、疲劳强度、测量误差都可以近似看好正态分布。

　　正态分布的失效密度函数为：

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

　　正态分布的可靠度函数为：

　　

　　式中，?——母体均值；

　　 σ——母体标准偏差。

　　

　　13 机械零件可靠性最优化

　　

　　当零件应力和强度概率密度函数已知时，应力——强度干涉理论常用来确定机械零件的可靠度。在概率设计中，确定应力——强度分布参数的因素是能够控制的，就是在约束条件下找出最优参数值。这些约束包括设计约束和资源约束。此时应对下面两个问题进行研究。

（1） 满足规定的零件可靠条件下，使设计费用最小；

（2） 在资源约束条件下，使零件获得最大的可靠度。

如果零件的应力——强度分布已知并服从正态概率密度函数，那么零件可靠度为：



式中，R＜sub＞e＜/sub＞——零件的可靠度；

F（s）——零件应力s的概率密度函数；

Y(s)——零件强度S的概率密度函数。

14 失效模式和效应分析（FMEA）

任一元器件的失效都会对系统性能有不利影响。在系统可靠性、安全性和有效性的研

究中要求作定性和定量的两种分析。定量分析可计算或预测出在特定条件下执行任务期间或长期运行中的系统性能指标。典型指标分别为可靠度、有效度、失效率、失效前平均工作时间、平均无故障工作时间等。

失效模式和效应分析是根据基本失效判据或主要失效模式对已经规定的单元所作的分

析。从基本单元的失效模式和系统的功能结构出发，来确定单元失效与系统失效、系统不能正常工作、工作受到限制、性能或完整性下降等效应之间的关系。除了对上述基本单元的失效进行分析外，还需要对高一级的或更高一级的系统功能失效以及所能考虑得到的继发事件进行分析。

失效效应的危害性常用危害度来描述。危害度是由失效效应的严重等级及其发生的概率的乘积来确定的。

　　

　　15 失效模式（Failure mode）

　　

　　所谓失效模式就是指元器件或产品“失效的表现形式”。失效模式一般是能被观察到的和能被测量出来的一种失效现象。例如：机械运动的缺陷、断裂、变形、磨擦损坏、表面毛刺、氧化、炭化、信号失真、漂移、泄漏、不稳、开路、短路、脱焊等均为一般的失效模式。

　　

　　16 失效机理（Failure mechanism）

　　

　　失效机理是寻求元部件失效的实质原因。GB-3187-82规定，失效机理是“引起失效的物理、化学变化等内在原因”。

　　失效机理因产品的种类、使用条件不同而各异，多数情况以磨损、疲劳、腐蚀、氧化等形式出现。有的失效机理则只有通过仪器的测试才能被阐明。

　　失效机理是导致产品失效的内在原因。如蠕变或应力造成损坏、腐蚀、损耗、冲击破坏、疲劳、电应力、化学反应、辐射等，都是在一定条件下使产品失效的原因。

　　

　　17 失效效应

　　

　　失效效应是指每种假定的失效模式引起的各种后果，这种后果包括对各有关系统功能级的功能、人员安全、维护等的影响，以影响的大小来确定失效效应的严重等级。

　　失效效应还分为局部效应和最终效应。

　　

　　18局部效应

　　

　　局部效应专门研究失效模式对所研究单元的运行和功能的效应，连同二次效应说明每种假定失效模式对该单元输出的影响后果。确定局部效应的目的在于为现有的替换措施或作出建议的修正措施提供一个依据，以及为更高功能级的分析提供失效模式。应注意到某些场合下除失效模式本身含义之外可能没什么局部效应。

　　

　　19 最终效应

　　

　　最终效应是指假定失效模式通过所有中间功能级对最高功能级的运行、功能和状态的失效效应。所描述的最终效应可以是多重失效的后果。例如，晶体管电流超过电流保护值，同时保护电路失效，这时所引起的最终效应就是多重失效效应。

　　

　　20 失效检测方法

　　

　　将出现失效模式的检测方法记入表内。需列出并分析表现为同样指示的各种失效模式。需确定在周期性维护时如何对有冗余的单元作失效检测。

　　

　　21 危害度分析

　　

　　需要将失效效应的危害度定量化，并估算引起该危害效应的失效模式的发生概率。进行危害度和失效概率的定量化有助于决定应采取什么样的修正工作、决定修正工作的优先次序、在可接受的和不可接受的风险之间建立起清楚的界线。根据系统要求、目标和限制对每种被考虑的失效效应按其对系统总性能的危害度加以分类，对每种设备应确定关键性失效的清单。无论如何，有若干通常可接受的类别和可用于大多数设备的分类法，这些一般性的分类是基于以下列出的特性的组合，这些特性反映了失效效应严重性的定性分类。

（1） 造成工作人员或公众的伤亡；

（2） 造成外部设备或设备本身的损坏；

（3） 由于无输出或失去功能而致的经济损失；

（4） 由于设备不能完成其主要功能而不能执行任务。

有关诸如性能、价格、进度、安全和风险等因素会影响对系统开发的评价，显然在采

用该分类时必须考虑到所有的相关因素。

失效效应的严重等级

失效效应的严重程度的等级是一种相对的量。

22 危害度的估计

利用危害度网格来进行危害度的估计。用危害度网格可以很方便地表示危害度，它是

以危害度的等级作纵坐标，而以失效概率作横标的一种图表，概率在0～1范围之内是任意划分的。如：

概率 分级

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线性划分的。当对失效模式作了分类并标明概率，则它们在

图中对应的多点位置就确定了。再以原点沿对角线方向作直线，线越长危害度越高， 则更急需采取修正办法。

　　对于每种危害度分析的每种分类方法都将确定一种特定的概率范围。

　　

　　23失效模式的概率

　　

　　每种假定的失效模式出现的概率是通过使用分析的方法导出的。估计在特定工作环境下，一种特定的失效模式的发生概率，要求一个有统计意义的可靠性数据库。

　　直接使用上述数据，可在进行FMEA的同时完成预测工作。

　　

　　24 有效度（Availability）

　　

　　对于可修复系统，除了可靠性外，还必须考虑维修性等指标，有效度是综合可靠度和维修度等一系列指标的广义可靠性指标。有效度的定义是：“系统或设备在规定的条件下使用时，在任意时刻上正常工作的概率”。即设备虽然发生故障，但在允许的时间内修理完毕，又能投入工作。所以有效度的正常工作概率大于单纯可靠度正常工作概率。

　　对不可修复产品，不存在维修的问题，此时可靠度R=有效度A。如果产品或设备是可修复的，通过维修提高正常工作概率比通过提高可靠度提高正常工作概率要经济。可靠度、维修度的关系，见图5-3。

　　

　　图5-3 可靠度、维修度曲线

　　

　　25 维修度（Maintainability）

　　

　　从广义上讲，设备的可靠性应包括失效后能尽快维修恢复其正常工作能力。维修性和维修度是表征维修难易程度的概率，或者说由于维修而恢复正常状态的概率。

　　

　　26 易修性（Serviceability）

　　

　　表示设备修理的困难或容易程度。易修性是设备设计的特征，而修理度是与一定类别的时间有关的概率。

　　易修性由许多硬件特性决定，如工程设计、复杂性、测试点的数目及可达性等，这些特性受工程控制，产品的易修性是设计师的责任。当然也和工具和试验设备有关，和维修人员培训技术水平有关。

　　

　　27 可靠性设计（Reliability design）

　　

　　可靠性设计可以归纳为可靠性组成、环境影响和相关因素三个部分。

　　1.可靠性的组成

（1） 明确系统、设备、产品的可靠性要求，确定可靠性指标和进行可靠性分配；

（2） 确定可靠部件和危险部件，规定部件的负荷并要求安全的使用；

（3） 进行应力分析，采用概率设计方法；

（4） 简单化、单元化、标准、插件式构造；

（5） 采用典型结构和典型电路、充分利用过去的经验；

（6） 采用贮备设计法、修正误动作，考虑是否采用备件；

（7） 预测可靠性、维修性，进行失效树分析，以及失效模式、效应及危害度分析；

（8） 可靠性验证试验（验收试验、环境和寿命试验、筛选试验、维修性试验）；

（9） 审查设计。

2.环境影响（振动、冲击、热、潮湿、灰尘、气体、日照、放射线、干扰效应等）尽

量减少。

　　3.设计时应考虑的相关因素有：（1）可靠性——安全寿命、安全裕余度、安全性、安全系数；（2）维修性——抽检、修理、布线、装配方式、备件准备、互换性，修理人员技术水平、检修方式；（3）易操作——从人机工程学角度考虑减少人为失误，预防失误的设计，软件的可靠性；（4）功