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可靠性设计 可靠性设计—— I.可靠性的基本知识 本章内容 可靠性的基本概念 可靠性的参数体系 提高系统可靠性的途径 系统可靠性设计的内容 1.可靠性的基本概念 可靠性定义 可靠性 产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。 产品可靠性定义的要素是三个“规定” 。 “规定条件”包括使用时的环境条件和工作条件。 “规定时间”是指产品规定了的任务时间。 “规定功能”是指产品规定了的必须具备的功能及其技术指标。 故障及其分类 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（即产品丧失了规定的功能） 。 对于不可修产品（如电子元器件）：失效。 故障的表现形式，叫做故障模式。 引起故障的物理化学变化等内在原因，称故障机理。 故障及其分类 产品的故障按其故障规律分为两大类： 偶然故障 渐变故障 产品的故障按其故障后果分为两大类： 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： 独立故障 从属故障 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分为后勤和使用两个阶段。 寿命剖面示例 任务剖面 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。任务剖面一般应包括： 产品的工作状态； 维修方案； 产品工作的时间与顺序； 产品所处的环境(外加的与诱发的)的时间与顺序； 任务成功或致命故障的定义。 任务剖面示例 可靠性的度量——可靠度 可靠度 产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率称为可靠度。依定义可知，系统的可靠度是时间的函数，表示为： 式中，R(t)——可靠度函数； ξ——产生故障前的工作时间； t ——规定的时间 可靠度函数 依定义可知，可靠度函数R(t)为： 式中， N0 —— 　t = 0时，在规定条件下进行工作的产品数； r(t) ——　在0到 t 时刻的工作时间内，产品的累计故障数。 累积故障分布函数 产品在规定的条件下和规定的时间内，丧失规定功能的概率称为累积故障概率（又叫不可靠度）。 依定义可知，产品的累积故障概率是时间的函数，即 显然，以下关系成立： 可靠度函数与累积故障分布函数的性质 R(t)与F(t)的性质如下表所示： 可靠度函数与累积故障分布函数的性质 故障率函数 故障率 工作到某时刻尚未发生故障的产品，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。 用数学符号表示为： 式中， ?(t) —— 故障率； dr(t) —— t 时刻后，dt 时间内故障的产品数； Ns(t) —— 残存产品数，即到t 时刻尚未故障的产品数。 故障率函数 可按下式进行工程计算： 式中，Δr(t) —— t 时刻后，Δt 时间内故障的产品数； Δt —— 所取时间间隔； Ns(t) —— 残存产品数。 对于低故障率的元部件常以 10-9/h 为故障率的单位，称之为菲特（Fit）。 问题 故障率是概率值么？ 故障率有量纲么？ 故障率和累积故障密度之间有什么关系？ 故障率实例 [例]右表为某产品 10万个在 18年内的故障数据，试计算这批产品1年、2年…的故障率。 人类健康的曲线 产品故障浴盆曲线 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： 对故障发生规律认识的变化 故障发生规律的六种模式 我国的情况 我国海军、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故障区的结论。 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 平均故障前时间（MTTF） 设N0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t1,t2, …tN0。其平均故障前时间（用符号TTF表示）为： 当N0趋向无穷时，TTF为产品故障时间这一随机变量的数学期望，因此， 当产品的寿命服从指数分布时， 平均故障间隔时间（MTBF） 一个可修系统在使用过程中发生了N0 次故障，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t1,t2,…,tN0 。其平均故障间隔时间为 式中，T —— 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效果有关。 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复两种。 问题 某微型计算机的MTBF=10000小时，是否意味着该计算机每工作10000小时才出一次故障？ 有一计算机系统的M