可信性工程北方交通大學崔貴章二○○三年二月北京可信性工程北方交通大學1目錄第一部分基本概念第二部分可信性指標第三部分系統的可靠性第四部分可靠性分析第五部分可靠性試驗第六部分可信性管理目錄第一部分基本概念2第一部分基本概念單元一術語單元二可信性工程第一部分基本概念單元一術語3單元一術語一、可信性（Dependability）用于表述可用性及其影響因素(可靠性、維修性和保障性)的集合術語注：可信性僅用于非定量的總體描述[IEC60050-191：1990]GB/T/9000-2000：3.5.3單元一術語一、可信性（Dependability）4二、可靠性（Reliability）定義產品在規定條件下和規定時間內完成規定功能的能力產品在規定條件下和規定時間內完成規定功能的概率二、可靠性（Reliability）5可靠性（續一）對定義的詮釋產品三個規定/三個要件可靠性（續一）6可靠性（續二）可靠性的分類固有可靠性使用可靠性基本可靠性(BasicReliability)任務可靠性(MissionReliability)可靠性（續二）7三、故障在規定的環境條件和使用條件下產品喪失或部分喪失規定功能的狀態故障對規定條件而言，是個隨機事件對于不可修復的產品而言，常稱其故障為“失效”三、故障8故障（續一）故障的表現間歇性故障和永久性故障獨立故障和從屬故障局部故障和整體故障故障（續一）9故障（續二）意外故障突然故障和退化故障故障（續二）10四、維修性（Maintainability）可維修產品在規定條件和規定時間內，按規定程序和方法進行維修時，保持或恢復到規定狀態的能力四、維修性（Maintainability）11維修性（續一）維修性包括兩個方面維護也叫預防性維修，是一種日常的可靠性控制過程，表現為預先檢查和采用“邊緣試驗技術”修理產品發生故障后，使其恢復完成規定功能的工作

維修性（續一）12維修性（續二）維修性反映了可維修產品可以接受維修的能力，在產品的論證階段、研制階段、使用階段和處理階段的全壽命過程，都應重視維修性要求維修性（續二）13五、保障性產品的設計特性和計劃的保障資源等是完成規定功能的能力保障性包括兩個方面與保障有關的設計特性保障資源的充足和適用性五、保障性14保障性（續）產品同時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產品保障性（續）15六、可用性（Availability）固有可用性在要求的外部資源得到滿足的前提下，產品在規定的條件下和規定的時間內可以完成規定功能的能力外部資源（不含維修資源）不影響固有可用性，使用可用性則受外部資源的影響六、可用性（Availability）16可用性（續）可用性綜合反映了產品可靠性、維修性和保障性所達到的水平可靠性、維修性和可用性是可靠性的三個基本方面，簡稱為RAM問題/技術可用性（續）17單元二可信性工程一、從可靠性工程到可信性工程成立于1952年的美國國防部電子設備可靠性咨詢組（AGREE），在1957年發表了研究報告《軍用電子設備可靠性》，標志著可靠性工程已成為一門獨立的學科。經過60年代的發展階段，70年代的成熟階段，80年代更深廣的發展階段，以及90年代以來進入向綜合化、自動化、智能化和實用化發展的階段，可靠性工程已發展為包括可靠性設計、可靠性試驗、可靠性維修、可靠性分析和可靠性管理的可信性工程單元二可信性工程一、從可靠性工程到可信性工程18二、可信性工程的意義產品結構日益復雜裝配密度迅速提高產品用期急劇縮短使用環境空前嚴酷二、可信性工程的意義19可信性工程的意義（續）降低總費用圖1-2-1產品的可靠性與總費用產品可靠性總費用生產費用維修費用可信性工程的意義（續）降低總費用產品可靠性總費用生產20第二部分可信性指標單元一可靠性指標單元二維修性指標單元三可用性指標第二部分可信性指標單元一可靠性指標21單元一可靠性指標一、可靠度函數產品在規定的條件下和規定的時間內，完成規定功能的概率，記為R（t）R(t)=P(T＞t)其中T—產品故障前的工作時間t—規定的時間單元一可靠性指標一、可靠度函數產品在規定的條件下和規22可靠度函數（續一）R(t)=P(T＞t)≈Ns(t)No其中T—產品故障前的工作時間N0—t=0時，在規定條件下投入工作的產品數Ns(t)—在0到t時刻的工作時間內沒有發生故障的產品數可靠度函數（續一）Ns(t)其中T—產品故障前的工作時間23可靠度函數（續二）例

設t=0時，投入工作的10000只燈泡，當t=365天時，發現有30只燈泡壞了，求一年時的可靠度參考答案R（年）=0.997可靠度函數（續二）24二、不可靠度函數（累積故障分布函數）產品在規定條件下和規定時間內，喪失規定功能的概率，記為F(t)

F(t)=P(T＜t)=1-R(t)≈其中T—產品故障前的工作時間N0—t=0時，在規定條件下工作的產品數Nf(t)—在0到t時刻的工作時間內，發生故障的產品數Nf(t)N0二、不可靠度函數（累積故障分布函數）Nf(t)25不可靠度函數示意圖圖2-1-1F(t)、R(t)和f(t)的關系f(t)R(t)f(t)ttF(t)圖2-1-1F(t)、R(t)和f(t)的關系f(t)R26四、故障率函數（瞬時故障率函數）產品工作到某時刻t尚未發生故障，在該時刻后單位時間內發生故障的概率，記為λ(t)λ(t)≈△Nf(t)Ns(t)△t其中△t—時刻t后所取時間間隔Ns(t)—到時刻t，未發生故障的產品數△Nf(t)—時刻t后，△t時間內發生故障的產品數故障率的單位1菲特（Fit)=10-9/h四、故障率函數（瞬時故障率函數）λ(t)≈27故障率函數（續一）例若年初投入的燈泡為9970只，若一年后壞了10只，求故障率參考答案λ（1年）=0.001/天100件產品工作三年有4件發生故障，設產品每天工作12小時，求故障率參考答案λ（3年）=0.311×10-5/小時故障率函數（續一）28故障率函數（續二）我國電子工業規定的故障率等級等級

符號

最大故障率（1/h）

四五級

Y3×10-5

五級W1×10-5

六級L1×10-6

七級Q1×10-7

八級B1×10-8

九級J1×10-9

十級S10×10-10

故障率函數（續二）等級符號最大故障率（1/h）四五級29故障率函數（續三）浴盆曲線早期故障偶然故障耗損故障維修后故障率下降使用壽命規定的故障率λ(t)AB圖2-1-2故障率函數（續三）早期偶然故障耗損故障維修后故30故障率函數（續四）浴盆曲線的討論沒有偶然故障期或偶然故障期很短的產品，是不能投入使用的產品出廠前，要進行可靠性篩選故障率函數（續四）31五、平均故障前時間不可修復產品平均壽命的統計特性，記為MTTF（Meantimetofailure）MTTF≈1N0

No

∑tii=1其中N0—不可修復產品數ti—第i（i=1，2，…，N0)件商品的故障前時間特別地，產品壽命服從指數分布時MTTF=1λ五、平均故障前時間1tii=1其32例

設有5個不可修復產品進行壽命試驗，它們發生失效的時間分別是1000h、1500h、2000h、2200h、2300h，求它們MTTF的觀測值

參考答案1800h例33六、平均故障間隔時間可修復產品兩次相鄰故障間平均工作時間的統計特性，記為MTBF（Meantimebetweenfailure）其中N0—可修復產品發生的故障數ti—第i次（i=1,2,…,N0）持續工作時間特別地，產品壽命服從指數分布時MTBF==MTTF1λMTBF≈1N0

No

∑tii=1六、平均故障間隔時間其中N0—可修復產品發生的故障數34例

設有一電子產品工作1萬小時，共發生故障5次，求該產品MTTF的觀測值參考答案MTBF=2000h例35七、產品的壽命特征可靠壽命給定的可靠度所對應的產品工作時間使用壽命產品在規定的條件下，具有規定的可接受的故障率的工作時間貯存壽命產品在規定的條件下貯存，仍能滿足規定質量要求的時間長度七、產品的壽命特征36單元二維修性指標一、平均修復時間在規定的條件下和規定的時間內，產品在任一規定的維修級別上，修復所需總時間的平均值記為，MTTR（Meantimetorepait）MTTR=

其中ti—第i(i=1,2,…,n)次修復時間n—修復次數

ti1n

n

∑i=1特別地，當單位時間完成修理的瞬時概率u(t)≡u(常數)時MTTR=1u單元二維修性指標一、平均修復時間MTTR=37二、平均維護時間產品在任一規定的維護級別上，維護所需總時間的平均值，記為MTTM（Meantimetomaintenanne）MTTM=

其中ti—第i(i=1,2…,n)次維護時間n—維護次數MTTM=1Pti1n

n

∑i=1

特別地，當單位時間內完成維護的瞬時概率P（t）≡P（常數）時二、38三、兩點討論MTTR=和MTTM=越高，則維修時間越短，這將降低維修費用，減少停機損失MTBF高的產品，可以減少維修次數，但不一定就有良好的MTTR1u1p三、兩點討論MTTR=和MTTM=39例

甲產品的MTBF=2000h，MTTR=200h；乙產品的MTBF=1000h，MTTR=20h。顯然后者反而更好些。可見，維修性必須作為可靠性的一個方面，予以足夠的重視例40單元三可用性指標一、瞬時可用概率可修復產品是處在一個由規定狀態到故障狀態，又由故障狀態到規定狀態的不斷轉移的隨機過程中，因而可以用在時刻t時產品處于規定狀態的概率作為可用性指標圖2-3-1to

A0.5A(t)1.0A(t)單元三可用性指標一、瞬時可用概率圖2-3-1toA41二、固有可用概率當長期使用某一產品時，A（t）趨于一個固定值A，稱之為固有可用概率，也叫“可用度”或“役時率”λ=和u=時1MTBF1MTBRA=MTBFMTBF+MTTR當二、固有可用概率λ=42三、可靠性指標可靠性指標定義單位可靠度R(t)產品在規定條件下，規定的期間內，完成規定任務的概率%故障率(瞬時故障率，失效率)λ（t）在某時刻以前工作起來的產品，在繼續的單位時間內，產生故障的比例%/103h;非特(Fit)=10-9/h平均故障間隔時間(MTBF)對于可修復的產品，兩相鄰故障間的工作時間的平均值時間故障前平均時間(MTTF)對于不進行修理的產品，發生故障以前工作時間的平均值時間耐用壽命產品從早期失效終了，到萬耗損失效開始的工作時間時間維修度可以維修的產品，在規定的條件下，規定的時間內，完成維修的概率%平均修復時間(MTTR)修復性維修所需要的時間的平均值時間平均維護時間(MTTM)對可維修產品，維護所需時音質平均值時間平均不能工作時間(MDT)不能工作時間的平均值時間平均能工作時間(MUT)能工作時間的平均值時間可用度A(t)可以維修的產品，在某特定的瞬間，維持其功能的概率%三、可靠性指標可靠性指標定義單位可靠度R(t)產品在規定條件43四、可靠性指標示例使用條件修理的可能性維護種類產品例可靠性指標例連續使用可修復預防性維護電子計算機武器、車輛、飛機、生產設備、雷達、載波機平均故障間隔時間耐用壽命有效度事后維護實施用電氣用具和機械器具，電視機平均故障間隔時間耐用壽命早期失效率（一年）不可修復使用到耗損故障期電子元器件、機械零部件、一般消費用具失效率平均壽命失效分布形狀及其參數使用一定時間后棄去實行預防性維護的設備的元器件和零部件，使用期比平均壽命長的元器件、零部件失效率更新壽命失效分布形狀及其參數突然使用可修復預防性維護過負荷繼電器成功率不可修復雷管、炮彈、導彈成功率四、可靠性指標示例使用條件修理的維護種類產品例可靠性指標例連44第三部分系統可靠性的計算單元一概述單元二串聯系統單元三并聯系統單元四混合系統單元五分系統相互依賴的系統單元六可靠性分配單元七可靠性預計第三部分系統可靠性的計算單元一概述45一、系統可靠性計算的意義在設計階段，選擇系統的結構和元器件在制造階段，保證采購質量，不斷改近工藝在使用階段，加強維護，及時修理

單元一概述一、系統可靠性計算的意義單元一46二、可靠性模型用于預計或估計產品可靠性的模型應建立系統級和分系統級可靠性模型包括可靠性方框圖和可靠性數學模型二、可靠性模型47三、可靠性框圖可靠性框圖表示產品中各單元之間的邏輯功能關系原理圖表示產品中各單元之間的物理關系三、可靠性框圖48例

振蕩電路的原理圖與可靠性框圖C（電容）L（電感）原理圖LC可靠性框圖圖3-1-1圖3-1-2例C（電容）L（電感）原理圖LC可靠性框圖圖3-1-1圖3-49四、加法公式互斥條件下的加法公式兩條件A、B互斥C=A+B=A∪BP（C）=P（A+B）=P（A）+P（B）

四、加法公式50加法公式（續）非互斥條件下的加法公式兩條件A、B不互斥C=A+B=A∪BP（C）=P（A+B）=P（A）+P（B）-P（AB）

加法公式（續）51加法公式（續）非互斥條件下的加法公式兩條件A、B不互斥C=A+B=A∪BP（C）=P（A+B）=P（A）+P（B）-P（AB）

加法公式（續）52非獨立條件下的乘法公式兩條件A、B不獨立C=AB=A∩BP（C）=P(AB)=P(A)P(BlA)=P(B)P(AlB)

乘法公式（續）非獨立條件下的乘法公式乘法公式（續）53單元二串聯系統一、可靠性框圖只有各分系統都正常工作，系統才能正常工作S1S2Sn圖3-2-1單元二串聯系統一、可靠性框圖S1S2Sn圖3-2-154二、可靠度的計算記分系統Si(i=1，2，…，n)正常工作的事件為Ai，可靠度為Ri(t),R(t)是系統的可靠度各分系統不相互獨立時R(t)=P(A1)P(A2|A1)P(A3|A1A2)…P(An|A1A2…An-1)各系統相互獨立時

R(t)=∏Ri(t)ni=1特別地，當各分系統的故障率函數λi(t)(i=1,2，…，n)是常數λi的指數分布時R(t)=eλitn∑i=1二、可靠度的計算R(t)=∏Ri(t)ni=1特別55例設在單元一的振蕩電路電感和電容的故障率λL=

λc=10-5/h，求振蕩器的MTBFs參考答案MTBFs=50000h設產品由獨立的10個部件串聯組成，若每一個部件工作10000小時的可靠度都是0.9，求該產品工作10000小時的可靠度參考答案R（10000）=0.348例56單元三并聯系統一、可靠性框圖只要有一個分系統正常工作，系統就能正常工作SnS2S1圖3-3-3單元三并聯系統一、可靠性框圖SnS2S1圖3-3-357二、可靠度的計算記分系統Si(i=1,2,…,n)發生故障的事件為āi，可靠度為Ri(t),不可靠度為Fi(t)。記系統的可靠度和不可靠度分別為R(t)、F(t)計算F(t)各分系統不相互獨立時F(t)=P(ā1)P(ā2|ā1)P(ā3|ā1ā2)···P(āi|ā1ā2···āi-1)···P(ān|ā1

ā2···ān-1)各分系統相互獨立時N計算R(t)F(t)=∏Fi(t)ni=1∏Fi(t)=1-[1-Ri(t)]ni=1ni-1∏R(t)=1-二、可靠度的計算F(t)=∏Fi(t)ni=1∏Fi(58可靠度的計算（續）工程上，一般用二單元或三單元并聯系統對于二單元并聯系統R(t)=R1(t)+R2(t)-R1(t)R2(t)在單元故障率相等，即λ1=λ2=λ0（常數）時R(t)=(2-e-λot)e-λot可靠度的計算（續）59三、n中取r的并聯系統n個分系統中，只要有r個系統正常工作，系統就能正常工作記各分系統的可靠度為R0，系統的可靠度為

R（t）=∏CR(1-R0)n-k，

n≥r+1nk=rknko三、n中取r的并聯系統nknko60單元四混合系統一、可靠性框圖各分系統先串聯后并聯，或者先并聯后串聯并串聯系統S11S12S1mS21S2mS22Sn1SnmSn2圖3-4-1單元四混合系統一、可靠性框圖S11S12S1mS2161可靠性框圖（續）串并聯系統sn1s21s11Sn2s22s12snms2ms1m圖3-4-2可靠性框圖（續）sn1s21s11Sn2s22s12snms62二、可靠度的計算假定各分系統獨立工作時，具有相同的可靠度R可靠度的計算要“逐級”進行并串聯系統的可靠度RSP=1-(1-Rm)n串并聯系統的可靠度RPS=[1-(1-R)n]m并串聯系統中的每一并聯中具有“單元后備”，其可靠度高于串并聯系統二、可靠度的計算63單元五分系統相互依賴的系統在系統沒有受到沖擊時，各分系統是相互獨立的，而受到沖擊時，卻是相互依賴的在后面的討論中，設系統由分系統S1、S2組成。記E—無沖擊A—S1正常|EB—S2正常|EC—S1正常|ēD—S2正常|ē單元五分系統相互依賴的系統在系統沒有受到沖擊時64一、正依賴只要有一個正常，另一個肯定正常P(C|D)=P(D|C)=1P(C|D)=P(D|C)=1

一、正依賴65正依賴（續）串聯系統R(t)=P(A)P(B)P(E)+P(D)P(ē)并聯系統R(t)=[p(A)+P(B)-P(A)P(B)]P(E)+P(C)P(ē)正依賴（續）66二、負依賴只要有一個不正常，另一個肯定正常P(C|D)=P(D|C)=1串聯系統R(t)=P(A)P(B)P(E)+[P(C)+P(D)P(ē)]并聯系統R(t)=[P(A)+P(B)-P(A)P(B)]P(E)+P(ē)二、負依賴67

P(D|C)=P(C)P(CD)=P(D)串聯系統R(t)=P(A)P(B)P(E)+P(D)P(ē)并聯系統R(t)=[P(A)+P(B)-P(A)P(B)]P(E)+P(C)P(ē)

三、鏈依賴三、鏈依賴68四、例按給定的P(A)=0.98，P(B)=0.97;P(ā)=0.02,P(B)=0.03和P(C)=P(C)=P(D)=P(D)=0.5,計算系統的可靠度參考答案正依賴0.9481（串聯），0.9944(并聯)負依賴0.9411（串聯），0.9994(并聯)鏈依賴0.9461（串聯），0.9944(并聯)四、例69單元六可靠性分配一、概念將系統可靠性的定量要求協調地分配到各個分系統，是一個由整體到局部，由上到下的分解過程主要方法有等分配法，評分分配法，比例組合法，動態規劃法等單元六可靠性分配一、概念70二、評分分配法是一種專家群體決策法，適用于缺乏相關數據的場合以故障率λ為分配參數二、評分分配法71評分分配法（續一）影響因素及評分影響因素復雜度（復雜→簡單）技術成熟度（低→高）重要度（低→高）環境條件（惡劣→最好）序號1234評分10~110~110~110~1評分分配法（續一）影響復雜度技術成熟度重要度環境條件序號1272評分分配法（續二）計算第i(i=1,2,…,n)個分系統的評分數Wi=4j∏Dij其中Dij是第i個分系統第j個因素的評分數系統的評分數W=n∑i=1Wi評分分配法（續二）Wi=4∏Dij其中Dij是第i個分系統第73評分分配法（續三）第i個分系統的評分系數分配給第i個分系統的故障率Ci=WiWλi=Ciλ評分分配法（續三）Ci=Wiλi=Ciλ74評分分配法（續四）例設S是由分系統S1、S2、S3和S4組成的串聯電子系統，其可靠性的要求是MTBF=500h,下面是請五位專家進行評分，得到的可靠性分配表評分分配法（續四）75可靠性分配表部件復雜度技術成熟度重要度環境條件各部件評分數Wi各部件評分系數Ci分配給各部件的故障率λi×10-4分配給各部件的MTBFA896834560.4269.241082.3B576816800.2254.52222.2C56659000.1202.44166.7D668514400.1933.682590.1合計：120500可靠性分配表部件復雜度技術成熟度重要度環境條件各部件評分數W76三、只考慮分系統的復雜程度和重要性時的定量方法定義第i個分系統的復雜程度因子ni,為其所包含的元器件數量定義第i個分系統的重要性因子Wi=由第i個分系統故障引起的系統故障次數第i個分系統的故障次數對串聯系統Wi≡1三、只考慮分系統的復雜程度和重要性Wi=由第i個分系統故障引77合理的要求是：λiλni

NWi=其中λi—第i個分系統的故障率λ—全系統的故障率N=∑ni若系統為指數分布，而λ=時LnRtλi=niLnRNWit合理的要求是：λiλni=其中λi—第i個分系78例

要求系統5個小時工作正常的可靠度為90%，有關資料如表。試按指數分布作可靠度分配固于分系統niwiS1500.7S2400.5S32000.8S4600.3參考答案λ1=0.0043/h,λ2=0.0048/h,λ3=0.0151/h,λ4=0.0120/h例固于niwiS1500.7S2400.5S32000.79單元七可靠性預計一、概念根據組成系統的元器件的可靠性，定量估計系統的可靠性。是一個由局部到整體，由下到上的綜合過程主要方法有元器件計數法，應力分析法，上下限法等單元七可靠性預計一、概念80二、元器件計數法優點是不需要詳盡了解各個元器件的應用及它們之間的邏輯關系，就可以很快估算出產品的故障率缺點是估計結果比較粗糙二、元器件計數法81元器件計數法（續）

其中λ—產品總的故障率λGi—第i種元器件的通用故障率

πQi—第i種元器件的通用質量系系數Ni—第i種元器件的數量n—所用元器件的種類數目λ=Nini=1(λGiπQi

)∑元器件計數法（續）λ=Nin(λGiπQi)∑82三、應力分析法要求具備了詳細的文件清單、電應力比、環境溫度等信息估計結果比元器件計數法的結果準確三步計算法第一步，先求出各元器件的工作故障率λp

λp=λb=πEk

其中λb—元器件基本故障率πE—環境系數

K—減額因子，其值小于或等于1，由應力等級決定

三、應力分析法83應力分析法（續）第二步，求出產品的工作故障率λs其中λpi—第i種元器件的工作故障率Ni—第i種元器件的數量n—產品中元器件的種類數第三步，求出產品的MTBFλs=Niλpini=1∑1λSMTBF=應力分析法（續）λs=Niλpin∑184第四部分可靠性分析單元一故障模式、影響及危害性分析（FMECA）單元二故障樹分析（FTA）單元三殘骸失效分析第四部分可靠性分析單元一故障模式、影響及危害性分析85單元一故障模式、影響及危害性分析(FMECA)一、術語故障模式產品故障的表現形式單點故障沒有冗余或替代工作程序的局部故障單元一故障模式、影響及危害性分析一、術語86故障影響故障模式對產品功能性、可靠性造成的影響，一般分為對局部、高一層次和最終影響三個等級嚴酷度故障影響的嚴酷程度，一般分為四類：Ⅰ(災難性故障)、Ⅱ(致命性故障)、Ⅲ(嚴重故障)、Ⅳ(輕度故障)術語(續)故障影響故障模式對產品功能性、可靠性造成的影術87二、FMEA和CAFMECA由故障模式分析(FMEA)和危害性分析(CA)兩部分組成FMEA是在產品的設計階段，分析各種故障模式的影響，找出單點故障，提出補償措施，是一種定性方法，采取列表的形式CA是按故障模式的嚴酷度及其發生概率綜合確定危害性，它是FMEA的繼續。根據產品結構及可靠性數據的獲得情況，可以定性也可以定量二、FMEA和CA88三、FMECA的步驟掌握產品的工作條件、環境條件資料按照產品的所有工作模式定義其功能，繪制功能方框圖繪制可靠性方框圖規定故障分析級別確定各種故障模式的嚴酷度及檢測方法分析故障原因，提出預防措施繪制FMEA表三、FMECA的步驟89FMECA的步驟（續一）故障模式及影響分析表初始約定層次任務審核第頁共頁約定層次分析人員批準填表日期代碼產品或功能標志功能故障模式故障原因任務階段與工作方式故障影響故障檢測方法補償措施嚴酷度類別備注局部影響高一層次影響最終影響FMECA的步驟（續一）初始約定層次90手電筒設計中的FMEA表代碼產品名稱功能故障模式故障原因工作方式故障影響故障檢測方法補償措施嚴酷度類別備注局部影響高一層次影響最終影響01開關彈簧片接通電源彈性降低疲勞使用彈性降低開關接不通燈不亮目測選用彈性好的簧片Ⅱ02后蓋彈簧接通電源彈性降低疲勞使用彈性降低開關接不通燈不亮目測選用彈性好的簧絲；改進工藝Ⅱ手電筒設計中的FMEA表代碼產品名稱功能故障模式故障原因工作91手電筒設計中的FMEA表(續)代碼產品名稱功能故障模式故障原因工作方法故障影響故障檢測方法補償措施嚴酷度類別備注局部影響高一層次影響最終影響03燈座固定燈泡；接通電源接觸不良座直徑公差大使用接觸不良時斷時通時斷時通儀器測試減少公差Ⅲ04前蓋保護燈泡；調焦松動公差大；磨損使用松動影響聚焦影響測試儀器聚焦減少公差；改進工藝Ⅳ減少公差擰不上公差小使用擰不上手電筒設計中的FMEA表(續)代碼產品名稱功能故障模式故障原92FMECA的步驟（續二）如果進行定量FMECA，則繼續以下步驟估計各種故障模式的概率等級繪制危害性規律，填寫CA表級別ABCDE定性描述經常發生很可能發生偶然發生很少發生極不能發生占總故障概率份額＞0.20.1-0.20.01-0.10.001-0.01＜0.001FMECA的步驟（續二）級別ABCDE定性描述經常發生很可能93危害性矩陣ⅠⅣⅢⅡ圖4-1-1AB故障模式出現概率等級ABCDEAB危害性矩陣ⅠⅣⅢⅡ圖4-1-1AB故障模式出現概率等級AAB94危害性矩陣（續）用以比較各種故障模式的危害程度，為確定補償措施的順序提供依據橫坐標是嚴酷度的類別，縱坐標是故障模式的危害度或發生概率打出的點離原點越遠，對應故障模式的危害越嚴重危害性矩陣（續）95黑白電視機的FMECA電路原理圖(線路)~220VT1V1V2R1V3R2R3R4R5V4C1C2圖4-1-2黑白電視機的FMECA~T1V1V2R1V3R2R3R4R596電路原理圖（方框）圖4-1-3降壓變壓器整流電路濾波電路市電輸入電壓調整電路比較放大電路標準電壓電路穩壓輸出取樣電路電路原理圖（方框）圖4-1-3降壓變壓器整流電路濾波電路市電97黑白電視機的電路單元CA表隸屬系統黑白電視機電源電路單元CA分析表年月日分析者隸屬整機審核者序號①產品名稱②代號③失效模式④失效效應⑤影響程度⑥失效原因⑦補救辦法⑧故障概率⑨備注⑩局部效應最終效應1硅整流橋V1開路、短路無直流輸出無光柵、無伴音Ⅳ屬器件早期失效對上機器件進行篩選0.002V2、C1故障率高，應采取改進措施V2故障率高是設計原因，應在設計上減小CE電壓或選用Bvceo大的器件2大功率晶體管V2開路、短路無直流輸出無光柵、無伴音Ⅳ設計原因Bvceo余量小改用Bvceo大的器件0.053中小功率晶體管V3開路輸出電壓升高可能燒毀無器件，造成整機失效或影響壽命Ⅲ器件隨機失效更換合格器件0.001短路輸出電壓降低嚴重影響圖像和伴音質量或造成整機失效Ⅳ4穩壓二極管V4開路輸出電老謀深算或高可能燒毀無器件造成整機失效或影響壽命Ⅲ器件早期失效對上機器件進行篩選0.0035電解電容器C1開路輸出紋波增大圖像產生扭曲，伴音交流聲大Ⅲ元件可靠性差進行產品質量認證選用可靠性高的元件0.08短路無直流輸出無光柵、無伴音Ⅳ黑白電視機的電路單元CA表隸屬系統黑白電視機電源電路單元CA98黑白電視機電路單元CA表（續）隸屬系統黑白電視機電源電路單元CA分析表年月日分析者隸屬整機審核者序號①產品名稱②代號③失效模式④失效效應⑤影響程度⑥失效原因⑦補救辦法⑧故障概率⑨備注⑩局部效應最終效應6瓷電容器C2開路輸出波紋稍大對圖像可能有輕微影響Ⅱ元件隨機失效更換合格元件0.001C1是產品質量問題應選用可靠性高的產品其他屬于小概率事件可以不考慮，為了提高整機可靠性，可加嚴上機器元件的篩選短路無直流輸出無光柵、無伴音Ⅳ7電阻器R1開路無直流輸出無光柵、無伴音Ⅳ元件隨機失效更換合格元件0.0018阻器R2阻值變小無影響無影響Ⅰ元件受潮雨季經常加電0.0029阻器R3開路輸出電壓升高燒毀元器件造成整機失效Ⅲ元件隨機失效更換合格元件0.00110電位器R4中心頭開路輸出電壓升高燒毀元器件造成整機失效Ⅲ元件質量差更換質量好的元件0.00311電阻器R5開路輸出電壓降低對伴音、圖像有一定影響Ⅳ元件隨機失效更換合格元件0.00112電源變壓器T1開路無直流輸出無直流輸出、無光柵Ⅳ變壓器引出頭虛焊加強對變壓器的檢驗0.001漏磁圖像產生扭曲Ⅲ鐵芯質量不好黑白電視機電路單元CA表（續）隸屬系統黑白電視機電源電路單元99四、FMECA的注意問題重視總結經驗盡多地占有相關信息把握時機四、FMECA的注意問題100單元二故障樹分析（FTA）一、什么是FTA通過對造成系統故障（頂事件）的各種可能的原因（中間事件或底事件）進行分析，畫出邏輯因果圖（故障樹），進而確定中間事件或底事件的各種可能的組合方式及其發生概率，以便采取措施，提高系統的可靠性單元二故障樹分析（FTA）一、什么是FTA101二、用途發現薄弱環節，提供改進設計的依據，FTA常常作為FMECA的補充系統的安全性與事故分析系統的風險性評價故障診斷與維修和檢修表的制定二、用途102三、程序熟悉系統，界定分析范圍確定頂事件建立失效樹定性分析定量分析寫出分析報告，提出改進措施圖4-2-1三、程序熟悉系統，界定分析范圍確定頂事件建立失效樹定性分析定103或門（OR）輸入與門（AND）輸入+輸出輸出四、故障樹的基本符號·或門（OR）+輸出輸出四、故障樹的基本符104故障樹的基本符號（續一）故障事件未探討事件基本事件故障樹的基本符號（續一）105故障樹的基本符號（續二）例公共照明系統電路圖燈1燈2燈3調節器電源圖4-2-2故障樹的基本符號（續二）例燈1燈2燈3調節器電106故障樹的基本符號（續三）公共照明系統故障樹室內無光照明部分故障+電源故障·燈1壞燈2壞可調燈壞+調節器壞燈壞圖4-2-3故障樹的基本符號（續三）公共照明系統故障樹室內無光照明107五、優點是一種圖形演繹法，清晰地顯示了系統內在狀態的聯系考慮故障因素的各種可能的組合提供了一個形象的管理、維修和使用指南可以定量求出可靠性參數五、優點108六、缺點建立故障樹，需要具有一定理論知識和豐富經驗的工程技術人員參加工作量大，投入多收集數據困難采用圖象信息技術時，有一定難度六、缺點109七、定性分析目的是找出所有導致頂事件T發生的最小故障事件鏈記全部未探討事件和基本事件為X1、X2、···、Xn，而B{xi1,xi2,…,xiL}(L≤n)是它們中的某些事件的集合，當T是B中所有事件的與門時，稱B是一個故障事件鏈；當B中去掉一個事件后，就不是故障事件鏈，則稱B是一個最小故障事件鏈七、定性分析110定性分析（續一）在只有與門、或門的邏輯組合時，設B1，B2，···,BK是所有最小失效事件鏈，則T=∪∩λis=1ki∈BS定性分析（續一）T=∪∩λis=1ki∈BS111定性分析（續二）Fussell-Yesely算法公共照明系統故障樹TG1+1·2G2+345圖4-2-4定性分析（續二）TG1+1·2G2+345圖4-2-4112定性分析（續三）公共照明系統的算法123步驟G12,3,G22,3,42,3,5圖4-2-5定性分析（續三）公共照明系統的算法123步驟113定性分析（續四）Semanders算法123步驟G12,3,G22,3,42,3,5圖4-2-5G2=X4+X5G1=X2X3G2=X2X3X4X2X3X5T=X1+G1=X1+X2X3X4+X2X3X5定性分析（續四）123步驟114八、定量分析如果知道定性算式中各故障事件發生的概率，則可用串聯系統、并聯系統的算法求得P(T)實用的近似算式是

P[(A+B)≈P(A)+P(B)]A、B獨立時P(AB)=P(A)P(B)對于公共照明系統P(T)=P(X1)=P(X2)+P(X3)+P(X4)+P(X2)P(X3)P(X5)s=1i∈BST=∪∩Xik八、定量分析s=1i∈BST=∪∩Xik115一、概述對失效產品進行失效模式和失效機理進行分析重要意義在于是促進科學技術發展的重要手段是提高產品質量的重要途徑可以給企業帶來巨大的經濟效益單元三殘骸失效分析一、概述單元三殘骸失效分析116二、工作內容評價與處理責任與索賠質量改進二、工117三、工作程序接受任務調查研究根據失效模式確定失效機理采取對策三、工作程序118四、工作要求質量部門牽頭，責任部門承擔相應職能經費必須落實對參加人員進行系統培訓一切資料歸檔保管四、工作要求119第五部分可靠性試驗單元一概述單元二工程試驗單元三統計試驗第五部分可靠性試驗單元一概述120單元一概述一、概念試驗按照程序確定一個或多個特性GB/T19000-2000：3.8.3應力對產品功能有影響的各種因素可靠性試驗為了確定產品在一定應力下的可靠性而進行的試驗單元一概述121二、作用判定產品的合格與不合格決定產品的接收或拒收促使產品可靠性增長二、作用122三、分類按照實試場所現場試驗實驗室試驗按照試驗目的工程試驗統計試驗三、123單元二工程試驗一、環境應力篩選試驗在產品上施加一定的環境應力，排除早期故障的試驗適用于早期故障用常規方法或目視方法發現的情況針對早期故障機理制定篩選條件，不應超過設計極限單元二工程試驗一、環境應力篩選試驗124環境應力篩選試驗（續）在產品的開發階段和早期生產階段，在產品的各層次上都應100%進行；在批量產階段后期，對組件層以上的產品按質量穩定情況抽樣進行正常篩選的淘汰率不應超過15%，淘汰率過大時，應停止試驗對電子產品而言，施加隨機振動和溫度循環應力環境應力試驗不能提高產品固有可靠性，但有利于可靠性增長環境應力篩選試驗（續）125二、可靠性增長試驗在規定的環境應力下，為暴露產品故障并檢驗改進措施的實驗規定的環境應力可以是產品工作時的實際環境應力，模擬環境應力或加速變化的環境應力二、可靠性增長試驗126可靠性增長試驗（續）包括對產品功能的監測、故障檢測和分析以及改進設計有效性的檢驗，一般稱此過程為試驗——分析——改進應制定一個完整的可靠性增長計劃，并通過監測試驗過程對增長計劃進行管理可靠性增長試驗不能提高產品的可靠性，只有采取了改進措施，才能真正的提高可靠性可靠性增長試驗（續）127單元三統計試驗一、可靠性測定試驗是一種測定產品可靠性水平的試驗如果試驗時間達到規定的T*時就停止的試驗，叫定時截尾試驗如果計出現的故障數達到規定的r時就停止的試驗，叫定數截尾試驗單元三統計試驗128可靠性測定試驗（續）對于定時截尾試驗MTBF的點估計為=MTBF的單邊置信下限為L=T*rΛθ2rXα(2r+2）MTBFΛθΛθΛθ可靠性測定試驗（續）T*Λ2rMTBFΛΛΛ129二、可靠性鑒定試驗驗證通過提供客觀證據對規定要求已得到滿足的認GB/T19000-2000：3.8.4可靠性鑒定試驗是用具有代表性的產品在規定條件下進行的驗證試驗二、可靠性鑒定試驗130可靠性鑒定試驗（續）驗證實險在方法上是一種抽樣檢驗程序，選取的指標與時間有關，一般樣本大小為2-3壽命服從指數分布的定時截尾可靠性鑒定試驗有標準的試驗方案可靠性鑒定試驗（續）131常用的定時截尾試驗方案方案序號方案特征參數鑒別比試驗時間判別標準（失效次數）判斷風險標稱值%αβD=θ0/θ1（θ1的倍數）拒收數（r≥）110%10%1.545.037210%20%1.529.926320%20%1.521.118410%10%2.018.814510%20%2.012.410620%20%2.07.86710%10%3.09.36810%20%3.05.44920%20%3.04.331030%30%1.58.171130%30%2.03.731230%30%3.01.11常用的定時截尾試驗方案方案序號方案特征參數鑒別比試驗時間判別132三、可靠性驗收試驗用已交付或可交付的產品在規定條件下所做的試驗，目的在于確定產品是否符合規定的可靠性要求規定的試驗條件要與可靠性鑒定試驗中的綜合環境相同三、可靠性驗收試驗133可靠性驗收試驗（續）要定義批量的大小，試驗樣品要有代表性試驗前，應進行詳細的性能測試可采用序貫試驗方案、定時或定數截尾試驗方案可靠性驗收試驗（續）134第六部分可靠性管理單元一概述單元二故障報告、分析和糾正措施系統（FRACAS）單元三設計中的可靠性管理單元四制造和使用中的可靠性管理第六部分可靠性管理單元一概述135一、含義從系統的觀點出發，通過制定并實施一項科學的計劃，去組織、領導和控制可靠性活動的開展，以保證用最少的資源實現顧客對產品可靠性的要求單元一概述單元一概述136二、基本原則系統觀點，過程方法組織保證，全員參與早期投入，開展TPM健全法規，用數據說話二、基本原則系統觀點，過程方法137三、職能計劃組織領導控制三、職能計劃138一、作用單元二建立故障報告、分析和糾正措施系統（FRACAS）保證故障信息的及時性、正確性和完整性全方位地利用故障信息，全過程地促進產品可靠性增長一、作用單元二建立故障報告、分析和糾正措施系統（FRAC139二、故障報告在規定的試驗期間，產品的任何功能等級發生的故障，都要向規定等級的管理部門報告故障報告要形成文件，以便審查、追蹤和存檔故障報告的內容：故障現象，故障環境，機內測試（BIT）指示，故障觀測者等要充分利用已有的信息管理系統二、故障報告140三、故障分析故障調查工程分析統計分析查明故障原因和責任三、故障分析141四、故障糾正對糾正措施要進行分析、計算和必要的驗證通過評審的糾正措施，方可實施按技術狀能控制要求或圖樣管理制度，對設計或工藝進行修改糾正活動完成后，編寫故障分析報告并立案歸檔對未查明原因或未糾正的故障，應說明理由并立案歸檔四、故障糾正對糾正措施要進行分析、計算和必要的驗證142五、閉環故障報告分析和糾正措施系統圖可靠性研制試驗故障觀測將改正措施用于研制的設備故障報告故障核實故障隔離更換有懷穎的產品驗證有懷穎的產品故障分析數據搜集確定根本原因確定改正措施將改正措施用于生產是確定改正措施有效性否圖6-2-1五、閉環故障報告分析和糾正措施系統圖可靠性故障觀測將改正措施143一、公理化設計原則單元三設計中的可靠性管理

獨立公理（模塊化）保持功能要求的獨立性信息公理（簡化）信息含量最小化一、公理化設計原則單元三設計中的可靠性管理

獨立144二、可靠性評審評審為確定主題事項達到規定目標的適宜性、充分性和有效性所進行的活動注：評審也可包括確定效率示例：管理評審、設計和開發評審、顧客要求評審和不合格評審GB/T19000-2000：3.8.7二、可靠性評審評審為確定主題事項達到規定目標的適宜145可靠性評審（續一）可靠性評審是運用及早告警原理和同行評議的原則，對可靠性設計等有關可靠性工作進行的評審可靠性評審不改變原有技術責任制，更不能代替設計者作出決策可靠性評審要分階段進行，設計評審未獲通過，原則上不能轉入下一階段的工作可靠性評審（續一）146可靠性評審（續二）可靠性評審的作用評價產品設計是否符合要求發現薄弱環節，提出改進建議指出資源配置是否恰當檢查可靠性保障大綱的實施情況減少設計更改、縮短開發周期可靠性評審（續二）147三、采用冗余技術冗余技術是利用兩個并聯的元件以減少故障的概率組合冗余是采用兩個功能組合單元，并聯接有故障探測器三、采用冗余技術冗余技術是利用兩個并聯的元件以減少148采用冗余技術（續一）故障探測用于反饋控制系統的技術正常通道和冗余通道都具有輸入端，共用的探測器并聯到兩通道的輸出端組合2組合112n12n正常通道故障探測器212n正常通道故障探測器112n冗余通道冗余通道圖6-3-1采用冗余技術（續一）組合2組合112n12n正常通道故障探測149采用冗余技術（續二）僅對運行通道進行連續的檢測2正常通道冗余通道組合112n1n故障探測器212n正常通道故障探測器112n冗余通道組合2圖6-3-2采用冗余技術（續二）2正常通道冗余通道組合112n1n故障探150采用冗余技術（續三）將外部的的測試系統輸入到正常通道和冗余通道中去采用冗余技術（續三）151正常通道故障控測器1n高頻測試正常通道高通濾波器n++12高通濾波器冗余通道++12故障控測器2n高頻測試高通濾波器n++12高通濾波器冗余通道++12高頻測試高頻測試組合1組合2圖6-3-3正常通道故障控測器1n高頻測試正常通道高通濾波器n++12高152四、其它措施推行標準化向設計者提供具有基本故障率值的標準元器件手冊執行有關標準規定的可靠性設計發展新材料、新技術、采用新型元器件四、其它措施推行標準化153其它措施（續）減額使用

0.0340.0300.0260.0220.0180.0140.0100.0061.00..90.0020.80.70.60.50.40.30.20.1020406080100120140160180應力比=工作應力值/額定應力值環鏡溫度，℃失效率10-6/h圖6-3-4NPN硅晶體管故障率曲線圖其它措施（續）0.0340.0300.0260.0220.0154一、質量控制單元四制造和使用中的可靠性管理保證和提高采購質量使制造過程處于穩定狀態苛刻運行單元四制造和使用中的可靠性管理保證和提高采購質量155質量控制（續）整機老化運行美國軍用標準規定的標準環境：溫度23℃±10℃（73F±18F）相對濕度50%±30%大氣壓力96.7%±Kpa+6.8Kpa質量控制（續）整機老化運行156二、全面生產維護全面生產維護生產維修預防維修

追求經濟性√√√維修方式系統化√√操作人員自主維護√二、全面生產維護追求經濟性√√√維修方式系統化√√操作人157三、實現零故障的對策加強培訓全面推行“3F”技術執行人機工程標準避免誤操作加強技術狀態管理三、實現零故障的對策加強培訓158四、P—M分析法主要用于分析造成設備慢性損失的原因有關因素是現象（Pheuomena）物理性的（Physical）問題（Problem）機理（Mechanism）設備（Machine）人力（Manpower）材料（Material）四、P—M分析法主要用于分析造成設備慢性損失的原因159P—M分析法（續）步驟明確問題與現象對問題進行物理性分析列出與問題相關的潛在條件評價各種因素及其影響制定進行因素調查范圍和方向的計劃找出問題制定改進方案P—M分析法（續）160五、世界級OEE目標設備綜合效率（OvevallEguipmentEffectiEffectiveness）OEE=時間開動率×性能開動率×合格品率五、世界級OEE目標設備綜合效率（OvevallEg161世界級OEE目標（續）世界一流的公司取得了85%的OEE時間開動率超過90%性能開動率超過95%合格品率超過99%世界級OEE目標（續）162可信性工程北方交通大學崔貴章二○○三年二月北京可信性工程北方交通大學163目錄第一部分基本概念第二部分可信性指標第三部分系統的可靠性第四部分可靠性分析第五部分可靠性試驗第六部分可信性管理目錄第一部分基本概念164第一部分基本概念單元一術語單元二可信性工程第一部分基本概念單元一術語165單元一術語一、可信性（Dependability）用于表述可用性及其影響因素(可靠性、維修性和保障性)的集合術語注：可信性僅用于非定量的總體描述[IEC60050-191：1990]GB/T/9000-2000：3.5.3單元一術語一、可信性（Dependability）166二、可靠性（Reliability）定義產品在規定條件下和規定時間內完成規定功能的能力產品在規定條件下和規定時間內完成規定功能的概率二、可靠性（Reliability）167可靠性（續一）對定義的詮釋產品三個規定/三個要件可靠性（續一）168可靠性（續二）可靠性的分類固有可靠性使用可靠性基本可靠性(BasicReliability)任務可靠性(MissionReliability)可靠性（續二）169三、故障在規定的環境條件和使用條件下產品喪失或部分喪失規定功能的狀態故障對規定條件而言，是個隨機事件對于不可修復的產品而言，常稱其故障為“失效”三、故障170故障（續一）故障的表現間歇性故障和永久性故障獨立故障和從屬故障局部故障和整體故障故障（續一）171故障（續二）意外故障突然故障和退化故障故障（續二）172四、維修性（Maintainability）可維修產品在規定條件和規定時間內，按規定程序和方法進行維修時，保持或恢復到規定狀態的能力四、維修性（Maintainability）173維修性（續一）維修性包括兩個方面維護也叫預防性維修，是一種日常的可靠性控制過程，表現為預先檢查和采用“邊緣試驗技術”修理產品發生故障后，使其恢復完成規定功能的工作

維修性（續一）174維修性（續二）維修性反映了可維修產品可以接受維修的能力，在產品的論證階段、研制階段、使用階段和處理階段的全壽命過程，都應重視維修性要求維修性（續二）175五、保障性產品的設計特性和計劃的保障資源等是完成規定功能的能力保障性包括兩個方面與保障有關的設計特性保障資源的充足和適用性五、保障性176保障性（續）產品同時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產品保障性（續）177六、可用性（Availability）固有可用性在要求的外部資源得到滿足的前提下，產品在規定的條件下和規定的時間內可以完成規定功能的能力外部資源（不含維修資源）不影響固有可用性，使用可用性則受外部資源的影響六、可用性（Availability）178可用性（續）可用性綜合反映了產品可靠性、維修性和保障性所達到的水平可靠性、維修性和可用性是可靠性的三個基本方面，簡稱