可靠性与风险管理.ppt

IV.可靠性与风险管理 本章目标 A. 术语与定义(例如MTTF，MTBF，MTTR，可利用率，失效率） B. 可靠性寿命特性概念（例如，浴盆模型） C. 可靠性系统设计（重复，系列，平行） D. 可靠性和可维修性 E. 可靠性失效分析和报告 F. 可靠性/安全/危险评估工具 产品的两类质量指标 可靠性的定义 可靠性（Reliability） 产品在规定的条件下和规定的时间内,完成规定功能和能力 规定的时间 时间是可靠性的核心,不谈时间就没有可靠性可谈。可靠性是时间的递减函数。 规定的功能 在可靠性中，产品丧失规定的功能成为实效（Failure），对可修复的产品也成为故障（Fault），一般不加以区别。 规定的条件 指产品的使用条件，如环境条件、维护条件和操作技术水平，同一产品在不同的使用条件下的可靠性会不同。条件是可靠性比较的基础。 能力 单一产品的失效存在不确定性，所以可靠性能力都使用了统计术语，如概率、函数，置信度等。 基本概念 可靠度函数R（t） 某一产品（设备）在某一个时刻t之前不发生失效的概率，简称可靠度。 R是t的递减函数 不可靠度函数F（t） 某一产品（设备）在某一个时刻t之前发生失效的概率，简称不可靠度。 F（t）=1- R（t） 失效概率密度函数P（t） 基本概念 失效率函数λ（t） 在已工作到时刻t尚未失效的产品中，在时刻t后单位时间内失效的概率称为该产品在时刻t的失效率函数，简称失效率 100个微波发射管，条t=4000h时有30个发生失效，4100小时的时候失效个数增加至35个，求： t=4000h和4100h时的可靠度R t=4000h时的失效率λ 基本概念 当失效时间的衡量单位为小时（h）时，由失效率的定义可知，失效率的单位为： 失效率的基本单位为菲特（Fit），其定义为： 基本概念 我国的电子元器件的可靠性登记就是按失效率大小来制定的。我国电子元器件的可靠性按失效率共分七级，其级别和失效率如下： 基本概念 平均失效前时间（MTTF） 产品失效前工作时间的期望值 对于可修复的产品，MTTF表示为首次失效前的平均工作时间 平均寿命（θ） 平均失效间隔时间（MTBF） 用于可修复的产品 当失效率λ恒定时，则： 术语汇总 可靠性的分布基础 要确定以上的可靠度有关的函数，必须确定产品可靠性的模型。人们发现，以下的分布能够拟合大部分产品的可靠性模型： 正态分布 对数正态分布 指数分布 威布尔分布 以上分布都是随机变量t所服从的分布 正态分布 应用 产品的磨损失效分布往往足够服从正态分布。 正态分布中，失效密度函数为： 例子 发电动服从正态分布，μ=300h，σ=40h，求任务时间为250h时，发动机的可靠度和200h时的失效率。 对数正态分布 对数正态分布是随机变量的自然对数呈正态分布的一种分布，其密度函数为： 例子 炮管失效规律服从对数正态分布，μ=7，σ=2（μ和σ是lnt的均值和标准差），求发射1000发炮弹时可靠度。 指数分布 指数分布可能是可靠度工作中最重要的一种分布，而且几乎专门用于电子设备的可靠度预测上。指数分布的优点是： λ恒定而且容易估计 数学上容易处理 实用性广泛 具有可加性 其应用场合包括： 失效率随着工作时间的增长没有显著变化的产品 没有过多余度的复杂、可修复的产品 某一合理的时间内已经经过老练处理而消除了早期失效的设备 指数分布 密度函数为： 例子 某一计算机的错误率是恒定的，即每连续工作17天发生一次失效。设有一个任务需要连续使用该计算机5个小时，求成功解决这个问题的可靠度是多少？ 威布尔分布 威布尔分布用来对广泛的波动分布进行预测，这些分布也包括了正态分布和指数分布： 由于这些分布涵盖了许多分布因此降低了对不同分布应用不同预测方法而带来的麻烦。 威布尔分布由三个参数决定： β：形状参数：反应了曲线的模式 β=1，指数分布； β=2，对数正态分布； β=3.5，近似正态分布 η：尺度函数或特征寿命（在该寿命时总体中的63.2%的个体将会发生失效 γ：位置函数：最低的寿命，一般取γ为0 威布尔分布 密度函数： 在大多数情况下，γ=0，那么密度函数变为： 案例 某种特定的发射管的失效时间服从威布尔分布，其中β=2，η=1000h，求当任务时间为100h时这些发射管中1支管子的可靠度即失效率。 失效模型的建立 建立失效模型是可靠性工程中一项重要的工作,其对可靠性的预计、系统设计和分析、试验和验证程序的建立以及控制程序的建立有重要的意义。 一个被广泛认可的失效模型即为“浴盘曲线”模型。 “浴盘曲线”模型 “浴盘曲线”模型特别适用于电子设备和系统，它分成以下三个时期： 早期故障期 初期具有较高