《可靠性参数》PPT课件.ppt
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1、第二讲 可靠性参数Reliability Parameters10/26/20221可靠性参数基本概念基本概念可靠性定义可靠性定义故障及其分类故障及其分类寿命剖面寿命剖面任务剖面任务剖面一般产品通用的可靠性参数一般产品通用的可靠性参数可靠度可靠度和累积故障概率和累积故障概率累积故障分布函数累积故障分布函数 故障率故障率浴盆曲线浴盆曲线 平均寿命和平均寿命和MTBF可靠性参数之间关系可靠性参数之间关系产品寿命参数产品寿命参数常用寿命分布类型常用寿命分布类型军品可靠性参数体系军品可靠性参数体系导弹可靠性参数导弹可靠性参数航空发动机可靠性参数航空发动机可靠性参数10/26/20222基本概念可靠性定
2、义可靠性定义产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。产产品可靠性定义的要素是三个品可靠性定义的要素是三个“规定规定”(“规定条件规定条件”、“规定规定时间时间”、“规定功能规定功能”）。）。规定条件规定条件包括使用时的环境条件和工作条件：如温度、湿度、振动、冲击、包括使用时的环境条件和工作条件：如温度、湿度、振动、冲击、辐射等环境条件辐射等环境条件使用时的应力条件，维护方法，贮存时的贮存条件，使用时对操作使用时的应力条件，维护方法，贮存时的贮存条件，使用时对操作人员的技术等级要求等。人员的技术等级要求等。规定时间规定时间指产品规定了的
3、任务时间。随着产品任务时间的增加，产品出现故指产品规定了的任务时间。随着产品任务时间的增加，产品出现故障的概率将增加，产品的可靠性是下降的障的概率将增加，产品的可靠性是下降的。规定功能规定功能指产品规定了的必须具备的功能及其技术指标。所要求的功能的多指产品规定了的必须具备的功能及其技术指标。所要求的功能的多少和其技术指标的高低，直接影响到产品可靠性指标的高低。少和其技术指标的高低，直接影响到产品可靠性指标的高低。10/26/20223故障及其分类故障定义故障定义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，称之为故障。态，称之为故障
4、。故障模式故障模式故障的表现形式，叫做故障模式。故障的表现形式，叫做故障模式。故障机理故障机理引起故障的物理化学变化等内在原因，叫做故障机理。引起故障的物理化学变化等内在原因，叫做故障机理。10/26/20224机械产品故障模式类型 损坏型损坏型如断裂、变形过大、塑性变形、裂纹等如断裂、变形过大、塑性变形、裂纹等退化型退化型如老化、腐蚀、磨损等如老化、腐蚀、磨损等松脱型松脱型如松动、脱焊等如松动、脱焊等失调型失调型如间隙不当、行程不当、压力不当等如间隙不当、行程不当、压力不当等堵塞或渗漏型堵塞或渗漏型如堵塞、漏油、漏气等如堵塞、漏油、漏气等功能型功能型如性能不稳定、性能下降、功能不正常等如性能
5、不稳定、性能下降、功能不正常等10/26/20225故障及其分类偶然故障偶然故障由于偶然因素引起的故障，只能通过概率统计方法来预测。由于偶然因素引起的故障，只能通过概率统计方法来预测。偶然故障的发生概率由产品本身的材料、工艺、设计所决定偶然故障的发生概率由产品本身的材料、工艺、设计所决定渐变故障渐变故障 通过事前的检测或监测可以预测到的故障。通过事前的检测或监测可以预测到的故障。由于产品的规定性能随使用时间（循环、次数等）增加而逐由于产品的规定性能随使用时间（循环、次数等）增加而逐渐衰退引起。如轴承由于使用磨损，性能逐渐退化，最终超渐衰退引起。如轴承由于使用磨损，性能逐渐退化，最终超过规定技术
6、指标不能再用。过规定技术指标不能再用。渐变故障主要是采取预防为主的措施，掌握故障的发展规律，渐变故障主要是采取预防为主的措施，掌握故障的发展规律，预防故障的发生。预防故障的发生。10/26/20226故障及其分类产品的故障按其后果可以分为产品的故障按其后果可以分为致命性故障致命性故障使产品不能完成规定任务或可能导致人或物重大损失的故障或故障使产品不能完成规定任务或可能导致人或物重大损失的故障或故障组合。组合。非致命性故障非致命性故障不影响产品完成规定任务或导致人或物重大损失的故障或故障组合。不影响产品完成规定任务或导致人或物重大损失的故障或故障组合。致命性故障是的发生将影响任务的完成，而非致命
7、性故障的发生不致命性故障是的发生将影响任务的完成，而非致命性故障的发生不影响任务的完成，但会导致非计划的维修和保障需求影响任务的完成，但会导致非计划的维修和保障需求按统计特性可以分为独立故障与从属故障按统计特性可以分为独立故障与从属故障独立故障：不是由另一产品故障引起的故障。独立故障：不是由另一产品故障引起的故障。从属故障：由另一产品故障引起的故障称为从属故障。从属故障：由另一产品故障引起的故障称为从属故障。在进行产品的故障次数统计时，只统计产品本身的独立故障。在进行产品的故障次数统计时，只统计产品本身的独立故障。10/26/20227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
8、时间内所经历的全部事件和环产品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务剖面。通常把产品的寿命剖面境的时序描述。它包含一个或多个任务剖面。通常把产品的寿命剖面分为后勤和使用两个阶段。分为后勤和使用两个阶段。10/26/20228寿命剖面一般装备大部分时间处于非任务状态，在非任务期间一般装备大部分时间处于非任务状态，在非任务期间由于装卸、运输、贮存、检测所产生的长时间应力也由于装卸、运输、贮存、检测所产生的长时间应力也会严重影响产品的可靠性。因此，寿命剖面对建立系会严重影响产品的可靠性。因此，寿命剖面对建立系统可靠性要求是必不可少的。统可靠性要求是
9、必不可少的。10/26/20229寿命剖面事例10/26/202210任务剖面产品在完成规定任务这段产品在完成规定任务这段时间内所经历的事件和环时间内所经历的事件和环境的时序描述。境的时序描述。任务剖面一般应包括：任务剖面一般应包括：产品的工作状态；产品的工作状态；维修方案；维修方案；产品工作的时间与顺序；产品工作的时间与顺序；产品所处的环境（外加的产品所处的环境（外加的 与诱发的）的时间与顺序与诱发的）的时间与顺序任务成功或致命故障的定任务成功或致命故障的定义。义。10/26/202211可靠性参数与可靠性指标可靠性参数是描述系统可靠性的度量。它直接与战可靠性参数是描述系统可靠性的度量。它直
10、接与战备完好、任务成功、维修人力和保障资源有关。备完好、任务成功、维修人力和保障资源有关。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。可靠性参数分为基本可靠性参数和任务可靠性参数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反映了产品对维修人力费用和后勤保障基本可靠性反映了产品对维修人力费用和后勤保障资源的需求。确定基本可靠性指标时应统计产品的资源的需求。确定基本可靠性指标时应统计产品的所有寿命单位和所有的故障。所有寿命单位和所有的故障。任务可靠性是产品在规定的任务剖面中完成规定功任务可靠性是产品在规定的任务剖面中完成规定功能的能力。确定任务可靠性指标时仅考虑在
11、任务期能的能力。确定任务可靠性指标时仅考虑在任务期间那些影响任务完成的故障间那些影响任务完成的故障(即致命性故障即致命性故障)。10/26/202212一般产品通用的可靠性定量参数可靠度及可靠度函数可靠度及可靠度函数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称为可靠度。依定义可知，可靠度函数称为可靠度。依定义可知，可靠度函数R（t）为：）为：产品故障前的工作时间；产品故障前的工作时间；t规定的时间。规定的时间。设有设有N0个同一型号的产品，开始工作后到任意时刻个同一型号的产品，开始工作后到任意时刻t时，有时，有r(t)个个失效，则失
12、效，则式中式中N N0 0t=0t=0时，在规定条件下进行工作的产品数；时，在规定条件下进行工作的产品数；r(t)r(t)在在0 0到到t t时刻的工作时间内，产品的累计故障数。时刻的工作时间内，产品的累计故障数。10/26/202213累积故障概率 累积故障概率累积故障概率产产品品在在规规定定的的条条件件下下和和规规定定的的时时间间内内，丧丧失失规规定定功功能能概概率率称称为为累积故障概率累积故障概率（又叫（又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数，即依定义可知，产品的累积故障概率是时间的函数，即 10/26/202214可靠度与不可靠度的关系l可靠度函数与累积
13、故障概率的性质可靠度函数与累积故障概率的性质 对偶性 非减函数 非增函数 单调性 0，1 0，1 取值范围 10/26/202215累积故障分布函数可靠度函数与累积故障分布函数的性质 10/26/202216故障率函数工作到某时刻尚未故障的产品，在该时刻后单位时工作到某时刻尚未故障的产品，在该时刻后单位时间内发生故障的概率，称之为产品的故障率。用数间内发生故障的概率，称之为产品的故障率。用数学符号表示为学符号表示为 对对于于低低故故障障率率的的元元部部件件常常以以 为为故故障障率率的的单单位位，称称之之为为菲特（菲特（Fit）。）。10/26/202217故障率函数10/26/202218浴盆
14、曲线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，产品的故障率随时间的变化大致可以分为三个阶段：10/26/202219浴盆曲线早期故障阶段早期故障阶段在产品投入使用的初期，产品的故障率较高，存在迅速下降的特征在产品投入使用的初期，产品的故障率较高，存在迅速下降的特征这一阶段产品的故障主要是设计和制造中的缺陷这一阶段产品的故障主要是设计和制造中的缺陷(如设计不当、材料如设计不当、材料缺陷、加工缺陷、安装调整不当等缺陷、加工缺陷、安装调整不当等)，产品投入使用很容易暴露出来，产品投入使用很容易暴露出来可以通过加强质量管理及采用老化筛选等办法来消灭早期故障可以
15、通过加强质量管理及采用老化筛选等办法来消灭早期故障偶然故障阶段偶然故障阶段产品投入使用一段时间后，产品的故障率可降到一个较低的水平，产品投入使用一段时间后，产品的故障率可降到一个较低的水平，且基本处于平稳状态，可以近似认为故障率为常数。且基本处于平稳状态，可以近似认为故障率为常数。产品的故障主要是由偶然因素引起。产品的故障主要是由偶然因素引起。偶然故障阶段是产品的主要工作期间。偶然故障阶段是产品的主要工作期间。可通过可靠性工程（设计分析、试验、管理等）降低偶然故障阶段可通过可靠性工程（设计分析、试验、管理等）降低偶然故障阶段故障率。故障率。10/26/202220浴盆曲线耗损故障阶段耗损故障阶
16、段产品使用较长时间后，进入耗损故障期。产品的产品使用较长时间后，进入耗损故障期。产品的故障率迅速上升，很快出现大批量的产品故障或故障率迅速上升，很快出现大批量的产品故障或报废。报废。主要是老化、疲劳、磨损、腐蚀等耗损性故障。主要是老化、疲劳、磨损、腐蚀等耗损性故障。此时可采取定时维修、更换等预防性维修措施，此时可采取定时维修、更换等预防性维修措施，降低产品的故障率，减少由于产品故障所带来的降低产品的故障率，减少由于产品故障所带来的损失。损失。10/26/202221平均寿命(MTTF)10/26/202222平均寿命(MTTF)因为：所以：10/26/202223平均故障间隔时间10/26/2
17、02224寿命参数寿命参数10/26/202225寿命参数寿命参数10/26/202226可靠寿命已知某产品失效率为：求可靠度为的可靠寿命10/26/202227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 由于 ，所以10/26/202228故障率、可靠度与密度函数关系10/26/202229常用寿命分布类型指数分布10/26/202230指数分布10/26/202231指数分布特征指数分布的无记忆性指数分布的无记忆性服从指数分布的产品在工作一段服从指数分布的产品在工作一段时间时间 t0 后如果仍然正常，则它仍后如果仍然正常，则它仍然和新的一样，在然和新的一样，在t0
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