第四章_可靠性设计剖析.ppt

4.1为什么研究可靠性 一、可靠性的提出 农业、工业、交通运输等行业的发展，对产品提出了质量可靠要求。因此，逐渐在很多场合下，提出了耐久性、寿命、稳定性、安全性、维修性等概念来进一步描述产品的质量问题。 很显然，对于技术性能合格的产品来说，还有一个保持产品技术性能而不至于失效的问题，这就是产品的可靠性问题。可见，可靠性也是评价产品质量的一个重要指标。 可靠性问题的严重性是在第二次世界大战反映出来的，从而引起有关国家的军事工业生产和科研部门的重视，并作为重大科研问题研究。 1965年始，NASA开始三项机械可靠性工作 用过载试验方法进行可靠性试验验证 用随机动载荷验证结构和零件的可靠性 在关键机械零件中采用概率设计方法，将可靠度设计到结构和机械零部件中 2、产品可靠性分类： 1．固有可靠性 ----产品在设计、制造中赋予的，是一种固有特性，也是产品的开发者可以控制的。 2. 使用可靠性----产品在实际使用过程中表现出的一种性能的保持能力的特性，它除了考虑固有可靠性的影响因素之外，还要考虑产品安装、操作使用和维修保障等方面因素的影响。 3．基本可靠性—--产品在规定条件下无故障的持续时间或概率，它反映产品对维修人力的要求。因此在评定产品基本可靠性时应统计产品的所有寿命单位和所有故障，而不局限于发生在任务期间的故障，也不局限于是否危及任务成功的故障。 4. 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。提高任务可靠性可采用冗余或代替工作模式，不过这将增加产品的复杂性，从而降低基本可靠性，因此设计时要在两者之间进行权衡。 3可靠性与维修性的常用度量 1．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，一般用R（t）表示。若产品的总数为N0，工作到t时刻产品发生的故障数为r（t），则产品在t时刻的可靠度的观测值为： 2．工作到某时刻尚未发生故障（失效）的产品，在该时刻后单位时间内发生故障（失效）的概率，称之为产品的故障（失效）率，也称瞬时故障（失效）率。故障率一般用λ(t)表示： 3．平均失效（故障）前时间（MTTF） MTTF= 当产品的寿命服从指数分布时， MTTF= 4．平均故障间隔时间（MTBF） Mean Time Between Fail 可修复产品，MTBF= = 完全修复的产品，MTBF=MTTF= 5．产品在规定条件下贮存时，仍能满足规定质量要求的时间长度称为贮存寿命。 产品出厂后，不工作，在规定的条件下贮存，产品也有一个非工作状态的偶然故障率，非工作的偶然故障率一般比工作故障率小得多，但贮存产品的可靠性也是在不断下降的。因此，贮存寿命是产品贮存可靠性的一种度量。 6．平均修复时间:在规定的条件下和规定的时间内，产品在规定任一规定的维修级别上，修复性维修总时间与在该级别上被修复产品的故障总数之比。简单的说就是排除故障所需实际直接维修时间的平均值，（这里不包括维修保障的延误时间，例如等待备件等）。其观测值是修复时间t的总和与修复次数之比。 4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（图4-1）,故将故障率曲线称为浴盆曲线。产品故障机理虽然不同,但产品的故障率随时间的变化大致可以分为三个阶段:早期故障期,偶然故障期,耗损故障期。 4.4故障（失效）分析 1故障的定义及分类 国标对故障的定义为：产品不能执行规定功能的状态，通常称为功能故障。与故障相应的失效的定义为：产品丧失规定功能能力的事件。 1）按故障原因分： （1）误用故障：不按规定条件 （2）本质故障：元件在规定条件下是有，因为自身原因造成的故障。 （3）初次故障：一个产品的故障不是由另一个产品的故障而直接或间接引起的故障。 （4）诱发故障：由另一个元件引起的故障。 （5）独立故障：不是由另一个元件引起的故障而引起的故障。 （6）早期故障：元件在寿命周期的早期因设计、制造、装配的缺陷引起的故障，其故障率随寿命单位的增加而降低。 （7）偶然故障：由偶然因素引起的故障。 （8）耗损故障：因疲劳、磨损、老化等原因引起的故障。其故障率随寿命单位的增加而增加。 2）按故障的急速程度划分 （1）突然故障：通过事先的测试或监控不能预测的故障。 （2）渐变故障;通过事先的测试或监控可以预测的故障。 3）按故障后果的严重划分 （1）间歇故障；产品在发生故障后不经修复，而在规定时间内能自行恢复的故障 （2）轻度故障：不致引起复杂元件完成规定功能能力降低的产品组成单元的故障 （3）严重故障：导致元件不能完成规定任务的故障，有时称致命故障。 （4）灾难故障：导致人员伤亡、系统毁坏、重大财产损失的故障。 4）按功能划分 （1）功能故障：某项目（或含有此项目的设备）不能满足规定的性能指标的故障。