可信性与产品安全

可信性与产品安全•可信性概述•可信性管理•可信性设计•可信性的验证、确认和试验•产品安全性一、质量观念的改变；二、可信性的基本概念；1、可靠性及特征量2、维修性及特征量3、保障性4、可用性5、效能；三、常见寿命函数一、可信性工作的指导思想；二、产品寿命周期各阶段的可信性工作；三、可信性保证大纲及可信性计划；四、产品可信性目标；五、设计评审；一、可信性设计；二、可靠性预计及分配；三、系统可靠性的分析方法；1、FMEA；2、FTA；四、元器件大纲一、可信性试验概述二、可靠性筛选；三、可靠性试验一、安全性大纲的内容；二、安全性措施优先考虑的次序；三、产品安全性设计的要点第一节可信性概述一、质量观念的改变性能效能E(effectiveness)E＝ADC如飞机的速度；高度想用的时候能用(招之即来)的可能性叫产品的可用性。在能用的前提下，执行任务有一个过程，能完成这个过程的可能性(来之能战)叫产品的狭义可信性D。最终，满足定量特性要求的能力(战之能胜)叫产品的固有能力（性能）可用性A(avalibility)可能性D（也叫产品的狭义可信性）固有能力C(capability）转变一：价廉转变二：“费效比”即产品的效能E与LCC之比转变三、不同方案中作优选决策的根本因素：产品的寿命周期费用“LCC”(lifecyclecost)。产品的质量指标是产品技术性能指标和产品可信性指标的总和。可信性指标和技术性能指标最大的区别点在于：技术性能不涉及时间因素，它可以用仪器来测量；可信性与时间紧密联系，必须进行大量的试验分析和统计分析，调查研究以及数学计算。转变四：可靠性可信性工程RMSRMSS包括可靠性工程R维修性工程M保障性工程S安全性工程S产品的出现伤害或损坏的风险限制在可接受的水平之内的特性称为产品的“安全性”（safety），也即产品不发生恶性事故的能力。不安全首先是出现故障，因此安全性与可靠性密切相关，但安全性还有一个后果防护问题，所以也独立发展成为一门安全性工程。二、可信性的基本概念可信性(dependability)是一个非定量的集合技术语，它用来表示可用性A及其影响因素：可靠性R，维修性M，保障性S。基于以下背景，可信性问题也日益受到人们的重视。•产品的日益复杂。•使用环境的日益恶劣。•装配密度的不断提高。•产品周期的不断缩短。•可信性直接影响总费用。（一）可靠性及其特征量1、可靠性（Reliability）的概念可靠性是指产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定的功能的能力。指产品工作时所处的全部外部作用条件。包括：气候条件(如温度、湿度、气压、风向、日照等)、机械负载(如振动、冲击、加速度)、辐射环境（核辐射，电磁辐射）、使用条件(如工作时间、供电电压)，维护条件等。同一产品在不同条件下其可靠性差别很大。指产品预定寿命家用电器安全使用年限细则规定：彩电、空调8～10年，电热水器、洗衣机、煤气灶8年，电冰箱12～16年，个人电脑6年，微波炉10年，电动剃须刀4年指产品应具有的技术性能指标所谓可靠性，准确地说，就是在规定的使用寿命周期内，产品成功地完成规定功能的能力。2、故障及其分类（1）故障的定义。在规定的环境条件和使用条件下，产品丧失所规定的功能称为故障。（对于不可修复的产品，故障亦可称为失效）（2）故障的表现形式。①间隙故障和永久性故障。间隙故障是指在某一时间内呈现故障状态，然后自然地恢复其功能，并且反复出现的一类故障；永久性故障是指由零部件发生物理性损坏而产生的故障可靠性的稳定性问题主要是研究间隙故障②独立故障和从属故障。从属故障即是指产品中由于其他故障所引起的相关故障。③局部故障和整体故障。产品中某些部分发生故障而使系统内某一个部分(或几个部分)停止功能，而产品仍可继续完成其他功能者称为局部故障。而当产品某些局部发生故障后，使产品丧失全部功能时称为整体故障。区别这两种故障有利于制定维修规划、组织维修工作和确定维修方式。④意外故障包括未按规定使用条件运行而引起的误用故障；违反操作规程而引起的事故故障；由于对产品性能不充分理解或所收集的数据有错误而错误地作出“有故障”的判定的误判故障；自然的和人为的灾害所造成的灾害故障等。在估计产品的可靠性时，这一类故障一般都不予考虑。⑤突然故障和退化故障。产品突然发生故障，它通常使产品完全丧失规定的功能，称突然故障。由于零部件(元器件)的原材料老化，致使其参数逐渐变化，称为退化故障在可靠性理论中，把故障划分为突然故障和退化故障是十分重要的；使人们可以根据故障的性质来选择计算可靠性的方法和找出故障位置的方法。3、可靠性的特征量（主要指标）可靠性的特征量有：“可靠度”、“失效率”、“平均故障间隔时间”、“失效前平均时间”。（1）失效率和可靠度(Reliability)产品在规定的条件下，在规定的时间内丧失规定的功能的概率叫失效率，通常用F表示。在规定的时间内，未失效的产品数与开始工作时的产品总数之比叫做可靠度，用R表示。R+F＝1例：有110只电子管，在开始工作的500小时内，有10只失效，求电子管在这段时间内的可靠度。失效率F＝×100％＝×100％＝9．09％可靠度R＝1-F＝1-9．09％＝90．91％取700只电子管作寿命试验，有的电子管到160小时就损坏了，有的300小时、500小时，有的1000小时、1500小时、2000小时，也有的长达3000小时左右，这时700只电子管全部损坏了。若每次取700只电子管作寿命试验，记录每只电子管的失效时间，经过多次试验，就会积累大量数据。分析这些数据，发现电子管的寿命虽然参差不齐，但失效时间的分布是有一定规律的。设时间ti时失效的电子管数为ni，N为试验的电子管的总数，则可求出ti时电子管的失效频率fi下图是电子管的失效曲线，这条曲线表示电子管失效时间的理论分布，称为失效密度曲线。函数f(t)称为失效密度函数。开始工作时的总数失效产品数1101001f(t)dtNinif如果将失效频率的累积数F(t)当纵坐标，t当横坐标；所得的曲线，称为累积分布曲线。如图它的数学表达式称为累积失效分布函数。累积失效分布函数与失效密度函数之间的关系如下式：dtt0f(t)F(t)或者dtdF(t)f(t)R(t)与f(t)、F(t)之间的关系如下式：R(t)＝1-F(t)=dtt0f(t)dt0f(t)dtdR(t)dtdF(t)f(t)0≤F（t）≤1（当0≤t≤∞）产品的瞬时失效率（故障率）λ(t)，简称产品的失效率。它是衡量产品可靠性的一个十分重要的指标。R(t)f(t)F(t)-1f(t)(t)它是产品工作到某一时刻t，在此瞬间，单位时间内发生失效的产品数与该时刻仍正常工作的产品数之比值。近似公式为：n(t)]-Nn(t)-N(t)(t)t[(n(t)-t)n(ttn(t)]/-t)[n(tF(t)-1f(t)F(t)]-t[1F(t)-t)F(tlim]Nn(t)-t[1Nn(t)-Nt)n(tlimn(t)]-t[Nn(t)-t)n(tlim(t)lim(t)0t例：某种元器件共100只，工作5年失效4只，工作6年失效7只，求此种元器件在t＝5年时的失效率。解：由失效率近似值公式1000小时小时＝3.6Fit//1010＝3.6/小时10.60.032`/年＝34]-[10014-7n(t)]-t[(Nn(t)-t)n(t5)(t39-6电子产品失效率采用Fit作单位。小时/1010/小时101Fit369按目前的标准规定，电子元器件的失效率分为七个等级，见右表名称符号最大失效率（1/小时）亚五级Y3×10-5五级W1×10-5六级R1×10-6七级Q1×10-7八级B1×10-8九级J1×10-9十级S1×10-10表示109个元器件在一小时内有一个失效，或在1000小时内某元器件失效的可能性为百万分之一因为：dtF(t)]}-d{ln[1dt}d{ln[R(t)]R(t)dtdR(t)F(t)-1f(t)(t)(t)dtt0ln[R(t)]d(t)dR(t)f(t)所以：即得出可靠度与失效率关系公式：e(t)dtR(t)t0例：设某电子产品寿命分布服从指数分布，求该产品失效率。解：产品寿命服从指数分布，即说明此产品失效概率密度函数为ettfλλ)(eeeetttttttRtftdtdttftFtRλλλ0λ0)()()(λ1)(1)(1)(得：寿命分布为指数分布的产品，它的失效率是一个常数，与时间t无关。（2）平均寿命MTTF与平均故障间隔MTBF对于不可维修产品，从使用开始到发生故障的寿命均值，称平均寿命。记为MTTF（MeanTimetoFailure）。对于可修复产品，从一次故障到下一次故障的时间均值，称为平均故障间隔，记为MTBF（MeanTimeBetweenFailure）。平均寿命的倒数即故障率λ产品从制造完成，交付使用到出现不修复的故障或不能接受的故障率时的寿命单位数叫产品的“使用寿命”。“耐久性”（durability）是产品在规定的使用和维修条件下，其使用寿命的一种度量。它是产品可靠性的另一重要参数。产品在规定的条件下储存时，仍能满足规定质量要求的时间长度称为储存寿命。对于可维修产品，一个产品的全部时间通常可以分成工作时间TU及不工作时间TN两部分，不工作是由于产品出现故障进行维修而引起的。设其间一共出了n次故障，则产品的平均寿命＝TU／n。平均寿命可利用求解连续随机变量的数学期望而得出。(t)dtR(t)dtftMTTF00平均故障间隔可利用求解连续的或离散的随机变量数学期望得出。因此，它与MTTF有同样的数学表达式。(t)dtR(t)dtftMTBF00/1dte(t)dtRMTTF0t0服从指数分布的产品的平均寿命MTTF为：寿命分布服从指数分布的产品，其平均寿命与失效率互为倒数。（二）维修性及其特征量1、维修性概念(Maintainability)产品在规定条件下和规定的时间内，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叫“维修性”。维修（maintenance）是使产品保持规定状态或恢复到规定状态所进行的全部活动。维修包括维护和修理两个方面。维护是为使产品保持规定状态所需采取的措施，也称为“保养”。维护是一种日常的控制过程，其目的是保持产品所具有的可靠性。修理是在产品发生故障后，寻找故障的部位并进行修复等一系列活动，其目的是将产品恢复到投入使用时刻所具有的性能指标和可靠性水平。维修通常分为预防性维修与修复性维修。2、维修性特征量有：“平均修复时间”、“平均维护时间”、“维修度”等。（1）维修度M（t）它是指在规定条件下、规定时间内(0，t)按规定的程序和方法维修，使产品由故障状态恢复到完成规定功能状态的概率当t＝0时，所有产品均处于完全故障状态，经过t时间段的维修，完全恢复正常功能的产品所占比例。dt0m(t)tM(t)m（t）即维修概率密度函数。（2）修复率μ（t）设产品在时刻t处于维修状态，在t时瞬时修复的概率称为产品的修复率，记为μ(t)。即产品在特定时刻t，单位时间完成修理的瞬间概率。它表示修复的瞬时特性。M(t)-1(t)m(t)（3）平均修复时间（MTTR）（MeanTimeToRepair）平均修复时间应为维修时间T的数学期望一个产品的不工作时间TN包括在维修人员、设备、备件等齐全的条件下，用于直接维修工作的时间，叫“直接维修时间”Tm。设产品在其间一共出了n次故障，从而维修n次，则平均维修时间MTTR＝Tm／n。dt(t)M(t)dtmtMTTR00]1[维修性好就是平均维修时间短。（4）平均维护时间MTTM（MeanTimeToMaintenance）与讨论平均修复时间相同下表是可靠度与维修度的比较可靠