效，则前三项之和便为系统成功的概率。一般说来，若容项之和便为系统成功的概率。一般说来，若容许许k个元件失效，则系

26、统成功的概率便为前个元件失效，则系统成功的概率便为前k+1项之和。项之和。2022-7-26可靠性设计可靠性设计37离散型随机变量的常见分布离散型随机变量的常见分布泊松分布泊松分布二项分布在抽样数二项分布在抽样数n很大而很大而p较小时，可趋近于泊松分较小时，可趋近于泊松分布，即布，即称概率分布称概率分布 为泊松分布。为泊松分布。其数学期望、方差、可靠度为其数学期望、方差、可靠度为0,!lim npekqpCkknkknn ,.2 , 1 , 0, 0,!)( kekkXPk nxkkekXRXDXE !)()()(2022-7-26可靠性设计可靠性设计38连续型随机变量的常见分布连续型随机变量

27、的常见分布正态分布（正态分布（XN(,2)）正态分布即高斯分布，是电子产品可靠性计算中常正态分布即高斯分布，是电子产品可靠性计算中常用的系统寿命分布类型。其失效率函数可以描述浴用的系统寿命分布类型。其失效率函数可以描述浴盆曲线中耗损失效区的失效率随时间的变化情况。盆曲线中耗损失效区的失效率随时间的变化情况。若随机变量若随机变量X 的分布函数为的分布函数为 则称则称X服从正态分布。服从正态分布。222)(21)( tetf2022-7-26可靠性设计可靠性设计39连续型随机变量的常见分布连续型随机变量的常见分布正态分布（正态分布（XN(,2)）dteetRtftdtetFtRdtedttftFt

28、ttttttt 222222222)(2)(2)(02)(0)()()(21)(1)(21)()( 2022-7-26可靠性设计可靠性设计40连续型随机变量的常见分布连续型随机变量的常见分布对数正态分布对数正态分布若若X是一个随机变量，且随机变量是一个随机变量，且随机变量Y =lnX 服从正态分服从正态分布布N(,2) 则称则称X是一个对数正态随机变量。是一个对数正态随机变量。 众所周知，用对数变换可将较大的数缩小为较小的众所周知，用对数变换可将较大的数缩小为较小的数，且愈大的数缩小得愈甚，这一特性可使较为分散的数，且愈大的数缩小得愈甚，这一特性可使较为分散的数据通过对数变换相对地集中起来，所

29、以常把跨数据通过对数变换相对地集中起来，所以常把跨n n个量级个量级的数据用对数正态分布去拟合。在机械零件及材料的疲的数据用对数正态分布去拟合。在机械零件及材料的疲劳寿命研究中，对数正态分布应用较多。劳寿命研究中，对数正态分布应用较多。222)(ln21)( tettf2022-7-26可靠性设计可靠性设计41连续型随机变量的常见分布连续型随机变量的常见分布指数分布指数分布若若X是一个非负的随机变量，且密度函数为是一个非负的随机变量，且密度函数为 则称则称X服从参数为服从参数为的指数分布，记为的指数分布，记为e()，式，式中中为常数，是指数分布的失效率。为常数，是指数分布的失效率。2022-7

30、-26可靠性设计可靠性设计42连续型随机变量的常见分布连续型随机变量的常见分布指数分布指数分布可靠性特征量如下：可靠性特征量如下：可靠度可靠度失效率失效率平均寿命平均寿命寿命方差寿命方差0,)(1)( tetFtRt 0,)()()( ttRtft 10dteMTTFMTBFt或( () )2221)()( ETTETD2022-7-26可靠性设计可靠性设计43连续型随机变量的常见分布连续型随机变量的常见分布指数分布的重要特征指数分布的重要特征当失效率为常数时，其寿命服从指数分布；当失效率为常数时，其寿命服从指数分布；平均寿命与失效率互为倒数；平均寿命与失效率互为倒数；平均寿命在数值上等于特征

31、寿命。平均寿命在数值上等于特征寿命。“无记忆性无记忆性”，即，即“永远年轻的性质永远年轻的性质”。它的。它的含义是，如果某产品的寿命服从指数分布，那含义是，如果某产品的寿命服从指数分布，那末在它经过一段时间末在它经过一段时间t0的工作以后如果仍然正的工作以后如果仍然正常，则它仍然和新的一样，在常，则它仍然和新的一样，在t0以后的剩余寿以后的剩余寿命仍然服从原来的指数分布。命仍然服从原来的指数分布。2022-7-26可靠性设计可靠性设计44连续型随机变量的常见分布连续型随机变量的常见分布威布尔（威布尔（Weibull）分布）分布威布尔分布是瑞典物理学家在分析材料强度及链条强威布尔分布是瑞典物理学

32、家在分析材料强度及链条强度时推导出的一种分布函数。由于威布尔分布对于各度时推导出的一种分布函数。由于威布尔分布对于各种类型的试验数据拟合的能力强，例如，指数分布只种类型的试验数据拟合的能力强，例如，指数分布只能适应于偶然失效期，而威布尔分布对于浴盆曲线的能适应于偶然失效期，而威布尔分布对于浴盆曲线的三个失效期都能适应；又由于在各个领域中有许多现三个失效期都能适应；又由于在各个领域中有许多现象近似地符合于威布尔分布，因此，它的使用范围很象近似地符合于威布尔分布，因此，它的使用范围很广，是在可靠性工程中广泛使用的连续型分布。如果广，是在可靠性工程中广泛使用的连续型分布。如果说指数分布常用来描述系统

33、寿命的话，那末威布尔分说指数分布常用来描述系统寿命的话，那末威布尔分布则常用来描述零件的寿命，例如零件的疲劳失效、布则常用来描述零件的寿命，例如零件的疲劳失效、轴承失效等寿命分布。轴承失效等寿命分布。2022-7-26可靠性设计可靠性设计45连续型随机变量的常见分布连续型随机变量的常见分布威布尔（威布尔（Weibull）分布）分布若若X是一个非负的随机变量，且密度函数为是一个非负的随机变量，且密度函数为则称则称X服从三参数为（服从三参数为（m,）的威布尔分布，并记）的威布尔分布，并记为为XW(m,x)。式中，式中，m是形状参数；是形状参数；是尺度参是尺度参数；数；是是位置参数。位置参数。 tt

34、mttetFtRxexFmmxmx1)()(1)(1)(2022-7-26可靠性设计可靠性设计46常用的产品寿命分布常用的产品寿命分布2022-7-26可靠性设计可靠性设计47常用的产品寿命分布常用的产品寿命分布2022-7-26可靠性设计可靠性设计48可维性可维性可维性可维性对于可修复产品，只考虑其发生故障的概率显然是不对于可修复产品，只考虑其发生故障的概率显然是不合适的，还应考虑被修复的可能性。合适的，还应考虑被修复的可能性。维修（维修（Service）是指为保持和恢复产品完成规定的是指为保持和恢复产品完成规定的功能而采取的技术和管理措施。功能而采取的技术和管理措施。所谓所谓“可维性可维性

35、”（Serviceability），），是指系统在给是指系统在给定时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或定时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到能完成规定功能的能力。它通常是从判定故障恢复到能完成规定功能的能力。它通常是从判定故障到排除故障所需要的时间，包括故障诊断、故障定位、到排除故障所需要的时间，包括故障诊断、故障定位、系统校正和恢复等时间，是系统维护效率的度量。系统校正和恢复等时间，是系统维护效率的度量。2022-7-26可靠性设计可靠性设计49可维性可维性可维性可维性“可保持性可保持性”（Maintainability）是指系统在给是指系统在给定时间内，可隔离故障或修

36、复的概率。它表征了定时间内，可隔离故障或修复的概率。它表征了系统可以正常运行的概率。它是自动故障处理系系统可以正常运行的概率。它是自动故障处理系统中的一个重要指标，也是反映维护人员对系统统中的一个重要指标，也是反映维护人员对系统保养好坏程度的一个重要指标。保养好坏程度的一个重要指标。维修率维修率是指修理时间已达到某一时刻，但尚未修是指修理时间已达到某一时刻，但尚未修复的产品，在该时刻后的单位时间内完成修理的复的产品，在该时刻后的单位时间内完成修理的概率，通常用概率，通常用表示。表示。2022-7-26可靠性设计可靠性设计50可维性可维性可维性可维性平均修复时间（平均修复时间（MTTR）是指产品

37、修复时间的）是指产品修复时间的平均值。修复时间是随机变量。平均值。修复时间是随机变量。MTTR可理解为产品修复时间的数学期望。当可理解为产品修复时间的数学期望。当维修时间服从指数分布时，维修时间服从指数分布时，系统的系统的MTTR和和MTBF有关。从提高系统可用有关。从提高系统可用性角度来看，提高性角度来看，提高MTTR比减少故障数更为有比减少故障数更为有效。效。 10 dtetMTTRt2022-7-26可靠性设计可靠性设计51可用性可用性可用性可用性可用性可用性（Availability）也叫有效性或利用率。它是可）也叫有效性或利用率。它是可维系统在某时刻具有或维持规定功能的能力，即系统维

38、系统在某时刻具有或维持规定功能的能力，即系统在执行任务的任意时刻能正常工作的概率。在执行任务的任意时刻能正常工作的概率。对可修复系统，当考虑到可靠性和维修性时，综合评对可修复系统，当考虑到可靠性和维修性时，综合评价的尺度就是价的尺度就是有效度有效度A(t)，它表示产品在规定条件下，它表示产品在规定条件下保持规定功能的能力。可用下式计算：保持规定功能的能力。可用下式计算：MTBF反映了可靠性的含义；反映了可靠性的含义；MTTR反映维修活动的反映维修活动的一种能力。两者结合即为固有有效度一种能力。两者结合即为固有有效度A(t)。MTTRMTBFMTBFtA )(2.可靠性参数体系可靠性参数体系 2

39、022-7-26可靠性设计可靠性设计53可靠性参数体系可靠性参数体系可靠性参数是描述系统可靠性的度量。它直接与可靠性参数是描述系统可靠性的度量。它直接与战备完好、任务成功、维修人力费用和保障资源战备完好、任务成功、维修人力费用和保障资源费用有关。费用有关。可靠性指标是可靠性参数要求的量值。可靠性指标是可靠性参数要求的量值。2022-7-26可靠性设计可靠性设计54可靠性参数值可靠性参数值TMFHBF 平均故障间隔飞行小时平均故障间隔飞行小时 （MFHBF）TB M 平 均 维 修 间 隔 时 间平 均 维 修 间 隔 时 间（MTBM）：在规定的条件下和规定的时）：在规定的条件下和规定的时间内

40、，产品寿命单位总数与该产品计划和间内，产品寿命单位总数与该产品计划和非计划维修时间总数之比。非计划维修时间总数之比。PM C 完 成 任 务 的 成 功 概 率完 成 任 务 的 成 功 概 率 （MCSP）：在规定的条件下和规定的时）：在规定的条件下和规定的时间内，系统能完成规定任务的概率。间内，系统能完成规定任务的概率。2022-7-26可靠性设计可靠性设计55可靠性参数值可靠性参数值TBCF致命故障间的任务时间（致命故障间的任务时间（MTBCF）：）：在规定的一系列任务剖面中，产品任务总时间与在规定的一系列任务剖面中，产品任务总时间与致命性故障数之比。致命性故障数之比。TTR平均修复时间

41、（平均修复时间（MTTR）：在规定的条）：在规定的条件下和规定的时间内，产品在任一规定的维修级件下和规定的时间内，产品在任一规定的维修级别上，修复性维修总时间与该级别上被修复产品别上，修复性维修总时间与该级别上被修复产品的故障总数之比。的故障总数之比。TBR平均拆卸间隔时间（平均拆卸间隔时间（MTBR）：在规定）：在规定的时间内，系统寿命单位总数与从该系统上拆下的时间内，系统寿命单位总数与从该系统上拆下的产品总次数之比。的产品总次数之比。2022-7-26可靠性设计可靠性设计56可靠性参数分类可靠性参数分类可靠性设计需要综合权衡完成规定功能和可靠性设计需要综合权衡完成规定功能和减少用户费用两方

42、面的需求，可靠性参数减少用户费用两方面的需求，可靠性参数分为基本可靠性参数和任务可靠性参数分为基本可靠性参数和任务可靠性参数基本可靠性基本可靠性反映了产品对维修人力费用和后勤保反映了产品对维修人力费用和后勤保障资源的需求。障资源的需求。确定基本可靠性指标时应统计产品的所有寿命单位和所确定基本可靠性指标时应统计产品的所有寿命单位和所有的故障。有的故障。常见参数有常见参数有 TBF、TBM、TMFHBF、 TBR。任务可靠性任务可靠性是产品在规定的任务剖面中完成规定是产品在规定的任务剖面中完成规定功能的能力。功能的能力。确定任务可靠性指标时仅考虑在任务期间那些影响任务确定任务可靠性指标时仅考虑在任

43、务期间那些影响任务完成的故障完成的故障(即即致命性故障致命性故障)。常见参数有任务可靠度、常见参数有任务可靠度、PMC、TBCF。2022-7-26可靠性设计可靠性设计57反映目标说明示例战备完好性战备完好性军事单位接到命令时，实施其作军事单位接到命令时，实施其作战计划的能力战计划的能力TBF、TBM、TMFHBF任务成功性任务成功性任务开始时给定的可用性下，系任务开始时给定的可用性下，系统在规定的任务剖面内任意时刻统在规定的任务剖面内任意时刻能够工作和完成规定功能的能力能够工作和完成规定功能的能力PMC、TBCF维修人力费用维修人力费用系统需要维修人力的频度与多寡系统需要维修人力的频度与多寡

44、TBF、TBM、TMFHBF TTR保障资源费用保障资源费用系统对备件、维修工具、维修设系统对备件、维修工具、维修设备等的要求备等的要求TBR可靠性参数分类可靠性参数分类据反映目标的不同可细分据反映目标的不同可细分4 4类类2022-7-26可靠性设计可靠性设计58可靠性参数分类可靠性参数分类使用参数、合同参数使用参数、合同参数使用可靠性参数使用可靠性参数及指标反映了系统及其保障因及指标反映了系统及其保障因素在计划的使用和保障环境中的可靠性要求，素在计划的使用和保障环境中的可靠性要求，它是从最终用户的角度来评价产品的可靠性水它是从最终用户的角度来评价产品的可靠性水平的。平的。如如TMFHBF、

45、PMC、TBM等。等。合同可靠性参数合同可靠性参数及指标反映了合同中使用的易及指标反映了合同中使用的易于考核度量的可靠性要求，它更多地是从承制于考核度量的可靠性要求，它更多地是从承制方的角度来评价产品的可靠性水平。方的角度来评价产品的可靠性水平。如如TBF、TBCF等。等。2022-7-26可靠性设计可靠性设计59可靠性参数的相关性可靠性参数的相关性平均故障间隔时间平均故障间隔时间(MTBF)与平均故障间隔与平均故障间隔飞行小时飞行小时(MFHBF)任务成功概率与致命任务成功概率与致命故障间的任务时间故障间的任务时间MTBF与故障率与故障率平均维修间隔时间与平均维修间隔时间与MTBF平均拆卸间

46、隔时间与平均拆卸间隔时间与MTBFFSTTMFHBFBF/ 飞行时间飞行时间产品工作时间产品工作时间MCBCFMCPtTePBCFTtln或 /1 BFT )(BFBMTKT KTTBRBF /2022-7-26可靠性设计可靠性设计60关于目标值关于目标值GJB1909.1-94将目标值定义为：期望装备达到的将目标值定义为：期望装备达到的使用指标，它既能满足装备的使用需求，又可使使用指标，它既能满足装备的使用需求，又可使装备达到最佳的效费比，是确定规定值的依据。装备达到最佳的效费比，是确定规定值的依据。美军防务采办术语美军防务采办术语-98将目标值定义为：用户所将目标值定义为：用户所期望的和项

47、目经理企图获得的性能值，目标值表期望的和项目经理企图获得的性能值，目标值表示比每个项目参数的性能门限值大一个量值。该示比每个项目参数的性能门限值大一个量值。该量值在使用上是有意义的，时间上是关键的而且量值在使用上是有意义的，时间上是关键的而且费用上是有效的。费用上是有效的。美空军美空军AFR80-5-78将目标值定义为：既满足使将目标值定义为：既满足使用要求又具有增长能力或保障费用最佳的用要求又具有增长能力或保障费用最佳的R&M值。值。2022-7-26可靠性设计可靠性设计61关于目标值关于目标值从上述定义可以发现，从上述定义可以发现，R&M目标值首先表目标值首先表示系统投入外场使用，经过一段

48、期间的使示系统投入外场使用，经过一段期间的使用，发现问题并进行改进后达到成熟状态用，发现问题并进行改进后达到成熟状态的的R&M水平，这种水平，这种R&M水平必须满足预水平必须满足预定的未来环境下的使用要求，同时，定的未来环境下的使用要求，同时，R&M的目标值应使系统在外场的使用和保障费的目标值应使系统在外场的使用和保障费用最低，而且应是通过增长可以达到的用最低，而且应是通过增长可以达到的 R&M值。值。2022-7-26可靠性设计可靠性设计62门限值门限值-1 GJB1909.1-94将门限值定义为：装备必须达到的将门限值定义为：装备必须达到的使用指标，它能满足装备的使用要求，是确定最使用指标

49、，它能满足装备的使用要求，是确定最低可接受值的依据。低可接受值的依据。美军防务采办术语美军防务采办术语-98将门限值定义为：为满足将门限值定义为：为满足用户需求、所必须达到的最低可接受值。如果没用户需求、所必须达到的最低可接受值。如果没有达到门限值，那么项目性能就会严重下降，项有达到门限值，那么项目性能就会严重下降，项目费用可能太高，项目进度可能拖延。目费用可能太高，项目进度可能拖延。美空军美空军AFR80-5-78将门限值定义为：完成任务将门限值定义为：完成任务（即满足使用要求）所必需的最低的（即满足使用要求）所必需的最低的R&M水平。水平。R&M门限值是制定合同最低要求的基础。门限值是制定

50、合同最低要求的基础。2022-7-26可靠性设计可靠性设计63门限值门限值-2R&M门限值是满足系统使用要求所必须的门限值是满足系统使用要求所必须的最低的水平，即最低的要求值。最低的水平，即最低的要求值。它是外场使用试验进行验证的依据。它是外场使用试验进行验证的依据。其验证时机可根据不同类型的系统及不同其验证时机可根据不同类型的系统及不同的要求来确定。的要求来确定。2022-7-26可靠性设计可靠性设计64可靠性参数指标特性可靠性参数指标特性综合性综合性某些可靠性参数是其它可靠性、维修性参数的某些可靠性参数是其它可靠性、维修性参数的综合表示。如固有可用度表示为：综合表示。如固有可用度表示为：