可靠性工程技术课件.ppt

1、2023年5月29日星期一可靠性工程技术可靠性工程技术220页页 前前 言言 可靠性是产品重要的质量特性。提高产品可靠性是产品重要的质量特性。提高产品 的可靠性，是提高产品完好性和工作成功性、的可靠性，是提高产品完好性和工作成功性、减少维修和寿命周期费用的重要途径。在产品减少维修和寿命周期费用的重要途径。在产品研制过程中深入开展可靠性工程，对提高产品研制过程中深入开展可靠性工程，对提高产品可靠性具有十分重要的意义。可靠性具有十分重要的意义。可靠性工程是指为了达到产品的可靠性要可靠性工程是指为了达到产品的可靠性要求所进行的一系列技术与管理活动，贯穿了产求所进行的一系列技术与管理活动，贯穿了产品的

2、论证、方案、工程研制、生产和使用等寿品的论证、方案、工程研制、生产和使用等寿命周期过程。命周期过程。发展简述发展简述 国外国外可靠性发展概述可靠性发展概述 国内国内可靠性发展概述可靠性发展概述可靠性发展与产品质量的特性关系可靠性发展与产品质量的特性关系 产品质量的固有特性包含了产品的性能特性、专门特性、经产品质量的固有特性包含了产品的性能特性、专门特性、经济性、时间性、适应性等方面，如图所示。济性、时间性、适应性等方面，如图所示。可靠性可靠性是产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定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。功能的能力。维修性维修性是产品在规定的条件下和规定的时间内

3、，按规定是产品在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到其规定状态的能力，的程序和方法进行维修时，保持或恢复到其规定状态的能力，即反映产品是否易修的能力。即反映产品是否易修的能力。测试性测试性是产品能及时、准确地确定其工作状态（工作、是产品能及时、准确地确定其工作状态（工作、不可工作或工作性能下降）并隔离其内部故障的能力。不可工作或工作性能下降）并隔离其内部故障的能力。保障性保障性是产品设计特性和计划的保障资源满足平时使用是产品设计特性和计划的保障资源满足平时使用和利用率要求的能力，包括维修保障能力和使用保障能力和利用率要求的能力，包括维修保障能力和使用保障能力（

4、相当于家用电器售后服务能力）。（相当于家用电器售后服务能力）。安全性安全性是产品所具有的不导致人员伤亡、产品毁坏，不是产品所具有的不导致人员伤亡、产品毁坏，不危及人员健康和环境的能力。产品的故障可能导致安全性事危及人员健康和环境的能力。产品的故障可能导致安全性事故的发生。故的发生。介绍的内容介绍的内容 主要介绍有关可靠性方面的一些重要的专题主要介绍有关可靠性方面的一些重要的专题 1.可靠性和可靠性工程概述可靠性和可靠性工程概述 2.可靠性设计可靠性设计 3.可靠性分可靠性分析析 4.可靠性试验可靠性试验 5.元器件选用与控制元器件选用与控制1 1 可靠性和可靠性工程概述可靠性和可靠性工程概述1

5、 1 可靠性可靠性和可靠性和可靠性工程概述工程概述1.11.1 可靠性工作的基本原则可靠性工作的基本原则a.a.应确保可靠性要求合理、科学并可实现应确保可靠性要求合理、科学并可实现;b.b.必须遵循预防为主、早期投入的方针必须遵循预防为主、早期投入的方针;c.c.在研制阶段可靠性工作必须纳入产品的研在研制阶段可靠性工作必须纳入产品的研 制工作制工作,统一规划统一规划,协调进行协调进行;d.d.必须遵循采用成熟设计原则必须遵循采用成熟设计原则;e.e.应采用有效的方法和控制程序应采用有效的方法和控制程序,减少制造中对可减少制造中对可 靠性带来的不利影响，保持设计的可靠性水平靠性带来的不利影响，保

6、持设计的可靠性水平;1 1 可靠性可靠性和可靠性和可靠性工程概述工程概述1.11.1 可靠性工作的基本原则可靠性工作的基本原则f f.尽可能通过规范化的工程途径尽可能通过规范化的工程途径,开展各项可靠开展各项可靠性性 工作工作;g.g.必须加强对研制和生产过程中可靠性工作的监必须加强对研制和生产过程中可靠性工作的监督督 和控制和控制;h.h.应充分重视使用阶段的可靠性工作应充分重视使用阶段的可靠性工作,以尽快达以尽快达到到 可靠性的目标值可靠性的目标值;i.i.在选择可靠性工作项目时在选择可靠性工作项目时,应根据各种因素对应根据各种因素对工工 作项目的适用性和有效性进行分析作项目的适用性和有效

7、性进行分析,以选择效以选择效费费 比高的工作项目。比高的工作项目。1.21.2 名词术语名词术语a.a.基本可靠性基本可靠性：产品在规定的条件下和规定的时间产品在规定的条件下和规定的时间 内，无故障工作的能力。确定基本可靠性值时内，无故障工作的能力。确定基本可靠性值时,应应统计产品的所有寿命单位和所有的关联故障。统计产品的所有寿命单位和所有的关联故障。（寿命单位寿命单位：产品使用持续期的度量单位。如工作小时、次数等。）产品使用持续期的度量单位。如工作小时、次数等。）(关联故障关联故障：在解释试验结果或计算可靠性值时必须计入的故障。）：在解释试验结果或计算可靠性值时必须计入的故障。）b.任务可靠

8、性任务可靠性：产品在规定的产品在规定的任务剖面任务剖面内完成规定内完成规定 功能的能力。功能的能力。（任务剖面任务剖面：产品在完成规定的任务这段时间内所经历的全部事件和：产品在完成规定的任务这段时间内所经历的全部事件和环境的时序描述环境的时序描述。）表表1 基本可靠性与任务可靠性基本可靠性与任务可靠性c.固有可靠性固有可靠性：设计和制造设计和制造赋予产品的，赋予产品的，并在理想的使用和保障条件下所具有的可并在理想的使用和保障条件下所具有的可靠性。靠性。d.使用可靠性使用可靠性：产品在：产品在实际的环境实际的环境中中使用使用时所呈现时所呈现的可靠性，它反映产品设计、制的可靠性，它反映产品设计、制

9、造、使用、维修、环境等因素的综合影响。造、使用、维修、环境等因素的综合影响。e.e.其他名词术语其他名词术语产品产品:一个非限定性的术语一个非限定性的术语,用来泛指元器用来泛指元器 件、件、零部件、组件、设备、分系统或系零部件、组件、设备、分系统或系 统。可以指硬件、软件或两者的结合。统。可以指硬件、软件或两者的结合。故障故障:产品不能执行规定功能的状态。产品不能执行规定功能的状态。失效失效:产品丧失完成规定功能的能力的事件。产品丧失完成规定功能的能力的事件。可靠性特征量可靠性特征量:表示产品总体可靠性高低的各表示产品总体可靠性高低的各 种可靠性参数指标。种可靠性参数指标。可靠性工程的含义可靠

10、性工程的含义1.4 可靠性工程的实质可靠性工程的实质 2 2 可靠性设计可靠性设计 定性定性要求要求内容有内容有:遵守一般可靠性设计和准则等。遵守一般可靠性设计和准则等。内容有内容有:2.1.1 可靠性定量要求可靠性定量要求使用指标和合同指标使用指标和合同指标2.1.2 可靠性定量要求可靠性定量要求a.可靠度可靠度 可靠性的概率度量，其符号为可靠性的概率度量，其符号为R(t)R(t)例如例如:R(t)=0.95，0.99等等。b.平均故障间隔时间平均故障间隔时间 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：在可修复产品的一种基本

11、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次数比。c.平均故障前时间平均故障前时间 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：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品总数之比。2.1.2 可靠性定量要求可靠性定量要求d.d.平均首次故障前时间平均首次故障前时间 mean time to first failure (M

12、TTFF)可修复产品的一种基本可靠性参数。其度量方法为：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，产品从开始使用到出现首次故障时产品寿在规定的条件下，产品从开始使用到出现首次故障时产品寿命单位总数与产品首次故障总数之比。命单位总数与产品首次故障总数之比。e.故障率故障率 产品可靠性的一种基本参数。其度量方法为：在规定产品可靠性的一种基本参数。其度量方法为：在规定的条件下和规定的期间内，产品的故障总数与寿命单位总数的条件下和规定的期间内，产品的故障总数与寿命单位总数之比之比。式中：式中：Ri、i单元的可靠度、故障率（单元的可靠度、故障率（1/h）；Rs、s系统的可靠度、故障率

13、（系统的可靠度、故障率（1/h）。）。此时，系统的故障率此时，系统的故障率s为单元的故障率为单元的故障率i 之和之和:系统的平均故障间隔时间为：系统的平均故障间隔时间为：=1+2+n平均故障间隔时间平均故障间隔时间 MTBF=串联模型串联模型R1 1R R2 2RnRn2.2 2.2 可靠性设计可靠性设计工作内容工作内容 按可靠性要求开展设计工作按可靠性要求开展设计工作。表表4 4 可靠性可靠性设计（定性）工作内容设计（定性）工作内容 可靠性设计准则的制定与贯彻可靠性设计准则的制定与贯彻(按可靠性设计准则设计)a.a.目的目的 通过制定并贯彻产品可靠性设计准则，把有助于保证、提通过制定并贯彻产

14、品可靠性设计准则，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。高产品可靠性的一系列设计要求设计到产品中去。b b.可靠性设计准则文件的基本内容可靠性设计准则文件的基本内容 产品可靠性设计准则是在产品设计中能够直接贯彻实施的产品可靠性设计准则是在产品设计中能够直接贯彻实施的可靠性设计要求细则与保证措施，可靠性设计准则文件基本内可靠性设计要求细则与保证措施，可靠性设计准则文件基本内容包括：概述、目的、适用范围、依据、可靠性设计准则。容包括：概述、目的、适用范围、依据、可靠性设计准则。这是属可靠性设计这是属可靠性设计（定性）（定性）的工作内容的工作内容,很重要。很重要。c.c.可靠性

15、设计准则的作用与特点可靠性设计准则的作用与特点（1 1）可靠性设计准则是进行可靠性定性设计的重要依据）可靠性设计准则是进行可靠性定性设计的重要依据 为了满足规定的可靠性设计要求，必须采取可靠性设计技术，贯彻为了满足规定的可靠性设计要求，必须采取可靠性设计技术，贯彻可靠性设计准则是其中一项重要内容可靠性设计准则是其中一项重要内容,在设计中必须逐条予以实施。在设计中必须逐条予以实施。（2 2）贯彻可靠性设计准则可以提高产品的固有可靠性）贯彻可靠性设计准则可以提高产品的固有可靠性 产品的固有可靠性是设计和制造所赋予，设计人员在设计中遵循可产品的固有可靠性是设计和制造所赋予，设计人员在设计中遵循可靠性

16、设计准则，可避免一些不该发生的故障，从而提高产品的固有可靠性。靠性设计准则，可避免一些不该发生的故障，从而提高产品的固有可靠性。（3 3）贯彻可靠性设计准则是实现可靠性与产品性能设计同步的有效方法）贯彻可靠性设计准则是实现可靠性与产品性能设计同步的有效方法 设计人员只要在设计中贯彻可靠性设计准则设计人员只要在设计中贯彻可靠性设计准则,就可以把可靠性设计到就可以把可靠性设计到产品中去，使产品的性能设计和可靠性设计相互有机地结合。产品中去，使产品的性能设计和可靠性设计相互有机地结合。（4 4）可靠性设计准则是研制经验的总结与升华）可靠性设计准则是研制经验的总结与升华 可靠性设计准则是以往产品研制经

17、验的结晶，用于指导设计人员进行可靠性设计准则是以往产品研制经验的结晶，用于指导设计人员进行可靠性设计，保证实现产品合同规定的可靠性要求。制定并实施可靠性设可靠性设计，保证实现产品合同规定的可靠性要求。制定并实施可靠性设计准则不仅有益于企业经验和知识的传承，还能为年轻设计人员的成长提计准则不仅有益于企业经验和知识的传承，还能为年轻设计人员的成长提供帮助。供帮助。2.2 2.2 可靠性设计可靠性设计工作内容工作内容 按可靠性要求开展设计工作按可靠性要求开展设计工作。表表5 5 可靠性可靠性设计（定量）工作内容设计（定量）工作内容2.2.1 2.2.1 建立可靠性模型建立可靠性模型 目的：目的：用于

18、用于定量分配定量分配、计算计算和和评价评价产品的产品的可靠性可靠性。可靠性模型的含义可靠性模型的含义 ：可靠性模型可靠性模型指的是指的是可靠性框图可靠性框图及及数学模型数学模型。可靠性框图可靠性框图是用方框表示是用方框表示产品各单元的故障 如何导致产品故障的逻辑关系。可靠性模型的分类可靠性模型的分类:产品的可靠性模型产品的可靠性模型按用途按用途分为基本可靠性模型基本可靠性模型和任务可靠性模型任务可靠性模型。基本可靠性模型基本可靠性模型是将产品组成单元进行全串联是将产品组成单元进行全串联的模型，用以估计产品及其组成单元引起的维修及的模型，用以估计产品及其组成单元引起的维修及综合保障要求。综合保障

19、要求。任务可靠性模型任务可靠性模型较复杂，它用于描述在完成任较复杂，它用于描述在完成任务过程中产品各单元的预定用途。务过程中产品各单元的预定用途。产品的可靠性模型产品的可靠性模型基本结构类型主要包括串联、并联、混联、桥联、旁联、表决等。先介绍此类型。串联模型系统的所有组成单元中任系统的所有组成单元中任一单元的故障都会导致整个系统的故障一单元的故障都会导致整个系统的故障，称为串联模，称为串联模型。串联模型是最常用和最简单的模型之一，既可用于基本可靠性建模，也可用型。串联模型是最常用和最简单的模型之一，既可用于基本可靠性建模，也可用于任务可靠性建模。于任务可靠性建模。串联模型的可靠性框图如图所示。

20、该可靠性框图对应的数学模型为：该可靠性框图对应的数学模型为：式中：式中：Rs(t)系统的可靠度系统的可靠度；Ri(t)单元的可靠度单元的可靠度；n 组成系统的单元数。组成系统的单元数。R R1 1R R2 2R Rn n LCLC 基本可靠性模型基本可靠性模型 综合处理计算机的基本可靠性框图如综合处理计算机的基本可靠性框图如图图所示。所示。图图 综合处理计算机的基本可靠性框图综合处理计算机的基本可靠性框图 任务可靠性模型任务可靠性模型 综合处理计算机的任务可靠性框图如综合处理计算机的任务可靠性框图如图图所示。所示。图图 综合处理计算机的任务可靠性框图综合处理计算机的任务可靠性框图2.2.2 2

21、.2.2 可靠性指标分配设计可靠性指标分配设计 目的：目的：可靠性分配可靠性分配是指将产品的可靠性指标是指将产品的可靠性指标逐级分配至逐级分配至产品各层次产品各层次(由上到下由上到下)，作为产品，作为产品各层次的可靠性设计目各层次的可靠性设计目标标，使各级设计人员明确要求，及早研究设计方案，并估，使各级设计人员明确要求，及早研究设计方案，并估计所需人力、时间和资源，以确保交付使用的产品逐步通计所需人力、时间和资源，以确保交付使用的产品逐步通过增长能够达到可靠性目标值。过增长能够达到可靠性目标值。适用对象和情况适用对象和情况:可靠性分配可靠性分配适用于电子、电气、机械，适用于电子、电气、机械，或

22、新研产品、老品改进等有可靠性指标要求的产品，应根或新研产品、老品改进等有可靠性指标要求的产品，应根据不同产品以及指标要求的情况，选取据不同产品以及指标要求的情况，选取合适的可靠性分配合适的可靠性分配方法方法。可靠性分配可靠性分配工作一般应在方案阶段开始进行，并延续至工作一般应在方案阶段开始进行，并延续至初步设计阶段，根据设计方案的更改初步设计阶段，根据设计方案的更改反复迭代反复迭代，使指标分，使指标分配逐渐趋于合理。配逐渐趋于合理。分配原则分配原则 对于对于复杂度高复杂度高的分系统、设备等产品应分配的分系统、设备等产品应分配较较低低 的可靠性指标；的可靠性指标；对于技术上对于技术上不成熟不成熟

23、的产品，可分配的产品，可分配较低较低的可靠的可靠性性 指标；指标；对于处于对于处于恶劣环境条件恶劣环境条件下工作的产品，可分配下工作的产品，可分配较较 低低的可靠性指标；的可靠性指标；对于需要对于需要长期工作长期工作的产品，可分配的产品，可分配较低较低的可靠的可靠性性 指标；指标；对于对于重要度高重要度高的产品，应分配的产品，应分配较高较高的可靠性指的可靠性指标。标。分配方法分配方法:主要包括主要包括等分配法、比例组合法等分配法、比例组合法（等改进法）、（等改进法）、评分法、评分法、再分配法再分配法（最小工作量法）、考虑（最小工作量法）、考虑重要度和复杂度的分配法重要度和复杂度的分配法、预计分

24、配法预计分配法以及以及工程相似法工程相似法。各种分配方法适用于不同的情况。各种分配方法适用于不同的情况。等分配法等分配法 用于用于设计初期设计初期当产品情况还不十分清晰，或缺乏有关产品当产品情况还不十分清晰，或缺乏有关产品可靠性数据的情况。这是最简单、方便的一种分配方法，没有可靠性数据的情况。这是最简单、方便的一种分配方法，没有考虑产品的各单元实现可靠性值的难易程度，如单元的复杂程考虑产品的各单元实现可靠性值的难易程度，如单元的复杂程度、技术难度等，建议度、技术难度等，建议尽量不使用尽量不使用。设某系统由设某系统由n个分系统串联组成，若给定系统可靠性指标个分系统串联组成，若给定系统可靠性指标为

25、为s，则按等分配法分配给各下属系统或设备的可靠性指标为：，则按等分配法分配给各下属系统或设备的可靠性指标为：新设计的系统与老系统新设计的系统与老系统相似相似，且有且有老系统老系统及其及其分系统分系统的的故障率故障率数据或老数据或老系统中各分系统故障数占系统故障数系统中各分系统故障数占系统故障数百分比的统计资料百分比的统计资料，可用比例分配，可用比例分配法进行分配。法进行分配。选取的可靠性分配方法选取的可靠性分配方法,其使用要求如表其使用要求如表6 6所示所示：2.2.3 2.2.3 可靠性预计可靠性预计 目的目的:是对组成产品的元器件、部件和子系统的可靠性，是对组成产品的元器件、部件和子系统的

26、可靠性，由下到上由下到上、由局部到整体的逐级预计由局部到整体的逐级预计，预计产品能否达到规，预计产品能否达到规定的可靠性指标要求；方案论证时可根据可靠性预计结果选定的可靠性指标要求；方案论证时可根据可靠性预计结果选择方案；及早发现设计中的薄弱环节并改进；并为择方案；及早发现设计中的薄弱环节并改进；并为可靠性分可靠性分配配的迭代提供相关数据；还可为的迭代提供相关数据；还可为可靠性试验方案可靠性试验方案的确定提供的确定提供依据。依据。适用对象和情况适用对象和情况:可靠性预计适用于新研产品、老品改进可靠性预计适用于新研产品、老品改进等各类等各类有可靠性指标要求的产品有可靠性指标要求的产品，需根据产品

27、的不同阶段、，需根据产品的不同阶段、不同产品的层次及特性，选取合适的可靠性预计方法。不同产品的层次及特性，选取合适的可靠性预计方法。可靠性预计可靠性预计工作一般在方案阶段就应开始进行，并延续至详工作一般在方案阶段就应开始进行，并延续至详细设计阶段，根据设计方案的更改和细化反复迭代，从而使细设计阶段，根据设计方案的更改和细化反复迭代，从而使产品设计达到所规定的可靠性。产品设计达到所规定的可靠性。可靠性预计的类型可靠性预计的类型 可靠性预计可靠性预计作为定量设计手段，为作为定量设计手段，为设计决策提供依设计决策提供依据据。在设计的不同阶段及产品的不同级别上可采用不同。在设计的不同阶段及产品的不同级

28、别上可采用不同的预计方法，由粗到细。的预计方法，由粗到细。预计预计按详细程度可分为按详细程度可分为:可行性预计可行性预计、初步预计初步预计和和详细预计详细预计;按预计的参数可分为按预计的参数可分为:基本可靠性预计基本可靠性预计和和任务可靠性预计任务可靠性预计;按预计的对象可分为按预计的对象可分为:电子产品预计电子产品预计和和非电子产品预计非电子产品预计。进行不同类型的可靠性预计应选取不同的、适用进行不同类型的可靠性预计应选取不同的、适用的方法。的方法。电子、电气产品的可靠性预计方法电子、电气产品的可靠性预计方法 电子、电气产品一般的可靠性预计主要有电子、电气产品一般的可靠性预计主要有元器件元器

29、件 计数法计数法和和元器件应力分析法元器件应力分析法。元器件计数法元器件计数法适用于方案论证及初步设计阶段；适用于方案论证及初步设计阶段；元器件应力分析法元器件应力分析法适用于详细设计阶段。按适用于详细设计阶段。按 GJB/Z 299C GJB/Z 299C、MIL-HDBK-217FMIL-HDBK-217F的要求进行（此两标的要求进行（此两标 准可用于军用和民用产品）。准可用于军用和民用产品）。元器件计数法元器件计数法:元器件计数法适用于初步设计阶段，元器件计数法适用于初步设计阶段，此时元器件的种类和数量已大致确定，但具体的工作应力和此时元器件的种类和数量已大致确定，但具体的工作应力和环境

30、等尚未明确。环境等尚未明确。元器件计数法的基本原理是对元器件的通用故障率进行修元器件计数法的基本原理是对元器件的通用故障率进行修正，预计模型为：正，预计模型为：式中：式中：GS产品总故障率（产品总故障率（1/h）；）；Gi第第 i 种类元器件的通用故障率（种类元器件的通用故障率（1/h）；）；Q i第 i 种类元器件的通用质量系数；N i 第第 i 种类元器件的数量；种类元器件的数量；n单元所用元器件的种类数目。单元所用元器件的种类数目。表表7 7 元器件计数法预计结果表（例子）元器件计数法预计结果表（例子）应力分析法应力分析法应力分析法用于电子产品详细设计阶段的故障率预计。在预计单元内电应力

31、分析法用于电子产品详细设计阶段的故障率预计。在预计单元内电子元器件工作故障率时，应用元器件的质量等级，应力水平、环境条件等子元器件工作故障率时，应用元器件的质量等级，应力水平、环境条件等因素对基本故障率进行修正。因素对基本故障率进行修正。元器件工作故障率预计模型元器件工作故障率预计模型预计的计算过程较为繁琐，不同类别的元器件有不同的工作故障率计算预计的计算过程较为繁琐，不同类别的元器件有不同的工作故障率计算模型，如普通晶体管、二极管的工作故障率计算模型模型，如普通晶体管、二极管的工作故障率计算模型(GJB/Z299GJB/Z299)如下：如下：式中：式中：p元器件工作故障率元器件工作故障率(1

32、/h)；b元器件基本故障率元器件基本故障率(1/h)；E环境系数；环境系数；q质量系数；质量系数；r额定电流系数；额定电流系数；A应用系数；应用系数；s2电压应力系数；电压应力系数；c结构系数。结构系数。表表8 8 某电源的某电源的预计表预计表(部分部分)环境条件：环境条件：AIF 环境温度：环境温度：80 工程中常用的可靠性预计方法工程中常用的可靠性预计方法 表表9 工程中常用的可靠性预计方法工程中常用的可靠性预计方法 产品产品 可靠性的预计值、验证值与使用值的比较可靠性的预计值、验证值与使用值的比较 表表11 电子产品可靠性预计手册情况之一电子产品可靠性预计手册情况之一 表12 电子产品可

33、靠性预计手册情况之二 可靠性可靠性分配分配与与预计预计的关系的关系3 3 可靠性分析可靠性分析 可靠性分析是可靠性设计重要组成部分。可靠性分析是可靠性设计重要组成部分。表表1313 可靠性分析的主要工作项目可靠性分析的主要工作项目可靠性分析可靠性分析下面简要介绍前两项前两项可靠性分析工作具体内容3.1 3.1 故障模式、影响及危害性分析故障模式、影响及危害性分析 (FMECA)(1)目的目的 通过系统地分析，确定元器件、零部件、设备、软件通过系统地分析，确定元器件、零部件、设备、软件在设计和制造过程中每一个在设计和制造过程中每一个产品层次产品层次所有可能的故障模所有可能的故障模式，以及每一故障

34、模式的原因及影响程度，式，以及每一故障模式的原因及影响程度，以便找出潜以便找出潜在的薄弱环节，并提出在的薄弱环节，并提出改进改进措施以措施以提高提高产品的产品的可靠性可靠性。(2)组成组成 故障模式、影响及危害性分析（以下简称故障模式、影响及危害性分析（以下简称FMECA）由故障模式及影响分析（由故障模式及影响分析（FMEA）和危害性分析（）和危害性分析（CA）两部分组成两部分组成，只有在进行只有在进行FMEA基础上，才能进行基础上，才能进行CA。FMECA方法分类方法分类设计设计FMECA过程过程FMECA功能功能FMECA硬件硬件FMECA软件软件FMECA损坏模式及影响分析损坏模式及影响

35、分析DMEA(3)FMECA分类及适用情况分类及适用情况(a)FMECA分类分类图图 FMECA方法的分类方法的分类统计统计FMECA(b)在产品寿命周期各阶段的在产品寿命周期各阶段的FMECA方法的应用目的方法的应用目的(表表14)表表15 15 FMECA、FMEA和和CA的目的、用途的目的、用途(b)FMECA实施的步骤实施的步骤:初始约定层次产品初始约定层次产品 任任 务务 审核审核 第第 页页共共 页页约定层次产品约定层次产品 分析人员分析人员 批准批准 填表日期填表日期表表16 故障模式及影响分析故障模式及影响分析(FMEA)表表 表表17 17 危害性分析（危害性分析（CACA）

36、表）表 初始约定层次产品初始约定层次产品 任任 务务 审核审核 第第 页页 共共 页页 约定层次产品约定层次产品 分析人员分析人员 批准批准 填表日期填表日期 a.FMECA方法中各约定层次的定义方法中各约定层次的定义（1）约定层次）约定层次根据分析的需要，按产品的功能关系或根据分析的需要，按产品的功能关系或复杂程度划分的产品功能层次或结构层次。这些层次一般从比复杂程度划分的产品功能层次或结构层次。这些层次一般从比较复杂的系统到比较简单的零件进行划分；较复杂的系统到比较简单的零件进行划分；（2）初始约定层次）初始约定层次进行进行FMECAFMECA总的完整的产品所在的层总的完整的产品所在的层次

37、，它是约定的产品第一分析层次；次，它是约定的产品第一分析层次；（3）其他约定层次）其他约定层次相继的约定层次（第二、第三、第相继的约定层次（第二、第三、第四等）、这些层次表明了直至较简单的组成部分的有顺序的排四等）、这些层次表明了直至较简单的组成部分的有顺序的排列；列；（4）最低约定层次）最低约定层次约定层次中最低层的产品所在层次。约定层次中最低层的产品所在层次。它决定了它决定了FMECAFMECA工作深入、细致的程度。工作深入、细致的程度。液压系统液压系统451000451000其他系统其他系统主液压分主液压分系统系统451100451100辅助液压分系辅助液压分系统统 451200 451

38、200缓冲瓶缓冲瓶451110451110液压油箱液压油箱451120451120柱塞液压柱塞液压泵泵ZB-34ZB-34451130451130泵轴泵轴451131451131轴承组件轴承组件451132451132柱塞柱塞451133451133飞机飞机450000初始约定层次初始约定层次约定层次约定层次最低约定层次最低约定层次系统系统分系统分系统装备装备设备设备零组件零组件图图 某型战斗机液压系统约定层次示例某型战斗机液压系统约定层次示例图图 c.定义严酷度类别严酷度是指产品故障模式所产生的最终影响的严重程度。应对产品故障模严酷度是指产品故障模式所产生的最终影响的严重程度。应对产品故障模

39、式的严酷度进行定义，进而对每一个故障模式按严酷度类别进行排序。式的严酷度进行定义，进而对每一个故障模式按严酷度类别进行排序。严酷度类别是依据产品每个故障模式造成最终可能出现的人员伤亡、严酷度类别是依据产品每个故障模式造成最终可能出现的人员伤亡、“初初始约定层次始约定层次”产品损坏和环境损害等方面的影响程度而确定的。产品损坏和环境损害等方面的影响程度而确定的。表表18 18 产品常用的严酷度等级划分产品常用的严酷度等级划分3.2 故障树分析故障树分析(FTA)(1)(1)目的目的 通过对可能造成产品故障的各种因素进行析，通过对可能造成产品故障的各种因素进行析，能能定性地定性地确定产品故障发生的所

40、有确定产品故障发生的所有原因和原因组合原因和原因组合，并并定量地定量地确定产品确定产品故障的发生概率故障的发生概率。通过故障树分析，通过故障树分析，能够透彻了解系统，找出薄能够透彻了解系统，找出薄弱环节，改进产品设计、弱环节，改进产品设计、使用环境、维修方式等使用环境、维修方式等，提高产品可靠性，同时验证重大故障的发生概率是提高产品可靠性，同时验证重大故障的发生概率是否能满足可靠性要求。否能满足可靠性要求。(2)(2)适用对象和情况适用对象和情况 FTA适用于电子、机电、机械，或者新研产品、老适用于电子、机电、机械，或者新研产品、老品、老品改进等各类产品。品、老品改进等各类产品。FTA适用于系

41、统寿命周期的适用于系统寿命周期的任何阶段任何阶段，包括从设计，包括从设计阶段早期直至批生产前的各个设计阶段，以及生产和阶段早期直至批生产前的各个设计阶段，以及生产和使用阶段。使用阶段。在设计阶段在设计阶段，FTAFTA可帮助查找可帮助查找潜在的产品故障模式潜在的产品故障模式和和灾难性危险因素灾难性危险因素，发现可靠性和安全性薄弱环节，发现可靠性和安全性薄弱环节，改进设计；改进设计；在生产和使用阶段在生产和使用阶段，可以帮助对，可以帮助对故障事件开展调查故障事件开展调查分析分析，更改设计或改进生产手段和使用维修方案。，更改设计或改进生产手段和使用维修方案。(3)(3)主要内容主要内容(A)(A)

42、方法方法:FTA是将一个不希望的产品故障事件或灾难性的产是将一个不希望的产品故障事件或灾难性的产品危险事件做为品危险事件做为顶事件顶事件，通过，通过由上向下由上向下的严格的严格按层次的按层次的故障因果逻辑分析故障因果逻辑分析，建立故障树建立故障树。逐层找出对上一层事件必要而充分的直接原因，最逐层找出对上一层事件必要而充分的直接原因，最终找出导致顶事件发生的所有终找出导致顶事件发生的所有原因原因（包括硬件、软件、（包括硬件、软件、环境、人为因素等）环境、人为因素等）和原因组合和原因组合，即各个底事件即各个底事件。在具有在具有基础数据时基础数据时计算出计算出顶事件发生概率顶事件发生概率和和底事件底

43、事件重要度重要度等等定量指标定量指标。下面介绍下面介绍建立故障树概念和具体建立故障树概念和具体实施实施。图图 故障树示例故障树示例(B)(B)选择顶事件选择顶事件顶事件是建立故障树的基础，选择的顶事件不同，则建立顶事件是建立故障树的基础，选择的顶事件不同，则建立的故障树也不同。的故障树也不同。在进行故障树分析时，选择顶事件的方法如下：在进行故障树分析时，选择顶事件的方法如下：（a a）在设计过程中进行）在设计过程中进行FTAFTA时，一般从那些时，一般从那些显著影响产品技显著影响产品技术性能、经济性、可靠性和安全性的故障中选择术性能、经济性、可靠性和安全性的故障中选择确定顶事件。确定顶事件。（

44、b b）在）在FTAFTA之前若已进行了之前若已进行了FME(C)AFME(C)A，则可以从故障，则可以从故障严酷度严酷度为为、类的系统故障模式类的系统故障模式中选择其中一个故障模式确定为顶中选择其中一个故障模式确定为顶事件。事件。（c c）发生）发生重大故障或者事故后重大故障或者事故后，可以将，可以将此类事件此类事件作为顶事作为顶事件，通过故障树分析为故障归零提供依据。件，通过故障树分析为故障归零提供依据。对于顶事件必须严格选择，否则建出的故障树将达不到预期的目的。大对于顶事件必须严格选择，否则建出的故障树将达不到预期的目的。大多数情况下，产品会有多个不希望事件，应对它们一一确定，分别作为顶

45、多数情况下，产品会有多个不希望事件，应对它们一一确定，分别作为顶事件建立故障树并进行分析（见下面事件建立故障树并进行分析（见下面示例图示例图）。）。(C)建造故障树建造故障树故障树的建立故障树的建立 故障树是一种特殊的故障树是一种特殊的倒立树状倒立树状因果关系逻辑因果关系逻辑图图。它用事件它用事件符号、逻辑门符号符号、逻辑门符号和转移符号和转移符号(子树转移符号子树转移符号)描述系统中各种事件之间的因果关系。描述系统中各种事件之间的因果关系。逻辑门的输入事件是输出事件的逻辑门的输入事件是输出事件的“因因”，逻辑，逻辑门的输出事件是输入事件的门的输出事件是输入事件的“果果”。a.故障树常用事件及

46、其符号故障树常用事件及其符号 b.故障树常用逻辑门及其符号故障树常用逻辑门及其符号 故故障障树树c.故障树分析图的组成故障树分析图的组成:基本事件：是无需探明其发基本事件：是无需探明其发生原因的底事件生原因的底事件底事件是故障树中仅导致其他事件的原底事件是故障树中仅导致其他事件的原因事件。它位于所讨论的故障树底端，总因事件。它位于所讨论的故障树底端，总是某个逻辑门的输入事件而不是输出事件是某个逻辑门的输入事件而不是输出事件未探明事件：是原则上应进未探明事件：是原则上应进一步探明其原因但暂时不必或一步探明其原因但暂时不必或者不能探明其原因的底事件者不能探明其原因的底事件顶事件：是故障树分析中所顶

47、事件：是故障树分析中所关心的最后结果事件。它位于关心的最后结果事件。它位于故障树的顶端，代表了系统不故障树的顶端，代表了系统不希望发生的事件希望发生的事件中间事件是位于底事件和顶中间事件是位于底事件和顶事件之间的结果事件事件之间的结果事件E0E23E1E2E3故故障障树树d.故障树分析图的组成故障树分析图的组成:E0E23E1E2E3或门：当输入事件中至少有或门：当输入事件中至少有一个发生时，则输出事件发生一个发生时，则输出事件发生，这种关系称为事件并，这种关系称为事件并,用逻用逻辑辑“或门或门”描述描述与门：门的输入事件同时发与门：门的输入事件同时发生时，输出事件必然发生，这生时，输出事件必

48、然发生，这种逻辑关系称为事件交，用逻种逻辑关系称为事件交，用逻辑辑“与门与门”描述描述E0E23E1E2E3e.建故障树示例建故障树示例不同顶事件不同顶事件电路开关合上后电路开关合上后电动机不转电动机不转开关合上后开关合上后线路上无电流线路上无电流 电动机电动机故障故障 电源电源 故障故障 线路线路 故障故障(6)FTA(6)FTA与与FMECAFMECA的的对比对比(见下表22)FMECA的结果可为的结果可为FTA提供顶事件提供顶事件 3.3 3.3 潜在电路分析潜在电路分析（SCASCA）a.a.目的目的 潜在分析可分为针对电路的潜在电路分析、软件的潜在分析潜在分析可分为针对电路的潜在电路

49、分析、软件的潜在分析和液、气管路系统的潜在分析。此处和液、气管路系统的潜在分析。此处仅介绍潜在电路分析仅介绍潜在电路分析。潜在电路是电子潜在电路是电子/电气系统中电气系统中的一种设计意图之外的状的一种设计意图之外的状态，在一定的条件下，态，在一定的条件下，导致产品产生非期望功能或抑制期望功导致产品产生非期望功能或抑制期望功能。能。它具有潜藏性它具有潜藏性，而一旦激励条件得以满足，表现出，而一旦激励条件得以满足，表现出“突突然发生然发生”、“出人意料出人意料”、“巨大破坏性巨大破坏性”等特点。对电子等特点。对电子/电电气系统的危害是巨大的，气系统的危害是巨大的，由于产品规模较大、复杂、设计人员由

50、于产品规模较大、复杂、设计人员对设计要求理解不一致等原因，很容易在设计中引进潜在电路。对设计要求理解不一致等原因，很容易在设计中引进潜在电路。特定条件下才会被激发，一般很难通过试验或仿真手段予特定条件下才会被激发，一般很难通过试验或仿真手段予以发现以发现。潜在电路分析的目的就是在假设所有元器件及部件均。潜在电路分析的目的就是在假设所有元器件及部件均未失效的情况下，发现电路中在一定的激励条件下可能产生非未失效的情况下，发现电路中在一定的激励条件下可能产生非期望功能或抑制期望功能的潜在状态，以保证电路安全可靠。期望功能或抑制期望功能的潜在状态，以保证电路安全可靠。b.b.基本概念基本概念(1)(1