1、本课程主要内容,一、可靠性的基本概念二、系统可靠性分析,可靠性的基本定义可靠性的分类可靠度与不可靠度,失效率函数平均寿命故障规律,可靠性是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。,1、可靠性基本定义,规定的条件,规定的条件是指所设计出的产品的使用条件、储存条件、维护条件以及使用维修人员的技术水平等。,规定的时间,规定的时间是可靠性的核心。随着时间的增长，任何产品的可靠性都是下降的，不同的规定时间，产品的可靠性将不相同。,产品的质量指标： 1）性能指标：产品完成规定功能需要的指标 2）反映产品保持其性能的能力， 这类指标称为可靠性指标:可靠度、平均寿命、失效率等。,1、萌芽阶段（
2、40年代）2、创建阶段（50年代）3、全面发展阶段（60年代） 4、成熟阶段（70年代）5、深入发展阶段（80年代）,2、可靠性的发展历史,1939年，英国在适航性统计学注释中首次将飞机的可靠性作为概率的概念提出；二战中，德国在V1火箭的研制中，提出了系统可靠性的基本定律-串联系统的乘积定律；1949年，美国成立了世界上第一个可靠性的学术组织“无线电工程师学会可靠性技术组”。,萌芽阶段,52年，美国成立了“电子设备可靠性咨询组”57年，美国“电子设备可靠性咨询组” 发表了军用电子设备可靠性，这是美国可靠性工程发展的奠基性文件。成立了可靠性管理机构；制定了可靠性工程大纲和可靠性标准；建立了可靠性
3、数据中心；举行了各种可靠性学术会议。,创建阶段,改善可靠性管理，建立可靠性研究中心；制定可靠性试验标准，发展新的可靠性试验方法；发展新的可靠性预计技术，颁发可靠性预计手册及标准；开辟故障物理研究新领域、发展新的故障模式分析技术； 建立更有效的数据系统。,全面发展阶段,可靠性作为降低武器系统寿命周期费用的一种有效的工具得到进一步发展。这一阶段主要特点：建立统一的可靠性管理机构;建立统一的数据交换网; 制定出一套较完善的可靠性设计、试验及管理的方法及程序。,进入成熟阶段,技术发展策略的变化； 可靠性与维修性管理的转变； 强调保障性要求； 重视测试性及故障诊断技术的研究； 推广计算机辅助设计技术在可
4、靠性领域的应用； 加强机械设备的R&M研究；深入研究软件的R&M。,深入发展阶段,可靠性与费用的关系,可靠度,费用,使用修理费用,生产费用,总费用,从应用的角度出发，分为固有可靠性与使用可靠性； 从设计的角度出发，分为基本可靠性与任务可靠性。,4、可靠性的分类,固有可靠性与使用可靠性；基本可靠性与任务可靠性。,4、可靠性的分类,固有可靠性是产品的内在可靠性，是在设计制造过程中形成的。它与材料和零部件的选择、设计、制造直到完成的每个阶段有密切的关系。,固有可靠性与使用可靠性；基本可靠性与任务可靠性。,4、可靠性的分类,使用可靠性是产品在实际使用时所表现出来的可靠性。体现了使用、维修和环境因素对可
5、靠性的影响。,固有可靠性与使用可靠性；基本可靠性与任务可靠性。,4、可靠性的分类,固有可靠性是可靠性的最高水平，使用可靠性不能超过固有可靠性。提高产品的可靠性，首先要从设计、制造入手，生产出固有可靠性高的产品，然后在使用中加强科学管理，正确的使用维修，使其使用可靠性达到或接近固有可靠性的水平。可靠性在产品设计时已经确定，在使用中不能提高只能维护。,固有可靠性与使用可靠性；基本可靠性与任务可靠性。,4、可靠性的分类,产品在规定的条件下，无故障持续工作的时间或概率,产品在规定的任务剖面中完成规定功能的能力。,在两种可靠性的发展中先后形成的两个概念。,固有可靠性与使用可靠性；基本可靠性与任务可靠性。
6、,反映了产品对维修人力的要求。,优点：直接说明产品完成任务的大小能力，不足：不能反映产品对维修人力的要求。,4、可靠性的分类,可靠性用概率来表示时就称为可靠度，记为R(t)。 设规定的时间为t，产品从开始工作到发生故障的连续工作时间为T，如果Tt就称产品完成了规定的功能。所以这一事件的概率就是可靠度。即 R(t)=P(Tt)式中，T是寿命，表示产品从开始工作到首次失效前的一段时间。,5、可靠度与不可靠度,可靠度是无量纲的，常用百分数来表示。 可靠度又称为产品的无故障工作概率或正常工作概率。,下列三个事件是等价的：“产品在时间t内完成规定的功能”“产品在时间t内无故障”“产品的寿命T大于t”,1
7、,0,R(t),t,可靠度函数曲线,设有N个同名产品，从开始工作到t时刻的累积故障数为n(t)，正常工作数为N-n(t)，如果N足够大，在该时刻的无故障工作概率可用它的无故障工作频率来替代。这种可靠度称为经验可靠度，记为 。则有：,用频率来估计概率,例1 对100个汽车汽油泵作试验，工作到50千公里时，有10个发生了故障，工作到100千公里时，总共有30个发生了故障，求汽油泵在50千公里时和100千公里时的经验可靠度。解： N=100 t=50千公里时，n（50）=10 t=100千公里时，n（100）=30 Ns（50）=N- n（50）=90 Ns（100）=N- n（100）=70,与可
8、靠度相反，规定：产品在规定的条件下和规定的时间内，没有完成规定功能的概率为不可靠度，记为F（t）。不可靠度函数也称故障分布函数或累积故障概率。 对于给定的时间t，如果工作的时间T小于等于t，就是没有完成规定的功能，这一随机事件的概率就是产品的不可靠度。即：,1,0,F（t）,t,故障分布函数曲线,设有N个同类产品，在t=0时开始使用或试验，到t时刻有n（t）个产品出现故障，则经验不可靠度为：,T的分布密度函数记为f（t），,从这个积分式，可以看到F（t）反映了失效的累积现象。,由于在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能与没完成规定功能是相互对立的事件，所以对一个确定的产品而言，可靠与不可靠
9、不可能同时存在。因此有：,即,可靠度与不可靠度函数的时间曲线,t,1,可靠度曲线,不可靠度曲线,0,R（t）、F（t）性质,0R（t）1 0F（t）1R（0）=1 F（0）=0R（）=0 F（）=1,0,t,F（t）、f（t）和 R（t）关系,失效率是可靠性的一种基本参数，其定义为： 产品工作到某时刻t尚未发生故障的条件下，在该时刻后单位时间内发生故障的条件概率，记为 。,7、失效率函数,8、平均寿命,E（T）称为产品的平均寿命，平均寿命是一个标志产品能工作多长时间的量。平均寿命是一个数值这个公式表明：平均寿命在几何上等于R（t）与时间轴t所夹的面积。,设产品寿命T的密度函数为f（t），那么它
10、的数学期望,平均是对整批产品而言对不可修复产品，平均寿命为MTTF(平均无故障工作时间)对可修复产品，平均寿命为MTBF（相邻两次故障之间的平均工作时间）,8、平均寿命,请同学们证明平均寿命这个公式,8、平均寿命,随时间t的变化规律称为故障规律。产品发生故障的一般规律，符合一条中间低、两端高的故障率曲线。由于曲线的形状如同“浴盆”，习惯称作“浴盆曲线”。,9、故障规律,早期故障期，由于设计不完善、制造中的缺陷、管理不当、检验疏忽所造成的,偶然失效型的失效率与时间无关，为一常数。造成偶然失效的因素都不严重。,失效率随时间的延长而逐渐增加，这阶段是属于老化、衰退、退化的状态。例如结构件因受冲击振动、交变载荷的作用，造成疲劳而断裂。,可靠寿命是在规定的可靠性水平r下，产品的实际使用寿命，记为： 。,10.可靠寿命,1,0,R(t),t,可靠度函数曲线,r,Tr,a.中位寿命 当r=0.5时的可靠寿命称为中位寿命，记为：T0.5 。,10.可靠寿命,b.特征寿命 当 时的可靠寿命称为特征寿命，记为： 。,10.可靠寿命,本讲小结,本讲介绍的主要内容有：可靠性的基本定义可靠度与不可靠度失效率平均寿命,
