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Add your company slogan. 第十五章 可靠性工程. 15.1 可靠性概述 产品质量与可靠性 设备系统的复杂化 使用环境日益恶劣 产品生产周期的缩短 可靠性的诞生与发展. 第十五章 可靠性工程. 15.2 可靠性基本概念 可靠性 产品的可靠性与规定的 条件 分不开 产品的可靠性与规定的 时间 密切相关 产品的可靠性与规定的 功能 密切相关. “在规定的时间和给定的条件下，无故障完成规定功能的概率”，即可靠度。. 第十五章 可靠性工程. 15.2 可靠性基本概念 维修性 - PowerPoint PPT Presentation
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第三版
孙静 主编
质量管理学
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第十五章 可靠性工程
15.1 可靠性概述 产品质量与可靠性
设备系统的复杂化
使用环境日益恶劣
产品生产周期的缩短
可靠性的诞生与发展
第十五章 可靠性工程
15.2 可靠性基本概念 可靠性
产品的可靠性与规定的条件分不开
产品的可靠性与规定的时间密切相关
产品的可靠性与规定的功能密切相关
“ 在规定的时间和给定的条件下，无故障完成规定功能的概率”，即可靠度。
第十五章 可靠性工程
15.2 可靠性基本概念 维修性
常用的指标有：维修度 ，平均修复时间 MTTR（Mean Time to
Repair ）
“ 产品在规定条件下和规定时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到规定状态的能力”，简写为 M 。其概率度量称为维修度。
MTMTTR
n 直接维修时间故障次数
第十五章 可靠性工程
15.2 可靠性基本概念 保障性
测试性
是指产品设计特性和计划的保障资源能满足使用要求的能力，简写为 S 。表征保障性的指标是平均延误时间 MDT（Mean Delay Time ）。
DTMDT
n 维修延误的总时间故障次数
是指产品能及时并准确地确定其状态（可工作、不可工作或性能下降），并隔离其内部的一种设计特性，简写为 T 。通常用故障检测率 FDR（ Fault Detection Rate ）、故障隔离率 FIR（ Fault Isolation Rate ）和虚警率（ Fault Alarm Rate ）来度量。
第十五章 可靠性工程
15.2 可靠性基本概念 可用性
使用可用性
固有可用性
可信性
可用性是产品可靠性、维修性和保障性三种固有属性的综合反映，是指产品处于可工作状态或可使用状态的能力，也称为有效性。
0
UT UT
UT NT UT MT DTA
MTBF
MTBF MTTRiA
非定量的集合性术语，表述可用性及其影响因素：可靠性（ R ）、维修性（ M ）、保障性（ S ）、测试性（ T ），简写为 R·M·S·T· 。
第十五章 可靠性工程
15.3 可靠性特征量 可靠度
可靠度是指产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的概率。它是时间的函数，记为 R(t) 。
( ) ( )R t P T t
( )( )ˆ( ) fsn n tn t
R tn n
( )sn t —— 在规定时间 t 内完成规定功能的产品数量；( )fn t —— 在规定时间 t 失效的产品数量
第十五章 可靠性工程
15.3 可靠性特征量 失效分布
产品在规定条件下和规定时间内失效的概率，称为不可靠度。它显然也是时间的函数，记为 F(t) 。
它的导数就是失效分布概率密度函数，记为 f(t) 。
( ) ( ) 1 ( ) 1 ( )F t P T t P T t R t
( )ˆ ( ) fn tF t
n
' '
0
( ) ( ) ( )( ) lim ( ) ( )f f
t
n t t n t dF tf t F t R t
n t dt
0( ) ( )
tF t f t dt 0
( ) ( ) 1 ( )t
tR t f t dt f t dt
第十五章 可靠性工程
15.3 可靠性特征量 失效率
产品连续工作时间 之后尚未失效的产品在 t~ t+△t 的单位时间内发生失效的条件概率，也称为瞬时失效率，记为 。
平均失效率
失效率的单位及失效率等级
( )t
( ) ( ) 1 [ln ( )]( )
( ) ( )
f t dR t d R tt
R t dt R t dt
0( )
( )tt dt
R t e
0( )
Tt dt T
( )ˆ( ) % / h( )f
s
n tt
n t t
第十五章 可靠性工程
15.3 可靠性特征量 失效率
产品失效率曲线：
第十五章 可靠性工程
15.3 可靠性特征量 寿命特性
平均寿命
• 对于可修复产品：平均故障间隔时间 MTBF（Mean Time Between
Failure ）
• 对于不可修复产品：失效前平均工作时间 MTTF（Mean Time To Failur
e ）
0( ) ( )tf t dt E t
0 0 0
0 0 0
( )( ) ( )
[ ( ) | ( ) ] ( )
dR ttf t dt t dt tdR t
dt
tR t R t dt R t dt
UTˆfn
所有产品的总工作时间
总失效数
第十五章 可靠性工程
15.3 可靠性特征量 寿命特性
可靠寿命• 当产品可靠度下降到某一可靠度 r 时对应的工作时间。记为
中位寿命• 当产品可靠度下降到 0.5 时相应的工作时间。记为
rt
( )rR t r ( ) 1rF t r
0.5t
0.5( ) 0.5R t 0.5( ) 0.5F t
第十五章 可靠性工程
15.4 基于指数分布的失效分析
( ) ( 0)tf t e t
( ) ( ) |t t ttt t
R t f t dt e dt e e
0( ) ( ) 1 ( ) 1
t tF t f t dt R t e ( )
( ) ( )( )
t
t
f t et
R t e
常数
00 0
1 1( ) |t tR t dt e dt e
1
lnrt r
0.5 (1/ ) ln 0.5 0.693t
第十五章 可靠性工程
15.5 系统可靠性分析模型 可靠性框图
举例：汽车系统的可靠性框图
假设• 各单元只可能有两种工作状态：正常与失效（故障），而没有中间状态
• 各单元工作与否是相互独立的，即任一单元的正常工作与否不影响其他单元的正常与否
轮 胎发动机 变速箱 制 动 转 向
第十五章 可靠性工程
15.5 系统可靠性分析模型 串联模型
1 2min{ , ,..., }s nT T T T
1
( ) ( )n
s ii
R t R t
1
( ) 1 [1 ( )]n
s ii
F t F t
( ) ( 1, 2,..., )itiR t e i n
1
( )
1 1
( ) ( )
n
ii i
n n tt
s ii i
R t R t e e
'
1
( )( )
( )
ns
s iis
R tt
R t
0
1
( ) 1n
s s ii
R t dt
第十五章 可靠性工程
15.5 系统可靠性分析模型 并联模型
1 2max{ , ,..., }s nT T T T
1
( ) [1 ( )]n
s ii
F t R t
1
( ) 1 ( ) 1 [1 ( )]n
s s ii
R t F t R t
第十五章 可靠性工程
15.5 系统可靠性分析模型 串—并联混合模型
串—并联模型• 一个系统由 m 个子系统串联而成，而每个子系统是由 n 个元件并联而成的。
并—串联模型• 一个系统有 m 个子系统并联而成，而每个子系统是由 n 个元件串联而成的。
串—并联混合模型
( ) [1 ( )]n msR t F t
( ) 1 [1 ( )]n msR t R t
第十五章 可靠性工程
15.5 系统可靠性分析模型 旁联模型（ Stand-by System Model ）
2 3 1 1
1
( ) ( ) ( ) ( )( ) [1 ... ]
2 3 1 ( 1)
n int t
si
t t t tR t e t e
n i
第十五章 可靠性工程
15.5 系统可靠性分析模型 网络模型
1 1 4 2 5( ) {1 [1 ( )][1 ( )]}{1 [1 ( )][1 ( )]}sR t R t R t R t R t
若元件 3 正常工作
若元件 3 发生故障
2 1 2 4 5( ) 1 [1 ( ) ( )][1 ( ) ( )]sR t R t R t R t R t
3 1 3 2
3 1 4 2 5
( ) ( )
( 3 ) ( / 3 )
( 3 ) ( / 3 )
( ) ( ) [1 ( )] ( )
( ){1 [1 ( )][1 ( )]}{1 [1 ( )][1 ( )]}
[1
s
s s
R t P
P P
P P
R t R t R t R t
R t R t R t R t R t
系统正常工作
元件 正常工作 系统正常工作 元件 正常工作元件 发生故障 系统正常工作 元件 发生故障
3 1 2 4 5( )][1 ( ) ( )][1 ( ) ( )]R t R t R t R t R t
第十五章 可靠性工程
15.6 可靠性分析方法 故障树分析（ FTA ）
FTA 可用于故障的定性分析和定量分析。
常用的故障树符号
故障树的构造• 顶事件（即系统不希望发生的故障事件）表示符号作为第一行
• 导致顶事件发生的直接原因（包括软件、硬件、人及环境因素等）作为第二行
• 用适合的逻辑门相连
15.6 可靠性分析方法 故障树分析（ FTA ）
举例：以“电动机过热”为顶事件的故障树图
第十五章 可靠性工程
15.6 可靠性分析方法 故障树分析（ FTA ）
选择顶事件。 构造故障树。 定性分析识别系统故障模式。 定量分析计算顶事件发生概率及单元重要度。 识别设计的薄弱环节。 采取改进措施，提高系统的可靠性。
可靠性分析方法比较 潜在失效模式、后果及危害性分析（ Failure Mode, Effect and
Criticality Analysis, FMECA ）方法 潜在失效模式与后果分析 (Failure Mode and Effect Analysis,
FMEA)
第十五章 可靠性工程
