可信性工程概念d

1、可 信 性 工 程 北方交通大学 崔贵章 二三年二月 北 京 目 录 第一部分 基本概念 第二部分 可信性指标 第三部分 系统的可靠性 第四部分 可靠性分析 第五部分 可靠性试验 第六部分 可信性管理 第一部分 基本概念 单元一 术 语 单元二 可信性工程 单元一 术语 一、可信性（Dependability） 用于表述可用性及其影响因素(可靠性、维 修性和保障性)的集合术语 注：可信性仅用于非定量的总体描述 IEC 60050-191：1990 GB/T/ 9000-2000：3.5.3 二、可靠性（Reliability） 定义 产品在规定条件下和规定时间内 完 成 规定功能的能力 产品在规定条件下和规定时间内 完成 规定功能的概率 可靠性（续一） 对定义的诠释 产品 三个规定/三个要件 可靠性（续二） 可靠性的分类 固有可靠性 使用可靠性 基本可靠性(Basic Reliability) 任务可靠性(Mission Reliability) 三、故障 在规定的环境条件和使用条件下产品丧 失或部分丧失规定功能的状态 故障对规定条件而言，是个随机事件 对于不可修复的产品而言，常称其故

2、障 为“失效” 故障（续一） 故障的表现 间歇性故障和永久性故障 独立故障和从属故障 局部故障和整体故障 故障（续二） 意外故障 突然故障和退化故障 四、维修性（Maintainability） 可维修产品在规定条件和规定时 间 内，按规定程序和方法进行维修 时，保持或恢复到规定状态的能 力 维修性（续一） 维修性包括两个方面 维护 也叫预防性维修，是一种日常 的可靠性控制过程，表现为预先检 查和采用“边缘试验技术” 修理 产品发生故障后，使其恢复完 成规定功能的工作 维修性（续二） 维修性反映了可维修产品可以接受 维 修的能力，在产品的论证阶段、 研制 阶段、使用阶段和处理阶段的全 寿命 过程，都应重视维修性要求 五、保障性 产品的设计特性和计划的保障资 源等是 完成规定功能的能力 保障性包括两个方面 与保障有关的设计特性 保障资源的充足和适用性 保障性（续） 产品同时具有可保障的特性和能保障 的特性，才是具有完整保障性的产品 六、可用性（Availability） 固有可用性 在要求的外部资源得到满足的 前提下，产品在规定的条件下 和规定的时间内可以完成规 定 功能的能力 外部资源

3、（不含维修资源）不影响固有可用 性，使用可用性则受外部资源的影响 可用性（续） 可用性综合反映了产品可靠性、维修性和 保障性所达到的水平 可靠性、维修性和可用性是可靠性的三个 基本方面，简称为RAM问题/技术 单元二 可信性工程 一、从可靠性工程到可信性工程 成立于1952年的美国国防部电子设备可靠性咨询 组（AGREE），在1957年发表了研究报告军用电 子设备可靠性，标志着可靠性工程已成为一门独 立的学科。经过60年代的发展阶段，70年代的成熟 阶段，80年代更深广的发展阶段，以及90年代以来 进入向综合化、自动化、智能化和实用化发展的阶 段，可靠性工程已发展为包括可靠性设计、可靠性 试验、可靠性维修、可靠性分析和可靠性管理的可 信性工程 二、可信性工程的意义 产品结构日益复杂 装配密度迅速提高 产品用期急剧缩短 使用环境空前严酷 可信性工程的意义（续） 降低总费用 图1-2-1产品的可靠性与总费用 产品可靠性 总费用 生产费用 维修费用 第二部分 可信性指标 单元一 可靠性指标 单元二 维修性指标 单元三 可用性指标 单元一 可靠性指标 一、可靠度函数 产品在规定的条件下和规定的

4、时间内，完成规定 功能的概率，记为R（t） R(t)=P (Tt) 其中 T产品故障前的工作时间 t规定的时间 可靠度函数（续一） R(t)=P (Tt ) Ns(t) No 其中 T产品故障前的工作时间 N0t=0时，在规定条件下投入工作的产品数 Ns(t)在0到t时刻的工作时间内没有发生故障 的产品数 可靠度函数（续二） 例 设t=0时，投入工作的10000只灯泡，当 t=365天时，发现有30只灯泡坏了，求 一年时的可靠度 参考答案 R（年）=0.997 二、不可靠度函数（累积故障分布函数） 产品在规定条件下和规定时间内，丧失规定功能 的概率，记为 F(t) F(t)=P (Tt)=1-R(t) 其中 T产品故障前的工作时间 N0t=0时，在规定条件下工作的产品数 Nf(t)在0到t时刻的工作时间内，发生故障 的产品数 Nf (t) N0 不可靠度函数示意图 图2-1-1 F(t)、R(t)和f(t)的关系 f(t) R(t) f(t) t t F(t) 四、故障率函数（瞬时故障率函数） 产品工作到某时刻t尚未发生故障，在该时刻后 单位时间内发生故障的概率，记为(t) (t) N

5、f(t) Ns(t) t 其中 t时刻t后所取时间间隔 Ns(t)到时刻t，未发生故障的产品数 Nf(t)时刻t后， t时间内发生故障 的产品数 故障率的单位 1菲特（Fit)=10-9/h 故障率函数（续一） 例 若年初投入的灯泡为9970只，若一年后坏了10只， 求故障率 参考答案 （1年）=0.001/天 100件产品工作三年有4件发生故障，设产品每天工 作12小时，求故障率 参考答案 （3年）=0.31110-5/小时 故障率函数（续二） 我国电子工业规定的故障率等级 等级 符号 最大故障率（1/h） 四五级 Y310-5 五级W110-5 六级L110-6 七级Q110-7 八级B110-8 九级J110-9 十级S1010-10 故障率函数（续三） 浴盆曲线 早期 故障 偶然故障耗损故障 维修后故障 率下降 使用寿命 规定的 故障率 (t) AB 图2-1-2 故障率函数（续四） 浴盆曲线的讨论 没有偶然故障期或偶然故障期很短的 产品，是不能投入使用的 产品出厂前，要进行可靠性筛选 五、平均故障前时间 不可修复产品平均寿命的统计特性，记 为MTTF（Mean time to

6、 failure） MTTF 1 N0 N o ti i=1 其中 N 0不可修复产品数 ti第i（i=1，2，N0)件商品的故障前时间 特别地，产品寿命服从指数分布时 MTTF= 1 例 设有5个不可修复产品进行寿命试验，它 们发生失效的时间分别是1000h、1500h 、2000h、2200h、2300h，求它们MTTF 的观测值 参考答案 1800h 六、平均故障间隔时间 可修复产品两次相邻故障间平均工作时间 的统计特性， 记为MTBF（Mean time between failure） 其中 N0可修复产品发生的故障数 ti第i次（i=1,2,N0）持续工作时间 特别地，产品寿命服从指数分布时 MTBF= = MTTF 1 MTBF 1 N0 No ti i=1 例 设有一电子产品工作1万小时，共发生故障5 次，求该产品MTTF的观测值 参考答案 MTBF=2000h 七、产品的寿命特征 可靠寿命 给定的可靠度所对应的产品 工作时间 使用寿命 产品在规定的条件下，具有 规定的可接受的故障率的工 作时间 贮存寿命 产品在规定的条件下贮存， 仍能满足规定质量要求的时 间长度 单元

7、二 维修性指标 一、平均修复时间 在规定的条件下和规定的时间内，产品在任一规 定 的维修级别上，修复所需总时间的平均值记为， MTTR（Mean time to repait） MTTR = 其中 ti第i(i=1,2,n)次修复时间 n修复次数 ti 1 n n i=1 特别地，当单位时间完成修理的瞬时概率u(t) u(常数)时 MTTR= 1 u 二、平均维护时间 产品在任一规定的维护级别上，维护所需总时间的 平均值，记为MTTM（Mean time to maintenanne） MTTM = 其中 ti第i(i=1,2,n)次维护时间 n维护次数 MTTM= 1 P ti 1 n n i=1 特别地，当单位时间内完成维护的瞬时概率 P（t） P（常 数）时 三、两点讨论 MTTR= 和MTTM= 越高，则维修时间 越短，这将降低维修费用，减少停机损失 MTBF高的产品，可以减少维修次数，但不一 定就有良好的MTTR 1 u 1 p 例 甲产品的MTBF=2000h，MTTR=200h； 乙产品的MTBF=1000h，MTTR=20h。显 然后者反而更好些。可见，维修性必须作 为

8、可靠性的一个方面，予以足够的重视 单元三 可用性指标 一、瞬时可用概率 可修复产品是处在一个由规定状态到故障状态， 又由故障状态到规定状态的不断转移的随机过程 中，因而可以用在时刻t时产品处于规定状态的 概率作为可用性指标 图2-3-1 t o A 0.5 A(t) 1.0 A(t) 二、固有可用概率 当长期使用某一产品时，A（t）趋于一个 固定值A，称之为固有可用概率，也叫“可 用度”或“役时率” = 和 u = 时 1 MTBF 1 MTBR A = MTBF MTBF+MTTR 当 三、可靠性指标 可靠性指标定义单位 可靠度R(t) 产品在规定条件下，规定的期间内，完成规定任 务的概率 % 故障率(瞬时故障率，失效率) （t） 在某时刻以前工作起来的产品，在继续 的单位时 间内，产生故障的比例 %/103h;非特 (Fit)=10-9/h 平均故障间隔时间 (MTBF) 对于可修复的产品，两相邻故障间的工作时间 的 平均值 时间 故障前平均时间 (MTTF) 对于不进行修理的产品，发生故障以前工作时间 的平均值 时间 耐用寿命 产品从早期失效终了，到万耗损失效开始的工作 时间 时间 维修度 可以维修的产品，在规定的条件下，规定的时间 内，完成维修的概率 % 平均修复时间 (MTTR)修复性维修所需要的时间 的平均值时间 平均维护时间 (MTTM)对可维修产品，维护 所需时音质 平均值时间 平均不能工作时间 (MDT)不能工作时间 的平均值时间 平均能工作时

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