可靠性工程中幾個重要概念

故障（失效）及其分類

故障(失效)在可靠性工程中是一個極為重要的概念。在工程中要提高產品可靠性,就要與故障做斗爭。要評價產品可靠性,就要明確故障的定義及其分類。

故障是指產品不能執行規定功能的狀態,通常指功能故障。失效是指產品喪失完成規定功能的能力的事件。

故障模式是指故障的表現形式,如短路、開路、斷裂、過度耗損、漏油等。故障機理是指引起故障的物理的、化學的和生物的或其他的過程,如軸的斷裂是材料強度的物理特性不夠所導致的。故障原因是指引起故障的設計、制造、使用和維修等有關的因素。

故障的分類有多種,不同的分類就是要從不同的方面來揭示故障的不同側面的規律,以便為預防故障、發現故障、分析故障、糾正故障和評價產品可靠性提供支持。

從不同分類方式可以將故障分為以下幾種：

單點故障；間歇故障；漸變故障；獨立故障與從屬故障；系統性故障與偶然故障；早期故障和耗損故障；關聯故障與非關聯故障；責任故障與非責任故障；災難故障與嚴重故障。

可靠度、累積故障和故障密度分布函數

產品可靠度是產品在規定條件下和規定時間內完成規定功能的概率，描述的是產品功能性能隨時間保持的概率。這也是學習可靠性知識必須重點掌握的概念。

根據上述可知,產品可靠度是時間的函數,一般用R(t)表示，產品可靠度函數表述為∶

式中,T為產品發生故障(失效)的時間；t為規定的時間。

因此,產品在規定條件下和規定的時間內,不能完成規定功能的概率,也是時間的函數,一般用F(t)表示,F(t)稱為累積故障分布函數,即

產品發生故障和不發生故障是兩個對立的事件,因此

累積故障分布函數和可靠度函數可以通過大量產品的試驗分析得到。

故障密度分布函數f(t)是累積故障分布函數F(t)的導數。它可以看成在t時刻后的一個單位時間內發生故障的概率,即

因此,累積故障分布函數f(t),可靠度函數R(t)和故障密度分布函數f(t)三者之間的關系可表示為圖1。

圖1 F(t), R(t)和f(t)的關系

產品的累積故障分布完全可以通過大量樣品的試驗獲得。一旦知道了分布規律,就可以應用概率統計理論來研究產品的可靠性規律。產品故障密度函數可以是指數分布、威布爾分布或對數正態分布等,但最簡單的分布是指數分布。在可靠性工程中經常使用分布的概念,指的就是故障密度分布函數f(t)。