第八章可靠性基础.ppt

第六章 可靠性基础 一、概论 二、可靠性中的常用分布 三、系统可靠性设计 一、概论 （一） 发展简史 40年代，二次世界大战期间，德国的皮鲁契加和鲁塞尔在研究V1导弹时，首次提出“可靠度”的概念，并首次建立了串联型失效模型。皮鲁契加有关这方面的论著成为可靠性的理论基础。 50年代，可靠性的主要成就有二个：一是对元件的可靠性研究，美国军方经过大量试验发现了电子元件失效的规律——浴盆曲线。二是用计算机对系统可靠性的定量研究。 60年代可靠性研究的特点有两个： 一、可靠性的经济性研究。 二、从微观角度研究故障机理—故障物理。 70年代以来是可靠性的普及时期，它由军用产品扩大到各种民用产品，特别是电子产品。据统计，当前国际市场上的民用电子产品的竞争至少有50%是体现在产品的可靠性上。日本的许多产品能占领国际市场，也是以可靠性取胜的。下面是美国、西德、日本20世纪70年代电视机可靠性指标的比较。 我国目前的可靠性理论和试验都达到了相当高的水平，核武器、人造卫星和载人航天飞行器的成功都说明了这一点。 （二）可靠性 1、可靠性的定义: 产品(零部件或整机)在规定的条件下，规定的时间内，按规定的功能（设计的功能）无故障工作的可能性－－可靠性。 固有可靠性——产品未投入使用前的可靠性，影响它的主要因素有： 设计方案、材料、工艺等。 使用可靠性——产品在使用阶段的可靠性，影响它的主要因素有： 使用与维护的程序、操作水平等。 环境可靠性——在不同使用环境下产品的可靠性是不同的，影响它的主要因素有： 温度、湿度、振动等。 （三）可靠性的数量特征 可靠性是一个比较宽泛的概念，它是由许多数量特征来描述的，如可靠度、失效率、平均寿命等。 1、可靠度 （1）可靠度——产品在规定的条件下，规定时间内，按设计功能无故障地工作的概率，通常以R表示，0≤R≤1。 （2）不可靠度——又称故障度或失效概率，是指产品在规定的条件下，规定的时间内，丧失设计功能的概率，以F表示，0≤F≤1。 对同一个产品来说，可靠度R与不可靠度F有如下关系：R+F=1。 （3）可靠度与不可靠度的试验测定 由概率论知，某一事件发生的概率可用该事件在大量试验中出现的频率来估计。在实践中常用这种方法来确定某一产品的失效概率。 （4）可靠度与不可靠度的性质 a、R与F都是时间的函数，即R(t)，F(t) 设N个产品从t0=0开始工作，到任意时刻t失效的个数为n(t) b、R(t)是非增函数，F(t)是非降函数 t0=0时，n(0)=0，R(0)=1，F(0)=0 t=∞时，n(∞)=N，R(∞)=0，F(∞)=1 R(t)是[0，∞)内t的非增函数，F(t)是[0,∞)内t的非降函数。 R(t)与F(t)的变化曲线如下： 2、失效率(故障率) 定义——产品工作到t时刻后，单位时间内发生失效的概率，以λ(t)表示,它是时间的函数，数学表达式为： n(t+Δt)—Ｎ个产品工作到t+Δt时刻的失效数。 N-n(t)—在t时刻仍在工作的产品数(或称残存产品数) 在实际计算时，N足够大，Δt足够小时，可用右式估计λ(t) ： （2）失效率的单位 常用的失效率单位是%/103小时=10-5/小时表示。 对失效率要求特别小的产品，也可用FIT(failure unit)=10-9/小时表示。 根据需要，还有一些其它的单位。 产品的失效规律可通过收集较长时期内的产品的失效数据来获得，下面举例说明。 例：10万个产品在18年内的失效数据如表中所示，试计算这批产品工作1年、2年……时的失效率，并求λ(t)随时间变化的曲线。 表中Δt=1年,下面计算λ(t=5)=λ(5) 将表中λ(t)数值点入λ(t)-t坐标中即可获得λ(t)曲线： 3、失效率λ(t)与可靠度R(t)的关系 由前知， 由(3)： 4、失效率曲线与失效类型 （1）浴盆曲线 经过大量的试验研究，得到了产品失效的普遍规律—浴盆曲线(Bath Tub Curve) (2)失效类型 a、早期失效期：λ(t)曲线随时间t增加呈下降趋势，所以也称这种失效类型为下降型（DFR—Decreasing Failure Rate）。早期失效出现在产品刚使用不久，引起此类失效的原因主要是设计上的问题，或是加工造成的隐患，此外，老设备检修后再次投入使用时，也可能出现此类失效。为了提高产品的可靠性，生产方应在出厂前作试车等工业试验，以便发现并消除隐患，使失效率下降并趋于稳定。 b、偶然失效期：λ(t)相对稳定，此时的失效类型又称为恒定型（CFR—Constant Failure Rate），在该区间内的失效率为一个常数。这段时间是产品工作的实际有效使用阶段，产品的可靠性试验一般是针对偶然失效期的。 c、耗损失效期：λ(t)随t