產(chǎn)品的可靠性是與“規(guī)定的功能”緊密相聯(lián)的。“規(guī)定的功能”就是產(chǎn)品的性能指標(biāo),如儀器儀表的精度、靈敏度、線性度、重復(fù)性等靜態(tài)指標(biāo)和幅頗特性、相頻特性等動態(tài)指標(biāo)。又如電阻器的阻值、功率、溫度系數(shù)、精度;電容器的容量、損耗角正切、絕緣電阻、耐壓、精度;晶體管的放大倍數(shù)、反向漏電流;電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度、字長、容量、指令數(shù);雷達(dá)的距離分辨力,測角和測速數(shù)顯角度測量儀精度、脈沖峰值功率、跟蹤速度;通信機(jī)的頻率范圍、輸出功率、通信距離、調(diào)制度、信道、失真度、保彩性、兼容性、機(jī)動性等。產(chǎn)品的可靠性可以針對產(chǎn)品完成某種功能而旨,也可以針對其多種功能綜合而言。如果產(chǎn)品不能完成規(guī)定的功能,則稱產(chǎn)品發(fā)生故障或失效,相應(yīng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)稱為故障判據(jù)或失效判據(jù)。因此,在討論具體產(chǎn)品的可靠性時,必須對產(chǎn)品的故障判據(jù)標(biāo)準(zhǔn)加以明確規(guī)定。
在可靠性中所研究的產(chǎn)品是各種各樣的,需要用不同的數(shù)量指標(biāo),在同定量地研究儀器儀表工作性能時,需要用量程、分辨率、線性度等數(shù)量指標(biāo)一樣。用于度量產(chǎn)品可靠性高低的數(shù)量指標(biāo)稱為可靠性特征量。常用的可靠性持征量有可靠度、失效分布函數(shù)、失效密度、失效率以及平均壽命、壽命標(biāo)準(zhǔn)差等。
有了可靠性待征量,對各種產(chǎn)品的可靠性就有了明確的要求。在設(shè)計(jì)和制造產(chǎn)品時,可以利用各種數(shù)學(xué)方法計(jì)算印預(yù)計(jì)它們的可靠性。在產(chǎn)品制造出來后,可以按一定的試驗(yàn)方法,通過一些持征量定量地評定產(chǎn)品的可靠性,可以準(zhǔn)確地對產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行定量比較。
可靠性特征量的理論值稱為真值,它完全由失效的數(shù)學(xué)模型所決定,它是客觀存在的,卻是未知的。我們只能通過有限個觀測數(shù)據(jù),經(jīng)一定的計(jì)算得到其估計(jì)值,稱此為可靠性特征量的觀測值。可靠性是評價產(chǎn)品質(zhì)量的—項(xiàng)重要標(biāo)準(zhǔn),按國標(biāo)GB 3187—82,可靠性是產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。
產(chǎn)品的可靠性首先受“規(guī)定的條件”的制約。顯然,環(huán)境條件(溫度、濕度、氣壓、振動、噪聲等)、負(fù)載條件(工作電壓、電流、應(yīng)力)、工作方式(連續(xù)工作、間斷工作、狀態(tài)轉(zhuǎn)換),貯存條件和維護(hù)條件都直接影響產(chǎn)品的可靠性。對有人參與工作的產(chǎn)品,人的技術(shù)操作,即“人機(jī)關(guān)系”也影響著產(chǎn)品的可靠性,人的技能越差,情緒波動越大,可靠性就越低。
產(chǎn)品的可靠性是與“規(guī)定的時間”相關(guān)的。—‘般說來,儀器儀表中的電器元件經(jīng)過老化篩選,機(jī)械零部件經(jīng)過跑合,整機(jī)經(jīng)過調(diào)試者煉,產(chǎn)品經(jīng)過一段較長時間的穩(wěn)定使用后,其可靠性水平便隨時間的增長而降低。時間越長,可靠性越差,故障(失效)越多。所以一定的可靠性是對一定時間而言的,有些產(chǎn)品的可靠性雖然不是與時間相關(guān),但也可以用某種類似時間的單位,如開關(guān)、繼電器的動作次數(shù),材料承受交變應(yīng)力的循環(huán)次數(shù)等,作為廣義時間來理解。
可靠度是產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi),完成規(guī)定功能的概率。對不可修復(fù)產(chǎn)品,把它從開始工作到首次失效前的工作時間了稱為壽命,對可修復(fù)產(chǎn)品,它的壽命是指兩次相鄰故障之間的工作時間,也稱無故障工作時間。由于產(chǎn)品發(fā)生失效是一隨機(jī)事件,所以壽命T是一個隨機(jī)變量。設(shè)規(guī)定的時間為‘,顯然以下三個隨機(jī)事件是等價的:“產(chǎn)品在‘內(nèi)完成規(guī)定的功能”,“產(chǎn)品在時間‘內(nèi)無故障”,“產(chǎn)品的壽命7大于‘”,于是產(chǎn)品的可靠性特征量一般都是未知的,為了解一批產(chǎn)品的可靠性特征量,需要進(jìn)行壽命試驗(yàn),但可靠性壽命試驗(yàn)常常是破壞性的,所以只能從這批產(chǎn)品中隨機(jī)拙取部分產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)。如果隨機(jī)抽取丁付個產(chǎn)品,測得其壽命分別為了小“,T”,稱這N個數(shù)據(jù)是大小為川的‘個隨機(jī)樣本,由于樣本的抽取是隨機(jī)的,因此每個7\都可以看成隨機(jī)變量,對某次抽樣觀測得到了的一組確定值心,稱為樣本觀測值。
在早期失效期,產(chǎn)品失效率高,失效率隨時間增加迅速下降。當(dāng)剔除早期廢次品之后,失效率很快趨于穩(wěn)定。早期失效率主要由元器件、材料缺陷和生產(chǎn)工藝不良引起,也可能由于生產(chǎn)設(shè)備故障,操作人員粗心大意,質(zhì)量檢驗(yàn)不嚴(yán)格等原因。新研制產(chǎn)品的早期失效率一般比老產(chǎn)品高,設(shè)計(jì)者的主要任務(wù)是找出失效原因,消除大部分早期失效因素,提高產(chǎn)品的可靠性。
在偶然失效期,產(chǎn)品的失效率低而且穩(wěn)定,近似為常數(shù),持續(xù)時間較長。產(chǎn)品的偶然失效期就是產(chǎn)品可靠工作的時期,這個時期的失效是偶然因索引起的,通常是產(chǎn)品設(shè)計(jì)裕度不夠,造成產(chǎn)品的隨機(jī)失效。研究這一時期的失效因素,對提高產(chǎn)品的可靠性具有重要意義。耗損失效期出現(xiàn)在產(chǎn)品使用的后期,由于老化,疲勞,損耗等引起產(chǎn)品的耗損失效,失效率隨時間的增加而上升,故這時期又稱為“衰老期”。若能事先估計(jì)耗損失效開始時間,當(dāng)某種元器件失效率已超過允許值時,就進(jìn)行更換或維修,推遲耗損失效期的到來。另“類常用的可靠性特征量”與失效時間有關(guān),通稱為壽命持征量,其中最常用的是平均壽命。
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