、疲勞強(qiáng)度、測(cè)量誤差都可以近似看好正態(tài)分布。

　　正態(tài)分布的失效密度函數(shù)為：

　　?（t）=1/σ(2л) 1/2exp[-1/2(t-?/σ)] ＜sub＞2＜/sub＞

　　正態(tài)分布的可靠度函數(shù)為：

　　

　　式中，?——母體均值；

　　 σ——母體標(biāo)準(zhǔn)偏差。

　　

　　13 機(jī)械零件可靠性最優(yōu)化

　　

　　當(dāng)零件應(yīng)力和強(qiáng)度概率密度函數(shù)已知時(shí)，應(yīng)力——強(qiáng)度干涉理論常用來(lái)確定機(jī)械零件的可靠度。在概率設(shè)計(jì)中，確定應(yīng)力——強(qiáng)度分布參數(shù)的因素是能夠控制的，就是在約束條件下找出最優(yōu)參數(shù)值。這些約束包括設(shè)計(jì)約束和資源約束。此時(shí)應(yīng)對(duì)下面兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行研究。

（1） 滿足規(guī)定的零件可靠條件下，使設(shè)計(jì)費(fèi)用最??；

（2） 在資源約束條件下，使零件獲得最大的可靠度。

如果零件的應(yīng)力——強(qiáng)度分布已知并服從正態(tài)概率密度函數(shù)，那么零件可靠度為：



式中，R＜sub＞e＜/sub＞——零件的可靠度；

F（s）——零件應(yīng)力s的概率密度函數(shù)；

Y(s)——零件強(qiáng)度S的概率密度函數(shù)。

14 失效模式和效應(yīng)分析（FMEA）

任一元器件的失效都會(huì)對(duì)系統(tǒng)性能有不利影響。在系統(tǒng)可靠性、安全性和有效性的研

究中要求作定性和定量的兩種分析。定量分析可計(jì)算或預(yù)測(cè)出在特定條件下執(zhí)行任務(wù)期間或長(zhǎng)期運(yùn)行中的系統(tǒng)性能指標(biāo)。典型指標(biāo)分別為可靠度、有效度、失效率、失效前平均工作時(shí)間、平均無(wú)故障工作時(shí)間等。

失效模式和效應(yīng)分析是根據(jù)基本失效判據(jù)或主要失效模式對(duì)已經(jīng)規(guī)定的單元所作的分

析。從基本單元的失效模式和系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)出發(fā)，來(lái)確定單元失效與系統(tǒng)失效、系統(tǒng)不能正常工作、工作受到限制、性能或完整性下降等效應(yīng)之間的關(guān)系。除了對(duì)上述基本單元的失效進(jìn)行分析外，還需要對(duì)高一級(jí)的或更高一級(jí)的系統(tǒng)功能失效以及所能考慮得到的繼發(fā)事件進(jìn)行分析。

失效效應(yīng)的危害性常用危害度來(lái)描述。危害度是由失效效應(yīng)的嚴(yán)重等級(jí)及其發(fā)生的概率的乘積來(lái)確定的。

　　

　　15 失效模式（Failure mode）

　　

　　所謂失效模式就是指元器件或產(chǎn)品“失效的表現(xiàn)形式”。失效模式一般是能被觀察到的和能被測(cè)量出來(lái)的一種失效現(xiàn)象。例如：機(jī)械運(yùn)動(dòng)的缺陷、斷裂、變形、磨擦損壞、表面毛刺、氧化、炭化、信號(hào)失真、漂移、泄漏、不穩(wěn)、開(kāi)路、短路、脫焊等均為一般的失效模式。

　　

　　16 失效機(jī)理（Failure mechanism）

　　

　　失效機(jī)理是尋求元部件失效的實(shí)質(zhì)原因。GB-3187-82規(guī)定，失效機(jī)理是“引起失效的物理、化學(xué)變化等內(nèi)在原因”。

　　失效機(jī)理因產(chǎn)品的種類、使用條件不同而各異，多數(shù)情況以磨損、疲勞、腐蝕、氧化等形式出現(xiàn)。有的失效機(jī)理則只有通過(guò)儀器的測(cè)試才能被闡明。

　　失效機(jī)理是導(dǎo)致產(chǎn)品失效的內(nèi)在原因。如蠕變或應(yīng)力造成損壞、腐蝕、損耗、沖擊破壞、疲勞、電應(yīng)力、化學(xué)反應(yīng)、輻射等，都是在一定條件下使產(chǎn)品失效的原因。

　　

　　17 失效效應(yīng)

　　

　　失效效應(yīng)是指每種假定的失效模式引起的各種后果，這種后果包括對(duì)各有關(guān)系統(tǒng)功能級(jí)的功能、人員安全、維護(hù)等的影響，以影響的大小來(lái)確定失效效應(yīng)的嚴(yán)重等級(jí)。

　　失效效應(yīng)還分為局部效應(yīng)和最終效應(yīng)。

　　

　　18局部效應(yīng)

　　

　　局部效應(yīng)專門研究失效模式對(duì)所研究單元的運(yùn)行和功能的效應(yīng)，連同二次效應(yīng)說(shuō)明每種假定失效模式對(duì)該單元輸出的影響后果。確定局部效應(yīng)的目的在于為現(xiàn)有的替換措施或作出建議的修正措施提供一個(gè)依據(jù)，以及為更高功能級(jí)的分析提供失效模式。應(yīng)注意到某些場(chǎng)合下除失效模式本身含義之外可能沒(méi)什么局部效應(yīng)。

　　

　　19 最終效應(yīng)

　　

　　最終效應(yīng)是指假定失效模式通過(guò)所有中間功能級(jí)對(duì)最高功能級(jí)的運(yùn)行、功能和狀態(tài)的失效效應(yīng)。所描述的最終效應(yīng)可以是多重失效的后果。例如，晶體管電流超過(guò)電流保護(hù)值，同時(shí)保護(hù)電路失效，這時(shí)所引起的最終效應(yīng)就是多重失效效應(yīng)。

　　

　　20 失效檢測(cè)方法

　　

　　將出現(xiàn)失效模式的檢測(cè)方法記入表內(nèi)。需列出并分析表現(xiàn)為同樣指示的各種失效模式。需確定在周期性維護(hù)時(shí)如何對(duì)有冗余的單元作失效檢測(cè)。

　　

　　21 危害度分析

　　

　　需要將失效效應(yīng)的危害度定量化，并估算引起該危害效應(yīng)的失效模式的發(fā)生概率。進(jìn)行危害度和失效概率的定量化有助于決定應(yīng)采取什么樣的修正工作、決定修正工作的優(yōu)先次序、在可接受的和不可接受的風(fēng)險(xiǎn)之間建立起清楚的界線。根據(jù)系統(tǒng)要求、目標(biāo)和限制對(duì)每種被考慮的失效效應(yīng)按其對(duì)系統(tǒng)總性能的危害度加以分類，對(duì)每種設(shè)備應(yīng)確定關(guān)鍵性失效的清單。無(wú)論如何，有若干通常可接受的類別和可用于大多數(shù)設(shè)備的分類法，這些一般性的分類是基于以下列出的特性的組合，這些特性反映了失效效應(yīng)嚴(yán)重性的定性分類。

（1） 造成工作人員或公眾的傷亡；

（2） 造成外部設(shè)備或設(shè)備本身的損壞；

（3） 由于無(wú)輸出或失去功能而致的經(jīng)濟(jì)損失；

（4） 由于設(shè)備不能完成其主要功能而不能執(zhí)行任務(wù)。

有關(guān)諸如性能、價(jià)格、進(jìn)度、安全和風(fēng)險(xiǎn)等因素會(huì)影響對(duì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的評(píng)價(jià)，顯然在采

用該分類時(shí)必須考慮到所有的相關(guān)因素。

失效效應(yīng)的嚴(yán)重等級(jí)

失效效應(yīng)的嚴(yán)重程度的等級(jí)是一種相對(duì)的量。

22 危害度的估計(jì)

利用危害度網(wǎng)格來(lái)進(jìn)行危害度的估計(jì)。用危害度網(wǎng)格可以很方便地表示危害度，它是

以危害度的等級(jí)作縱坐標(biāo)，而以失效概率作橫標(biāo)的一種圖表，概率在0～1范圍之內(nèi)是任意劃分的。如：

概率 分級(jí)

0～0.1 很低

0.1～0.2 低

0.2～0.3 中等

0.3～0.4 高

在很多例子中概率就不是線性劃分的。當(dāng)對(duì)失效模式作了分類并標(biāo)明概率，則它們?cè)?BR />
圖中對(duì)應(yīng)的多點(diǎn)位置就確定了。再以原點(diǎn)沿對(duì)角線方向作直線，線越長(zhǎng)危害度越高， 則更急需采取修正辦法。

　　對(duì)于每種危害度分析的每種分類方法都將確定一種特定的概率范圍。

　　

　　23失效模式的概率

　　

　　每種假定的失效模式出現(xiàn)的概率是通過(guò)使用分析的方法導(dǎo)出的。估計(jì)在特定工作環(huán)境下，一種特定的失效模式的發(fā)生概率，要求一個(gè)有統(tǒng)計(jì)意義的可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)。

　　直接使用上述數(shù)據(jù)，可在進(jìn)行FMEA的同時(shí)完成預(yù)測(cè)工作。

　　

　　24 有效度（Availability）

　　

　　對(duì)于可修復(fù)系統(tǒng)，除了可靠性外，還必須考慮維修性等指標(biāo)，有效度是綜合可靠度和維修度等一系列指標(biāo)的廣義可靠性指標(biāo)。有效度的定義是：“系統(tǒng)或設(shè)備在規(guī)定的條件下使用時(shí)，在任意時(shí)刻上正常工作的概率”。即設(shè)備雖然發(fā)生故障，但在允許的時(shí)間內(nèi)修理完畢，又能投入工作。所以有效度的正常工作概率大于單純可靠度正常工作概率。

　　對(duì)不可修復(fù)產(chǎn)品，不存在維修的問(wèn)題，此時(shí)可靠度R=有效度A。如果產(chǎn)品或設(shè)備是可修復(fù)的，通過(guò)維修提高正常工作概率比通過(guò)提高可靠度提高正常工作概率要經(jīng)濟(jì)?？煽慷?、維修度的關(guān)系，見(jiàn)圖5-3。

　　

　　圖5-3 可靠度、維修度曲線

　　

　　25 維修度（Maintainability）

　　

　　從廣義上講，設(shè)備的可靠性應(yīng)包括失效后能盡快維修恢復(fù)其正常工作能力。維修性和維修度是表征維修難易程度的概率，或者說(shuō)由于維修而恢復(fù)正常狀態(tài)的概率。

　　

　　26 易修性（Serviceability）

　　

　　表示設(shè)備修理的困難或容易程度。易修性是設(shè)備設(shè)計(jì)的特征，而修理度是與一定類別的時(shí)間有關(guān)的概率。

　　易修性由許多硬件特性決定，如工程設(shè)計(jì)、復(fù)雜性、測(cè)試點(diǎn)的數(shù)目及可達(dá)性等，這些特性受工程控制，產(chǎn)品的易修性是設(shè)計(jì)師的責(zé)任。當(dāng)然也和工具和試驗(yàn)設(shè)備有關(guān)，和維修人員培訓(xùn)技術(shù)水平有關(guān)。

　　

　　27 可靠性設(shè)計(jì)（Reliability design）

　　

　　可靠性設(shè)計(jì)可以歸納為可靠性組成、環(huán)境影響和相關(guān)因素三個(gè)部分。

　　1.可靠性的組成

（1） 明確系統(tǒng)、設(shè)備、產(chǎn)品的可靠性要求，確定可靠性指標(biāo)和進(jìn)行可靠性分配；

（2） 確定可靠部件和危險(xiǎn)部件，規(guī)定部件的負(fù)荷并要求安全的使用；

（3） 進(jìn)行應(yīng)力分析，采用概率設(shè)計(jì)方法；

（4） 簡(jiǎn)單化、單元化、標(biāo)準(zhǔn)、插件式構(gòu)造；

（5） 采用典型結(jié)構(gòu)和典型電路、充分利用過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)；

（6） 采用貯備設(shè)計(jì)法、修正誤動(dòng)作，考慮是否采用備件；

（7） 預(yù)測(cè)可靠性、維修性，進(jìn)行失效樹(shù)分析，以及失效模式、效應(yīng)及危害度分析；

（8） 可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)（驗(yàn)收試驗(yàn)、環(huán)境和壽命試驗(yàn)、篩選試驗(yàn)、維修性試驗(yàn)）；

（9） 審查設(shè)計(jì)。

2.環(huán)境影響（振動(dòng)、沖擊、熱、潮濕、灰塵、氣體、日照、放射線、干擾效應(yīng)等）盡

量減少。

　　3.設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的相關(guān)因素有：（1）可靠性——安全壽命、安全裕余度、安全性、安全系數(shù)；（2）維修性——抽檢、修理、布線、裝配方式、備件準(zhǔn)備、互換性，修理人員技術(shù)水平、檢修方式；（3）易操作——從人機(jī)工程學(xué)角度考慮減少人為失誤，預(yù)防失誤的設(shè)計(jì)，軟件的可靠性；（4）功