仪表可靠性分析.

可靠性工程技术ReliabilityEngineeringTechnology第一部分基础概念第一章绪论1.1可靠性研究与应用的目的和意义什么是产品可靠性？产品的属性：故障人总是要生病。从生理学上讲，人也可以看成是产品或机器持久保持其功能/性能的能力，不出现问题、补发上故障，为用户所用电冰箱用7~10年不出故障，捷达轿车“皮实”—可靠性高产品或产品的一部分不能或将不能完成规定功能的事件或状态叫出故障，对某些产品如电子元器件等亦称失效。1.1可靠性研究与应用的目的和意义为什么要搞可靠性？人造事物没有永恒产品故障会造成巨大的损失1234经济损失人员安全武器装备丧失战斗力政治、社会问题从政治方面考虑，无论哪个国家，产品的先进性和可靠性对提高这个国家的国际地位、国际声誉及促进国际贸易发展都起很大的作用。1.1可靠性研究与应用的目的和意义为什么要搞可靠性？技术的进步、信息时代产品，特别是飞机、武器装备等日益复杂化、高科技载人航天、绕月探测工程美国人的火星探测人类的生活在20、21世纪发生了巨大的变化人们对可靠性的要求日益提高现代高科技产品对可靠性高要求各种先进的设备和产品广泛应用于工农业、交通运输、科研、文教卫生等各个行业，设备的可靠性直接关系到人民群众的生活和国民经济建设研究与提高产品的可靠性是要付出一定代价的。从生产角度看，要增加产品的研制和生产的成本。但是，从使用角度看，由于产品可靠性提高了，就大大减少了使用费和维修费，同时还减少了产品寿命周期的成本。所以，从总体上看，研究可靠性是有经济效益的。1.1可靠性研究与应用的目的和意义为什么要搞可靠性？高可靠是武器装备战斗力的保障提高武器装备的效能减少装备维修减少装备全寿命周期费用综合效能功能/性能，款式、构型等可靠性(寿命)、维修性、产品支援质量价格/使用费用0.60.8650.9250.8650.520.81.2可靠性工程的发展萌芽期20世纪40年代是可靠性萌芽时期，1943年美国成立了电子管研究委员会专门研究电子管的可靠性问题；形成期1951年ARINC开始了最早的一个可靠性改进计划；1952年美国国防部成立了电子设备可靠性咨询组(AGREE)；1955年AGREE开始实施从设计、试验、生产到交付、储存和使用的全面的可靠性发展计划，并于1957年发表了《军用电子设备可靠性》的研究报告，从9个方面阐述了可靠性设计、试验及管理的程序及方法，确定了美国可靠性工程的发展方向，成为可靠性发展的奠基性文件，标志着可靠性已经成为一门独立的学科，是可靠性工程发展的重要里程碑。AdvisoryGrouponReliabilityofElectronicEquipment电子设备可靠性顾问委员会航空无线电通讯公司1.2可靠性工程的发展成熟与综合发展20世纪60年代~70年代,是可靠性工程全面发展和步入成熟的阶段。美国在许多武器装备中推行可靠性工程，美军形成了一系列较完善的标准20世纪80年代以来，可靠性向更广泛和更深入的方向发展，并以武器装备的效能为目标，将可靠性、维修性和保障性有机的综合在一起，形成可靠性系统工程我国从20世纪80年代，才真正在武器装备中开展可靠性工程；21世纪初，可靠性工程在我国全面深入的研究与应用1.3可靠性工程产品特性维修系统失效(不可靠)事故(不安全)诊断保障产品(系统)固有属性故障可靠性维修性保障性测试性安全性系统失效(不可靠)内涵及其外延1.3可靠性工程可靠性系统工程可靠性工程可靠性、安全性(系统安全性工程)维修性工程与维修工程维修性产品固有的特性：反映产品是否好修维修：为保持/恢复产品可用状态所开展的活动维修的方式与级别，RCM：以可靠性为中心的维修测试与测试性：故障诊断综合保障/产品支援保障性：好保障、保障好维修设备与人员备件与维修网点(维修级别)用户资料与培训等维修性质量与可靠性全寿命周期费用保障性安全性测试性可靠性企业效益ReliabilityCenteredMaintenance1.3可靠性工程可靠性工程理论基础交叉型学科可靠性的理论基础宏观：系统学、概率论、统计学微观：其他学科：材料学、力学等等应用理论系统工程可靠性设计分析技术可靠性试验技术可靠性评估技术可靠性信息管理可靠性管理1.3可靠性工程可靠性工程范畴系统/产品的可靠性要求或目标可靠性的设计分析建模、预计、FMEA、FTA风险分析等可靠性试验与评价环境应力筛选(ESS)可靠性增长试验等可靠性验证试验等可靠性信息可靠性管理1、可靠性基本理论集合论与逻辑代数；图论与随机过程；系统工程与人素工程学；环境工程学与环境应力分析；试验及分析基础理论。7、原件可靠性元器件现场使用情况调查和反馈。2、可靠性设计热设计、防潮、腐蚀、盐雾、质量、体积、重量和经济指标综合设计。8、系统可靠性事件树分析法(ETA)故障树分析法(FTA)可靠性综合评估。3、可试靠验性筛选试验。9、可教靠育性出版可靠性刊物、可靠性教材。4、制造质量控制手段和方法10可靠性管理开展产品可靠性评审。5、使靠用性的保可证人-机匹配设计和环境设计。6、可靠性.信息现场数据收集、分析、用户调查和反馈。11、可靠性标准产品标准可靠性工程的基本内容第二章可靠性基本概念与度量表示2.1可靠性概述2.1.1可靠性工程概述为达到产品的可靠性要求而进行的一套设计、研制、生产和试验工作：设计分析、试验与验证、管理、信息与评估RE是可靠性系统工程的一个分支，是可靠性系统工程的核心。产品的可靠性是设计、生产和管理出来的可靠性工程装备开发是系统工程的一个分支。服从装备开发系统工程和工程过程的基本规律2.1.1可靠性工程概述质量与可靠性关系从广义质量观看，质量涵盖可靠性从狭义的质量观看，两者不相符可靠性毕竟与狭义的质量管理还是有很大区别的，质量出了问题，往往批次性很强可靠性是更深层次的与设计、工艺相关的根本性问题。有些企业对于可靠性工程有一种错误观念，认为可靠性工程是质量部门的事情，而设计部门却很少人员参与。产品的可靠性是在设计阶段就已经决定了在用户使用过程中，均是“可靠性”问题2.1.2可靠性定义可靠性：对于可靠性的理解应注意：明确产品可靠性研究的对象必须明确产品可靠性所规定的条件必须明确所规定的时间必须明确产品所需完成规定的功能指*产品*在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。广泛的对象：包括零件和元器件、整机设备、系统——三个规定2.1.3可靠性分类狭义可靠性：前页所述。表示产品在某一规定时间内发生故障的难易程度广义可靠性=狭义可靠性+维修性故障致命性故障：产品不能完成规定任务或可能导致重大损失系统性故障：由某一固有因素引起，以特定形式出现的偶然故障：由于偶然因素引起得故障广义可靠性：产品在其整个寿命周期内完成规定功能的能力。2.1.3可靠性分类可靠性需要满足：1）不发生故障2）发生故障后能方便地、及时地修复，以保持良好功能状态能力，即要有良好的维修性。维修性是指在规定条件下使用的产品在规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持和恢复到能完成规定功能的能力。2.1.3可靠性分类按用户/生产方分类固有可靠性:使用可靠性按分析角度分类基本可靠性：产品在规定的条件下，无故障的持续时间或概率在没有后勤保障情况下系统工作能力的度量考虑所有需要维修保障的故障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系统完成任务能力的度量只考虑引起任务失败的故障由设计决定、制造实现和保证的可靠性。先天不足在使用过程中，因受环境条件、维修方式及人为因素的影响所能达到的可靠性。2.1.4可靠性研究的内容可靠性设计分析建立可靠性模型可靠性分配可靠性预计故障模式、影响及危害性分析故障树分析潜在分析电路容差分析制定可靠性设计准则与符合性检查元器件、零部件和原材料选择与控制确定可靠性关键产品确定功能测试、包装、贮存、装卸、运输和维修对产品可靠性的影响2.1.4可靠性研究的内容可靠性试验与评价[可靠性验证]环境应力筛选可靠性研制试验可靠性增长试验可靠性鉴定试验可靠性验收试验可靠性分析评价寿命试验2.1.4可靠性研究的内容可靠性管理制定可靠性计划(甲方)制定可靠性工作计划(承制方)对承制方、转承制方和供应方的监督与控制可靠性评审建立故障报告、分析和纠正措施系统建立故障审查组织可靠性增长管理2.1.4可靠性研究的内容使用可靠性评估与改进使用可靠性信息收集使用可靠性评估使用可靠性改进有限元分析耐久性分析2.1.5可靠性工程工作流程可靠性要求可靠性信息与评估生产及质量控制可靠性试验与验证可靠性设计分析装备使用可靠性管理工艺可靠性设计分析作战需求分析可靠性工程工作流程2.2可靠性度量与表示衡量产品可靠性的指标很多，各指标之间有着密切联系，其中最主要的有四个，即：可靠度R(t)不可靠度(或称累积故障概率)F(t)故障密度函数f(t)故障率(或称失效率)λ(t)。2.2.1可靠度及可靠度函数R(t)定义：)()(tTPtR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，(也称为可靠度函数）用R(t)表示。T——产品故障前的工作时间；t——规定的时间。即：P(T＞t)就是产品使用时间T大于规定时间t的概率。2.2.1可靠度及可靠度函数R(t)可靠度R(t)是时间的函数当t=0时，R(0)=1当t=∞时，R(∞)=02.2.1可靠度及可靠度函数R(t)若受试验的样品数是N0个，到t时刻未失效的有Ns(t)个；失效总数有Nf(t)个。则没有失效的概率估计值，即可靠度的估计值为000)()()()()()(NtNNNtNtNtNtNtRfsfss计算方法可靠度估算示例0100200123456789101112样品号样品寿命42.012712)(tR寿命低于100即为失效，那么,R(12)=?2.2.1可靠度及可靠度函数R(t)例题练习2.2.2失效(故障)概率F（t）如果仍假定t为规定的工作时间，T为产品故障前的时间，则产品在规定的条件下，在规定的时间内丧失规定的功能(即发生故障)的概率定义为不可靠度(或称为故障概率)，用F(t)表示：名称很多：不可靠度、失效概率、故障概率、累积失效概率)()(tTptF2.2.2失效(故障)概率F（t）同样，不可靠度的估计值为：若给定的不是Nf(t),而是每个小时间段内的实效数呢？000)()()()()()(NtNNNtNtNtNtNtFsffsf2.2.2失效(故障)概率F（t）由于故障和不故障这两个事件是对立的，所以当N0足够大时，就可以把频率作为概率的近似值。1)()(tFtR2.2.3失效(故障)概率密度f(t)定义：失效概率密度是累积失效概率F(t)对时间的变化率。其物理意义是在时间间隔(t,t+dt)内的单位时间内发生故障的概率。)(')()(tFdttdFtf[注]对于使用方来说，总数一般是不知道的，所以对使用方而言f（t）的使用价值不大。2.2.3失效(故障)概率密度f(t)如果N0是产品试验总数，△Nf是时刻t→t+△t时间间隔内产生的故障产品数，△Nf(t)／(N0△t)称为t→t+△t时间间隔内的平均失效(故障)密度，表示这段时间内平均单位时间的故障频率，若N0→∞，△t→0，则频率→概率。它等于时刻t后的一个单位时间内产品的故障数与产品总数之比。dtdNNtffN01lim)(02.2.3失效(故障)概率密度f(t)也可根据F(t)的定义，得到f(t)，即F(t)0≤F(t)＜1，且为增函数。ttfftfdttfdtdttdNNtdNNNtNtF000000)()(1)(1)()(2.2.4瞬时失效/故障率λ(t)