质量工程学第七章质量功能展开与可靠性设计

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,#,第七章 质量功能展开与可靠性设计,第一节 质量功能展开(QFD),第二节 可靠性设计,第三节 失效模式与影响分析（FMEA）,第四节 故障树分析（FAT）,第一节,质,质量,功,功能展,开,开(QFD),主要内,容,容：,质量功,能,能展开QFD（Quality Function Deployment）,的,的,基,基本原,理,理；,质量屋,（,（HOQ）的构,成,成。,QFD实例,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计,一、质,量,量功能,展,展开概,述,述,1、,QFD的概念,：,：质量,功,功能展,开,开(QualityFunctionDeployment,QFD,),)是一种,立,立足于,在,在产品,开,开发过,程,程中最,大,大限度,地,地满足,顾,顾客需,求,求的系,统,统化、,用,用户驱,动,动式的,质,质量保,证,证方法,。,。,了,解,顾,客,要,求,策划成,产,产品,产,品,满,足,顾,客,要,求,QFD,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计,第一节,质,质量,功,功能展,开,开(QFD),2、产生,：,：QFD于60年代初,起,起源于,日,日本，,进,进入80年代以,后,后逐步,得,得到欧,美,美各发,达,达国家,的,的重视,并,并得到,广,广泛应,用,用。,实例：,QFD起源于,日,日本三,菱,菱重工,，,，为了,保,保证建,造,造复杂,货,货轮的,每,每一个,步,步骤都,适,适合客,户,户的具,体,体要求,。,。1966，赤尾,洋,洋二教,授,授提出,了,了QFD设计理,论,论方法,。,。丰田,公,公司于70年代采,用,用QFD后，其,新,新产品,开,开发成,本,本下降,了,了61%，开发,周,周期缩,短,短了1/3，产品,质,质量也,得,得到了,相,相应的,改,改进。,3、应用,领,领域及,公,公司：,可,可适于,各,各行业,应,应用。,福特公,司,司、通,用,用汽车,公,公司、,克,克莱思,勒,勒公司,、,、 惠,普,普公司,、,、麦道,公,公司、,施,施乐,公,公司、,电,电报电,话,话公司,等,等都相,继,继采用,了,了QFD。,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计,第一节,质,质量,功,功能展,开,开(QFD),二、QFD的原理,1、QFD过程原,理,理,目前尚,没,没有统,一,一的QFD定义。,但,但对QFD的一些,认,认识是,共,共同的,。,。质量,功,功能展,开,开过程,由,由产品规,划,划、零,件,件展开,、,、过程,方,方案和,生,生产计,划,划四个阶,段,段组成,。,。这四,个,个阶段,是,是一个,并,并行过,程,程，通,过,过这些,过,过程，顾客需,求,求被逐步,展,展开成,为,为设计要,求,求、零件特,性,性、制,造,造作业,和,和生产,要,要求。,质量功,能,能展开,主,主要采,用,用质量屋（于HouseofQuality,HOQ）的基,本,本结构,。,。利用,质,质量屋,将,将顾客,需,需求逐,层,层展开,，,，确定,提,提高顾,客,客满意,度,度的关键质,量,量特性，确定,影,影响关,键,键质量,特,特性的关键零,部,部件，确定,影,影响关,键,键零部,件,件的关键工,艺,艺过程，,确,确定关,键,键工艺,的,的关键生产要,求,求与保证,手,手段,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计,第一节,质,质量,功,功能展,开,开(QFD),2、系统,的,的质量,功,功能配,置,置过程,及,及其特,点,点,由前面,的,的叙述,可,可知，,产,产品开,发,发各阶,段,段质量,屋,屋的建,立,立目的,是,是进行,需,需求变,换,换。,产品规,划,划阶段：来自,市,市场顾,客,客的原,始,始需求,由产品,规,规划阶,段,段质量,屋,屋转换,成,成为工,程,程特征,要,要求，,即,即通常,意,意义上,的,的工程,设,设计目,标,标要求,；,；,零件展,开,开阶段：工程,特,特征要,求,求经零,部,部件设,计,计阶段,质,质量屋,转,转换成,零,零部件,特,特征要,求,求；,工艺计,划,划阶段：零部,件,件特征,要,要求由,过,过程方,案,案阶段,质,质量屋,转,转换成,对,对制造,工,工艺的,要,要求；,生产计,划,划阶段：制造,工,工艺要,求,求最后,由,由生产,计,计划阶,段,段的质,量,量屋转,换,换成具,体,体的生,产,产要求,。,。,市场顾,客,客需求,通,通过一,系,系列的,转,转换最,终,终由生,产,产要求,来,来满足,。,。这一系,列,列的需,求,求转换,过,过程就,是,是系统,的,的QFD技术过,程,程,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计,第一节,质,质量,功,功能展,开,开(QFD),产品规划矩阵,顾客需求,产品技术需求,产品规划,零件规划矩阵,产品技术需求,关键零件特性,零件展开,工艺规划矩阵,关键零件特性,关键工序,工艺计划,工艺/质量控制矩阵,关,键,工,序,关键工艺/质量控制参数,生产计划,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计,第一节,质,质量,功,功能展,开,开(QFD),要求质,量,量和质,量,量特性,之间的,关,关系矩,阵,阵,要求质,量,量,市场竞,争,争能力,评,评价,技术竞,争,争能力,评,评价,质量特性,质量特,性,性,之间的,相,相关程,度,度,计划质,量,量,要求质,量,量重要,度,度,设计质,量,量,质量特,性,性重要,度,度,3、质量,屋,屋的结,构,构,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计,第一节,质,质量,功,功能展,开,开(QFD),顾客,需,需求质,量,量；通,过,过市场,调,调研得,到,到的顾,客,客直接,的,的质量,要,要求，,顾,顾客质,量,量要求,应,应分层,，,，并确,定,定权重,；,；, 质,量,量特性,：,：产品,具,具体的,工,工程质,量,量特性,；,；,关系,矩,矩阵：,用,用于表,示,示顾客,质,质量要,求,求与工,程,程技术,人,人员提,出,出质量,特,特性之,间,间的相,互,互关系,程,程度；, 相,关,关矩阵,：,：用于,表,表示质,量,量特性,之,之间的,相,相互关,系,系程度,；,；,质量,策,策划/计划质,量,量：对,于,于顾客,质,质量要,求,求，比,较,较本企,业,业与其,他,他竞争,企,企业的,竞,竞争能,力,力，从,而,而调整,顾,顾客要,求,求为计,划,划质量,。,。,设计,质,质量：,对,对于质,量,量特性,，,，比较,本,本企业,与,与其他,竞,竞争企,业,业的竞,争,争能力,，,，规定,设,设计质,量,量目标,。,。,关系矩,阵,阵,质量,策划,质量特,性,性,需求质,量,量,设计质,量,量,相关矩,阵,阵,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计,第一节,质,质量,功,功能展,开,开(QFD),4、质量,屋,屋举例,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计,第一节,质,质量,功,功能展,开,开(QFD),三、QFD在减速,箱,箱研制,过,过程中,的,的应用,减速箱,是,是机械,传,传动中,很,很常用,的,的一种,装,装置，,它,它的质,量,量可以,影,影响到,整,整个设,备,备的工,作,作情况,。,。下面,以,以减速,箱,箱为例,，,，说明QFD在其设,计,计质量,控,控制中,的,的应用,。,。,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计,第一节,质,质量,功,功能展,开,开(QFD),经过调,查,查、分,析,析和整,理,理后的,减,减速箱,顾,顾客需,求,求,4,功能要求,经济性,可靠性,9,结 构,性 能,价 格,外形尺寸小,承载能力大,密封性好,速度变化小,振动噪声低,价格适中,传动效率高,维修方便,安全可靠,使用寿命长,效 率,无故障性,耐用性,维修性,5,5,6,8,6,9,8,7,维修性,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计,第一节,质,质量,功,功能展,开,开(QFD),1、产品,规,规划矩,阵,阵,2、零件,规,规划,零件规,划,划矩阵仅包括,了,了矩阵,的,的几个,基,基本组,成,成部分,，,，即技术需,求,求、关,键,键零件,特,特性、,关,关系矩,阵,阵和关,键,键零件,特,特性目,标,标值。,零件规,划,划矩阵,的,的开发,过,过程同,产,产品规,划,划矩阵,基,基本相,同,同。值,得,得注意,的,的是：,由,由于QFD的分解,过,过程同,产,产品设,计,计的相,关,关过程,是,是并行,交,交叉进,行,行的，,关,关键零,件,件特性,只,只有在,产,产品设,计,计方案,确,确定之,后,后才能,确,确定。,因,因此，,在,在进行,零,零件规,划,划之前,先,先应选,择,择能满,足,足顾客,需,需求的,产,产品最,佳,佳设计,方,方案。,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计,第一节,质,质量,功,功能展,开,开(QFD),零件规,划,划矩阵,3、工艺,规,规划矩,阵,阵,工艺规,划,划矩阵,的,的开发,步,步骤同,零,零件规,划,划矩阵,也,也是基,本,本类似,，,，从零,件,件规划,矩,矩阵是,选,选择的,关,关键零,件,件特性,被,被配置,到,到工艺,规,规划矩,阵,阵中，,成,成为工,艺,艺规划,矩,矩阵的,输,输入。,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计,第一节,质,质量,功,功能展,开,开(QFD),工艺规,划,划矩阵,包,包含以,下,下两个,条,条件的,工,工艺特,性,性：,(1)它们是,关,关键工,艺,艺过程,中,中的一,些,些工艺,特,特性；,(2)它们是,直,直接针,对,对工艺,规,规划矩,阵,阵的关,键,键零件,特,特性而,设,设置的,。,。,但在实,际,际应用,时,时，当,企,企业在,进,进行工,艺,艺规划,时,时，它,们,们可能,希,希望对,整,整个工,艺,艺进行,研,研究，,而,而不局,限,限于上,述,述范围,。,。,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计,第一节,质,质量,功,功能展,开,开(QFD),工艺规,划,划矩阵,4、质量,控,控制规,划,划,从目前,的,的国外,应,应用实,践,践来看,，,，各个,企,企业在,质,质量控,制,制规划,阶,阶段所,采,采用的QFD矩阵差,别,别很大,，,，几乎,没,没有形,成,成一个,比,比较规,范,范的格,式,式。,出现这,种,种状况,其,其实也,是,是正常,的,的，由,于,于企业,生,生产产,品,品类型,、,、生产,规,规模、,技,技术力,量,量、设,备,备状况,以,以及其,它,它各种,因,因素的,影,影响，,其,其质量,控,控制方,法,法和体,系,系也就,大,大不一,样,样。,质量控,制,制规划,矩,矩阵样,表,表,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计,第一节,质,质量,功,功能展,开,开(QFD),关键工艺步骤,关键工艺参数,控制点,控制方法,样本容量,检验方法,实际上,，,，QFD的矩阵,构,构造与,分,分解方,式,式可以,是,是多种,多,多样的,。,。因此,，,，与其说QFD是一种,方,方法，,倒,倒不如,说,说它是,一,一种思,想,想，是一种,在,在产品,开,开发过,程,程中，,将,将用户,的,的呼声,转,转换为,质,质量特,性,性、产,品,品构型,、,、设计,参,参数和,技,技术特,性,性及制,造,造过程,参,参数等,的,的一种,思,思想。QFD涉及到,多,多方面,的,的理论,与,与方法,，,，如设,计,计、测,试,试、制,造,造、成,本,本、可,靠,靠性以,及,及市场,学,学等。,同,同时QFD还涉及,企,企业管,理,理模式,、,、企业,文,文化甚,至,至地域,文,文化习,惯,惯等。,在,在企业,中,中要开,展,展QFD，除了技,术,术、设,备,备及人,力,力资源,的,的配备,外,外，还,需,需要进,行,行企业,文,文化的,变,变更以,及,及对企,业,业全体,员,员工的,宣,宣传教,育,育。企,业,业在使,用,用QFD后，一,定,定会收,到,到良好,的,的收益,。,。,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计,第一节,质,质量,功,功能展,开,开(QFD),第二节,可,可靠,性,性设计,主要内,容,容：,可靠性,基,基本概,念,念；,可靠性,指,指标；,系统可,靠,靠性设,计,计。,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计,表1-1复杂性,对,对系统,可,可靠性,的,的影响,组成系统部件个数,单个部件可靠性,99.999%,99.99%,99.9%,99.0%,系统可靠性,10,100,250,500,1000,10000,100000,1000000,99.99%,99.90%,99.75%,99.50%,99.01%,90.48%,36.79%,0.1%,99.90%,99.01%,97.53%,95.12%,90.48%,36.79%,0.1%,0.1%,99.80%,90.48%,77.87%,60.64%,36.77%,0.1%,0.1%,0.1%,90.44%,36.60%,8.11%,0.66%,0.1%,0.1%,0.1%,0.1%,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计第二节,可,可靠,性,性设计,一、可靠性,概,概念,可靠性,定,定义：指产品,（,（包括,零,零件和,元,元器件,、,、整机,设,设备、,系,系统）,在,在规定,的,的条件,下,下和规,定,定的时,间,间内完,成,成规定,功,功能的,能,能力。,可靠性,涉,涉及产品、规定条,件,件、规,定,定时间,、,、规定,功,功能和能力五种因,素,素，但,核,核心是,规,规定的,时,时间。,必须明,确,确产品,可,可靠性,所,所规定,的,的条件,必须明,确,确所规,定,定的时,间,间,必须明,确,确产品,所,所需完,成,成规定,的,的功能,必须明,确,确产品,可,可靠性,研,研究的,对,对象,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计第二节,可,可靠,性,性设计,二、可,靠,靠性指,标,标,衡量产,品,品可靠,性,性的指,标,标很多,，,，各指,标,标之间,有,有着密,切,切联系,，,，其中,最,最主要,的,的有四,个,个，即,：,：,可靠度R(t)、,不可靠,度,度(或称故,障,障概率)F(t)、,故障密,度,度函数f(t),平均寿,命,命MTTF(可修复,产,产品MTBF),故障率(t)。,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计第二节,可,可靠,性,性设计,1）可靠,度,度,可靠度,：,：产品,在,在一定,条,条件下,和,和一定,时,时间t内不发,生,生故障,而,而完成,规,规定功,能,能的概,率,率称为,产,产品的,可,可靠度,，,，记为R(t)。,如果用,随,随机变,量,量T表示产,品,品从开,始,始工作,到,到发生,失,失效或,故,故障的,时,时间，,若,若用t表示某,一,一指定,时,时刻。,显,显然：,可,可靠度,函,函数R(t)可以看,作,作事件,“,“Tt,”,”的概率,，,，R(t)P (Tt),第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计第二节,可,可靠,性,性设计,可靠度R(t,),)可以用,统,统计方,法,法来估,计,计。设,有,有N个产品,在,在规定,的,的条件,下,下开始,使,使用。,令,令开,始,始工作,的,的时刻t取为0，到指,定,定时刻t时已发,生,生失效,数,数n(t,),),亦即在,此,此时刻,尚,尚能继,续,续工作,的,的产品,数,数为N-n,(,(t)， 则,可,可靠度,的,的估计,值,值（又,称,称经验,可,可靠度,）,）为：,当N足够大,时,时，就,可,可以把,频,频率作,为,为概率,的,的近似,值,值，同,时,时可见,可,可靠度,是,是时间t的函数,。,。,）不,可,可靠度,不可靠,度,度：在,规,规定工,作,作时间t内，在,规,规定的,条,条件下,，,，产品,丧,丧失规,定,定功能,的,的概率,。,。称为,不,不可靠,度,度，用F(t)表示：,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计,第二节,可,可靠,性,性设计,F (t)可,以,以看作,事,事件“Tt,”,”的概,率,率，即产品,的,的失效,分,分布函,数,数：,故障密,度,度函数f(t)：假设,寿,寿命T是连续,型,型随机,变,变量，,则,则产品,在,在（0 ）内,任一时,刻,刻附近,的,的单位,时,时间发,生,生故障,的,的概率f(t)称为故,障,障密度,函,函数，,因,因此：,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计,第二节,可,可靠,性,性设计,3)概率方,法,法计算,可,可靠度R(t,),)、F(t,),),式中，t：规定,的,的时间T：产品,的,的寿命f(t)：故障密,度,度函数,F(t,),):表示产,品,品实际,寿,寿命T小于规,定,定时间t的概率,可靠度,：,：,R(t):表示产,品,品实际,寿,寿命T大于规,定,定时间t的概率,不可靠,度,度：,R(t)与F(t)的关系,1,0,t,R(t,),),F(t,),),t=0 R(t)=1 绝对可靠,t= R(t)=0 绝对不可靠,R(t)是一个非增函数,R(t)+F(t)=1,R(t)值的特点：,t=0 F(t)=0 绝对可靠,t= F(t)=1 绝对不可靠,F(t)是一个非减函数,F(t)值的特点：,4）平均,寿,寿命,对于不,可,可修复,产,产品而,言,言：,平均寿,命,命是指,产,产品失,效,效前的,平,平均工,作,作时间,，,，记为MTTF(MeatTime to Failure,),),对于可,修,修复产,品,品而言,：,：,平均寿,命,命是指,产,产品的,平,平均无,故,故障工,作,作时间,，,，记为MTBF(MeatTime BetweenFailure),第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计第二节,可,可靠,性,性设计,对于产,品,品寿命,为,为离散,型,型随机,变,变量t,i,，即有,限,限个产,品,品的平,均,均寿命,为,为寿命,的数学,期,期望（,均,均值）,：,：,n,i,为第i组产品,的,的个数,，,，t,i,为第i组产品,的,的寿命,。,。,n,i,为第i组产品,的,的个数,，,，t,i,为第i组产品,两,两次故,障,障之间,的,的工作,时,时间。,当每组,产,产品个,数,数都为1个（即n,i,=1），产,品,品总数,为,为N时，则,有,有：,对于寿,命,命为连,续,续型随,机,机变量t时，MTTF和MTBF均为寿,命,命t的数学,期,期望（,均,均值）,，,，所以,有,有：,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计,第二节,可,可靠,性,性设计,5）服从,指,指数分,布,布的平,均,均寿命,在可靠,性,性理论,中,中，指,数,数分布,是,是最基,本,本、最,常,常用的,分,分布，,适,适合于,失,失效率,为,为常数,的,的情况,。,。它不,但,但在电,子,子元器,件,件偶然,失,失效期,普,普遍使,用,用，而,且,且在复,杂,杂系统,和,和整机,方,方面以,及,及机械,技,技术的,可,可靠性,领,领域也,得,得到使,用,用。,指数分,布,布常用,于,于描述,由,由于偶,然,然因素,冲,冲击，,引,引起系,统,统失效,的,的失效,规,规律.,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计第二节,可,可靠,性,性设计,若产品,的,的寿命,或,或某一,特,特征值t的故障,密,密度为:,则称t服从参,数,数为,的指数,分,分布,可靠度,平均寿,命,命MTBF,所以有：MTBF,MTTF与MTBF表达式,一,一样,则不可,靠,靠度：,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计第二节,可,可靠,性,性设计,6)失效率,（,（故障,率,率）,定义：工作,到,到t时刻尚,未,未失效,的,的产品,，,，在该,时,时刻后,单,单位时,间,间内发,生,生失效,的,的概率,称,称之为,产,产品的,失,失效率,。,。失效,率,率一般,用,用表示。,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计第二节,可,可靠,性,性设计,重点,时间内,失,失效的,产,产品,T,t,t=0,N件,可靠的产品,可靠的产品,：故障密度函数,讨论指,数,数分布,函,函数的,可,可靠性,指,指标,例：设,某,某电子,产,产品的,寿,寿命服,从,从,的,的指,数,数分布,，,，求该,产,产品的,可,可靠度,和,和失效,率,率。,解：,重点,不可靠度：,可靠度：,失效率,：,：,当产品,寿,寿命服,从,从指数,分,分布时,失效率,常,常用单,位,位是“,”,”和,“,“,”,”.,而对于,可,可靠性,高,高的产,品,品常用,“,“,”,”为,单,单位，,计,计一个,“,“菲特,”,”Fit。,1Fit=,，,，其,意,意义：1000个产,品,品工作,十,十万小,时,时，只,有,有一个,可,可能发,生,生失效,。,。,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计第二节,可,可靠,性,性设计,对于指,数,数分布,的,的可靠,性,性的衡,量,量指标,则有：,故,故障密,度,度函数,：,：(t0),不可靠,度,度：(t0),可靠度,：,：(t0),失效率,：,：,平均寿,命,命：,重点,指数分布失效率为常数,平均寿命与失效率互为倒数,指数分布的“无记忆性”,结论,t,R(t,),),t,t,指数分,布,布的f(t)、R(t)与,曲,曲线,(t,),),对于由指数分布的零部件组成的产品，能否用以新零件换旧零件的方法来提高产品的可靠度？,故障密,度,度函数,可靠度,失效率,失效率,曲,曲线特,点,点,失效率,曲,曲线也,称,称“浴,盆,盆曲线,”,”，由,此,此曲线,可,可知产,品,品从投,入,入工作,可,可经过,三,三个阶,段,段：早,期,期失效,期,期、偶,然,然失效,期,期、耗,损,损失效,期,期。,t时间,早期失效期,耗损失效期,(t),失效率,规定的失效率,使用寿命,A,B,偶然失效期,产品失,效,效率曲,线,线特点,早期失,效,效期：磨合,阶,阶段，,原,原因是,产,产品本,身,身不合,格,格或工,艺,艺质量,低,低，应,在,在设计,制,制造方,面,面找原,因,因，使,失,失效率,稳,稳定下,来,来。,偶然失,效,效期：是产,品,品正常,工,工作时,期,期，此,时,时产品,的,的失效,率,率是随,机,机的，,失,失效率,基,基本正,常,常，接,近,近于常,数,数.在这期,间,间内产,品,品发生,故,故障大,多,多出于,偶,偶然因,素,素，如,突,突然过,载,载、碰,撞,撞等。,损耗失,效,效期：经过,长,长时间,的,的工作,，,，产品,已,已进入,剧,剧烈磨,损,损或疲,劳,劳状态,，,，表现,为,为失效,率,率迅速,上,上升，,直,直到报,废,废。改,善,善磨损,失,失效的,方,方法在,于,于不断,提,提高零,部,部件、,元,元器件,的,的使用,寿,寿命。,指数分,布,布例题,例：一,元,元件寿,命,命服从,指,指数分,布,布，其,平,平均寿,命,命()为2000,小,小时，,求,求故障,率,率及,求,求可靠,度,度R(100)=,?,?R(1000),=,=?,解：,此元件,在,在100小时时,的,的可靠,度,度为0.95，而在1000小时时,的,的可靠,度,度为0.50。,例：设,某,某元件,的,的寿命,服,服从指,数,数分布,，,，他的,平,平均寿,命,命（MTBF）为5000h，试求,其,其失效,率,率和使,用,用125小时后,的,的可靠,度,度。,解：,（1）求失,效,效率：,当,当寿命,服,服从指,数,数分布,时,时MTBF=失效率,（2）求使,用,用125h后的可,靠,靠度,当,较,较小时,有,有近似,式,式：R(t)=,=,=1-,而=125,所以有R(125h,),)=1-,=,=1,-,-0.025,=,=0.975,三、系统可,靠,靠性设计,1、串联,系,系统可,靠,靠性,组成系,统,统的所,有,有单元,中,中任一,单,单元正,常,常工作,事,事件记,为,为Ai整个系,统,统正常,工,工作事,件,件记为A，组成系,统,统的任,何,何单元,出,出现故,障,障时，,系,系统就,不,不能正,常,常工作,的,的系统,叫,叫串联,系,系统，,其,其逻辑,框,框图如,图,图所示,：,：,1,2,3,n,系统A正常工,作,作事件,发,发生等,于,于系统,各,各单元,正,正常工,作,作事件Ai同时发,生,生:,当各单,元,元之间,相,相互独,立,立时，,则,则系统,正,正常工,作,作的概,率,率为：,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计第二节,可,可靠,性,性设计,所以，,系,系统可,靠,靠度为,：,：,系统可,靠,靠性模,型,型(串联模,型,型),根据串,联,联系统,的,的定义,及,及逻辑,框,框图，,其,其数学,模,模型为,：,：,R(t),系,系统的,可,可靠度,；,；,Ri(t)第i个单元,的,的可靠,度,度。,系统可,靠,靠性模,型,型(串联模,型,型),若各单,元,元的寿,命,命分布,均,均为指,数,数分布,，,，即,式中s系,统,统的故,障,障率；,i各单元,的,的故障,率,率。,系统可,靠,靠性模,型,型,2、并联,系,系统可,靠,靠性,组成系,统,统的所,有,有单元,中,中任一,单,单元正,常,常工作,事,事件记,为,为,，,，则单个,单,单元出,现,现故障,事,事件记,为,为,，,，整个系,统,统正常,工,工作事,件,件记为A，整个,系,系统出现故,障,障事件,记,记为，组成系,统,统的所,有,有单元,都,都出现,故,故障时,，,，系统,才,才不能,正,正常工,作,作的系,统,统叫并,联,联系统,，,，其逻,辑,辑框图,如,如图所,示,示：,1,2,n,图 并联模型,上式说,明,明：故,障,障事件,都,都发,生,生，整,个,个系统,才,才不能,正,正常工,作,作，即,故,故障事,件,件,发,发,生,生时。,当各单,元,元之间,相,相互独,立,立时，,则,则并联,系,系统出,现,现故障,的,的概率,为,为：,所以，,系,系统不,可,可靠度,为,为：,系统可,靠,靠性模,型,型(并联模型),根据并,联,联系统,定,定义逻,辑,辑框图,，,，其数,学,学模型,为,为,式中F(t),系,系统的,不,不可靠,度,度；,Fi(t)第i个单元,的,的不可,靠,靠度。,3、串并,混,混合系,统,统可靠,性,性,可靠性,逻,逻辑框,图,图如图,所,所示。,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计第二节,可,可靠,性,性设计,如图所,示,示亿个,系,系统网,络,络图，,图,图中已,知,知R1,=,=0.8，R2=0,.,.7，R3=0.6,，,，R4,=,=0.8，R5=0,.,.8，,试,试求系,统,统网络,的,的可靠,度,度为多,少,少？,答：,R1.2=R1.R2,=,=0.8X0,.,.7=0.56,R1.2.3,=,= R1.2,+,+ R3-R1.2xR3=0,.,.56,+,+0.6-0,.,.56X0.6=0,.,.82,R4.5=R4XR5=0.8X0.8=0,.,.64,R1.2.3,.,.4.5=R1.2.3XR4.5,=,=0.82X0.64=0,.,.53,R2=0.7R1,=,=0.8,R3=0.6,R4=0.8R5=0.8,串并,联,联混合,模,模型,例,某,某系,统,统由7,个,个单元,串,串并联,组,组成，,如,如图所,示,示，已,知,知这7,个,个单元,的,的可靠,度,度为R1R2R3R4R5R6R70,.,.91,，,，试求,该,该系统,的,的可靠,度,度。,解：首先计,算,算U2和U3、U4和U5组成的,串,串联子,系,系统U23和U45的可靠,度,度分别,为,为,串并,联,联混合,模,模型,然后计,算,算U23和U45再并联,的,的子系,统,统U2345以及U6和U7组成的,并,并联子,系,系统U67的可靠,度,度分别,为,为,整个系,统,统就由,单,单元U1、U2345和U67串联组,成,成，故,得,得整个,系,系统的,可,可靠度,为,为,例,某,某系,统,统由7,个,个单元,串,串并联,组,组成，,如,如图所,示,示，已,知,知这7,个,个单元,的,的可靠,度,度为R1R2R3R4R5R6R70,.,.91,，,，试求,该,该系统,的,的可靠,度,度。,解：首先计,算,算U2和U3、U4和U5组成的,串,串联子,系,系统U23和U45的可靠,度,度分别,为,为,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计第二节,可,可靠,性,性设计,然后计,算,算U23和U45再并联,的,的子系,统,统U2345以及U6和U7组成的,并,并联子,系,系统U67的可靠,度,度分别,为,为,整个系,统,统就由,单,单元U1、U2345和U67串联组,成,成，故,得,得整个,系,系统的,可,可靠度,为,为,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计第二节,可,可靠,性,性设计,已知某,元,元件的,寿,寿命服,从,从指数,分,分布，,其,其平均,寿,寿命MTBF=6000小时，,试,试计算,：,：（1）、其,失,失效率,为,为多少,？,？（2）、400小时、2000小时和4500小时后,的,的可靠,度,度各为,多,多少？,解：,（1）,=,=1/MTBF=1,/,/6000=1.67,（2）R（400）,=,=1-t,=,=1-1.67200=0,.,.97,R（2000,）,）=1,-,-t=1,-,-1.672000,=,=0.67,R（4500,）,）=1,-,-t=1,-,-1.674500,=,=0.25,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计第二节,可,可靠,性,性设计,FMEA属于“,由,由下而,上,上”的,归,归纳法,。,。FMEA是从零,件,件故障,到,到系统,故,故障，,即,即在分,析,析系统,每,每个零,件,件的所,有,有故障,模,模式基,础,础上，,再,再分析,部,部件的,各,各种故,障,障模式,，,，由部,件,件故障,再,再分析,系,系统故,障,障，是,一,一种定,性,性分析,方,方法。,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计,第三节,失,失效,模,模式与,影,影响分,析,析FMEA,一、失,效,效模式,与,与影响,分,分析FMEA (Failure ModeEffect Analysis)概念,通过分,析,析产品,、,、系统,或,或生产,过,过程中,存,存在潜,在,在失效,的,的零部,件,件、环,节,节等，,分,分析其,对,对产品,、,、系统,或,或生产,过,过程的,影,影响的,程,程度，,找,找出薄,弱,弱环节,，,，采取,措,措施，,提,提高产,品,品、系,统,统或过,程,程的可,靠,靠性。,资料表,明,明这种,方,方法是,很,很有效,的,的，在,工,工程上,很,很有价,值,值。这,种,种方法,是,是找出,设,设计上,的,的潜在,缺,缺陷的,手,手段，,是,是设计,审,审查中,必,必须重,视,视的资,料,料之一,，,，是设,计,计者和,生,生产者,必,必须完,成,成的任,务,务。,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计第三节,失,失效,模,模式与,影,影响分,析,析FMEA,通过分,析,析产品,所,所有可,能,能的故,障,障模式,来,来确定,每,每一故,障,障对人,员,员和系,统,统安全,、,、任务,成,成功、,系,系统性,能,能、维,修,修性、,维,维修要,求,求等的,潜,潜在影,响,响，并,按,按其影,响,响的严,重,重程度,及,及其发,生,生概率,，,，确定,其,其危害,度,度，找,出,出薄弱,环,环节，,以,以便采,取,取有效,的,的措施,消,消除或,减,减轻这,些,些影响,。,。,2、FMEA主要分,为,为三种,：,：,设计失,效,效模式,及,及影响,分,分析（DFMEA）,系统失,效,效模式,及,及影响,分,分析（SFMEA）,过程失,效,效模式,及,及影响,分,分析（PFMEA）,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计第三节,失,失效,模,模式与,影,影响分,析,析FMEA,二、设,计,计失效,模,模式（DFMEA）,因设计,不,不合理,而,而使产,品,品存在,潜,潜在的,故,故障，,常,常见的,设,设计失,效,效模式,如,如：疲劳断,裂,裂、腐蚀、松动,、,、变质,、,、硬化,、,、泄露,、,、变形、剥落,、,、退色,、,、烧伤,、,、振动,、,、过早磨,损,损等,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计第三节,失,失效,模,模式与,影,影响分,析,析FMEA,三、,DFMEA的任务,(1)列出全,部,部部件,的,的故障,模,模式。,(2)分析对,系,系统功,能,能造成,的,的影响,和,和后果,。,。,(3)判断每,种,种故障,模,模式的,危,危害度,大,大小。,估,估计危,害,害度发,生,生的概,率,率。,(4)提出相,应,应对策,和,和建议,，,，进行,更,更改设,计,计、冗,余,余设计,，,，把潜,在,在的、,危,危害大,的,的故障,消,消灭在,设,设计阶,段,段。,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计第三节,失,失效,模,模式与,影,影响分,析,析FMEA,四、DFMEA表的计,算,算分析,风险概,率,率（Risk Priority Number）,缩写RPNRPN=P*S*D,发生概,率,率P：失效,发,发生的,概,概率大,小,小，0=p=1,严重度S：失效,发,发生对,零,零部件,功,功能影,响,响程度,大,大小1=S=10,不易发,现,现度D：失效,发,发生后,被,被发现,的,的难易,程,程度，D值越大,表,表明越,不,不易被,发,发现,1=D=10,通过计,算,算失效,模,模式的RPN值，并,与,与RPN的目标,值,值比较,，,，可判,断,断失效,模,模式对,产,产品的,影,影响程,度,度大小,，,，并可,判,判断改,进,进后的,效,效果。,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计第三节,失,失效,模,模式与,影,影响分,析,析FMEA,标准的FMEA的格,式,式,改进设计前,改进设计后,项目功能,潜在失效模式,潜在失效后果,严重度S,潜在失效机理,发生概率P,设计控制,不易发现度D,风,险数RPN,建议措施,责任目标值RPN,采取措施,严重度S,发生概率P,不易发现度D,风,险数RPN,车门,车门内板腐蚀,锈蚀,7,蜡层较薄,0.4,整车试验,8,蜡层试验,15,厚度增加,5,0.3,6,功能下降,8,边角缺蜡,0.5,喷蜡试验,7,改进喷头,18,改进喷头,7,0.4,7,22.4,28,9,19.6,车门锈,蚀,蚀项：919.618，未达,到,到目标,值,值，但,有,有所下,降,降，需,继,继续改,进,进。,一、故,障,障树分,析,析概述,故障树,分,分析（FaultTreeAnalysis）是可,靠,靠性和,安,安全性,分,分析的,另,另外一,种,种技术,，,，是安,全,全系统,工,工程的,主,主要分,析,析方法,之,之一，,它,它能对,各,各种系,统,统的危,险,险性进,行,行辨识,和,和评价,，,，不仅,能,能够分,析,析出故,障,障的直,接,接原因,，,，而且,能,能够深,入,入地揭,示,示出故,障,障的潜,在,在原因,。,。,故障树,分,分析法,就,就是把,所,所分析,系,系统的,最,最不希,望,望发生,的,的故障,模,模式作,为,为故障,分,分析的,目,目标，,然,然后找,出,出直接,导,导致这,一,一故障,发,发生的,全,全部因,素,素，再,找,找出造,成,成下一,级,级事件,发,发生的,全,全部直,接,接因素,，,，自上,而,而下的,层,层层查,找,找，直,到,到找到,原,原始的,、,、且故,障,障原因,机理,或,或概率,分,分布已,知,知而不,用,用再深,究,究的因,素,素为止,。,。,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计第四节,故,故障,树,树分析FTA,古樟树,分,分析（,自,自上而,下,下的分,析,析方法,）,）,故障树,是,是一种,特,特殊的,倒,倒立树,状,状逻辑,因,因果关,系,系图，,它,它用事件符,号,号、逻,辑,辑门符,号,号描述系,统,统中各,种,种事件,之,之间的,因,因果关,系,系。,“底事件,”,”是导,致,致其事,件,件的原,因,因事件,，,，位于,所,所讨论,故,故障树,底,底端。,“,“结,果,果事件,”,”是由,其,其它事,件,件或事,件,件组合,所,所导致,的,的事件,。,。它总,是,是位于,某,某个逻,辑,辑门的,输,输出端,。,。,故障树,的,的结构,古樟树,是,是由各,种,种事件,及,及逻辑,门,门构成,的,的一组,树,树状逻,辑,辑关系,图,图,（1）顶事,件,件：要,解,解决的,系,系统故,障,障事件,。,。,（2）底事,件,件：包,括,括基本,事,事件和,未,未探明,事,事件。,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计第四节,故,故障,树,树分析FTA,基本事,件,件：在,故,故障树,分,分析中,无,无须探,明,明其发,生,生原因,的,的末端,事,事件，,“,“,”,”,表,表示。,未探明,事,事件：,是,是指应,探,探明原,因,因，但,暂,暂不能,探,探明原,因,因的末,端,端事件,，,，用“,”,”表,示,示。,（3）中间,事,事件：,底,底事件,和,和顶事,件,件之间,发,发生的,事,事件，,用,用“,”,”,表,表示。,（4）逻辑,门,门主要,包,包括与,门,门、或,门,门和非,门,门,与门：,当,当所有,输,输入事,件,件都发,生,生，输,出,出事件,才,才发生,。,。用“,”,”,表,表示。,或门：,至,至少有,一,一个输,入,入事件,发,发生，,输,输出事,件,件就发,生,生。用,“,“,”,”表,示,示。,非门：,输,输出事,件,件是输,入,入事件,的,的对立,事,事件，,用,用“,”,”表,示,示。,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计第四节,故,故障,树,树分析FTA,二、故障树,的,的定性,分,分析,故障树,定,定性分,析,析确定,引,引起顶,事,事件发,生,生的最,基,基本原,因,因组合,，,，即最,基,基本的,底,底事件,组,组合。,最小割,集,集：引,起,起顶事,件,件发生,的,的最基,本,本的底,事,事件的,集,集合。,最小割,集,集阶数,：,：最小,割,割集中,包,包含的,底,底事件,数,数量。,故障树,定,定性分,析,析原则,：,：,一,般,般阶数,越,越低的,最,最小割,集,集越重,要,要；,在,底,底阶最,小,小割集,中,中的底,事,事件比,高,高阶的,重,重要,在不同,最,最小割,集,集中重,复,复出现,次,次数越,多,多的底,事,事件越,重,重要。,根据上,述,述三条,原,原则，,对,对底事,件,件和最,小,小割集,进,进行排,序,序，以,确,确定改,进,进措施,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计第四节,故,故障,树,树分析FTA,三、故,障,障树分,析,析实例,故障树,分,分析法,的,的一般,步,步骤为,：,：,（1）选择,和,和确定,顶,顶事件,；,；,（2）自上,而,而下建,造,造故障,树,树；,（3）建立,故,故障树,的,的数学,模,模型；,（4）根据,故,故障树,对,对系统,进,进行可,靠,靠性的,定,定性分,析,析；,（5）根据,故,故障树,对,对系统,进,进行可,靠,靠性的,定,定量计,算,算。,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计第四节,故,故障,树,树分析FTA,图 故,障,障树分,析,析的基,本,本步骤,明确对象系统,选定顶事件,建造故障树,修改并完善故障树,制定预防措施,收集资料,分析系统故障,定性分析,定量分析,例：电,机,机故障,中,中共有,四,四个基,本,本事件,：,：电机,卡,卡死,，,，熔,断,断器故,障,障,，,，电源,电,电压增,高,高 ，,回,回路电,阻,阻短路,，,，试,画,画出引,起,起电机,过,过热的,故,故障树,。,。,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计第四节,故,故障,树,树分析FTA,解：电,机,机过热,的,的故障,树,树图如,下,下 ：,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计第四节,故,故障,树,树分析FTA,例：对,上,上述故,障,障树进,行,行定性,分,分析,最小割,集,集共有,三,三个,，,，,，,，,其中,为,阶,阶，,，,和,为二,阶,阶。定,性,性分析,知,知,和,对电机,过,过热影,响,响大于,和,的影响,。,。从大,到,到小依,次,次为：,=,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计第四节,故,故障,树,树分析FTA,第七章,质,质量,功,功能展,开,开与可,靠,靠性设,计,计第四节,故,故障,树,树分析FTA,3、故障,树,树的定,量,量分析首先确,定,定故障,树,树中顶,事,事件和,底,底事件,之,之间的,逻,逻辑关,系,系，然,后,后得出,顶,顶事件,概,概率与,各,各底事,件,件概率,之,之间的,关,关系式,。,。例：上,述,述电机,过,过热故,障,障树中,各,各基本,事,事件的,概,概率为,：,：,