可靠性工程基础课件

可 靠 性 工 程 基 础 1 可 靠 性 工 程 基 础 2 可 靠 性 的 定 义 （ 一 ） 狭 义 定 义 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 。（ 二 ） 广 义 可 靠 性 产 品 在 规 定 条 件 下 ， 在 整 个 寿 命 周 期 内 完 成 规 定功 能 的 可 能 性 。 可 靠 性 工 程 基 础 3 可 靠 度 是 指 产 品 在 规 定 的 条 件 和 规 定 的 时 间 内 ， 完 成 规 定 功 能 的概 率 。 它 是 时 间 的 函 数 ， 以 R(t)表 示 。若 用 T表 示 在 规 定 条 件 下 的 寿 命 （ 产 品 首 次 发 生 失 效 的 时 间 ） ，则 “ 产 品 在 时 间 t内 完 成 规 定 功 能 ” 等 价 于 “ 产 品 寿 命 T大 于t” 。 所 以 可 靠 度 函 数 R(t)可 以 看 作 事 件 “ Tt” 概 率 ， 即 其 中 f(t)为 概 率 密 度 函 数)()( tTPtR t dttf )( 可 靠 度 函 数 可 靠 性 工 程 基 础 4 可 靠 度 R(t)可 以 用 统 计 方 法 来 估 计 。 设 有 个 产 品 在 规 定 的 条件 下 开 始 使 用 。 令 开 始 工 作 的 时 刻 t取 为 0， 到 指 定 时 刻 t时 已 发 生 失 效 数 r(t), 亦 即 在 此 时 刻 尚 能 继 续 工 作 的 产 品 数为 -r(t)， 则 可 靠 度 的 估 计 值 （ 又 称 经 验 可 靠 度 ） 为 00 )()( N trNtR 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 . 0N0N 可 靠 性 工 程 基 础 5 累 计 故 障 分 布 函 数与 可 靠 度 定 义 相 反 , 产 品 在 规 定 的 条 件 下 和 规 定 的 时 间 内 ,丧 失规 定 功 能 (即 发 生 故 障 )的 概 率 称 为 累 计 故 障 概 率 (又 称 不 可靠 度 )， 产 品 的 累 积 故 障 概 率 是 时 间 的 函 数 对 某 产 品 给 定 的 工 作 时 间 为 100 小 时 , T 为 产 品 故 障 前 的 时 间 ,则F(100) = P( T 100)。 这 表 示 了 产 品 在 100 小 时 前 的 故 障 率 ; 如 果 给 定 的 时 间 t为 1000 小 时 ,则 F(1000) = P( T 1000),就 表 示了 1000小 时 前 的 故 障 概 率 。 显 然 1000小 时 前 的 情 况 包 含 了 100小时 前 的 情 况 . 因 而 , F(t)含 有 累 积 故 障 的 概 念 。 t dttftTPtF 0 )()()( 可 靠 性 工 程 基 础 6 可 靠 度 R(t)与 故 障 分 布 函 数 F(t)具 有 以 下 性 质 ： 1、 R(t) F(t) 1 2、 R(0)=1, F(0) 0， 这 表 示 产 品 在 开 始 时 处 于 良 好 的 状 态 ； 3、 R(t)是 非 负 的 递 减 函 数 ， F(t) 是 非 负 的 递 增 函 数 ， 说 明 随 着 时 间的 增 加 产 品 发 生 故 障 或 失 效 的 可 能 性 增 大 ， 可 靠 度 变 小 ； 4、 R( ) 0， F( ) 1这 表 示 只 要 时 间 充 分 长 ， 产 品 终 究 都 会 失 效 ； 5、 0 R(t) 1， 0 F(t) 1,即 可 靠 度 和 故 障 分 布 函 数 之 值 介 于 0和 1之 间 。 可 靠 度 R(t)、 故 障 分 布 函 数 F(t)与 时 间 t的 关 系 F(t) tF(t) R(t)0 F(t)、 R(t)与 t的 关 系 可 靠 性 工 程 基 础 7 （ 二 ） 故 障 分 布 密 度 函 数 o 时 刻 t后 单 位 时 间 发 生 故 障 的 概 率 ， 并 称 其 为 故 障 分 布 密 度 函 数（ 它 表 示 在 时 刻 t后 的 一 个 单 位 时 间 内 ,产 品 的 故 障 数 与 总 产 品数 之 比 ,是 时 间 的 函 数 ） 。 它 是 累 积 故 障 分 布 函 数 的 导 数 。 o 如 果 已 知 故 障 数 据 ， 且 产 品 数 N 相 当 大 ， 则 可 求 出 每 个 时 间 间隔 t内 的 故 障 数 r(t)， 从 而 得 到 平 均 经 验 故 障 密 度o 故 障 密 度 是 表 示 故 障 概 率 分 布 的 密 集 程 度 ， 或 者 说 是 故 障 概率 函 数 的 变 化 率 ( ) = ( )f t F t( ) ( )( )= =0r t F tf t N t t 可 靠 性 工 程 基 础 8 （ 四 ） f(t)、 R(t)及 F(t)之 间 的 关 系 R(t)F(t)f(t) 0 tf(t) f(t)与 R(t)、 F(t)的 关 系 可 靠 性 工 程 基 础 9 失 效 率 (故 障 率 函 数 )和 失 效 率 曲 线失 效 率 是 在 时 刻 t尚 未 失 效 产 品 在 t+ t的 单 位 时 间 内 发 生 失 效 的 概 率 。o 失 效 率 它 反 映 t时 刻 失 效 的 速 率 ,有 时 也 称 为 瞬 时 失 效 率 或 简 单 地 称 为 故 障率 。 一 般 记 为 ,它 也 是 时 间 t的 函 数 ,故 也 记 为 (t),称 为 失 效 率 函 数 ，有 时 也 称 为 故 障 率 函 数 或 风 险 函 数 。 可 靠 性 工 程 基 础 10 二 、 失 效 率 (故 障 率 函 数 )和 失 效 率 曲 线 o 产 品 的 失 效 率 失 效 率 是 在 时 刻 t尚 未 失 效 产 品 在 t+ t的 单 位 时 间 内 发 生 失效 的 条 件 概 率 ， 即 由 条 件 概 率 公 式 的 性 质 和 时 间 的 包 含 关 系 ， 可 知 t tTttTtPt t )/(lim)( 0 )( )()( )( )()/( tR tFttF tTP ttTtPtTttTtP )( )()( )()(1)()(lim)( 0 tR tftR tFtRt tFttFt t 可 靠 性 工 程 基 础 11 设 在 t= 0时 有 个 产 品 投 试 ， 到 时 刻 t已 有 r(t)个 产 品 失 效 ， 尚 有 -r(t) 个 产品 在 工 作 。 再 过 t时 间 ， 即 到 t + t时 刻 ， 有 r(t)=r(t+ t)-r(t) 个产 品 失 效 。 产 品 在 时 刻 t前 未 失 效 而 在 时 间 （ t, t + t） 内 失 效 率 为 单 位 时 间 失 效 率 )()(0 trN tr )(1)()( 0 trNttrt ( ) ( )( ) = =0r t F tf t N t t 0N 0N 可 靠 性 工 程 基 础 12 失 效 率 的 观 测 值 是 在 某 时 刻 后 单 位 时 间 内 失 效 的 产 品 数 与 工 作 到 该 时刻 尚 未 失 效 的 产 品 数 之 比 。讲 故 障 率 是 有 条 件 的 ,即 “ 产 品 工 作 到 时 刻 t 后 ” 就 是 条 件 。 故 障 率 表达 式 分 母 中 的 -r(t)就 是 随 着 t 这 个 条 件 的 变 化 而 变 化 的 。因 而 故 障 率 能 非 常 灵 敏 地 反 映 出 产 品 的 变 化 速 度 。 而 故 障 密 度 函 数f( t)反 映 出 的 只 是 在 t 附 近 的 一 个 单 位 时 间 内 产 品 故 障 数 与 t = 0 时的 工 作 产 品 数 之 比 ,因 而 不 够 灵 敏 。0N0N 可 靠 性 工 程 基 础 13 失 效 率 =总 失 效 数 /总 运 行 时 数失 效 率 的 倒 数 =总 运 行 时 数 /总 失 效 数 ：代 表 平 均 失 效 时 间 （ MTTF） （ 不 能 修 的 ）或 平 均 失 效 时 间 间 隔 （ MTBF） （ 能 修 的 ）A B 0 500 4500 5000 h 累 计失 效百 分比 可 靠 性 工 程 基 础 14 o 主 要 由 于 设 计 、 制 造 、 贮 存 、 运 输 等 形 成 的 缺 陷 ， 以 及 调 试 、 跑合 、 起 动 不 当 等 人 为 因 素 所 造 成 的 。o 失 效 主 要 由 非 预 期 的 过 载 、 误 操 作 、 意 外 的 天 灾 以 及 一 些 尚 不 清楚 的 偶 然 因 素 所 造 成 。 o 由 于 产 品 已 经 老 化 、 疲 劳 、 磨 损 、 蠕 变 、 腐 蚀 等 所 谓 有 耗 损 的 原因 所 引 起 的 。 可 靠 性 工 程 基 础 15 o 一 台 电 视 机 有 1000个 焊 点 , 工 作 1000小 时 后 ,检 查 100电 视 机 ,发 现 有 两 点 脱 焊 ,那么 焊 点 的 故 障 率 为 多 少 ?o 100 台 电 视 机 共 有 100 1000 = 100000个 焊 点 ,这 里 每 1个 焊 点 相 当 于 1个 产 品 ,若取 t =1000小 时 ,则 1000小 时 后 故 障 率 的 估 计 值 为 菲 特201021000)0100000( 2)1000( 8 对 于 低 故 障 率 的 元 器 件 常 以 小 时 为 故 障 率 的 单 位 ,称 之 为 菲 特 (fit)。它 的 意 义 是 每 1000个 产 品 工 作 100万 小 时 后 ,只 有 一 个 故 障 ;或 者 每 1万 个产 品 工 作 10万 小 时 后 ,只 有 1个 故 障 910 可 靠 性 工 程 基 础 16 有 甲 、 乙 两 种 产 品 ， 甲 种 产 品 在 t=0h时 ， 有 N=100个 产 品 开 始 工 作 ， 在t=100h前 有 2个 故 障 ， 而 在 100h-105h内 有 1个 产 品 故 障 率 ， 乙 种 产 品 在t=0h时 ， 也 有 N=100个 产 品 开 始 工 作 ， 在 t=1000h前 共 有 51个 产 品 故 障 ， 而在 1000-1005h内 有 1个 产 品 故 障 ， 试 计 算 甲 产 品 在 100h处 和 乙 产 品 在 1000h处 的 故 障 率 与 故 障 密 度 。 1 100 0.002100 5f 1 100 0.002041100 2 5 1 1000 0.002100 5f 1 1000 0.004082100 51 5 故 障 率 比 故 障 密 度 故 更 灵 敏 地 反 映 了 产 品 故 障 的 变 化 速 度 。 可 靠 性 工 程 基 础 17 1、 若 年 初 投 入 的 灯 泡 为 9970只 ， 若 一 年 后 坏 了 10只 ， 求 故 障 率2、 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3、 某 批 电 子 管 有 100 000 只 ,开 始 工 作 到 500 小 时 内 有 100 只 出 现 故 障 ,求 R (500) 可 靠 性 工 程 基 础 18为 失 效 率 。公 式 中 的、 故 障 率 （ 失 效 率 ） ）（、 可 靠 度 函 数 ： ）（布 函 数 ：、 累 计 故 障 （ 失 效 ） 分 数 ：、 故 障 （ 失 效 ） 密 度 函 )( )()( )()(4 )(13 12 )0()()( )0()(1 TR tfTR TFt eTFTR eTFteTFtf tetf t tt t 可 靠 性 工 程 基 础 19 假 设 一 个 项 目 在 100小 时 的 正 常 使 用 条 件 下 ， 具 有 0.97的 可 靠 性 。1、 求 失 效 率2、 当 T=50时 的 可 靠 度3、 求 MTBF 小 时、 ；，、 小 时 ）（ 个 故 障、 33330003.0/113 85.90)50(50)(2 /0003.0 ,10097.0,97.0 ,)(1 003.00100 MTBF RTeTR Lne eTR tt 可 靠 性 工 程 基 础 200.814 可 靠 性 工 程 基 础 21 f（ t） 时 间TF（ T） R（ T） 可 靠 性 工 程 基 础 22 维 修 性 是 产 品 在 规 定 条 件 下 和 规 定 时 间 内 ,按 规 定 的 程 序 和方 法 进 行 维 修 时 保 持 或 恢 复 其 规 定 状 态 的 能 力 。规 定 条 件 ,主 要 指 产 品 的 维 修 级 别 ,包 括 维 修 的 机 构 和 场 所 (如 工 厂 或 维修 基 地 、 修 理 所 、 修 理 车 间 及 使 用 现 场 等 )、 相 应 的 人 员 (数 量 及 技 能 水 平 )、设 备 、 设 施 、 工 具 、 备 件 等 。规 定 时 间 ,指 维 修 工 作 的 时 间 要 求 。规 定 的 程 序 和 方 法 ,指 按 技 术 文 件 规 定 采 取 的 维 修 工 作 类 型 、 来 源 和 方 法 。保 持 或 恢 复 其 规 定 状 态 是 产 品 维 修 的 目 的 。 所 说 的 规 定 状 态 是 指 产 品继 续 正 常 工 作 的 状 态 。 因 此 ,维 修 的 目 的 是 保 持 或 恢 复 产 品 的 功 能 和 性 能 。 可 靠 性 工 程 基 础 23 维 修 ： 使 产 品 保 持 或 恢 复 到 规 定 状 态 所 进 行 的 全 部 活 动 。全 部 活 动 指 所 有 技 术 和 管 理 ,包 括 监 督 的 活 动 ,还 可 能 包括 对 产 品 的 修 改 。 可 靠 性 工 程 基 础 24 预 防 性 维 修 :通 过 对 正 常 产 品 的 系 统 检 查 、 检 测 和 发 现 故 障征 兆 以 防 止 故 障 发 生 ,使 其 保 持 在 规 定 状 态 所 进 行 的 全部 活 动 。 它 可 以 包 括 :调 整 、 润 滑 、 定 期 检 查 和 必 要 的修 理 等 。预 防 性 维 修 一 般 是 计 划 维 修 。 其 重 点 是 避 免 、 减 少 或 消 除对 产 品 有 重 大 影 响 的 故 障 的 后 果 。 可 靠 性 工 程 基 础 25 修 复 性 维 修 （ 纠 正 性 维 修 ） :产 品 发 生 故 障 后 ,使 其 恢 复 到规 定 状 态 所 进 行 的 全 部 活 动 ,它 可 以 包 括 下 述 一 个 或 全部 步 骤 :故 障 定 位 、 故 障 隔 离 、 分 解 、 更 换 、 再 装 、 调准 及 检 测 等 。修 复 性 维 修 是 非 计 划 维 修 。 修 复 性 维 修 时 间 是 影 响 产 品 可用 性 的 重 要 参 数 。 可 靠 性 工 程 基 础 26 平 均 修 复 时 间 ( M ean Time To Repair, MTTR )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 性维 修 总 时 间 与 在 该 级 别 上 被 修 复 产 品 的 故 障 总 数 之 比 。ntMTTR ni i 1 可 靠 性 工 程 基 础 27 o 平 均 故 障 前 时 间 ( Mean Time To Failure, MTTF) 01 3210 0 0.,NtMTTF ttttN Ni i n 。 其 平 均 故 障 前 时 间别 为测 得 其 全 部 故 障 时 间 分 样 的 条 件 下 进 行 试 验 ，个 不 可 修 复 的 产 品 在 同设 可 靠 性 工 程 基 础 28 平 均 故 障 间 隔 时 间 (Mean Time Between Failure, MTBF) 001 21 00 0.,NTNtMTBF tttNNi i N 为， 其 平 均 故 障 间 隔 时 间作 持 续 的 时 间 为投 入 使 用 ， 测 得 每 次 工 后 又 重 新次 故 障 ， 每 次 故 障 修 复用 过 程 中 发 生 了一 个 可 修 复 的 产 品 在 使 可 靠 性 工 程 基 础 29 保 障 性把 产 品 的 时 间 分 为 工 作 时 间 及 不 能 工 作 时 间 ,不 能 工 作 是 由 于 出 了 故 障 需 要维 修 造 成 的 。 不 能 工 作 时 间 包 括 维 修 时 间 及 延 误 时 间 ,即 由 于 保 障 资 源补 给 或 管 理 原 因 未 能 及 时 对 产 品 进 行 维 修 所 延 误 的 时 间 。延 误 时 间 是 一 个 随 机 变 量 ,它 的 数 学 期 望 为 平 均 延 迟 时 间 ( Mean Delay Time, MDT )。 在 理 想 的 情 况 下 , M D T = 0产 品 的 设 计 特 性 和 计 划 的 保 障 资 源 能 满 足 使 用 要 求 的 能 力 称 为 产 品 的 保 障性 。 M D T 就 是 一 种 保 障 性 参 数 。 可 靠 性 工 程 基 础 30 可 用 性产 品 在 任 一 随 机 时 刻 需 要 和 开 始 执 行 任 务 时 ,处 于 可 工 作 状 态 或 使 用 状态 的 程 度 称 为 产 品 的 可 用 性 。 可 用 性 的 概 率 度 量 A 亦 称 为 可 用 度 。假 设 n 为 给 定 区 间 内 的 产 品 连 续 工 作 段 数 及 维 修 次 数 ,分 子 、 分 母 都 除 以n,可 得 使 用 可 用 性 。 延 误 时 间维 修 时 间工 作 时 间 工 作 时 间不 能 工 作 时 间工 作 时 间 工 作 时 间 A MDTMTTRMTBF MTBFMDTnMTTRnMTBFn MTBFnA t 可 靠 性 工 程 基 础 31 MTTRMTBFMTBFAMDT t 时 ，当 0内 在 可 用 性 MDTMTBMMTBMA 0运 行 可 用 性MTBM:两 次 维 修 之 间 间 隔 时 间 包 括 纠 正 性 和 预 防 性 维 修MDT： 平 均 停 工 时 间 ： 包 括 纠 正 性 、 预 防 性 维 修 时 间 和 等 待 时 间 可 靠 性 工 程 基 础 32 甲 产 品 的 MTBF=2000h， MTTR=200h；乙 产 品 的 MTBF=1000h， MTTR=20h。比 较 甲 乙 两 产 品 的 可 用 性 。如 果 某 产 品 的 设 计 可 用 性 为 0.99， 平 均 修 理 时 间 为 2小 时 ， 则 平 均 故 障间 隔 时 间 不 能 低 于 多 少 ？ 可 靠 性 工 程 基 础 33 1、 某 设 备 平 均 间 隔 时 间 是 900h， 为 了 保 证 该 设 备 运 行 可 用 性 不 小于 0.9， 则 平 均 停 工 时 间 需 控 制 在 多 少 ？2、 某 机 器 3年 平 均 停 工 时 间 为 20h， 两 次 维 修 之 间 平 均 时 间 间 隔980h求 运 行 可 用 性 ？3、 某 机 器 平 均 失 效 间 隔 时 间 198h， 平 均 修 理 时 间 2h， 求 机 器 的 内在 可 用 性 ？ 4、 某 可 修 复 产 品 发 生 5 次 故 障 ,每 次 修 复 时 间 (单 位 为 分 )分 别 为 48,27,52,33,22。 求 平 均 修 复 时 间 MTTR 。 5、 设 已 知 某 元 件 寿 命 的 密 度 函 数 为 ,求 该 元 件 的MTBF 6、 假 设 一 台 机 器 运 行 了 10000小 时 ， 发 生 了 四 次 失 效 ， 每 次 失 效都 得 到 及 时 修 理 ， 求 失 效 率 。 tetf )( 可 靠 性 工 程 基 础 34 可 信 性 分 析 方 法 可 靠 性 工 程 基 础 35 可 信 性 分 析 方 法1、 故 障 模 式 影 响 及 分 析 (FMEA)2、 故 障 树 分 析 （ FTA)3、 可 靠 性 预 计 方 法4、 寿 命 周 期 费 用 分 析 方 法5、 风 险 分 析 方 法 可 靠 性 工 程 基 础 36 1、 故 障 模 式 影 响 及 分 析 (FMEA)FMEA是 一 种 归 纳 法 (由 下 至 上 ),是 定 性 可 信 性 分 析 方 法 。 它 是 确 定 产 品所 有 可 能 的 故 障 模 式 ,并 对 故 障 模 式 进 行 分 析 ,确 定 每 种 故 障 模 式 对 产品 工 作 的 影 响 ,并 把 每 一 个 潜 在 的 故 障 模 式 按 它 的 严 酷 度 进 行 分 类 ,找出 单 点 故 障 。 以 便 采 取 改 进 措 施 ,改 进 产 品 的 可 信 性 。FMEA分 为 硬 件 的 、 功 能 的 、 工 艺 的 和 接 口 的 FMEA 等 。 可 靠 性 工 程 基 础 37 FMEA的 工 作 程 序 定 义 产 品 。 定 义 产 品 包 括 定 义 产 品 的 功 能 要 求 、 工 作 环 境 ,完 成 时 间 等 。 绘 制 功 能 框 图 ,包 括 可 靠 性 框 图 。 确 定 最 低 约 定 层 次 。对 产 品 的 层 次 进 行 划 分 ,对 于 复 杂 的 产 品 的 FMEA不 一 定 要 做 到 元 器 件 级 、 零 件级 最 低 约 定 层 次 。 最 低 约 定 层 次 的 确 定 可 按 下 述 原 则 处 理 :第 一 ,能 导 致 灾 难 性 的 ( 类 )或 致 命 性 的 ( 类 )故 障 的 产 品 所 在 的 产 品 层 次 ;第 二 ,规 定 或 预 期 需 要 维 修 的 最 低 产 品 层 次 ,虽 然 这 些 产 品 的 故 障 可 能 导 致 临 界的 ( 类 )或 轻 度 ( 类 )的 影 响 。 可 靠 性 工 程 基 础 38 填 写 FMEA表 格 可 靠 性 工 程 基 础 39 第 一 栏 :代 码 。 即 被 分 析 的 产 品 或 产 品 组 成 部 分 (硬 件 、 产 品 功 能 或 功 能 块 )的代 码 ,它 应 与 产 品 功 能 框 图 的 编 号 统 一 。第 二 栏 :产 品 或 功 能 标 志 。 记 录 被 分 析 产 品 或 系 统 功 能 的 名 称 。第 三 栏 :功 能 。 即 产 品 或 其 组 成 部 分 (硬 件 、 功 能 块 )要 完 成 的 功 能 的 具 体 内 容 。要 特 别 注 意 包 括 与 其 接 口 设 备 的 相 互 关 系 。第 四 栏 :故 障 模 式 。 确 定 并 说 明 各 产 品 约 定 的 所 有 可 预 测 的 故 障 模 式 ,并 通 过 分析 相 应 的 框 图 中 给 定 的 功 能 输 出 来 确 定 潜 在 的 故 障 模 式 。第 五 栏 :故 障 原 因 。 鉴 别 并 说 明 与 所 假 设 的 故 障 模 式 有 关 的 可 能 故 障 原 因 。第 六 栏 :任 务 阶 段 与 工 作 方 式 。 说 明 产 品 在 什 么 时 间 及 什 么 条 件 下 出 现 故 障 。第 七 栏 :故 障 影 响 。 指 每 个 假 设 故 障 模 式 对 产 品 使 用 、 功 能 或 状 态 所 导 致 的 后 果 。 它 包 括 任 务 目 标 、 维 修 要 求 、 安 全 性 要 求 等 。 对 这 些 后 果 进 行 评 价 ,记 录 在 表 格 中 ,并 评 价 。 可 靠 性 工 程 基 础 40 第 八 栏 :故 障 检 测 方 法 。 说 明 操 作 人 员 或 维 修 人 员 用 来 检 测 故 障 模 式 发生 的 方 法 。 例 如 ,用 目 测 还 是 自 动 检 测 设 备 等 。第 九 栏 :补 偿 措 施 。 对 故 障 模 式 的 相 对 重 要 性 进 行 排 队 ,对 于 某 些 相 对来 说 重 要 的 故 障 模 式 要 采 取 减 轻 或 消 除 其 不 良 影 响 的 预 防 补 救 措施 。 这 些 补 救 措 施 可 以 是 设 计 上 的 补 偿 (如 采 取 冗 余 设 计 ,安 全 装置 设 计 等 ),也 可 以 是 操 作 人 员 的 应 急 补 救 措 施 (如 操 作 人 员 打 开 应急 系 统 )。第 十 栏 :严 酷 度 类 别 。 添 入 故 障 模 式 影 响 的 相 应 严 酷 度 类 别 。第 十 一 栏 :备 注 。 需 要 说 明 的 其 他 问 题 。 可 靠 性 工 程 基 础 41 手 电 筒 设 计 中 的 FMEA表代码 产品名称 功能 故障模式 故障原因 工作方式 故 障 影 响 故障检测方法 补 偿措 施 严酷度类别 备注局部影响 高 一层 次影 响 最终影响01 开关弹簧片 接通电源 弹性降低 疲劳 使用 弹性降低 开 关接 不通 灯不亮 目测 选 用 弹性 好 的簧 片 02 后盖弹簧 接通电源 弹性降低 疲劳 使用 弹性降低 开 关接 不通 灯不亮 目测 选 用 弹性 好 的簧 丝 ；改 进 工艺 可 靠 性 工 程 基 础 42 手 电 筒 设 计 中 的 FMEA表 (续 )代码 产 品名 称 功 能 故 障模 式 故 障原 因 工作方法 故 障 影 响 故 障检 测方 法 补 偿措 施 严 酷度 类别 备注局 部影 响 高 一层 次影 响 最 终影 响03 灯 座 固 定 灯 泡 ；接 通 电 源 接 触不 良 座 直径 公差 大 使用 接 触不 良 时 断时 通 时 断时 通 仪 器测 试 减 少公 差 04 前 盖 保 护 灯 泡 ；调 焦 松 动 公 差大 ；磨 损 使用 松 动 影 响聚 焦 影 响测 试 仪 器聚 焦 减 少公 差 ；改 进工 艺 减 少公 差拧 不上 公 差小 使用 拧 不上 可 靠 性 工 程 基 础 43 2、 故 障 树 分 析 （ FTA)故 障 树 :用 以 表 明 产 品 哪 些 组 成 部 分 的 故 障 或 外 界 事 件 或 它 们 的组 合 将 导 致 产 品 发 生 一 种 给 定 故 障 的 逻 辑 图 。故 障 树 是 一 种 逻 辑 因 果 关 系 图 ， 构 图 的 元 素 是 事 件 和 逻 辑 门事 件 用 来 描 述 系 统 和 元 、 部 件 故 障 的 状 态逻 辑 门 把 事 件 联 系 起 来 ， 表 示 事 件 之 间 的 逻 辑 关 系 可 靠 性 工 程 基 础 44 故 障 树 分 析 （ FTA）通 过 对 可 能 造 成 产 品 故 障 的 硬 件 、 软 件 、 环 境 、 人 为 因素 进 行 分 析 ， 画 出 故 障 树 ， 从 而 确 定 产 品 故 障 原 因 的 各种 可 能 组 合 方 式 和 (或 )其 发 生 概 率 。分 析 方 法 有 ：定 性 分 析定 量 分 析 可 靠 性 工 程 基 础 45 o FTA目 的n 帮 助 判 明 可 能 发 生 的 故 障 模 式 和 原 因 ， 发 现 可 靠 性 和 安 全 性薄 弱 环 节 ， 采 取 改 进 措 施 ， 以 提 高 产 品 可 靠 性 和 安 全 性 ；n 计 算 故 障 发 生 概 率 ；n 发 生 重 大 故 障 或 事 故 后 ， FTA是 故 障 调 查 的 一 种 有 效 手 段 ， 可以 系 统 而 全 面 地 分 析 事 故 原 因 ， 为 故 障 “ 归 零 ” 提 供 支 持 ；n 指 导 故 障 诊 断 、 改 进 使 用 和 维 修 方 案 等 。 o FTA特 点n 是 一 种 自 上 而 下 的 图 形 演 绎 方 法 ； n 有 很 大 的 灵 活 性 ；n 综 合 性 ： 硬 件 、 软 件 、 环 境 、 人 为 因 素 等 ；n 主 要 用 于 安 全 性 分 析 。 可 靠 性 工 程 基 础 46 FTA工 作 要 求1.在 产 品 研 制 早 期 就 应 进 行 FTA， 以 便 早 发 现 问 题 并 进 行 改进 。 随 设 计 工 作 进 展 ， FTA应 不 断 补 充 、 修 改 、 完 善 。2.“ 谁 设 计 ， 谁 分 析 ”n 故 障 树 应 由 设 计 人 员 在 FMEA基 础 上 建 立 。 可 靠 性 专 业 人 员协 助 、 指 导 ， 并 由 有 关 人 员 审 查 ， 以 保 证 故 障 树 逻 辑 关 系的 正 确 性 。3.应 与 FMEA工 作 相 结 合 n 应 通 过 FMEA找 出 影 响 安 全 及 任 务 成 功 的 关 键 故 障 模 式 作 为顶 事 件 ， 建 立 故 障 树 进 行 多 因 素 分 析 ， 找 出 各 种 故 障 模 式组 合 ， 为 改 进 设 计 提 供 依 据 。 可 靠 性 工 程 基 础 47 4.FTA输 出 的 设 计 改 进 措 施 ， 必 须 落 实 到 图 纸 和 有 关 技 术 文件 中5.应 采 用 计 算 机 辅 助 进 行 FTAn 由 于 故 障 树 定 性 、 定 量 分 析 工 作 量 十 分 庞 大 ， 因 此 建 立 故 障树 后 ， 应 采 用 计 算 机 辅 助 进 行 分 析 ， 以 提 高 其 精 度 和 效 率 。 可 靠 性 工 程 基 础 48 故 障 树 分 析 步 骤 可 靠 性 工 程 基 础 49 故 障 树 常 用 事 件 符 号符 号 说 明底事件 元 、 部 件 在 设 计 的 运 行 条 件 下 发 生 的 随 机 故 障 事 件 。n实 线 圆 硬 件 故 障n虚 线 圆 人 为 故 障未 探 明 事 件表 示 该 事 件 可 能 发 生 ， 但 是 概 率 较 小 ， 勿 需 再 进 一 步分 析 的 故 障 事 件 ， 在 故 障 树 定 性 、 定 量 分 析 中 一 般 可以 忽 略 不 计 。顶事件 人 们 不 希 望 发 生 的 显 著 影 响 系 统 技 术 性 能 、 经 济 性 、可 靠 性 和 安 全 性 的 故 障 事 件 。 顶 事 件 可 由 FMECA分 析确 定 。 中 间事 件 故 障 树 中 除 底 事 件 及 顶 事 件 之 外 的 所 有 事 件 。 可 靠 性 工 程 基 础 50 符 号 说 明开 关 事 件 ： 已 经 发 生 或 必 将 要 发 生 的 特 殊 事 件 。条 件 事 件 ： 描 述 逻 辑 门 起 作 用 的 具 体 限 制 的 特 殊 事 件 。入 三 角 形 ： 位 于 故 障 树 的 底 部 ， 表 示 树 的 A部 分 分 支 在 另外 地 方 。 出 三 角 形 ： 位 于 故 障 树 的 顶 部 ， 表 示 树 A是 在 另 外 部 分 绘制 的 一 棵 故 障 树 的 子 树 。A 可 靠 性 工 程 基 础 51 常 用 逻 辑 门 及 其 符 号 可 靠 性 工 程 基 础 52 示 例 可 靠 性 工 程 基 础 53 海 难 后 果顶 事 件逻 辑 门 中 间 事 件底 事 件船 体 钢 材 不 适 应海 水 低 温 环 境 ， 造 成 船 体 裂 纹距 其 仅 20海 里 的California号 无 线 电设 备 处 于 关 闭 状 态 ，收 不 到 求 救 信 号 ，不 能 及 时 救 援 船 上 的 救 生 设备 不 足 ， 使 大多 数 落 水 者 被冻 死观 察 员 、驾 驶 员 失误 ， 造 成船 体 与 冰山 相 撞 可 靠 性 工 程 基 础 54 3、 可 靠 性 预 计 方 法 可 靠 性 工 程 基 础 55 典 型 可 靠 性 模 型 分 类 可 靠 性 工 程 基 础 56 串 联 模 型定 义 组 成 系 统 的 所 有 单 元 中 任 一 单 元 的 故 障 都 会 导 致 整 个 系 统故 障 的 称 为 串 联 系 统 。 串 联 系 统 是 最 常 用 和 最 简 单 的 模 型 之 一 。串 联 系 统 的 逻 辑 图 如 下 图 所 示 ： 可 靠 性 工 程 基 础 57 串 联 系 统 数 学 模 型 可 靠 性 工 程 基 础 58 串 联 系 统 数 学 模 型o 当 各 单 元 的 寿 命 分 布 均 为 指 数 分 布 时 ， 系 统 的 寿 命 也 服从 指 数 分 布 ， 系 统 的 故 障 率 为 单 元 的 故 障 率 之 和 ： o 系 统 的 平 均 故 障 间 隔 时 间 ： 可 靠 性 工 程 基 础 59 在 设 计 时 ， 为 提 高 串 联 系 统 的 可 靠 性 ， 可 从 下 列 三 方 面 考 虑 ：(a) 尽 可 能 减 少 串 联 单 元 数 目(b) 提 高 单 元 可 靠 性 ， 降 低 其 故 障 率(c) 缩 短 工 作 时 间 可 靠 性 工 程 基 础 60 并 联 模 型并 联 模 型组 成 系 统 的 所 有 单 元 都 发 生 故 障 时 ， 系 统 才 发 生 故 障 的 称为 并 联 系 统 。 并 联 系 统 是 最 简 单 的 冗 余 系 统 （ 有 贮 备 模 型 ）并 联 系 统 的 逻 辑 图 如 图 所 示 ， 其 数 学 模 型 为 可 靠 性 工 程 基 础 61 某 元 件 可 靠 性 为 0.95， 求 下 列 系 统 的 可 靠 性 ？ 求 下 列 系 统 的 可 靠 性 ？0.95 0.90.90.9 0.9