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可靠性設(shè)計(jì),哈爾濱工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院,可靠性設(shè)計(jì),第一章 緒論,第二章 可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ),第三章 可靠性分析,第四章 可靠性試驗(yàn),第五章 機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì),第六章 可靠性設(shè)計(jì)的數(shù)值模擬技術(shù),可靠性是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。,可靠性長(zhǎng)期以來(lái)是人們?cè)O(shè)計(jì)制造產(chǎn)品時(shí)的一個(gè)追求目標(biāo)。,但是將可靠性作為設(shè)計(jì)制造中的定量指標(biāo)的歷史卻還不長(zhǎng)，相關(guān)技術(shù)也尚不成熟，工作也不普及。,一、可靠性發(fā)展簡(jiǎn)史,第二次世界大戰(zhàn)：可靠性問(wèn)題突出的時(shí)期；,上世紀(jì)五十年代：開(kāi)始系統(tǒng)地進(jìn)行可靠性研究，主要的工作是由美國(guó)軍事部門(mén)展開(kāi)。,1952年，美國(guó)軍事部門(mén)、工業(yè)部門(mén)和有關(guān)學(xué)術(shù)部門(mén)聯(lián)合成立了“電子設(shè)備可靠性咨詢組”AGREE小組。（Advisory Group on Reliability of Electronic Equipment）,1957年提出了電子設(shè)備可靠性報(bào)告(AGREE報(bào)告)該報(bào)告首次比較完整地闡述了可靠性的理論與研究方向。從此，可靠性工程研究的方向才大體確定下來(lái)。,緒論,概述2,除美國(guó)以外，還有前蘇聯(lián)、日本、英國(guó)、法國(guó)、意大利等一些國(guó)家，也相繼從50年代末或60年代初開(kāi)始了有組織地進(jìn)行可靠性的研究工作。,在上世紀(jì)60年代后期，美國(guó)約40的大學(xué)設(shè)置了可靠性工程課程。目前美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的可靠性工作比較成熟，其標(biāo)志性的成果是阿波羅登月計(jì)劃的成功。,本階段工作的特點(diǎn)： 研究的問(wèn)題較多集中于針對(duì)電器產(chǎn)品； 確定可靠性工作的規(guī)范、大綱和標(biāo)準(zhǔn)； 組織學(xué)術(shù)交流等。,國(guó)內(nèi)的可靠性工作起步較晚，上世紀(jì)50年代末和60年代初在原電子工業(yè)部的內(nèi)部期刊有介紹國(guó)外可靠性工作的報(bào)道。,發(fā)展最快的時(shí)期是上世紀(jì)80年代初期，出版了大量的可靠性工作專著、 國(guó)家制定了一批可靠性工作的標(biāo)準(zhǔn)、各學(xué)校由大量的人投入可靠性的研究。,緒論,但國(guó)內(nèi)的可靠性工作曾在90年代初落入低谷，在這方面開(kāi)展工作的人很少，學(xué)術(shù)成果也平平。主要的原因是可靠性工作很難做，出成果較慢。,許多工業(yè)部門(mén)將可靠性工作列在了重要的地位。如原航空工業(yè)部明確規(guī)定，凡是新設(shè)計(jì)的產(chǎn)品或改型的產(chǎn)品，必須提供可靠性評(píng)估與分析報(bào)告才能進(jìn)行驗(yàn)收和堅(jiān)定。,但在近些年，可靠性工作有些升溫，這次升溫的動(dòng)力主要來(lái)源于企業(yè)對(duì) 產(chǎn)品質(zhì)量的重視，比較理智。,我認(rèn)為，目前國(guó)內(nèi)的可靠性工作仍在一個(gè)低水平上徘徊，研究的成果多，實(shí)用的方法少；研究力量分散，缺乏長(zhǎng)期規(guī)劃；學(xué)術(shù)界較混亂，低水平的文章隨處可見(jiàn)，高水平的成果無(wú)人過(guò)問(wèn),緒論,二、常規(guī)設(shè)計(jì)與可靠性設(shè)計(jì),常規(guī)設(shè)計(jì)中，經(jīng)驗(yàn)性的成分較多，如基于安全系數(shù)的設(shè)計(jì)。,常規(guī)設(shè)計(jì)可通過(guò)下式體現(xiàn)：,計(jì)算中，F(xiàn)、l、E、slim等各物理量均視為確定性變量，安全系數(shù)則是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)的系數(shù)。,上式給出的結(jié)論是：若ss則安全；反之則不安全。,應(yīng)該說(shuō)，上述觀點(diǎn)不夠嚴(yán)謹(jǐn)。首先，設(shè)計(jì)中的許多物理量明是隨機(jī)變量；基于前一個(gè)觀點(diǎn)，當(dāng)s s時(shí)，未必一定安全，可能因隨機(jī)數(shù)的存在而仍有不安全的可能性。,在常規(guī)設(shè)計(jì)中，代入的變量是隨機(jī)變量的一個(gè)樣本值或統(tǒng)計(jì)量，如均值。按概率的觀點(diǎn)，當(dāng)= 時(shí)， ss的概率為50%，即可靠度為50%，或失效的概率為50%，這是很不安全的。,緒論,概率設(shè)計(jì)就是要在原常規(guī)設(shè)計(jì)的計(jì)算中引入隨機(jī)變量和概率運(yùn)算，并給出滿足強(qiáng)度條件（安全）的概率可靠度。,機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)是常規(guī)設(shè)計(jì)方法的進(jìn)一步發(fā)展和深化，它更為科學(xué)地計(jì)及了各設(shè)計(jì)變量之間的關(guān)系，是高等機(jī)械設(shè)計(jì)重要的內(nèi)容之一。,顯然有必要在設(shè)計(jì)之中引入概率的觀點(diǎn)，這就是概率設(shè)計(jì)，是可靠性設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。,緒論,三、可靠性工作的意義,可靠性是產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。,重要關(guān)鍵產(chǎn)品的可靠性問(wèn)題突出，如航空航天產(chǎn)品；,量大面廣的產(chǎn)品，可靠性與經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)，如洗衣機(jī)等；,高可靠性的產(chǎn)品，市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)；,四、可靠性學(xué)科的內(nèi)容,可靠性基礎(chǔ)理論：數(shù)學(xué)、失效物理學(xué)(疲勞、磨損、蠕變機(jī)理）等；,可靠性工程：可靠性分析、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、使用與維護(hù)等；,可靠性管理：可靠性規(guī)劃、評(píng)審、標(biāo)準(zhǔn)、指標(biāo)及可靠性增長(zhǎng)；,固有可靠性：由設(shè)計(jì)所決定的產(chǎn)品固有的可靠性；,使用可靠性：在特定的使用條件下產(chǎn)品體現(xiàn)出的可靠性；,緒論,五、可靠性工作的特點(diǎn),可靠性是涉及多種科學(xué)技術(shù)的新興交叉學(xué)科，涉及數(shù)學(xué)、失效物理學(xué)、設(shè)計(jì)方法與方法學(xué)、實(shí)驗(yàn)技術(shù)、人機(jī)工程、環(huán)境工程、維修技術(shù)、生產(chǎn)管理、計(jì)算機(jī)技術(shù)等；,可靠性工作周期長(zhǎng)、耗資大，非幾個(gè)人、某一個(gè)部門(mén)可以做好的，需全行業(yè)通力協(xié)作、長(zhǎng)期工作；,目前，可靠性理論不盡成熟，基礎(chǔ)差、需發(fā)展。,與其他產(chǎn)品相比機(jī)械產(chǎn)品的可靠性技術(shù)有以下特點(diǎn)：,因設(shè)計(jì)安全系數(shù)較大而掩蓋了矛盾，機(jī)械可靠性技術(shù)落后；,機(jī)械產(chǎn)品的失效形式多，可靠性問(wèn)題復(fù)雜；,機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)、耗資大、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可參考性差；,機(jī)械系統(tǒng)的邏輯關(guān)系不清晰，串、并聯(lián)關(guān)系容易混淆；,緒論,可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ),一、可靠性定義與指標(biāo),、可靠性定義,產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。,可靠性：(Reliability),維修性：(Maintainability),可維修的產(chǎn)品在某時(shí)刻具有或維持規(guī)定功能的能力。,有效性：(Availability),有效性廣義可靠性（狹義）可靠性維修性,在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，按規(guī)定的程序和方法完成維 修的能力。,、可靠性指標(biāo), 可靠度：(Reliability),產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。,記為：R() 即：R()=P,其中：T為產(chǎn)品的壽命；為規(guī)定的時(shí)間；,事件有下列三個(gè)含義： 產(chǎn)品在時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的功能； 產(chǎn)品在時(shí)間內(nèi)無(wú)故障； 產(chǎn)品的壽命大于。,若有N個(gè)相同的產(chǎn)品同時(shí)投入試驗(yàn)，經(jīng)歷時(shí)間后有n(t)件產(chǎn)品 失效，則產(chǎn)品的可靠度為：,失效概率為：,可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ), 失效率,例：若有100件產(chǎn)品，實(shí)驗(yàn)10小時(shí)已有2件失效。此時(shí)觀測(cè)1小時(shí)，發(fā)現(xiàn)有1件失效，這時(shí),若實(shí)驗(yàn)到50小時(shí)時(shí)共有10件失效。再觀測(cè)1小時(shí)，也發(fā)現(xiàn)有1件失效，這時(shí),可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ),顯然有：,失效率曲線（也稱浴盤(pán)曲線）,可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ), 平均壽命, 對(duì)于不可修產(chǎn)品為平均無(wú)故障時(shí)間MTTF (Mean Time To Failure),對(duì)于可修產(chǎn)品為平均故障間隔時(shí)間MTBF (Mean Time Between Failure), 維修度,在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，按規(guī)定的程序和方法完成維 修的概率。(M(t), 有效度,平均維修時(shí)間：MTTR(Mean Time To Repair),可以維修的產(chǎn)品在某時(shí)刻具有或維持規(guī)定功能的概率。,可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ),二、概率論的基本概念,、 隨機(jī)事件與事件間的關(guān)系,隨機(jī)事件“不可預(yù)言的事件”,、事件或事件發(fā)生的事件,、事件與事件同時(shí)發(fā)生的事件,、 頻率與概率,做次實(shí)驗(yàn)，隨機(jī)事件共發(fā)生次，則：,隨機(jī)事件出現(xiàn)的頻率為：,隨機(jī)事件出現(xiàn)的概率為：,可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ),、概率運(yùn)算,P(AB)=P(B)P(AB) =P(A)P(BA),若P(A B)=P(A)，則A與B相互獨(dú)立，且P(AB)=P(A)P(B),P(A+B)=P(A)+P(B)P(AB),若P(AB)=，則A與B互不相容，且P(AB)=P(A)P(B),二、概率分布與數(shù)字特征,、概率分布,可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ),、數(shù)字特征, 均值(期望),反映隨機(jī)變量取值集中的位置，常用或E(x)表示。,定義：,在可靠性設(shè)計(jì)中，E(x)可表示平均強(qiáng)度、平均應(yīng)力、平均壽命,在常規(guī)設(shè)計(jì)中引入的物理量，多數(shù)就是E(x)。,可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ), 方差,衡量隨機(jī)變量取值的分散程度，用D(x)、2表示。,定義：,標(biāo)準(zhǔn)差、均方差,可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ),基礎(chǔ)9, 變異系數(shù),C是一個(gè)無(wú)量綱的量，表示了隨機(jī)變量的相對(duì)分散程度。,可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ), 偏度（Skewness Sk),Sk = 0 對(duì)稱分布,Sk 0 正偏分布,Sk 0 負(fù)偏分布,可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ),三、可靠性分析中的常用分布,、 指數(shù)分布,概率密度函數(shù)：,累積分布函數(shù)：,若xt（壽命），則t指數(shù)分布，反映了偶然因素導(dǎo)致失效的規(guī)律。,平均壽命 E(t)=/l（MTBF)， l為失效率。,指數(shù)分布常用于描述電子產(chǎn)品的失效規(guī)律，由于l為常數(shù)，指數(shù) 分布不適于描述按耗損規(guī)律失效的問(wèn)題，機(jī)械零件的失效常屬于這一 類型。,可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ),關(guān)于指數(shù)分布的討論,相關(guān)公式：,上述推導(dǎo)表明，若產(chǎn)品的壽命服從指數(shù)分布，則表明該產(chǎn)品是“永遠(yuǎn)年輕” 的。,P(AB)=P(B)P(AB) =P(A)P(BA),可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ),、正態(tài)分布（高斯分布）,概率密度函數(shù)：,累積分布函數(shù)：,為均值,為方差,分布形態(tài)為對(duì)稱分布,可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ),當(dāng)， 時(shí)，為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。,3 準(zhǔn)則： 超過(guò)距均值3距離的可能性 太小，認(rèn)為幾乎不可能（或靠得 ?。?。,若：L=F300.06mmN(,),則： 30mm, =0.063=0.02mm,自然界和工程中許多物理量服從正態(tài)分布，可靠性分析中，強(qiáng)度 極限、尺寸公差、硬度等已被證明是服從正態(tài)分布。,可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ),例,有一個(gè)鋼制結(jié)構(gòu)件，據(jù)實(shí)驗(yàn)有sBN(m，s)， 均值msB =400MPa， 變異系數(shù)c=0.08。,求： smax =300MPa時(shí)，結(jié)構(gòu)件的失效概率？ 要求可靠度R=0.9977時(shí)， smax = ？。,解： PF=P(sB smax )= P(sB 300), PF1R=10.99770.0023,可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ),基礎(chǔ)14,、對(duì)數(shù)正態(tài)分布,可記為：,概率密度函數(shù)為：,大量的疲勞失效規(guī)律服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，如疲勞壽命的分布。,可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ),基礎(chǔ)15,、威布爾分布（Weibull）,形狀參數(shù)；,尺度參數(shù)；,x0位置參數(shù)；,形狀參數(shù)不同的影響,可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ),基礎(chǔ)16,機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ),尺寸參數(shù)不同的影響,位置參數(shù)不同的影響,基礎(chǔ)17,威布爾分布的數(shù)字特征,式中：()為Gamma函數(shù)，,威布爾分布是一簇分布，適應(yīng)性很廣。因源于對(duì)結(jié)構(gòu)疲勞規(guī)律的分析，因而是在機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)中生命力最強(qiáng)的分布。,滾動(dòng)軸承的壽命L服從二參數(shù)的威布爾分布，,其中：=1.5(ISO/R286),可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ),基礎(chǔ)18,目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中采用下列方法計(jì)及滾動(dòng)軸承的可靠度,其中，L10為基本額定壽命（可靠度為90%),Ln為可靠度R=1-n%的軸承壽命,a1為軸承的可靠性系數(shù)，其值按下表?。?關(guān)于a1的推導(dǎo)：,可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ),基礎(chǔ)19,例：已知某軸承L106000小時(shí)，求R=94%、95.5%時(shí)的壽命， 以及Ln=3000小時(shí)時(shí)的可靠度。,解：R=94%時(shí)，,當(dāng)R=95.5%時(shí)，,Ln=3000小時(shí)時(shí)，,可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ),基礎(chǔ)20,四、可靠性分析分布的確定,實(shí)際應(yīng)用中，多為引用理論分布，在引用分布時(shí)應(yīng)考慮：,、物理意義 電產(chǎn)品多用指數(shù)分布、疲勞壽命用對(duì)數(shù)正態(tài)分布， 建議機(jī)械產(chǎn)品多用威布爾分布。,、統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)易通過(guò) 威布爾分布最易通過(guò)檢驗(yàn)。,、計(jì)算簡(jiǎn)便 正態(tài)分布最方便。,分布確定的途徑：引用理論分布、建立特殊的分布。,應(yīng)特別注意積累可靠性數(shù)據(jù)！,可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ),系統(tǒng)分析2,一、系統(tǒng)可靠性的預(yù)測(cè),、串聯(lián)系統(tǒng)：系統(tǒng)中只要有一個(gè)零件失效，系統(tǒng)便失效。,若個(gè)組成零件的可靠度為：R1、 R2、 Rn，各零件的可靠事件是 相互獨(dú)立的，則系統(tǒng)的可靠度為：,另有觀點(diǎn)認(rèn)為，串聯(lián)系統(tǒng)應(yīng)是一種鏈?zhǔn)较到y(tǒng)模型，即系統(tǒng)的可靠 性取決于其中最弱環(huán)節(jié)的可靠性，因此有：,可靠性分析,系統(tǒng)分析3,、并聯(lián)系統(tǒng)：系統(tǒng)中只要有一個(gè)零件正常，系統(tǒng)便正常。,顯然有，nRs。并聯(lián)系統(tǒng)也稱冗余系統(tǒng)。,、表決系統(tǒng)：系統(tǒng)共有n個(gè)零件，只要m個(gè)零件正常，系統(tǒng)正常。,這種系統(tǒng)稱為：m/n表決系統(tǒng)。,、復(fù)雜系統(tǒng)：由串、并聯(lián)和表決系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)。,、系統(tǒng)模型的判別 應(yīng)注重從功能上來(lái)識(shí)別！,例如：一個(gè)油濾系統(tǒng)，,是什么系統(tǒng)？,若失效形式為濾網(wǎng)堵塞，則屬于串聯(lián)系統(tǒng)。,若失效形式為濾網(wǎng)破裂，則屬于并聯(lián)系統(tǒng)。,可靠性分析,系統(tǒng)分析4,討論：行星輪系的可靠性模型。,可靠性分析,FMECA0,故障樹(shù)分析(FTA),故障模式、影響及危害性分析(FMECA),可靠性分析,一、 概 述,二、故障模式與影響分析( FMEA ),三、危害性分析(CA),四、對(duì)FMECA的評(píng)價(jià),FMECA,(Failure Mode Effect and Criticality Analysis),故障模式、影響及危害性分析(FMECA),可靠性分析,FMECA是進(jìn)行產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的重要分析方法之一，一般為定性分析，也可進(jìn)行一定的定量分析。,FMECA 是通過(guò)分析產(chǎn)品所有可能的失效模式，來(lái)確定每一種失效對(duì)產(chǎn)品的安全、性能等要求的潛在影響，并按其影響的嚴(yán)重程度及其發(fā)生的概率對(duì)失效模式加以分類，鑒別設(shè)計(jì)上的薄弱環(huán)節(jié)，以便采取適當(dāng)措施，消除或減輕這些影響。,FMECA的特點(diǎn)在于，即使沒(méi)有定量的可靠性數(shù)據(jù)，也能找出產(chǎn)品的不可靠因素。,GB7826-87：失效模式和效應(yīng)分析(FMEA)程序 HB6359-89：失效模式、影響及危害性分析程序,可靠性分析,1.2,FMECA也可分為：FMEA側(cè)重于定性分析, CA側(cè)重于定量分析（有定性和定量?jī)煞N）。,危害性分析(CA)工作的難度較大，需要有一定的基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)有說(shuō)明，在條件不具備時(shí)可不作危害性分析(CA)。,FMECA包括以下三個(gè)部分：,FMA(Failure Mode Analysis)故障模式分析； FEA(Failure Effect Analysis)故障影響分析； CA(Criticality Analysis)危害性分析。,可靠性分析,2.1,1. 分析的基本方法： 硬件法：是列出各個(gè)產(chǎn)品，對(duì)它們可能的失效形式加以分析。 功能法：是從每個(gè)產(chǎn)品可以完成許多功能，而功能是按輸出分類的觀點(diǎn)出發(fā)，將輸出一一列出，并對(duì)它們的失效模式進(jìn)行分析。,“可能的失效”盡可能地收集類似產(chǎn)品在相似適用條件下積累的有關(guān)信息。,FMEA一般可用于產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)和使用階段，特別應(yīng)在研制、設(shè)計(jì)的各階段中采用。,FMEA應(yīng)在設(shè)計(jì)的早期階段就開(kāi)始進(jìn)行，以便于對(duì)設(shè)計(jì)的評(píng)審、為安排改進(jìn)措施的先后順序提供依據(jù)。,可靠性分析,2.2,2. 分析所需的資料： 技術(shù)規(guī)范、研制方案、設(shè)計(jì)資料與圖紙、可靠性數(shù)據(jù)等。,3. 分析的程序： 定義被分析的系統(tǒng)，包括范圍（內(nèi)部與接口）、任務(wù)階段、環(huán)境、功能要求等。 繪制功能或可靠性方框圖； 確定失效模式； 確定失效的嚴(yán)酷度、按最壞的潛在后果評(píng)定； 確定檢測(cè)方法； 確定補(bǔ)償、改進(jìn)措施； 分析總結(jié)，提出薄弱環(huán)節(jié)，說(shuō)明不能通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算來(lái)改善的環(huán)節(jié)。,可靠性分析,2.3,4. 嚴(yán)酷度分類 對(duì)失效造成的后果的嚴(yán)重程度進(jìn)行分類，是較籠統(tǒng)的、定性的分類。,類（災(zāi)難性的）會(huì)引起人員死亡或系統(tǒng)毀壞的失效（機(jī)毀人亡）。,類（致命性的）會(huì)引起人員嚴(yán)重傷亡、重大財(cái)產(chǎn)損失或?qū)е氯蝿?wù)失 敗的系統(tǒng)嚴(yán)重失效。,類（臨界的）會(huì)引起人員的輕度損傷、一定人的財(cái)產(chǎn)損失或?qū)е氯?務(wù)延誤或降級(jí)的系統(tǒng)輕度損壞。,類（輕度的）不足以導(dǎo)致上述三類后果的失效，但它會(huì)導(dǎo)致非計(jì)劃 維護(hù)或修理。,在GB7826-1987中給出的類別的順序與上述恰相反，即：,可靠性分析,2.3,嚴(yán)酷度的分類和確定有一定的任意性，不同的領(lǐng)域應(yīng)專門(mén)給出嚴(yán)酷度的定義。例如，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的嚴(yán)酷度定義為：,類（災(zāi)難性的）會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車(chē)且不易重新啟動(dòng)的故障。,類（致命性的）會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)性能?chē)?yán)重下降的故障。,類（臨界的）會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)不能工作而需要提前拆換發(fā)動(dòng)機(jī)的故障。,類（輕度的）不足以導(dǎo)致提前拆換發(fā)動(dòng)機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)壽命降低，但仍 需一定的非計(jì)劃維修工作的故障。,可靠性分析,5. FMEA表格,填寫(xiě)表格是FMEA工作的一個(gè)重要體現(xiàn)，填入的失效模式至少應(yīng)就下述典型的失效狀態(tài)進(jìn)行分析研究。,提前運(yùn)行； 在規(guī)定的時(shí)刻開(kāi)機(jī)失效； 間斷地工作； 在規(guī)定的時(shí)刻關(guān)機(jī)失效； 工作中輸出失效（或消失）； 輸出或工作能力下降； 與系統(tǒng)特性有關(guān)的其它失效。,可靠性分析,6. FMEA報(bào)告,應(yīng)將FMEA的主要內(nèi)容和結(jié)果匯編成文，其中包括:,信息來(lái)源說(shuō)明； 被分析對(duì)象的定義； 分析層次； 分析方法說(shuō)明； FMEA表； 、類故障，單點(diǎn)故障清單； （單點(diǎn)故障指能導(dǎo)致系統(tǒng)失效的某一產(chǎn)品失效，即處于串聯(lián)系統(tǒng)中的 元件的失效，若系統(tǒng)中的故障均為單點(diǎn)故障，可不列清單） 遺留問(wèn)題總結(jié)和補(bǔ)償措施建議。,、類故障清單示例,FMEA示例,可靠性分析,危害性分析(CA),1. 危害性分析的目的,按每一失效形式的嚴(yán)酷度類別及該失效模式的發(fā)生概率所產(chǎn)生的綜合影響來(lái)對(duì)其劃等分類，以便全面地評(píng)價(jià)各潛在失效模式影響。 CA是FMEA的補(bǔ)充和擴(kuò)展，未進(jìn)行FMEA，不能進(jìn)行CA。,2. 分析方法 相對(duì)于FMEA而言，CA側(cè)重于定量分析，當(dāng)然具體方法包括定性分析和定量分析兩種。,定性分析方法 在不具備產(chǎn)品可靠性數(shù)據(jù)（或失效率）時(shí)，可按失效模式發(fā)生的大致概率來(lái)評(píng)價(jià)FMEA 中確定的失效模式。,可靠性分析,失效模式發(fā)生的概率等級(jí)可按以下方法劃分：,A級(jí)：經(jīng)常發(fā)生的事件，概率P20； B級(jí)：很可能發(fā)生的事件，10P20； C級(jí)：偶然發(fā)生的事件，1P10； D級(jí)：很少發(fā)生的事件，0.1P1； E級(jí)：極不可能發(fā)生的事件，0P0.1；,可靠性分析,定量分析方法危害度Cm計(jì)算,式中：lp失效率（1/h) aj產(chǎn)品以模式j(luò)發(fā)生失效的頻數(shù)比，,第j個(gè)失效模式的危害度為：,bj模式j(luò)發(fā)生并導(dǎo)致系統(tǒng)失效的條件概率，即 bjP(FsFj) t 產(chǎn)品在可能出現(xiàn)模式j(luò)失效狀態(tài)下的工作時(shí)間（或循環(huán)次數(shù)）,注：bj由分析人員判斷，實(shí)際喪失 bj1，很可能喪失 0.1 bj1， 有可能喪失 0 bj 0.1 ，無(wú)影響 bj 0,可靠性分析,元件的危害度Cr,式中：n該元件在相應(yīng)嚴(yán)酷度類別下的失效模式數(shù)。,Cr 是元件就某個(gè)特定的嚴(yán)酷度類別和任務(wù)階段而言的。,究竟選擇哪種分析方法，應(yīng)依據(jù)具體情況而決定。,可靠性分析,3. 危害性分析程序,填寫(xiě)CA表格，17欄同F(xiàn)MEA表，對(duì)于定性的CA，僅填至第8欄；對(duì)于定量的CA，應(yīng)填滿各欄。 繪制危害性矩陣。,危害度增大方向,可靠性分析,4. FMECA報(bào)告,相應(yīng)的FMECA 報(bào)告(含相應(yīng)的FMEA 表，、類故障，單點(diǎn)故障清單) 對(duì)FMEA中的失效模式應(yīng)給出其危害度或概率等級(jí) CA表 危害性矩陣與危害性順序表 關(guān)鍵件清單,可靠性分析,對(duì)FMECA的評(píng)價(jià),1. 優(yōu)點(diǎn),簡(jiǎn)單，基本為定性分析，也可做定量分析 適用于各個(gè)行業(yè)，各類設(shè)計(jì)過(guò)程 在一定程度上可反映人的因素 有很好的實(shí)際效果,2. 缺點(diǎn),分析工作量大、費(fèi)時(shí)，對(duì)于較復(fù)雜的系統(tǒng)，其分析工作十分繁瑣 屬單因素分析，未考慮共因素問(wèn)題 因環(huán)境條件而異，結(jié)論的通用性差,應(yīng)該針對(duì)FMECA建立數(shù)據(jù)庫(kù)，充分采用計(jì)算機(jī)統(tǒng)計(jì)、檢索和分析。,可靠性分析,故障樹(shù)分析(FTA),故障樹(shù)分析Fault Tree Analysis （FTA）,FTA 是系統(tǒng)可靠性分析方法之一，包括分定性分析和定量分析 FTA目的在于：尋找導(dǎo)致系統(tǒng)故障的原因，若已知基本事件（原因） 發(fā)生的概率，則可依此求出系統(tǒng)的失效概率 FTA以故障樹(shù)（ FT）為工具對(duì)系統(tǒng)的失效進(jìn)行分析 故障樹(shù)（ FT）用各種事件的代表符號(hào)和邏輯關(guān)系符號(hào)組成的倒立樹(shù) 狀的因果關(guān)系圖,可靠性分析,故障樹(shù)分析一例,電機(jī)不轉(zhuǎn),可靠性分析,系統(tǒng)分析5,二、系統(tǒng)可靠性分配,問(wèn)題：已知系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)（可靠度），如何把這一指標(biāo)分配到個(gè)零件 中去。這是可靠性分析的反問(wèn)題。,可能的已知條件：系統(tǒng)可靠度Rs、曾預(yù)計(jì)的零件可靠度Ri 、可靠性模型。,分配問(wèn)題相當(dāng)于求下列方程的解：,事實(shí)上，上列方程是無(wú)定解的，若要解，需加以約束條件。, 按重要度分配原則, 按經(jīng)濟(jì)性分配原則, 按預(yù)計(jì)可靠度分配原則, 按等可靠度分配原則,可靠性分析,分配原則：系統(tǒng)中各零件的重要性相當(dāng)，可給個(gè)零件分配相同的可靠度。,可靠性分析,分配原則：對(duì)那些在初步設(shè)計(jì)中預(yù)計(jì)可靠度高的零件，分配較高的可靠度。,設(shè)在初步設(shè)計(jì)中各零件預(yù)計(jì)可靠度為：,在初步設(shè)計(jì)中（串聯(lián)）系統(tǒng)的預(yù)計(jì)可靠度為：,進(jìn)一步設(shè)計(jì)中系統(tǒng)的可靠度指標(biāo)為Rs,進(jìn)一步設(shè)計(jì)中各零件分配的可靠度為：,驗(yàn)算：,可靠性分析,按重要度分配的原則,分配原則：重要的零件應(yīng)分配較高的可靠度?！爸匾笨梢允侵福汗δ艿暮诵?、失效的后果嚴(yán)重等。,多數(shù)文獻(xiàn)介紹的是AGREE分配法：,設(shè)系統(tǒng)中有n個(gè)元件串聯(lián)組成，若按等可靠度分配，則有：,AGREE分配法的兩個(gè)問(wèn)題： 1、對(duì)于串聯(lián)系統(tǒng)，wi1 2、Ri Rs,可靠性分析,改進(jìn)的AGREE分配法：,設(shè)系統(tǒng)中有n個(gè)元件串聯(lián)組成，若按等可靠度分配，則有：,可靠性分析,可靠性分析,系統(tǒng)預(yù)防性維修周期,維修工作分為兩種：故障性維修及預(yù)防性維修 平均預(yù)防性維修時(shí)間 系統(tǒng)最佳預(yù)防性維修周期的確定原則： （1）可用度最大； （2）維修費(fèi)用最小,可靠性分析,可靠性分析,可靠性分析,一、可靠性試驗(yàn)概念 廣義而言，凡是為了了解、考核、評(píng)價(jià)、分析和提高產(chǎn)品可靠性而進(jìn)行的試驗(yàn)都可以稱之為可靠性試驗(yàn)。 二、常用的可靠性試驗(yàn) GJB450A在可靠性工作項(xiàng)目中規(guī)定的可靠性試驗(yàn)： 環(huán)境應(yīng)力篩選 可靠性研制試驗(yàn) 可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn) 可靠性鑒定試驗(yàn) 可靠性驗(yàn)收試驗(yàn) 1、環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)(ESSEnvironment Stress Screen) 在產(chǎn)品出廠前或使用前，有意將環(huán)境應(yīng)力施加到產(chǎn)品上，以便發(fā)現(xiàn)和排除不良元器件、制造工藝和其他原因引入的缺陷造成的早期故障。,可靠性試驗(yàn),2、可靠性研制試驗(yàn) 通過(guò)對(duì)產(chǎn)品施加環(huán)境應(yīng)力、工作載荷，尋找產(chǎn)品中的設(shè)計(jì)缺陷，以改進(jìn)設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品的固有可靠性 3、可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn) 通過(guò)對(duì)產(chǎn)品施加模擬實(shí)際使用環(huán)境的綜合環(huán)境應(yīng)力，暴露產(chǎn)品中的潛在缺陷并采取糾正措施，使產(chǎn)品的可靠性達(dá)到規(guī)定的要求 4、可靠性鑒定試驗(yàn) 模擬實(shí)際使用環(huán)境，對(duì)產(chǎn)品施加工作應(yīng)力，驗(yàn)證產(chǎn)品設(shè)計(jì)是否達(dá)到規(guī)定的可靠性要求 5、可靠性驗(yàn)收試驗(yàn) 模擬實(shí)際使用環(huán)境，對(duì)產(chǎn)品施加工作應(yīng)力，驗(yàn)證批生產(chǎn)產(chǎn)品的可靠性是否保持在規(guī)定的水平，即產(chǎn)品經(jīng)過(guò)生產(chǎn)期間的工藝、工裝、工作流程變化后的可靠性。,可靠性試驗(yàn),三、環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)（ESS）,早期故障產(chǎn)品在研制或生產(chǎn)過(guò)程中，由于一些偶然的加工缺陷，元器件質(zhì)量差異或一些防不勝防的工藝問(wèn)題，造成個(gè)別產(chǎn)品存在一定的故障隱患，并在產(chǎn)品使用早期很快暴露。 解決方法采用環(huán)境應(yīng)力篩選技術(shù)（如GJB1032），即用強(qiáng)環(huán)境應(yīng)力-激發(fā)故障隱患-更換/修復(fù)，使產(chǎn)品的故障率快速下降，并達(dá)到穩(wěn)定，再交付使用（見(jiàn)圖）。,可靠性試驗(yàn),可靠性試驗(yàn),環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)概念示意圖,環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)（ESS）,存在問(wèn)題環(huán)境應(yīng)力篩選不可能無(wú)限地下降產(chǎn)品的故障率。 原因由于環(huán)境應(yīng)力篩選不可能解決產(chǎn)品固有的可靠性問(wèn)題，如設(shè)計(jì)水平、配套元器件和材料的等級(jí)，以及制造過(guò)程存在的生產(chǎn)工藝等系統(tǒng)性問(wèn)題所形成的缺陷。僅僅采用快速試驗(yàn)技術(shù)和對(duì)故障部件進(jìn)行簡(jiǎn)單更換或修復(fù)的辦法，是無(wú)法解決那種全體產(chǎn)品共有的、決定性產(chǎn)品固有可靠性的問(wèn)題的。,可靠性試驗(yàn),四、可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)（RGT）,1、可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)的目的和一般方法 增長(zhǎng)試驗(yàn)?zāi)康?提高產(chǎn)品固有可靠性，以滿足產(chǎn)品使用期的可靠性需要。（見(jiàn)圖）,可靠性試驗(yàn),增長(zhǎng)試驗(yàn)一般方法 通過(guò)試驗(yàn)，激發(fā)產(chǎn)品故障隱患，開(kāi)展故障分析，重點(diǎn)找出系統(tǒng)性問(wèn)題，采用優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)、優(yōu)選配套元器件和材料、改進(jìn)生產(chǎn)工藝及試驗(yàn)驗(yàn)證等技術(shù)途徑，不斷減少系統(tǒng)性故障，提高產(chǎn)品的固有可靠性。,可靠性試驗(yàn),環(huán)境應(yīng)力篩選VS可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn),可靠性試驗(yàn),2、可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)故障數(shù)據(jù)的處理,不能采用指數(shù)分布的假設(shè)對(duì)其故障數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。 a增長(zhǎng)趨勢(shì)有效性檢驗(yàn) 目的：確認(rèn)產(chǎn)品的可靠性是否已有明顯增長(zhǎng)（統(tǒng)計(jì)意義上）。 方法一：GJB/Z 77-95可靠性增長(zhǎng)管理手冊(cè)中2檢驗(yàn)法。 設(shè)：Ti 為發(fā)生第i 次故障時(shí)參試產(chǎn)品的總累積有效試驗(yàn)時(shí)間（i1,2,r）； T 為試驗(yàn)中止時(shí)受試產(chǎn)品的總累積有效試驗(yàn)時(shí)間。 求出檢驗(yàn)用統(tǒng)計(jì)量： (4.1) 其中 當(dāng) 時(shí) 當(dāng) 時(shí),可靠性試驗(yàn),選取檢驗(yàn)顯著性水平 =1-C，這里C為置信度，常取90%和95% ,如出現(xiàn) f(C,m) 則可認(rèn)為該產(chǎn)品具有顯著的可靠性增長(zhǎng)趨勢(shì)，否則不能確認(rèn)其可靠性有明顯的增長(zhǎng)。f(C,m)值可由表1查得。 方法二：GJB/Z 77-95可靠性增長(zhǎng)管理手冊(cè)中U 檢驗(yàn)法 檢驗(yàn)用統(tǒng)計(jì)量： (4.2) 式中m,T,Ti 意義同(3.1)式規(guī)定。 選取檢驗(yàn)顯著性水平 ,如出現(xiàn) U-U(,m) 則認(rèn)為產(chǎn)品可靠性有顯著的增長(zhǎng)趨勢(shì)；否則不予確認(rèn), U(,m)值可由表2查得。,可靠性試驗(yàn),b增長(zhǎng)模型的擬合優(yōu)度檢驗(yàn),目的：確認(rèn)所選用的可靠性增長(zhǎng)模型是否合適和有效（統(tǒng)計(jì)意義上） 方法：Cramer-Von Mises檢驗(yàn)方法 檢驗(yàn)用統(tǒng)計(jì)量： (4.3) 其中 ，式中m,T,Ti 及 的意義同(4.1)式。 選定檢驗(yàn)的顯著性水平（通常取0.1）并根據(jù)m由表3查得臨界值 C(m,)。 若C(m)C(m,)，則拒絕AMSAAA模型，反之則認(rèn)為AMSAA模型可作為本次可靠性增長(zhǎng)的評(píng)價(jià)模型。,=,-,-,+,=,m,i,b,2m,i,T,Ti,m,m,C,1,2,1,2,),(,12,1,),(,可靠性試驗(yàn),3、AMSAA可靠性增長(zhǎng)模型,假定產(chǎn)品發(fā)生故障的累積過(guò)程是一個(gè)非齊次Poisson過(guò)程(NHPP)，即從0到時(shí)刻t,產(chǎn)品共發(fā)生r次故障的概率為： r=0,1,2, (4.4) 式中 為累積故障數(shù)R(t)的數(shù)學(xué)期望，即 (4.5) 則AMSAA模型認(rèn)為:產(chǎn)品在時(shí)刻T的MTBF點(diǎn)估計(jì)值(無(wú)偏)為： (4.6) 式中： ， ，其中 m 和 意義同(4.1)式。,可靠性試驗(yàn),4、Duane可靠性增長(zhǎng)模型,假定可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)的產(chǎn)品在總累積試驗(yàn)時(shí)間t時(shí)，共累積發(fā)生 r(t) 次故障。顯然隨著試驗(yàn)時(shí)間t的增加，故障累積函數(shù) r(t) 也逐漸增大，并記 （4.9） 為平均故障率累積函數(shù)，由此故障累積函數(shù)為 （4.10） 而產(chǎn)品的平均MTBF累積函數(shù)為 （4.11）,可靠性試驗(yàn),對(duì)(4.11)式兩邊取對(duì)數(shù)，則 （4.12） 即在雙邊對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，產(chǎn)品的平均MTBF累積函數(shù) 與時(shí)間t 是一直線關(guān)系,其斜率為 k ,截距為 , 因此，在工程上稱斜率 k 為增長(zhǎng)試驗(yàn)的增長(zhǎng)率。 又由(4.10)式，可得Duane模型的故障率函數(shù) 為： （4.13） 則產(chǎn)品的瞬時(shí)MTBF函數(shù)為： （4.14）,可靠性試驗(yàn),由(4.11)與(4.14)式可見(jiàn)，在 Duane 模型中，產(chǎn)品的平均MTBF累積函數(shù)與其瞬時(shí)MTBF函數(shù)的關(guān)系為： (4.15) 即在可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)過(guò)程中，任一時(shí)刻產(chǎn)品的瞬時(shí)MTBF值是MTBF累積平均值的 倍。兩邊取對(duì)數(shù)， 則有 (4.16) 即瞬時(shí)MTBF與累積MTBF為兩條平行直線,由于 0因此在雙邊對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上(見(jiàn)圖），任一時(shí)刻的 總是比 大 。,可靠性試驗(yàn),雙對(duì)數(shù)紙上的Duane模型,可靠性試驗(yàn),阿里亞娜火箭可靠性增長(zhǎng)情況（Duane）,可靠性試驗(yàn),5、AMSAA模型與Duane模型的關(guān)系,由于Duane模型是一種比較直觀的可靠性增長(zhǎng)模型，因此常用它來(lái)對(duì)產(chǎn)品可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行跟蹤。而AMSAA模型對(duì)可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)的故障數(shù)據(jù)具有良好的統(tǒng)計(jì)處理能力，因此在對(duì)可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)上具有一定的優(yōu)勢(shì)。另外，這二種模型在使用的參數(shù)上具有共通性。所以，通常在產(chǎn)品的可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)中，可以將這二種模型結(jié)合起來(lái)，對(duì)故障數(shù)據(jù)實(shí)施跟蹤與結(jié)果評(píng)價(jià)。AMSAA模型是Duane模型的概率解釋。,可靠性試驗(yàn),五、可靠性統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)的條件、樣品和方案組成,1、可靠性試驗(yàn)的種類,可靠性試驗(yàn),2、試驗(yàn)條件,現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)應(yīng)選擇能代表產(chǎn)品使用過(guò)程中可能遇到的各種任務(wù)情況，而受地域、季節(jié)或一些不可控突發(fā)因素等影響，只能反映某些任務(wù)狀況的試驗(yàn)條件是不可取的。 試驗(yàn)室摸擬試驗(yàn)試驗(yàn)條件應(yīng)是產(chǎn)品使用過(guò)程各種情況的綜合。 試驗(yàn)條件選取優(yōu)先原則： 實(shí)測(cè)環(huán)境條件相似環(huán)境條件標(biāo)準(zhǔn)推薦的參考環(huán)境條件。,可靠性試驗(yàn),3、試驗(yàn)樣品,基本要求：樣品應(yīng)能代表母體的特征統(tǒng)計(jì)學(xué)觀點(diǎn)； 具體做法：隨機(jī)抽樣。精雕細(xì)刻、特殊加工的工 藝品”不可?。?對(duì)于測(cè)定試驗(yàn)或鑒定試驗(yàn)階段，產(chǎn)品一般不具備較大批量，試驗(yàn)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格地規(guī)定試樣的技術(shù)狀態(tài)（凍結(jié)），這是使試驗(yàn)結(jié)果具有代表性的重要保證。 試樣數(shù)量：在保證每臺(tái)（套）樣品有足夠的試驗(yàn)時(shí) 間長(zhǎng)度的前提下以多為好，一般要求不 少于二臺(tái)（套）。,可靠性試驗(yàn),4、試驗(yàn)方案組成,主要包括： a.試驗(yàn)項(xiàng)目名稱與目的要求 b.試樣構(gòu)成與數(shù)量 c.統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案選擇 涉及試驗(yàn)?zāi)康摹⒅笜?biāo)評(píng)價(jià)、試驗(yàn)時(shí)間、樣品數(shù)量等?？?分別選擇：定時(shí)截尾/定數(shù)截尾/序貫截尾/可提前接收的 定時(shí)截尾/成功率試驗(yàn)/全數(shù)試驗(yàn) 注意：統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案一旦確定，則在試驗(yàn)中不得隨意更改。 d.試驗(yàn)環(huán)境條件及其施加方式 應(yīng)根據(jù)事先確定的試驗(yàn)環(huán)境應(yīng)力條件，制訂實(shí)施方案，并 確定各應(yīng)力條件的大小。如： 綜合環(huán)境應(yīng)力/組合環(huán)境應(yīng)力/單項(xiàng)應(yīng)力？ 溫度范圍/溫度速率/溫度時(shí)間/濕度要求/振動(dòng)方式/振動(dòng) 量值？,可靠性試驗(yàn),e.試樣性能測(cè)試項(xiàng)目與時(shí)間 一般原則：測(cè)試項(xiàng)目盡可能涵蓋全部性能和功能； 監(jiān)測(cè)時(shí)間應(yīng)定在環(huán)境應(yīng)力條件較嚴(yán)酷的 時(shí)間點(diǎn) f.故障判據(jù)-必須事先明確 關(guān)聯(lián)故障：產(chǎn)品在試驗(yàn)中所發(fā)生的故障，在實(shí)際使 用條件下也會(huì)發(fā)生的故障； 責(zé)任故障：故障是由產(chǎn)品本身的問(wèn)題引起的故障 記入故障統(tǒng)計(jì)數(shù) g.試驗(yàn)設(shè)備及配套測(cè)試儀器,可靠性試驗(yàn),5、可靠性測(cè)定試驗(yàn),時(shí)間：產(chǎn)品完成研制的初期，開(kāi)展鑒定試驗(yàn)前 目的：希望摸清產(chǎn)品當(dāng)前達(dá)到的可靠性水平和存在 的問(wèn)題 做法：采用較長(zhǎng)時(shí)間的壽命試驗(yàn)（元器件）/運(yùn)行考 核（設(shè)備） （1）具體方法與要點(diǎn) 樣品狀態(tài)：工作/貯存 試驗(yàn)方法：截尾試驗(yàn)定時(shí)截尾（T）定數(shù)截尾（r） （可以證明：試驗(yàn)結(jié)果誤差的大小，不是 由截尾試驗(yàn)方法造成的） 定時(shí)截尾試驗(yàn)是目前最常用的方法，具有很強(qiáng)的計(jì)劃性和可操作性。,可靠性試驗(yàn),試樣監(jiān)測(cè)：自動(dòng)/定時(shí) 故障判據(jù)：事先約定只要有任務(wù)一項(xiàng)不合格， 就認(rèn)為產(chǎn)品不合格。 故障統(tǒng)計(jì)：凡是獨(dú)立故障都應(yīng)記為一次故障 （2）可靠性測(cè)定試驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理方法 測(cè)定試驗(yàn) MTBF（平均故障間隔時(shí)間）點(diǎn)估計(jì)值 （5.1） 其中: r為試驗(yàn)中產(chǎn)品發(fā)生的責(zé)任故障總數(shù) T為所有參試樣品有效受試時(shí)間的總和，即 （5.2）,可靠性試驗(yàn),測(cè)定試驗(yàn)MTBF置信區(qū)間估計(jì)值（C為置信度取值） a.單邊估計(jì) 下限值： 定時(shí)截尾 定數(shù)截尾（5.3） b.雙邊估計(jì) 下限值: 定時(shí)截尾 定數(shù)截尾（5.4） 上限值： 定時(shí)/定數(shù)截尾（5.5） 其中fL，fu值可由表5.1查得。,可靠性試驗(yàn),(3)指數(shù)分布的假設(shè)檢驗(yàn) 目的：檢驗(yàn)產(chǎn)品的故障分布是否符合指數(shù)分布，以確認(rèn)數(shù) 據(jù)處理結(jié)果的有效性。 時(shí)機(jī)：進(jìn)行產(chǎn)品MTBF點(diǎn)估計(jì)/區(qū)間估計(jì)前。 方法：求統(tǒng)計(jì)量 （5.6） 其中：Ti為發(fā)生第i次故障時(shí)所有參試產(chǎn)品的累積有效試驗(yàn) 時(shí)間（i=1，2，r）； （當(dāng) 時(shí)） （當(dāng) 時(shí)） 選雙邊置信度C，一般取90%，如果： 則認(rèn)為指數(shù)分布假設(shè)成立。,可靠性試驗(yàn),6.可靠性鑒定試驗(yàn)和驗(yàn)收試驗(yàn) 目的：鑒定試驗(yàn)驗(yàn)證產(chǎn)品是否達(dá)到研制合同要求的可靠性指標(biāo)； 驗(yàn)收試驗(yàn)驗(yàn)證產(chǎn)品是否保持鑒定時(shí)的可靠性指標(biāo)； 方法：采用統(tǒng)計(jì)學(xué)上的“一次計(jì)數(shù)抽樣檢驗(yàn)”方案 (1)一次計(jì)數(shù)抽樣檢驗(yàn)方案的基本原理 一次計(jì)數(shù)抽樣檢驗(yàn)的一般程序 關(guān)鍵問(wèn)題： 如何事先確定抽樣 數(shù)n與合格判定數(shù)C， 即抽樣方案。,/,r,c,r,c,可靠性試驗(yàn),一次計(jì)數(shù)抽樣方案n、c的制定原理 次品率：p 良品率：q=1-p 在樣本量為n 的樣品中，可能出現(xiàn)r 個(gè)次品的概率： r =0,1,2,n, （6.1） 其中，二項(xiàng)系數(shù) ， 當(dāng)n 較大時(shí) （6.1）式可由下式近似得到： （6.2） 根據(jù)檢驗(yàn)程序，當(dāng)出現(xiàn)任意 時(shí)，都認(rèn)為產(chǎn)品 為合格，則可以接收該產(chǎn)品，因此稱L(p)為方案n、c 的接收概率，即 （6.3）,可靠性試驗(yàn),顯然，對(duì)于一個(gè)確定的抽樣檢驗(yàn)方案n、c，當(dāng)產(chǎn)品質(zhì)量不一樣時(shí)其接收概率也是不一樣的。例如，對(duì)于一個(gè)20,2的檢驗(yàn)方案，當(dāng)被檢驗(yàn)的產(chǎn)品，其次品率分別為1%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、40%或50%時(shí)，按圖示的抽樣程序，經(jīng)抽樣檢驗(yàn)產(chǎn)品被接收的可能性L(p)分別為： L(1%)=0.9990 L(5%)=0.9245 L(10%)=0.6769 L(15%)=0.4049 L(20%)=0.2061 L(25%)=0.0913 L(30%)=0.0208 L(40%)=0.0020 L(50%)=0.0002 若將L(p)值與次品率p 用函數(shù)曲線劃出，就得到該檢驗(yàn)方案的抽樣特性曲線，即所謂OC曲線。,可靠性試驗(yàn),方案20，2OC曲線,可靠性試驗(yàn),抽樣檢驗(yàn)方案設(shè)計(jì)核心：就是對(duì)“誤判”進(jìn)行控制。 ：生產(chǎn)方風(fēng)險(xiǎn) ：使用方風(fēng)險(xiǎn) PO：質(zhì)量檢驗(yàn)上限 P1：質(zhì)量檢驗(yàn)下限 d = P1/P0 為鑒別比,可靠性試驗(yàn),AQL可接收質(zhì)量水平 即： LTPD批容許不合格品率 即：,AQL與LTPD抽樣檢驗(yàn)方案,可靠性試驗(yàn),一個(gè)科學(xué)的抽樣檢驗(yàn)方案n、c，可由下列聯(lián)合方程解得： (6.4) 即 (6.5) 而 n 和 C 要求為正整數(shù)解才有工程意義。,可靠性試驗(yàn),98,(2) 產(chǎn)品的成功率試驗(yàn)方法 試驗(yàn)對(duì)象：以成功率考核為主要指標(biāo)的產(chǎn)品 抽樣方案：q0：質(zhì)量檢驗(yàn)上限 q1：質(zhì)量檢驗(yàn)下限,可靠性試驗(yàn),例：開(kāi)箱合格率試驗(yàn) 訂購(gòu)方要求：某產(chǎn)品開(kāi)箱后用合格率不低于 97%（q1），即p1=1- q1=3%； 供貨方認(rèn)為：產(chǎn)品后用合格率通常可達(dá)到 99%（qo），即p0=1- q0=1%； 由于產(chǎn)品批量大，雙方商定采用抽樣方式進(jìn)行檢驗(yàn)，并各自承擔(dān)10%風(fēng)險(xiǎn)；因此可由=10%，d=p1/p0=3選定檢驗(yàn)方案：,可靠性試驗(yàn),(3)標(biāo)準(zhǔn)型定時(shí)截尾可靠性鑒定試驗(yàn)方案 電子設(shè)備可靠性指標(biāo)：MTBF(平均故障間隔時(shí)間) 首先進(jìn)行檢驗(yàn)參數(shù)轉(zhuǎn)換：次品率P np：代表了n個(gè)樣品中存在次品的平均個(gè)數(shù)； ：代表了總累積試驗(yàn)時(shí)間T內(nèi)，故障發(fā)生的平均 個(gè)數(shù)； 因此參照（6.2）式在總時(shí)間T內(nèi)，發(fā)生r次故障的概率為： (6.6),可靠性試驗(yàn),參照（6.3）式，可以得到可靠性鑒定試驗(yàn)方案的接收概率為： (6.7) 應(yīng)注意的是這里方案 構(gòu)成了一個(gè)“定時(shí)截尾”方案，而不是 原來(lái)“計(jì)數(shù)抽樣”方案。,可靠性試驗(yàn),102,方案T=500,C=2的OC曲線 試驗(yàn)方案T,C的典型OC曲線 這里：為生產(chǎn)方風(fēng)險(xiǎn) 0為產(chǎn)品MTBF檢驗(yàn)上限； 為使用方風(fēng)險(xiǎn) 1為產(chǎn)品MTBF檢驗(yàn)下限； d =0 /1 為鑒別比,可靠性試驗(yàn),103,為了使構(gòu)造的定時(shí)截尾可靠性鑒定試驗(yàn)方案，能夠控制給供貨方和訂購(gòu)方帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)（亦即“生產(chǎn)方風(fēng)險(xiǎn)”和“使用方風(fēng)險(xiǎn)”），我們要求方案 必須滿足： (6.8) 即 (6.9) 其中：1為產(chǎn)品MTBF檢驗(yàn)下限； 0為產(chǎn)品MTBF檢驗(yàn)上限,可靠性試驗(yàn),104,可靠性試驗(yàn),(4)可提前作出“接收”判定的定時(shí)截尾試驗(yàn)方案,注意問(wèn)題：選定“可提前接收定時(shí)截尾試驗(yàn)方案”進(jìn)行試驗(yàn)后，中途同樣不能改變方案。,可靠性試驗(yàn),(5)序貫截尾試驗(yàn)方案 序貫截尾試驗(yàn)方案的基本思路是：對(duì)于試驗(yàn)中發(fā)生的每一個(gè)故障，都給出“接收”判定時(shí)間TA(r)與“拒收”判定時(shí)間TR(r)。當(dāng)某次故障發(fā)生后，將其累積總試驗(yàn)時(shí)間T與TA（r）與TR(r)作出比較，若此時(shí)TTA(r)，則終止試驗(yàn)，“接收”產(chǎn)品；若TTR(r)，也終止試驗(yàn)，“拒收”產(chǎn)品；若TA(r)TTR(r)，則應(yīng)繼續(xù)試驗(yàn)，直至可作出判定為止，其試驗(yàn)操作程序見(jiàn)圖所示。,可靠性試驗(yàn),圖5.9 序貫截尾試驗(yàn)方案操作程序圖,可靠性試驗(yàn),由(6.6)式知，當(dāng)產(chǎn)品的壽命服從指數(shù)分布，其平均故障間隔時(shí)間MTBF分別為1和0時(shí)，在總累積試驗(yàn)時(shí)間T 內(nèi)，發(fā)生r 次故障的概率分別為： 由此得概率比 （6.10） 由于01，則鑒別比 ， 且 ， 因此當(dāng)r 越大或T 越小時(shí)，比值R就越大；當(dāng)r 越小或T 越大時(shí)，比值R也越小。,可靠性試驗(yàn),而比值R大，正是表明產(chǎn)品可靠性差；比值R小表明產(chǎn)品可靠性相對(duì)較好。由此設(shè)定： 當(dāng)RA時(shí)，認(rèn)為產(chǎn)品不合格，判為“拒收”； 當(dāng)RB時(shí)，認(rèn)為產(chǎn)品合格，判為“接收”； 當(dāng)BRA時(shí)，認(rèn)為產(chǎn)品還需“繼續(xù)試驗(yàn)” 其中AB, ， 。 根據(jù)（5.16）式和“繼續(xù)試驗(yàn)”條件，得 取自然對(duì)數(shù)，得,可靠性試驗(yàn),整理后，即 令 ， ， 則“繼續(xù)試驗(yàn)”條件為： （6.11） 即產(chǎn)品的“接收”判定線TA(r)和“拒收”判定線TR(r)分別為 （6.12）,可靠性試驗(yàn),上式中當(dāng)參數(shù)1，0，確定后，hA、hB和k值也確定，并且在T-r直角坐標(biāo)系上，TA(r)和TR(r)代表兩條平行直線，k為斜率，hA和hB為T(mén)軸截距見(jiàn)圖。,序貫截尾試驗(yàn)方案原理,可靠性試驗(yàn),常用序貫截尾試驗(yàn)方案,表5.6 常用序貫截尾試驗(yàn)方案,可靠性試驗(yàn),序貫截尾試驗(yàn)方案的OC曲線，可用下式近似求出： （6.13） 式中h為下列方程的解，其中d=0/1為鑒別此： 各方案對(duì)應(yīng)的OC曲線,可由GJB899圖A1圖A8a查出。 當(dāng)產(chǎn)品采用序貫截尾方案完成試驗(yàn)考核，得出“接收”或“拒收”判決后，與采用定時(shí)截尾方案完成試驗(yàn)后一樣，可對(duì)產(chǎn)品實(shí)際達(dá)到的可靠性水平作出置信區(qū)間估計(jì)，其MTBF置信上限和下限估計(jì)值，可由GJB899表 A5a表A6b查出。,可靠性試驗(yàn),圖中: A1與R1為標(biāo)準(zhǔn)型定時(shí)截 尾試驗(yàn)方案的“接收”與“拒收”線； A2與R2為可提前接收定 時(shí)截尾試驗(yàn)方案的“接收”與“拒收”線； A3與R3為序貫截尾試驗(yàn) 方案的“接收”與“拒收”線。,采用不同截尾方案試驗(yàn)結(jié)果判定情況比較,采用不同截尾方案試驗(yàn)結(jié)果判定情形示意圖,可靠性試驗(yàn),一、應(yīng)力強(qiáng)度干涉理論（模型）,、基本概念,若應(yīng)力s和強(qiáng)度r均為隨機(jī)變量，則z=r-s也為隨機(jī)變量。,產(chǎn)品要可靠，需滿足： z=r-s 0,即產(chǎn)品可靠度為：R=P( z0)= P(r-s 0),可以導(dǎo)出：,或,兩個(gè)公式是等同的,機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì),方法2,認(rèn)識(shí)應(yīng)力強(qiáng)度干涉模型很重要，這里應(yīng)特注意應(yīng)力、強(qiáng)度均為 廣義的應(yīng)力和強(qiáng)度。,廣義應(yīng)力導(dǎo)致失效（故障）的因素，如溫度、電流、載荷等；,廣義強(qiáng)度阻止失效（故障）的因素，如極限應(yīng)力、額定電流等；,幾點(diǎn)說(shuō)明：,干涉模型是可靠性分析的基本模型，無(wú)論什么問(wèn)題均適用；,干涉區(qū)的面積越大，可靠度越低，但不等于失效概率；,關(guān)于R的計(jì)算公式僅為干涉模型的公式化表示，實(shí)際應(yīng)用意義很小。,、應(yīng)力、強(qiáng)度均為正態(tài)分布時(shí)的可靠度計(jì)算,機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì),方法3,稱為可靠性系數(shù)（或可靠性指數(shù)）,兩類可靠性問(wèn)題：,已知，求R=() 可靠性估計(jì),已知R，求=-1(R) 可靠性設(shè)計(jì),機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì),方法4,例：一鋼絲繩受到拉伸載荷FN(544.3，113.4)kN，已知鋼絲的承載 能力QN(907.2，136)kN，求該鋼絲的可靠度R。,若采用另一廠家生產(chǎn)的鋼絲繩，由于管理嚴(yán)格，鋼絲繩的質(zhì)量 的一致性較好， Q的均方差降為90.7kN，這時(shí)：,機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì),方法5,例：某連桿機(jī)構(gòu)中，工作時(shí)連桿受拉力FN(120，12)kN，連桿材料 為Q275鋼，強(qiáng)度極限BN(238，0.08238)MPa，連桿的截面 為圓形，要求具有90%的可靠度，試確定該連桿的半徑r。,解：設(shè)連桿的截面積為A(mm2),機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì),方法15,運(yùn)用“3”準(zhǔn)則：若已知B330360MPa時(shí)，,二、關(guān)于可靠性數(shù)據(jù),對(duì)長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。,、常用的材料數(shù)據(jù),獲取的途徑：直接從可靠性實(shí)驗(yàn)中得到；,則：E(B ) (360+330)2 345MPa， D(B )(360-330)62=52 =25,運(yùn)用變異系數(shù)C：若已知B345MPa時(shí)，可估計(jì)C=0.1， 則D(B )(0.1345)2 = 3.452 11.90,關(guān)于概率分布：主要采用假設(shè)。,、關(guān)于幾何尺寸：多數(shù)認(rèn)為在公差范圍內(nèi)服從正態(tài)分布。,機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì),方法16,、關(guān)于載荷的分布：這是很難的問(wèn)題。,機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì),方法17,2、可靠度與安全系數(shù)n,常規(guī)設(shè)計(jì)中，安全系數(shù)為n=r/s，通?？衫斫鉃閚=mr/ms，,機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì),方法18,即，當(dāng)r，s無(wú)離散性時(shí)，則只要r略大與s便有100%的可靠(絕對(duì)安全)。,但是，Cr、Cs不可能為0，這時(shí)R b n，n為帶有可靠度意 義的安全系數(shù)。,機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì),方法19,但是，Cr= 0.1、Cs = 0.2時(shí)，R與n的部分關(guān)系如下表：,機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì),系統(tǒng)分析1,機(jī)械系統(tǒng)可靠性分析的基本問(wèn)題：,機(jī)械系統(tǒng)可靠性的預(yù)測(cè)問(wèn)題：,機(jī)械系統(tǒng)可靠性的分配問(wèn)題：,在已知系統(tǒng)中各零件的可靠度時(shí)，如何得到系統(tǒng)的可靠度問(wèn)題。,在已知對(duì)系統(tǒng)可靠性要求（即可靠度指標(biāo)）時(shí)，如何安排系統(tǒng)中各零件的可靠度問(wèn)題。,這兩類問(wèn)題是系統(tǒng)可靠性分析相互對(duì)應(yīng)的逆問(wèn)題。,機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì),一、 疲勞強(qiáng)度理論的基本概念,二、概率疲勞極限,機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì),疲勞強(qiáng)度理論的基本概念,1、靜應(yīng)力作用下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,工作應(yīng)力超過(guò)一定的極限應(yīng)力時(shí)，結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。,s s s時(shí)，結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯的塑性變形。,s s B時(shí)，結(jié)構(gòu)發(fā)生斷裂破壞。,結(jié)構(gòu)受復(fù)合應(yīng)力作用時(shí)，則應(yīng)按某強(qiáng)度 理論判斷結(jié)構(gòu)的安全性，例如：,但是，在交變應(yīng)力的作用下，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不能用上述條件式判斷。 需要用相應(yīng)的疲勞理論的來(lái)判斷。,機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì),2、交變應(yīng)力的描述,描述規(guī)律性的交變應(yīng)力可有5個(gè)參數(shù)，但其中只有兩個(gè)參數(shù)是獨(dú)立的。,機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì),材料的疲勞特性,機(jī)械零件的疲勞大多發(fā)生在sN曲線的CD段，可用下式描述：,D點(diǎn)以后的疲勞曲線呈一水平線，代表著 無(wú)限壽命區(qū)其方程為：,由于ND很大，所以在作疲勞試驗(yàn)時(shí)，常 規(guī)定一個(gè)循環(huán)次數(shù)N0(稱為循環(huán)基數(shù))，用N0 及其相對(duì)應(yīng)的疲勞極限r(nóng)來(lái)近似代表ND和 r，于是有：,有限壽命區(qū)間內(nèi)循環(huán)次數(shù)N與疲勞極限srN的關(guān)系為：,式中， sr、N0及m的值由材料試驗(yàn)確定。,3、 sN曲線（疲勞極限線圖之一）,sN疲勞曲線,機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì),4、等壽命疲勞曲線（疲勞極限線圖之二）,機(jī)械零件材料的疲勞特性除用sN曲線表示外，