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光电微课堂|可靠性(1)

2022-5-1 21:23| 发布者：Davis| 查看：1120| 评论：0|原作者: 光联万物 OPLC

摘要：本文介绍了可靠性的基本概念和分类，以及可靠度、失效率、平均故障前时间、中位寿命、特征寿命、贮存寿命等可靠性指标。同时也讲述了可靠性与产品质量的关系，以及可靠性设计的定性和定量要求，并列举了常用的可靠性指标。

长期以来，人们广泛采用“可靠性”这一概念来定性评价产品的质量。如“可靠、比较可靠、不可靠..."，并没有一个量的标准来衡量。

GB3187--1982 中对可靠性定义：是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。

狭义解释：产品在各种使用条件下发生故障的概率。

广义解释：产品可靠性、维修性、维修保障性的综合反映，它包括基本性能、安全性、故障率等多方面的要求。

基本分类：

固有可靠性：产品在设计制造中赋予的可靠性。

使用可靠性：产品在使用中表现出的一种能力特性，它与固有可靠性、安装、操作、维修等有关。

基本可靠性：产品在规定条件下无故障的持续时间或概率。

任务可靠性：产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能力。

可靠性与产品质量的关系：

产品质量是产品的一组固有特性满足顾客和其他相关方要求的能力。顾客购买产品时对产品一组固有特性的要求是多方面的，其中包括性能特性、专门特性、时间性、适应性等。性能特性用性能指标表示，时间性指的是产品的开发和供应者能否及时提供给顾客需要的产品，也就是产品的交货期，顾客能直观地做出决策。产品适应性也是顾客可以直观得出结论的；在质量特性中唯独是顾客最关心，但也是顾客难于直观判断的。专门特性包括可靠性、维修性和保障性等。

总之，产品可靠性是产品性能随时间的保持能力；换言之，要长时间的保持性能——就是不要出故障，不出故障或出了故障能很快维修是产品很重要的质量特性。

常用术语

可靠度R(t)

是产品在寿命周期内完成规定功能的指标。按我国国标规定，可靠度的定义是“在规定条件下，规定时间内完成规定功的概率”。即产品在规定条件下规定时间内的可靠性。

可靠度函数可用关于时间 t 的函数表示，可表示为
R（t）=P(T>t)
其中，t 为规定的时间，T表示产品的寿命。

由可靠度的定义可知，R(t)描述了产品在（0，t）时间内完好的概率，且R(0)=1，R（+∞）=0。

故障（失效）概率
F(t)=P(T>t)
F(t)=1-R(t)或F(t)+ R(t)=1
其中，t 为规定的时间，T表示产品的寿命

故障概率密度函数
等于单位实际的故障概率函数的变化。
Ft=[F(t+dt)-F(t)]/dt

失效率
是指工作到某一时刻尚未失效的产品，在该时刻后，单位时间内发生失效的概率。一般记为λ，它也是时间t的函数，故也记为λ(t)，称为失效率函数，有时也称为故障率函数或风险函数。

Λ(t)=dr/Nsdt

其中λ(t)——瞬时失效率；
dr——失效数的增量
Ns——剩余产品数
dt——时间增量

可靠性寿命
平均故障间隔时间 mean time between failures (MTBF) 可修复产品的一种基本可靠性参数。其度量方法为：在规定的条件下和规定的期间内，产品寿命单位总数与故障总次数比。

平均故障前时间 mean time to failures (MTTF) 不可修复产品的一种基本可靠性参数。其度量方法为：在规定的条件和规定的期间内，产品寿命单位总数与故障产品总数之比。

可靠寿命
由给定可靠度求出的与其相对应的工作时间，称为可靠寿命。设产品的可靠度为R(t)，使可靠度等于规定值r时的时间t,即为可靠寿命。

中位寿命
中位寿命是指可靠度为0.5时的寿命，即t（0.5）的值，即表示为
t（0.5）=0.63915(1/λ)

特征寿命
即R(t)=1/e=0.368时对应的寿命,失效规律服从指数分布时，特征寿命就是平均寿命θ

t=1/λ=θ

贮存寿命
产品在规定条件下贮存时，仍能满足质量要求的时间长度。产品出厂后，不工作，在规定条件下贮存，产品也有一个非工作状态的偶然故障率，一般比工作故障率小得多，但贮存产品的可靠性也是在不断降低。因此，贮存寿命是产品贮存可靠性的一种度量。

可靠性设计

可靠性要求是设计、分析、试验和验收的依据。可靠性设计要求可分为：定性要求; 定量要求。
定性要求内容有: 遵守一般可靠性设计和准则等。
定量要求内容有: 使用参数和指标与合同参数和指标。
使用参数和指标：直接与产品完好性、任务成功性、维修人力和保障资源费用有关的一种度量。其度量值称指标（目标值与门限值）。

合同参数和指标：在合同中表达订购方要求的，并且是承制方在研制和生产过程中可以控制的参数。其度量值称为合同指标（规定值和最低可接受值）。

各类产品常用可靠性指标

目的：通过制定并贯彻型号可靠性设计准则，把有助于保证、提高产品可靠性的一系列设计要求设计到产品中去。

制定可靠性设计准则的依据
1.型号《立项论证报告》、《研制总要求》及研制合同（包括工作说明）中规定的可靠性设计要求；
2.国内外有关规范、标准、手册中所提出的可靠性设计准则等相关内容；
3.类似型号中制定贯彻的可靠性设计准则中的有关条款；
4.通过调研，掌握使用人员在使用中对产品的可靠性方面需求，整理转化为可靠性设计准则；
5.研制单位所积累的可靠性设计经验教训。

按技术分类可靠性设计准则

1.简化设计;

2.冗余设计;

3.热设计;

4.环境防护设计;

5.抗冲击、振动和噪声设计;

6.稳定性设计;

7.安装设计;

8.液压件设计;

9.原材料、零部件和元器件选用;

10. 包装、贮存、装卸与运输设计。

可靠性设计主要符号表

可靠性试验

1.可靠性增长试验：
可靠性增长试验是产品研制阶段中单独安排的一个可靠性工作项目，作为工程研制阶段的组成部分。保证产品进入批生产前的可靠性达到预期的目标。可靠性增长试验通常安排在工程研制基本完成之后和可靠性鉴定试验之前。可靠性增长试验是一种有目标、有计划、有增长模型的专项试验。可靠性增长试验耗费的资源相当巨大，试验总时间通常为产品预期MTBF目标值的5~25倍，所以,并不是任何一个产品都合适进行增长试验。

可靠性增长试验的一般方法是制定增长目标、确定增长模型, 通过试验发现产品故障, 根据故障分析,改进设计的这样一个不断反复试验改进过程

2.可靠性研制试验 (RDT)：
2.1目的: 通过对产品施加适当的环境应力、工作载荷,寻找产品中的设计缺陷,以改进设计,提高产品的固有可靠性水平
2.2方法: 试验、分析、改进
2.3类型: 可靠性强化试验(RET)、高加速寿命试验(HALT)、可靠性增长实验
2.4适用时机：可靠性研制试验应在产品的研制阶段尽早开展，通过试验、分析与改进的过程来提高产品的固有可靠性水平

可靠性验证试验目的：是确认产品是否符合合同规定的可靠性定量要求。

3.可靠性鉴定试验：
为验证设备设计是否符合规定的可靠性要求，应用能代表具有批准的技术状态的设备, 在规定的环境试验条件下进行可靠性鉴定试验。若无其它规定，则至少要用两台设备进行定时截尾试验方案的鉴定试验。统计试验方案应是订购方规定或同意的GB5080中的方案。

4.可靠性验收试验：
为确定生产的设备是否符合规定的可靠性要求，应按规定的抽样原则从各生产批次中抽取设备, 在与可靠性鉴定试验相同的环境试验条件下进行可靠性验收试验，这些受试设备应能代表其所属批次的特征。验收试验统计试验方案应从GB5080中给出的序贯截尾试验方案或定时截尾试验方案。

验证试验(统计试验)方案的分类
指数寿命型：定时截尾、序贯截尾、定数等方案
成败型：一次抽样、序贯截尾等方案