質(zhì)量管理中的可靠性技術第1頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日5－質(zhì)量管理中

的

可靠性技術第2頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日參考文獻茆詩松，湯銀才，王玲玲，可靠性統(tǒng)計，高等教育出版社，2008.第3頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日5.1可靠性工程的重要性第4頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日例美國的宇宙飛船阿波羅工程有700萬只元器件和零件，參加人數(shù)達42萬人，參與制造的廠家達1萬5千多家，生產(chǎn)周期達數(shù)年之久。像這樣龐大的復雜系統(tǒng)，一旦某一個元件或某一個部件出現(xiàn)故障，就會造成整個工程失敗，造成巨大損失。所以可靠性問題特別突出，不專門進行可靠性研究是難于保證系統(tǒng)可靠性的。第5頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日高科技的需要現(xiàn)代科技迅速發(fā)展導致各個領域里的各種設備和產(chǎn)品不斷朝著高性能、高可靠性方向發(fā)展，各種先進的設備和產(chǎn)品廣泛應用于工農(nóng)業(yè)、交通運輸、科研、文教衛(wèi)生等各個行業(yè)，設備的可靠性直接關系到人民群眾的生活和國民經(jīng)濟建設。所以，深入研究產(chǎn)品可靠性的意義是非常重大的?？煽啃怨こ痰闹匾缘?頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日經(jīng)濟效益的需要產(chǎn)品或設備的故障都會影響生產(chǎn)和造成巨大經(jīng)濟損失。特別是大型流程企業(yè)，有時因一臺關鍵設備的故障導致工廠停產(chǎn)，其損失都是每天幾十萬元甚至幾百萬元。因此，從經(jīng)濟效益的來看，研究可靠性是很有意義的。研究與提高產(chǎn)品的可靠性是要付出一定代價的。從生產(chǎn)角度看，要增加產(chǎn)品的研制和生產(chǎn)的成本。但是，從使用角度看，由于產(chǎn)品可靠性提高了，就大大減少了使用費和維修費，同時還減少了產(chǎn)品壽命周期的成本。所以，從總體上看，研究可靠性是有經(jīng)濟效益的。第7頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日政治聲譽的需要從政治方面考慮，無論哪個國家，產(chǎn)品的先進性和可靠性對提高這個國家的國際地位、國際聲譽及促進國際貿(mào)易發(fā)展都起很大的作用。第8頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日錢學森，特別重視質(zhì)量可靠性技術1911年12月11日－2009年10月31日1955年，他在飽嘗不公正待遇的辛酸后，收拾行裝，返回祖國。我國系統(tǒng)工程理論與應用研究的創(chuàng)導人1991年10月16日

國務院、中央軍委授予他“國家杰出貢獻科學家”榮譽稱號和一級英雄模范獎章。1999年9月18日

中共中央、國務院、中央軍委授予他“兩彈一星”功勛獎章第9頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日錢學森大力倡導可靠性增長技術。1975年以后，多次提出“變動統(tǒng)計學”及“小樣本變動統(tǒng)計學”理論，指導我們結合隨機過程理論、經(jīng)典統(tǒng)計理論、MonteCarlo方法、Bayes方法和模型擬合優(yōu)度檢驗、增長趨勢檢驗、相鄰工程階段之間是否存在增長的各種統(tǒng)計檢驗方法,也特別重視質(zhì)量可靠性技術。完成了國家“七五”攻關項目---質(zhì)量與可靠性增長技術國家級課題第10頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日1、可靠性基本理論可靠性數(shù)學與故障物理學；集合論與邏輯代數(shù)；概率論與數(shù)理統(tǒng)計；圖論與隨機過程；系統(tǒng)工程與人素工程學；環(huán)境工程學與環(huán)境應力分析；試驗及分析基礎理論。7、元件可靠性制定元件可靠性；元件失效分析與可靠性評價；元器件及原材料的合理選擇；元器件的老化篩選；元器件現(xiàn)場使用情況調(diào)查和反饋。

2、可靠性設計貯備設計和裕度設計；降額設計和構件概率設計；熱設計、抗機械力設計；防潮、腐蝕、鹽霧、塵設計；電磁兼容設計和抗輻射設計；電磁兼容設計和抗輻射設計；維修性設計和使用性設計；質(zhì)量、體積、重量和經(jīng)濟指標綜合設計。8、系統(tǒng)可靠性可靠性預計與分配；失效模式效應與危害度分析；事件樹分析法(ETA)；故障樹分析法(FTA)；可靠性綜合評估。3、可試靠驗性

環(huán)境試驗；壽命試驗；篩選試驗。9、可教靠育性舉辦各種可靠性學習班與講座；內(nèi)外培訓和內(nèi)外考察；專業(yè)技術會議；出版可靠性刊物、可靠性教材。4、制造

質(zhì)量控制手段和方法

10可靠性管理

建立可靠性管理機構和研究機構；制定可靠性管理綱要；制定產(chǎn)品可靠性管理規(guī)范；建立質(zhì)量反饋制度；開展產(chǎn)品可靠性評審。5、使靠用性的?？勺C

使用和維護規(guī)程制定；操作和維修人員培訓；安全性設計；人-機匹配設計和環(huán)境設計。6、可靠性.信息

現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集、分析、整理和反饋；試驗數(shù)據(jù)處理和反饋；元器件失效率匯集和交換；各種可靠性信息搜集和交流；用戶調(diào)查和反饋。11、可靠性標準基礎標準；試驗方法標準；認證標準；管理標準；設計標準；產(chǎn)品標準可靠性工程的基本內(nèi)容

第11頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日5.2可靠性的概念及指標第12頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日可靠性的定義及其說明

定義：產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。說明:1.產(chǎn)品：可以是零件、部件，也可以是由它們裝配而成的機器，或由許多機器組成的機組和成套設備（統(tǒng)稱為系統(tǒng)），甚至還把人的作用也包括在內(nèi)。2.規(guī)定條件：一般指的是使用條件或環(huán)境條件。包括應力溫度、濕度、塵砂、腐蝕等，也包括操作技術、維修方法等條件。第13頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日3.規(guī)定時間：是可靠性區(qū)別于產(chǎn)品其他質(zhì)量屬性的重要特征，一般也可認為可靠性是產(chǎn)品功能在時間上的穩(wěn)定程度。因此以數(shù)學形式表示的可靠性各特征量都是時間的函數(shù)。

這里的時間概念不限于一般的年、月、日、分、秒，也可以是與時間成比例的次數(shù)、距離。例如應力循環(huán)次數(shù)、汽車行駛里程。4.規(guī)定功能：首先要明確具體產(chǎn)品的功能是什么，怎樣才算是完成規(guī)定功能。

產(chǎn)品喪失規(guī)定功能稱為失效，對可修復產(chǎn)品通常也稱為故障。第14頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日怎樣才算是失效或故障，有時很容易判定，但更多情況則很難判定。當產(chǎn)品指的是某個螺栓，顯然螺栓斷裂就是失效；當產(chǎn)品指的是某個設備，對某個零件損壞而該設備仍能完成規(guī)定功能就不能算失效或故障；有時雖有某些零件損壞或松脫，但在規(guī)定的短時間內(nèi)可容易地修復也可不算是失效或故障；若產(chǎn)品指的是某個具有性能指標要求的機器，當性能下降到規(guī)定的指標后，雖然仍能繼續(xù)運轉(zhuǎn)，但已應算是失效或故障;究竟怎樣算是失效或故障，有時要涉及廠商與用戶不同看法的協(xié)商，有時要涉及當時的技術水平和經(jīng)濟政策等而作出合理的規(guī)定。第15頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日5.能力：只是定性的理解是比較抽象的，為了衡量檢驗，后面將加以定量描述。產(chǎn)品的失效或故障均具有偶然性，一個產(chǎn)品在某段時間內(nèi)的工作情況并不很好地反映該產(chǎn)品可靠性的高低，而應該觀察大量該種產(chǎn)品的工作情況并進行合理的處理后才能正確的反映該產(chǎn)品的可靠性，因此對能力的定量需用概率和數(shù)理統(tǒng)計的方法。按產(chǎn)品可靠性的形成，可靠性可分為固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性是通過設計、制造賦予產(chǎn)品的可靠性；使用可靠性既受設計、制造的影響，又受使用條件的影響。一般使用可靠性總低于固有可靠性。第16頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日對于可修復產(chǎn)品來說，可靠性的含義應指產(chǎn)品在其整個壽命周期內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。故障：產(chǎn)品或產(chǎn)品的一部分不能或?qū)⒉荒芡瓿梢?guī)定功能的事件或狀態(tài)叫出故障，對某些產(chǎn)品如電子元器件等亦稱失效。分為：致命性故障:產(chǎn)品不能完成規(guī)定任務或可能導致重大損失系統(tǒng)性故障:由某一固有因素引起，以特定形式出現(xiàn)的故障偶然故障:由于偶然因素引起得故障第17頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日可靠性需要滿足：

不發(fā)生故障

發(fā)生故障后能方便地、及時地修復，以保持良好功能狀態(tài)能力，即要有良好的維修性維修性是指在規(guī)定條件下使用的產(chǎn)品在規(guī)定的時間內(nèi)，按規(guī)定的程序和方法進行維修時，保持和恢復到能完成規(guī)定功能的能力。第18頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日可靠性指標衡量產(chǎn)品可靠性的指標很多，各指標之間有著密切聯(lián)系，其中最主要的有四個可靠度R

(t)累積失效概率(故障概率)F(t)概率密度(故障密度函數(shù))f(t)失效率（故障率）λ(t)第19頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日1.可靠度:產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率,用R

(t)表示.若用T表示在規(guī)定條件下的壽命（產(chǎn)品首次發(fā)生失效的時間），則“產(chǎn)品在時間t內(nèi)完成規(guī)定功能”等價于“產(chǎn)品壽命T大于t”。所以可靠度(函數(shù))R(t)可以看作事件“T>t”概率,即

R(t)=P(T>t).第20頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日若受試驗的樣品數(shù)是N0個，到t時刻未失效的有

Ns(t)個；失效的有Nf(t)個。則沒有失效的概率估計值，即可靠度的估計值（又稱經(jīng)驗可靠度）為第21頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日2.累積失效概率(故障概率)產(chǎn)品在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時間內(nèi)喪失規(guī)定的功能(即發(fā)生故障)的概率定義為不可靠度(或稱為故障概率)，用F(t)表示：F

(t)=P(T≤t)估計關系:R(t)+F(t)=1第22頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日3.概率密度(故障密度函數(shù))平均單位時間的故障頻率f(t)=F’(t)第23頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日4.失效率（故障率,或風險函數(shù)）按概率定義:失效率(故障率)λ(t)是衡量可靠性的一個重要指標，其含義是產(chǎn)品工作到t時刻后的單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概率;

數(shù)學上，它是在時刻t尚未失效產(chǎn)品在t+△t的單位時間內(nèi)發(fā)生失效的條件概率的極限，即第24頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日按頻數(shù)定義:產(chǎn)品工作到t時刻后，在單位時間內(nèi)發(fā)生故障的產(chǎn)品數(shù)與在時刻t時仍在正常工作的產(chǎn)品數(shù)之比。式中dNf(t)為dt時間內(nèi)的故障產(chǎn)品數(shù)。第25頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日失效率的單位：每小時失效的比例國際上還采用“菲特“（FIT）作為高可靠性產(chǎn)品的失效率單位，為10-9/h故障率也可用工作次數(shù)、轉(zhuǎn)速、距離等與可靠度關系:失效率越小，可靠性越高。第26頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日R(t),f(t),λ(t)之間的關系推導1：（1）第27頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日推導2：第28頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日R(t),f(t),λ(t)之間的關系（2）推導：第29頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日失效率曲線與失效類型第30頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日失效率曲線——浴盆曲線耗損失效期t時間偶然失效期早期失效期使用壽命規(guī)定的失效率λ(t)失效率AB第31頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日1.早期失效期為遞減型。產(chǎn)品使用的早期，失效率較高而下降很快。主要由于設計、制造、貯存、運輸?shù)刃纬傻娜毕荩约叭藶橐蛩厮斐傻摹?.偶然失效期為恒定型。在此期間產(chǎn)品故障率低而且穩(wěn)定，是設備工作的最好時期。在這期間內(nèi)產(chǎn)品發(fā)生故障大多出于偶然因素，如突然過載、碰撞等，因此這個時期又叫偶然失效期。3.耗損失效期，失效率是遞增型。失效率上升較快，這是由于產(chǎn)品已經(jīng)老化、疲勞、磨損、蠕變、腐蝕等所謂有耗損的原因所引起的，故稱為耗損失效期。

為降低偶然失效期的失效率而增長有效壽命，應注意提高產(chǎn)品的質(zhì)量，精心使用維護。

針對耗損失效的原因，應該注意檢查、監(jiān)控、預測耗損開始的時間，提前維修，使失效率仍不上升。當然，修復若需花很大費用而延長壽命不多，則不如報廢更為經(jīng)濟。第32頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日平均壽命:

指產(chǎn)品從投入運行到發(fā)生故障的平均工作時間。對于不維修產(chǎn)品又稱失效前平均時間MTTF(Meantimetofailure)，根據(jù)數(shù)學期望的定義，可得由于R’(t)=-f(t),所以其它可靠性指標第33頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日當λ(t)=常數(shù)時，R

(t)=e-λt，所以

第34頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日對于可維修產(chǎn)品而言，平均壽命指的是產(chǎn)品兩次相鄰故障間的平均工作時間，稱為平均故障間隔時間MTBF(Meantimebetweenfailures)，和MTTF有同樣的數(shù)學表達式：當λ(t)=常數(shù)時，R

(t)=e-λt，所以第35頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日特征壽命:可靠度達到R（0<R<1)時產(chǎn)品已經(jīng)工作的時間稱為可靠壽命或特征壽命,記為tR第36頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日維修度與有效度:對于可修改產(chǎn)品，產(chǎn)品在規(guī)定條件下進行修理時，在規(guī)定時間內(nèi)完成修復的概率稱為維修度，記為M(t).在維修性工程中，還有維修密度函數(shù)m(t)、維修率μ(t)，它們之間的關系為：第37頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日平均修復時間(MTTR—MeantimetoRepair):產(chǎn)品修復時間的數(shù)學期望。有：當μ(t)=常數(shù)時，第38頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日有效度:對可修復系統(tǒng)，當考慮到可靠性和維修性時，綜合評價的尺度就是有效度A，它表示產(chǎn)品在規(guī)定條件下保持規(guī)定功能的能力。當考慮后勤保障、服務質(zhì)量時，還應考慮平均等待時間(MWT—MeanWaittime)，這時有效度第39頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日5.3兩個常用的壽命分布第40頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日若產(chǎn)品的壽命或某一特征值T的故障密度為則稱T服從參數(shù)λ的指數(shù)分布.指數(shù)分布的一個重要性質(zhì)是無記憶性:壽命分布為指數(shù)分布的產(chǎn)品，過去工作了多久對現(xiàn)在和將來的壽命分布不發(fā)生影響。在“浴盆曲線”中，它是屬于偶發(fā)期這一時段的。1.指數(shù)分布(exponentialdistribution)第41頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日分布函數(shù),t≥0

可靠度,t≥0

失效率平均故障間隔時間其中θ表示平均壽命.第42頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日例：一元件壽命服從指數(shù)分布，其平均壽命(θ)為2000小時，求故障率λ及求可靠度

R

(100及可靠度為0.8時的可靠壽命

解：

(1/小時)

此元件在100小時時的可靠度為0.95，而可靠度為0.8時的可靠壽命為446.28小時。

第43頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日2.威布爾分布(Weibull

distribution)威布爾分布應用比較廣泛，常用來描述材料疲勞失效、軸承失效等壽命分布的。威布爾分布是用三個參數(shù)來描述，這三個參數(shù)分別是尺度參數(shù)α，形狀參數(shù)β、位置參數(shù)γ，其概率密度函數(shù)為：或第44頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日分布函數(shù)可靠度

失效率β＞1時，表示磨損失效；β=1時，表示恒定的隨機失效，這時λ為常數(shù)；β＜1時，表示早期失效。當β=1,γ=0時退化為為指數(shù)分布，此時1/α為平均壽命。第45頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日不同α值的威布爾分布（β=2，γ=0）α=1/3α=1/2α=2α=1f(t)t第46頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日不同β值的威布爾分布（α=1，γ=0）β=3β=1/2β=2β=1f(t)t第47頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日γ=0γ=0.5γ=-0.5γ=1f(t)t不同γ值的威布爾分布（α=1，β=2）第48頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日例例:某零件壽命服從β=4,γ=1200h,η=3090的威布爾分布，試求:此零件工作2500h的可靠度和失效率及可靠度為0.99的可靠壽命。第49頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日解:R(2500)=e((25001200)/3090)4=0.96944-1

30904

=0.0000964/h

t0.90=1200+3090(㏑.99)?

=2178h第50頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日3.對數(shù)正態(tài)分布(lognormaldistribution)對數(shù)正態(tài)分布也是一類常用的壽命分布產(chǎn)品壽命T的對數(shù)服從正態(tài)分布，即㏑TN(,2)對數(shù)正態(tài)分布是用正態(tài)分布的二個參數(shù),2來描述的其概率密度函數(shù)為：

第51頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日分布函數(shù)可靠度

失效率可靠壽命第52頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日例某產(chǎn)品的壽命T服從對數(shù)正態(tài)分布,LN(,2)。已知:

=12h=0.32h,求此產(chǎn)品工作105h的可靠度R(105),失效率(105)及可靠度為0.95時的可靠壽命t0.95。第53頁，共60頁，2023年，2月20日，星期日解：1.z=(㏑t)/=(㏑10512)/0.32=1.5221

R(105)=1.=0.93602.φ./(0.32105)

1.

3.R(t0.95)=1z=0.95,z=0.05

查表得：z=.64485

㏑t0.95=12+(.64485)0.32=11.47365∴t0.95=e11.47