第五章 可靠性基础知识(1)可靠性的基本概念及常用度量

第五章 可靠性基础知识 第五章 可靠性基础知识

【考试趋势】

单选3-4题，多选4-5题，综合分析1题。考查方式以理解题和计算题为主。 总分值25-35分。总分170分。 【大纲考点】

基本脉络：可靠性概念——测量——模型——分析——试验——管理。 一、可靠性的基本概念及常用度量

1．掌握可靠性、维修性与故障(失效)的概念与定义 （重点） 2．熟悉保障性、可用性与可信性的概念 （难点） 3．掌握可靠性的主要度量参数 （难点） 4．熟悉浴盆曲线 （重点） 5．了解产品质量与可靠性的关系 二、基本的可靠性维修性设计与分析技术 1．了解可靠性设计的基本内容和主要方法 2．熟悉可靠性模型及串并联模型的计算 （重点） 3．熟悉可靠性预计和可靠性分配 （难点） 4．熟悉故障模式影响及危害性分析5．了解故障树分析

（重点）

（重点） （难点）

6．熟悉维修性设计与分析的基本方法； 三、可靠性试验

三、可靠性试验

1.掌握环境应力筛选 （重点）

2.了解可靠增长试验和加速寿命试验 （重点）

3.手续可靠性测定试验 （难点） 4.了解可靠性鉴定试验 四、可信性管理

1．掌握可信性管理基本原则与可信性管理方法 （难点） 2．了解故障报告分析及纠正措施系统 （重点） 3．了解可信性评审作用和方法 第一节 可靠性的基本概念及常用度量

【考点解读】

第一节 可靠性的基本概念及常用度量 学习目标要求：

1、掌握可靠性、维修性与故障的概念与定义 2、熟悉保障性、可用性及可信性的概念 3、掌握可靠性的主要度量参数 4、了解浴盆曲线

5、了解产品质量与可靠性关系

基本脉络是：可靠性——不可靠（故障）——可靠度——可靠度函数——常用指标——模型——地位意义（与质量的关系）

典型考题

典型考题： 单选题

22、下述设计方法中不属于可靠性设计的方法是（ ）。

a、使用合格的部件 b、使用连续设计 c、故障模式影响分析 d、降额设计 23、产品使用寿命与（ ）有关。

a、早期故障率 b、规定故障率 c、耗损故障率 d、产品保修率

一、故障（失效）及其分类 一、故障（失效）及其分类

1、故障

定义：产品或产品的一部分不能或将不能完成预定功能的事件或状态称为故障。对于不可修复的产品如电子元器件和弹药等也称失效。

简单地说，故障就是产品丧失了规定的功能。严格地说，故障是指产品不能执行规定功能的状态。

故障通常是产品本身失效后的状态，但也可能在失效前就存在。故障的表现形式，如三极管的短路或开路、灯丝的烧断等称为故障（失效）模式。引起产品的故障的物理、化学或生物变化的内在原因称为故障（失效）机理。

就由各种元件或设备构成的系统而言，故障有两层含义：一是系统偏离正常功能，它的形成原因主要是因为系统的工作条件，即其构成的元件或设备不正常而产生的，通过参数调节，或零部件修复可恢复系统正常功能；二是系统最基本的功能丧失，是指系统连续偏离正常功能，且其程度不断加剧，使系统基本功能不能保证，亦称为失效。

绝大多数电子装备的失效都称为故障，以故障原因对其进行分解可以参阅图2.1.1。从图中可知，装备故障分为偶然失效型故障和缺陷型故障两大类。人们认为偶然故障表现为随机失效，是由元器件、零部件固有失效率引起的；而缺陷型故障由原材料缺陷、元器件缺陷、装配工艺缺陷、设计缺陷引起，元器件缺陷本身又由结构、工艺、材料等缺陷造成，设计缺陷则包含电路设计缺陷、结构设计缺陷、工艺设计缺陷等内容。 绝大多数

绝大多数电子装备的失效都称为故障，以故障原因对其进行分解可以参阅图2.1.1。从图中可知，装备故障分为偶然失效型故障和缺陷型故障两大类。人们认为偶然故障表现为随机失效，是由元器件、零部件固有失效率引起的；而缺陷型故障由原材料缺陷、元器件缺陷、装配工艺缺陷、设计缺陷引起，元器件缺陷本身又由结构、工艺、材料等缺陷造成，设计缺陷则包含电路设计缺陷、结构设计缺陷、工艺设计缺陷等内容。 电子装备故障原因分解示意

图2.1.1 电子装备故障原因分解示意 2、产品的故障分类

2、产品的故障分类

偶然故障是由于偶然因素引起的故障，其重复出现的风险可以忽略不计，只能通过概率统计方法来预测。

耗损故障是通过事前检测或监测可统计预测到的故障，是由于产品的规定性能随时间增加而逐渐衰退引起的。耗损故障可以通过预防维修，防止故障的发生，延长产品的使用寿命。

致命性故障会使产品不能完成规定任务或可能导致人或物的重大损失、最终使任务失败。

非致命性故障不影响任务完成，但会导致非计划的维修。 独立故障是指不是由于另一个产品故障引起的故障。

从属故障是由另一产品故障引起的故障。在评价产品可靠性时只统计独立故障。

二、可靠性

二、可靠性 1、可靠性定义。

是对产品来讲的。主要是硬件和软件，流程性材料。分类：可否修复。 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称为可靠性。可靠性的概率度量称为可靠度。这里的产品指是gb/t19000中定义的硬件和流程性材料等有形产品以及软件等无形产品。它可以大到一个系统或设备，也可以小至一个零件。产品按从发生故障后是否可以通过维修恢复到规定功能状态，可分为可修复产品和不可修复产品。如汽车属于可修复产品，日光灯属不可修复产品。

可靠性定义中的“三个规定”是理解可靠性概念的核心。 “规定条件”包括使用时的环境条件和工作条件。同一产品在不同条件下工作表现出不同的可靠性水平。一辆汽车在水泥路面上行驶和在砂石路上行驶同样里程，显然后者故障会多于前者，也就是予使用条件越恶劣，产品可靠性越低。

“规定时间”和产品可靠性关系也极为密切。可靠性定义中的时间为广义的，除时间外，还可以是里程、次数等。同一辆汽车行驶1万公里时发生故障的可能性肯定比行驶1千公里时发生故障的可能性大。半小时都市圈。也就是说，工作时间越长，可靠性越低，产品的可靠性和时间的关系呈递减函数关系。

“规定的功能”指的是产品规格书中给出的正常工作的性能指标，要明确。衡量一个产品可靠性水平时一定要给出故障（失效）判据，比如电视机图像的清晰度低于多少线就判为故障要明确定义，否则会引起争议。

因此，在规定产品可靠性指标要求时一定要对规定条件、规定时间和规定功能给予详细具体的说明，不能含混不清。

2、可靠性分类

2、可靠性分类。

产品的可靠性按使用状况分，可分为固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性（考试重点！）是产品的设计、制造中赋予的，是产品的一种固有特性，也是产品的开发者可以控制的。而使用可靠性则是产品在实际使用过程中表现出的一种性能的保持能力的特性，它除了考虑固有可靠性的影响因素之外，还要考虑产品安装、操作使用和维修保障等方面因素的影响。

按完成任务分，产品可靠性还可分为基本可靠性和任务可靠性（考试重点！）。基本可靠性是产品在规定条件下无故障的持续时间或概率，它反映产品对维修人力的要求。任务可靠性是产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能力。评定产品任务可靠性时仅考虑在任务期间发生的故障。因此要明确任务故障的判据。提高任务可靠性可采用冗余或代替工作模式，不过这将增加产品的复杂性，从而降低基本可靠性。因此设计时要两者之间进行权衡。

三、维修性

三、维修性

如果能维修或者易于维修的话，就比较可靠。在可靠性上，又加了一个规定，维修的程序方法。

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，产品恢复执行规定功能的能力称为维修性。规定条件指维修和机构和场所及相应的人员、技能与设备、设施、工具、备件、技术资料等。规定的程序和方法指的是按技术文件规定采用的维修工作类型、步骤、方法等。能否完成维修工作当然还与规定时间有关。 维修性是产品质量的一种特性，即由产品设计赋予的使其维修简便、迅速和经济的固有特性。

由于产品的可靠性与维修性密切相关，都是产品的重要设计特性，因此产品可靠性与维修性工作应从产品论证时开始（考试重点！）提出可靠性与维修性的要求，并在开发中开展

可靠性与维修性设计、分析、试验、评定等活动，把可靠性与维修性要求落实到产品的设计中。

四、保障性

四、保障性

是从操作及其外部环境的角度，继续拓展可靠性。如对设计、对资源，等的要求。

系统（装备）的设计特性和计划的保障资源满足使用要求的能力称为保障性。保障性也是装备系统的固有属性。

设计特性是指与保障有关的设计特性。如与可靠性和维修性等有关的，以及保障资源要求装备所具有的设计特性。这些设计特性可以通过设计直接影响装备的硬件和软件。如使设计的装备便于操作、检测、维修、装卸、运输、消耗品（油、水、气、弹）补给等设计特性。从保障性角度看，良好的保障设计特性是使装备具有可保障的特性。 保障资源是保证装备完成使用的人力和物力。从保障性的角度看，充足的并与装备匹配的保障资源说明装备是能得到保障的。

装备具有可保障的特性和能保障的特性才是具有完整保障性的装备。 上面介绍的保障性虽指的是武器装备，但对于民用产品而言保障性同样也是一个重要的质量特性。在民用产品的开发过程中同样也应使所设计开发的产品具有可保障的特性和能保障的特性。

五、软件的可靠性

五、软件的可靠性

现代微机时代和智能时代的特点要求。手机电脑苹果。国际电工委员会的2个标准。 随着微电子和计算机技术渗透到各个技术领域，同时，计算机在改造传统产业、实现管理和控制自劫化方面也起着重要的作用，绝大部分复杂系统的运行是离不开计算机的，因此，我们通常所说产品的可靠性有两个部分构成，即硬件可靠性及软件可靠性，由软件故障所造成的系统失效的事件屡见不鲜，但软件可靠性比硬件可靠性的研究起步要晚得多，试验及分析手段也不如硬件可靠性来得成熟。

目前国际电工委员会已发布了两部与软件可靠性有关的标准，它们是iec60300-3-6《软件可信性应用指南》及iec61713《软件生存期的可信性应用指南》，这两个标准可做为从事软件可靠性及相关工作的指导性文件。

六、可用性和可信性 六、可用性和可信性

可用性是在要求的外部资源得到保证的前提下，产品在规定的条件下和规定的时刻或时间区间内处于可执行规定功能状态的能力。它是产品可靠性、维修性和维修保障的综合反映，这里的可用性定义是固有可用性的定义，外部资源（不包括维修资源）不影响产品固有的可用性。反之，使用可用性则受外部资源的影响。可用性的概率度量称为可用度。可用性通俗地说是“要用时就可用”。实际上，可靠性和维修发生都是为了使顾客手足的产品随时可用。可靠性从延长其正常工作时间来提高产品可用性，可维修性则从缩短维修的停机时间来提高可用性。可用性是顾客对产品质量的又一重要的需求。

可信性，范围更大，比可用性更综合。

是一个集合性术语，用来表示可用性及其影响因素：可靠性、维修性、维修保障。可信性仅用于非定量条款中的一般描述，可信性的定性和定量具体要求是通过可用性、可靠性、维修性、维修保障的定性和定量要求表达的。

七、可靠度函数

七、可靠度函数、累积故障（失效）分布函数

其实就是一个概率，不发生故障的概率。也可以叫可靠率，无故障率。

都是时间的函数。但是，和故障率的关系部简单。两者不能相加。而是服从指数关系。 这是因为定义的角度不同。故障率是单位时间内。

产品可靠度是产品在规定条件下与规定时间内完成规定功能的概率，描述的是产品功能

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