、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)用最小；

（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。

　　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，通過維修提高正常工作概率比通過提高可靠度提高正常工作概率要經(jīng)濟(jì)。可靠度、維修度的關(guān)系，見圖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