可靠性工程3学时yjg课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,可靠性工程3学时yjg,第二章 可靠性特征量,可靠性指标,故障概率密度函数和故障分布函数,可靠度,故障率,平均寿命,可靠寿命、中位寿命和特征寿命,寿命方差和寿命均方差,维修性的特征量,有效性的特征量,工时,系统有效性,重要度,经济性指标,与人为差错有关的可靠性指标,可靠性中常用的概率分布,离散型随机变量的常见分布,连续型随机变量的常见分布,可靠度,可靠度（,Reliability,）：是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,，常以,R(t),表示。,亦称可靠度分布函数，是累积分布函数，它表示在规定的使用条件下和规定的时间内，无故障地发挥规定功能而工作的产品占全部工作产品的百分率：,可靠度,假如在,t = 0,时刻有,N,件产品投用，到,t,时刻时，有,n(t),件产品发生故障，,r(t),件产品仍能继续工作，则,t,时刻的可靠度函数值的估计值为：,可靠度（,不可靠度,）,可靠度与,故障概率分布函数,即不可靠度,F(t),呈互补关系,可靠度与不可靠度均为时间的函数，都是对一定时间而言的。若所指的时间不同，则同一产品的可靠度也就不同。,失效特征量,描述随机变量取值规律的函数称为分布，可用概率密度函数 和分布函数 来表示。,在可靠性中，称失效或故障概率密度函数和失效或故障分布函数。,失效特征量,（,失效概率分布函数,）,累积失效或故障概率分布函数：指产品在某个时间之前发生失效或故障的比例或频率。,失效或故障概率分布函数：指随机变量小于等于某一规定数值,t,的函数，可用下式表示：,失效概率分布函数图线,失效特征量,（,失效概率分布函数,）,失效特征量,（,失效概率密度函数,）,失效或故障概率密度函数反映产品在单位时间间隔内发生失效或故障的比例或频率。用,N,表示开始投用的产品数， 表示单位时间间隔， 为单位时间间隔内发生的故障数，则可用下式表示：,失效特征量,（,失效概率密度函数,）,一般概率用频率来解释，将观察数据按取值的顺序间隔分组，作出对应每一间隔的取值的频率数，画出直方图，观察随机变量取值的规律性。当分组间隔越来越密时，直方图将稳定趋近于某条曲线，即概率密度函数 。,失效概率密度函数图线,失效特征量,（,失效概率密度函数,）,失效特征量,（,失效概率密度函数,）,失效概率密度函数的性质：,失效特征量,（,失效率,）,失效率（,Failure Rate,）又称为故障率，其定义为工作到某时刻时尚未发生故障（失效）的产品，在该时刻以后的下一个单位时间内发生故障（失效）的概率，记为,失效率的观测值即为“在某时刻以后的下一个单位时间内发生故障（失效）的产品数与工作到该时刻尚未发生故障（失效）的产品,数之比 。,失效特征量,（,失效率,）,设在,t = 0,时有,N,0,件产品投用，到时刻,t,有,N,f,(t),件产品故障，尚有,N,s,(t)=N,0,-N,f,(t),产品继续工作，在,t,之后的 时间内又有 个产品故障，则 ：,-,单位时间内发生失效数；,-,某时刻,t,没失效的产品在,单位时间内发生失效的概率；,例,2-1,今有,100,个产品投入使用，在,t = 100,小时前有,2,个发生故障，在,100,到,105,小时之间有,1,个发生故障，（,1,）试计算这批产品工作满,100,小时时的失效率 和概率密度函数 。,（,2,）若,t = 1000,小时前有,51,个产品发生故障，而在,1000,到,1005,小时内有,1,个故障，试计算这批产品工作满,1000,小时时的失效率和概率密度函数。,例,2-1,解：,（,1,）,（,2,）,2.2.4,可靠性特征量之间的关系,、 、 和 是可靠性的四个基本函数，它们之间的的相互关系,:,可靠性寿命特征,寿命：指产品能够正常履行规定功能的时间,长度。可分为：,平均寿命：,可靠寿命：,中位寿命：,特征寿命：,可靠性寿命特征,不可修复产品平均寿命：,失效前的工作时间，指该产品从开始使用到失效前的工作时间（或工作次数）的平均值，或称为失效前平均时间，记为,MTTF,（,Mean Time To Failure,）。,可修复产品平均寿命：,一次故障发生后到下一次故障发生之前无故障工作时间的平均值。为平均无故障工作时间或称为平均故障间隔，记为,MTBF,（,Mean Time Between Failures,）,。,2.3.1,平均寿命,2.3.1,平均寿命,MTTF,和,MTBF,的理论意义和数学表达式的实质内容是一样的，故通称为平均寿命。如果从一批产品中任取,N,个产品进行寿命试验，得到第,i,个产品的寿命数据为,t,i,，则该产品的平均寿命为,:,2.3.1,平均寿命,设产品寿命（或无故障工作时间）,T,的故障概率密度函数为,f(t),，则平均寿命数学期望：,如果可靠度服从指数分布 ，,则平均寿命,MTTF,：,当可靠度函数 为指数分布时，平均寿命等于失效率 的倒数。,2.3.1,平均寿命,2.3.2,可靠寿命、中位寿命和特征寿命,可靠寿命（可靠度寿命）：可靠度为定值,R,时的工作寿命,T,R,。,可靠度 的可靠寿命称为中位寿命 。,可靠度 的可靠寿命称为特征寿命 。,2.4,失效率曲线,故障率函数有三种类型,:,即随时间的增长而增长、随时间的增长而下降和与时间无关而保持一定值。,三种故障率函数的形态，故障率曲线可分为,递减型故障率,DFR,（,Decreasing Failure Rate,）,恒定型故障率,CFR,（,Constant Failure Rate,）,递增型故障率,IFR,（,Increasing Failure Rate,）,2.4,失效率曲线,2.5,寿命方差和寿命均方差,寿命数据,t,i,( ),为,离散型变量,时，由于产品寿命的偏差 有正有负，所以采用平方差 来反映，所以一批数量为,N,的产品的寿命方差为,寿命均方差（标准差）为,2.5,连续变量的总体寿命方差,连续型变量,的总体寿命方差可由失效密度函,数 求得：,为寿命均方差或标准差。,2.6,可靠性中常用的概率分布,2.6.1,离散型随机变量的分布,2.6.2,连续型随机变量的分布,2.6.1,离散随机变量的几种常见分布,两点分布,二项分布,泊松分布,几何分布与负二项分布,超几何分布,1.,两点分布,定义：两点分布又称为,(0,，,1),分布。,两点分布的数字特征为：,2.,二项分布,二项分布又称贝努里（,Binomial,）分布。二项分布满足以下基本假定：,1,试验次数,n,是一定的,;,2,每次试验的结果只有两种，成功或失败，成功的概率为,p,，失败的概率为,q ;,3,每次试验的成功概率和失败概率相同，即,p,和,q,为常数,;,4,所有试验是独立的。,2.,二项分布,(,概率公式,),在二项分布中，若一次试验中，事件,A,发生的概率为 ，则在,n,次独立地重复试验中，事件,A,恰好发生,K,次的概率为,:,随机变量的分布律为,2.,二项分布,(,特征量,),随机变量,X,取值不大于,k,的累积分布函数为,:,X,的数学期望与方差分别为：,3.,泊松分布,在二项分布中，如果 （常数），则,:,3.,泊松分布,(,特征量,),随机变量,取值不大于 次的累积分布函数为：,的期望与方差分别为：,2.6.2,连续随机变量的几种常见分布,正态分布,截尾正态分布,对数正态分布,指数分布,威布尔分布,1.,正态分布,若,故障密度函数 服从正态分布,:,其分布函数,F(x),、可靠度函数,R(x),和故障率函数 分别为,:,1.,正态分布,(,概率密度函数曲线,),1.,正态分布,(,性质,),正态分布的概率密度函数曲线,具有以下性质：,1.,正态分布,(,性质,),1.,正态分布,(,性质,),定义变量,:,正态分布的密度函数和分布函数分别为,:,2.,截尾正态分布,若,x,是一个非负的随机变量， 且,x,的密度函数为,:,则,x,称服从截尾正态分布。其中，,a0,为常,数， ，它保证 。,2.,截尾正态分布,(,概率密度曲线,),2.,截尾正态分布,截尾正态分布的分布函数、可靠度函数和失效率函数分别是：,例,2-3,有,一批钢轴，规定轴直径不超过,15mm,的是合格品，已知轴直径的尺寸,X,服从 ，试判断，该批钢轴的废品率为多少，若要保证,95%,的合格率，应规定钢轴直径的合格尺寸为多少？,解,：根据 ，可知 ，,所以，,设规定钢轴直径的合格尺寸为,x,，则有,查正态分布表可得， ， 故,所以，该批钢轴的废品率为,2.75%,，若要保证,95%,的合格率，应规定钢轴直径的合格尺寸为。,3.,对数正态分布,对数正态分布的概率密度函数和分布函数分别是,对数正态分布的数学期望和方差分别是,对数正态分布的失效率函数为,3.,对数正态分布,3.,对数正态分布,（密度函数曲线）,例,2-4,有一零件，其寿命服从对数正态分布,若将零件在使用,10,6,次载荷循环后更换，问在其更换前失效的概率。若要保证可靠度为,99%,，则应在使用多少次前更换？,解,：,若要保证,99%,的可靠度，设应在,n,次循环前更换，则,若零件在使用次载荷循环,10,6,后更换，则其在更换前失效的概率为,8.85%,，若要保证可靠度为,99%,，是应在使用 次载荷循环前更换。,4.,指数分布,密度函数,随机变量,X,服从参数为 的指数分布。式中 为常数，是指数分布的失效率。,4.,指数分布,分布函数、失效率函数和可靠度函数,:,4.,指数分布,指数分布期望和方差,:,4.,指数分布,指数分布密度函数和分布函数的曲线,:,密度函数,分布函数,例,2-5,某装置的寿命服从指数分布，均值为,500h,，求该装置至少可靠运行,600 h,的概率，若有三台同样装置，在开始,400 h,里至少有一台装置故障的概率。,解,：如果产品的寿命服从指数分布，则其平均寿命为故障率的倒数,如果有三台同样的装置，在前,400h,内至少有一台装置发生故障的概率为,:,5.,威布尔分布,(1),三参数威布尔分布,若,x,是一个非负的随机变量，且有密度函数为,则称,X,服从三参数为 的威布尔分布，记为,X,W,。其中，,m,为形状参数； 为尺度参数；,为位置参数,。,三参数威布尔分布的分布函数、可靠度函数和失效率函数为：,6.,威布尔分布,三参数威布尔分布的期望和方差,6.,威布尔分布,三参数威布尔分布的概率密度函数曲线,6.,威布尔分布,三参数威布尔分布的可靠度函数曲线,6.,威布尔分布,三参数威布尔分布的失效率函数曲线,6.,威布尔分布,(2),两参数威布尔分布,两参数威布尔分布的的密度函数,:,6.,威布尔分布,或坐标转换,两参数威布尔分布的分布函数、可靠度函数和故障率函数,:,6.,威布尔分布,两参数威布尔分布的期望和方差,6.,威布尔分布,例,2-6,已知某零件的疲劳寿命服从威布尔分布，由历次试验可知，,m=2,， ，,r=0,试求该零件的平均寿命，可靠度为,95%,时的可靠度寿命。,解,：因为,r=0h,，所以该分布为两参数威布尔分布，查函数表,