01入门可靠性概论.ppt

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1、可靠性与维修性基本概念潘尔顺 副教授上海交通大学工业工程与管理系3/13/2023可靠性正反面例子美国“挑战者”号航天飞机失事；1957年，苏联切尔诺贝利核电站泄漏；1957年苏联第一颗人造卫星发射成功；1969年美国阿波罗11号宇宙飞船载人登月成功。中国载人航天工程“神州6号”成功；3/13/2023可靠性理论的研究领域可靠性数学着重研究解决各种可靠性问题的数学方法及数学模型，研究可靠性的定量问题。主要数学手段有概率论、数理统计、随机过程、运筹学、拓补学等数学分支；可靠性物理从机理方面，失效本质方面研究产品的不可靠性因素，研究失效的物理原因与数学物理模型、检测方法及纠正措施等，如研究机械零件

2、的疲劳损伤、裂纹的形成和扩展规律，从而为研制、生产高可靠性产品提供理论依据；可靠性工程是指为了达到产品可靠性要求而进行的有关设计、试验和生产等一系列工作。可靠性工程包括对零件、部件、装备和系统等产品的可靠性数据的收集、分析。可靠性设计、预测、试验、管理、控制和评价，是系统工程的重要分支。3/13/2023可靠性发展简史二次大战后，地区战争不断，为了迅速提高武器装备的性能，采用的新技术、新材料越来越多，特别是使用了大量的电子元器件，从而使武器装备日趋复杂，加之使用环境的严酷，使武器装备故障频繁，特别是军用电子设备的故障最为严重。在侵朝战争中，美国军火与装备运往南朝鲜，不少武器失灵，雷达有86%的

3、时间处于维修状态。出厂时的合格产品，为什么不能长期使用？美国国防部在1952念成立“电子设备可靠性咨询组（AGREE）”。经过五年研究，1957年发表了一份研究报告“军用电子设备可靠性”，从此奠定了可靠性的基础，确定未来可靠性的发展方向，引起了各国的重视。3/13/2023可靠性技术发展阶段第一阶段（从第一阶段（从20世纪世纪40年代至年代至1957年）年）可靠性起步可靠性起步阶段阶段 美国最早，重点在真空管故障率改进美国最早，重点在真空管故障率改进 1942年年MIT对真空管可靠性进行深入调查对真空管可靠性进行深入调查 1952年成立了年成立了AGREE组织（电子设备可靠性顾问团）组织（电子

4、设备可靠性顾问团）第二阶段（从第二阶段（从1957年至年至1962年）年）制定军用规格、标制定军用规格、标准，进行统计试验阶段；准，进行统计试验阶段；对可靠性的研究由电子、航空、宇航、核能等尖端部门扩展到电机、电对可靠性的研究由电子、航空、宇航、核能等尖端部门扩展到电机、电力、机械、动力、土木等各个领域力、机械、动力、土木等各个领域第三阶段（第三阶段（1968年以后）年以后）可靠性保证阶段可靠性保证阶段 全面实现以可靠性为中心的管理，在可靠性技术基础上，推行全面实现以可靠性为中心的管理，在可靠性技术基础上，推行TQM3/13/2023可靠性发展简史以第二次世界打战为开端奠定可靠性工程学基础的5

5、0年代可靠性的发展与国际化时代的60年代以可靠性对对策治理经济增长中畸形变态的70年代可靠性的信息化时代的80年代90年代重视成本费用与维修技术的结合是最近的趋势3/13/2023可靠性技术发展从重视产品性能、轻视可靠性，转变为树立可靠性、费用同等重要的概念，实现了观念转变；从单个可靠性参数指标发展到多个参数和指标，建立了完善的可靠性参数和指标体系；在电子元器件方面，从电子管失效机理的研究发展到对超高速集成电路的研究，使电子元器件可靠性以平均约20%的速度在提高；从电子设备的可靠性研究发展到重视机械设备、光电设备及非电子设备的可靠性研究，以全面提高产品的可靠性；从只重视硬件可靠性研究发展到硬件

6、、软件并举，以确保大型复杂系统的可靠性。3/13/2023可靠性技术发展从重视可靠性宏观统计试验发展到强调微观分析，重视可靠性工程试验，以便更准确地确定产品的故障模式、可靠性及寿命；从定性的可靠性分析设计发展到计算机辅助定量分析，大大提高了可靠性设计水平；从以固有值作为产品的可靠性指标发展到以使用值作为指标，确保产品在使用条件下具有规定的可靠性水平；从分散、部门管理发展到统一、集中的可靠性领导机构管理，完善了管理体系。3/13/2023可靠性工作内容3/13/2023产品各阶段的可靠性工作论证阶段方案阶段工程研制阶段设计定型阶段生产定型阶段3/13/2023可靠性定义1966年，美国军用标准M

7、IL-STD-721可靠性维修性术语定义：“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产品的可靠性”。只反映成功完成任务的能力1980年美国按国防重要武器系统采办指令又颁布了MIL-STD-785B系统与设备研制的可靠性大纲，将可靠性分为：任务可靠性：产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能力基本可靠性：产品在规定条件下，无故障的持续时间或概率。3/13/2023可靠性定义规定的条件包括使用时的应力条件和环境条件，其中有气候因素、机械负载等规定的时间是指产品预定寿命，在寿命期内，产品应能完成规定的任务。可以用时间或其他相应指标（如里程、周期、次数）等表示规定的功能是指产品在规定的使

8、用条件下能完成所规定的正常工作而不失效或指产品在规定的功能参数下运行3/13/2023可靠性与维修性的含义可靠性就是设法使其不发生失效故障可靠性：在规定的条件下和规定的时间内，具有完成规定功能的能力可靠度：在规定的条件下和规定的时间内，具有完成规定功能的概率可靠性和可靠度在英语中均以Reliability表示Reliability=Rely(可靠)+ability(能力)3/13/2023可靠性与维修性的含义维修性是指即使发生了失效故障也能容易发现且很快地修复维修性：在规定的条件下和规定的时间内，对可修复的系统、机器、零部件等的维修，能完成的能力维修度：在规定的条件下和规定的时间内，对可修复的

9、系统、机器、零部件等的维修，能完成的概率维修性和维修度在英文中均以“Maintainability”表示Maintainability=Maintain(保持正常)+Ability(能力)维修性的意义3/13/2023可靠性与维修性的含义可靠性与维修性是密切不可分离的狭义的可靠性：使其不发生故障的可靠性广义的可靠性：在狭义的可靠性+维修性（故障发生后容易修复），计量广义可靠性的尺度是“有效度”常用R/M表示可靠性-维修性可靠性与维修性3/13/2023可靠性与维修性的含义同时衡量可靠性与维修性的尺度有效度：可修复使用的系统、机器或零部件等，在特定的瞬时中能维持其功能的概率，或在某一时间中能完成

10、其功能的时间比率平均有效度（A）=可能工作的时间/（可能工作的时间+不可能工作的时间）关于有效度3/13/2023可靠性与维修性的含义安全性（Safety）:不使生命、财产遭受损失R/M是防止对象（系统或产品）丧失其功能的，故R、M、A和安全性之间存在必然联系。一般认为R、M、A高的，其S也高有一种称做“失效故障、安全（Fail safe）设计”的，是指那种在失去功能时也要保障安全的设计，这也表明R/M和S不是一回事关于安全性3/13/2023如何看待可靠性与维修性中的管理实现可靠性与维修性的关键：可靠性管理+维修性管理可靠性与维修性管理：为使某种产品或系统具有可靠性与维修性，从设计、制造经过

11、包装、保管、运输、销售、服务、保养直到使用的所有各个过程，都要很好地取得平衡，以求系统地达到目的。可靠性与维修性管理应为有关人员理解：开发设计人员+质量管理人员+生产制造人员+维修技术人员+服务技术人员+营销人员3/13/2023可靠性与维修性管理为什么重要产品的质量有两个方面：产品的性能指标，看得见，测得出；产品的可靠性指标，看不见，测不出；譬如：电视机，出厂时的各项性能都符合标准，5000小时后，各项性能是否仍然保持？有多少台保持？人们开始重视产品可靠性的研究，许多产品已经把可靠性提高到质量问题的首位，不认识可靠性的重要性就要受到惩罚，不重视可靠性的教训实在太多了。3/13/2023可靠性

12、与维修性管理为什么重要一个生产高可靠性产品的工厂可以抵三、四个同类工厂，一个生产低可靠性的工厂将因失去市场竞争能力而倒闭；一个产品老出故障就会失去使用价值，这种产品生产越多，浪费就越大；一个电子元器件的失效导致卫星发射失败；一部通讯设备在战时发生故障就会失去战机，甚至造成人员死亡；当今、新技术、新材料越来越多，设备越来越复杂，结果的复杂化带来了性能的优异，但同时也带来了易出故障，因此更加应该重视可靠性的研究。3/13/2023可靠性与维修性管理为什么重要产品越来越复杂化，导致不可靠的因素也在增大 产品越来越复杂，故障的机会就越增加 硬件复杂化了，其他复杂化的因素也随之增加 不可避免的“人的失误

13、”缺乏管理发生火灾死亡事故受时间和费用的制约，要求风险预测技术高度化3/13/2023可靠性与维修性管理为什么重要产品没有可靠就要丧失公司的信誉为防止产品责任赔偿，可靠性也是重要的可靠性在国际竞争种是取胜的条件3/13/2023可靠性与维修性管理中的“成本费用”可靠性、维修性与成本的关系可靠度（R）最佳可靠度0成本费用由于不可靠所蒙受的损失（包括使用维修费用、停工损失）总成本+加进可靠度所需成本费用（设计、制造、试验等）3/13/2023可靠性与维修性管理中的“成本费用”费用效益的思考方法费用效益（CE）=-系统效益（SE）寿命周期费用（LCC）系统效益：系统效益：表示系统完成其使命（任务）与

14、可达到期望的尺度，它作为可靠度、有效度、以及功能的函数来表示费用效益：费用效益：系统效能除以系统的寿命周期总费用，所得之值3/13/2023可靠性与维修性管理中的“成本费用”费用效益简单地说就是“获利程度”费用效益（CE）=-利润投入费用（LCC）所谓使费用效益增大，就是要使费用尽可能减少，利润所谓使费用效益增大，就是要使费用尽可能减少，利润尽可能增高。尽可能增高。除了费用之外还有些事项也需考虑取得平衡，例如从用从用户的角度户的角度，要考虑性能和使用的难易以及设计的好坏，从制造的角度从制造的角度，要考虑工艺性生产率，从销售的角度从销售的角度，要考虑市场性等，这些都必须取得质量上的平衡3/13/

15、2023可靠性与维修性管理中预测技术预测技术决定胜负根本根本是要积累有关失效故障的基础情报信息；要充分证实可靠度和维修度，要收集有关费用的数据都是需要时间和需要大量的数据的，何况现在是技术进步迅速发展的时代，过去的数据资料很快就不能用了；不管是可靠性与维修性，还是费用，都要看有没有跟上变化的、优秀的预测技术，这对胜负是起决定性作用的。3/13/2023可靠性与维修性管理中预测技术有计划地收集分析数据资料预测并不是占卜，作为预测的基础当然需要现在和过去的数据资料，而且，并不是漫无边际的去收集，重要的是要有计划、有系统地去收集；然后对这些数据进行“解析”（分析），以便能对其“次序”作出判断，从收集的数据资料中来掌握某些倾向性的东西。由此可见，对于维修性与可靠性来说，统计、概率这种思维方法是非常重要的。3/13/2023固有可靠性与使用可靠性产品运行时的可靠性称为工作可靠性，它包括固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性包指在生产过程中已经确立了的可靠性，是产品的内在可靠性，它与产品的材料、设计、制造、工艺及检测精度等有关；使用可靠性与产品的使用条件相关，受使用环境、操作水平、维修保养及使用者的素质等因素的影响。3/13/2023