可靠性工程中几个重要概念

故障（失效）及其分类

故障(失效)在可靠性工程中是一个极为重要的概念。在工程中要提高产品可靠性,就要与故障做斗争。要评价产品可靠性,就要明确故障的定义及其分类。

故障是指产品不能执行规定功能的状态,通常指功能故障。失效是指产品丧失完成规定功能的能力的事件。

故障模式是指故障的表现形式,如短路、开路、断裂、过度耗损、漏油等。故障机理是指引起故障的物理的、化学的和生物的或其他的过程,如轴的断裂是材料强度的物理特性不够所导致的。故障原因是指引起故障的设计、制造、使用和维修等有关的因素。

故障的分类有多种,不同的分类就是要从不同的方面来揭示故障的不同侧面的规律,以便为预防故障、发现故障、分析故障、纠正故障和评价产品可靠性提供支持。

从不同分类方式可以将故障分为以下几种：

单点故障；间歇故障；渐变故障；独立故障与从属故障；系统性故障与偶然故障；早期故障和耗损故障；关联故障与非关联故障；责任故障与非责任故障；灾难故障与严重故障。

可靠度、累积故障和故障密度分布函数

产品可靠度是产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的概率，描述的是产品功能性能随时间保持的概率。这也是学习可靠性知识必须重点掌握的概念。

根据上述可知,产品可靠度是时间的函数,一般用R(t)表示，产品可靠度函数表述为∶

式中,T为产品发生故障(失效)的时间；t为规定的时间。

因此,产品在规定条件下和规定的时间内,不能完成规定功能的概率,也是时间的函数,一般用F(t)表示,F(t)称为累积故障分布函数,即

产品发生故障和不发生故障是两个对立的事件,因此

累积故障分布函数和可靠度函数可以通过大量产品的试验分析得到。

故障密度分布函数f(t)是累积故障分布函数F(t)的导数。它可以看成在t时刻后的一个单位时间内发生故障的概率,即

因此,累积故障分布函数f(t),可靠度函数R(t)和故障密度分布函数f(t)三者之间的关系可表示为图1。

图1 F(t), R(t)和f(t)的关系

产品的累积故障分布完全可以通过大量样品的试验获得。一旦知道了分布规律,就可以应用概率统计理论来研究产品的可靠性规律。产品故障密度函数可以是指数分布、威布尔分布或对数正态分布等,但最简单的分布是指数分布。在可靠性工程中经常使用分布的概念,指的就是故障密度分布函数f(t)。