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可靠度概述

可靠度概述. 章前導讀 壹、可靠度量測 貳、可修護與不可修護 參、浴缸曲線 肆、可靠度模式 伍、系統可靠度 陸、維護度，修理度和可用度. 章前導讀 1/2. 可靠度 (reliability) 是長期的品質。 可靠度隨著產品壽命週期的縮短，顧客的期望，高的故障成本及安全考慮而變得更重要。 可靠度是產品在一個預定時間內，指定的使用環境下，執行其預定功能而無失效的機率。. 章前導讀 2/2. 預定功能：是指產品能夠達成設計的特定用途。 使用環境：是聲明產品在指定的溫度或濕度等環境下可正常使用。 預定時間：是產品工程師依顧客的需求指定產品的壽命時間。.

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Presentation Transcript

  1. 可靠度概述 • 章前導讀 • 壹、可靠度量測 • 貳、可修護與不可修護 • 參、浴缸曲線 • 肆、可靠度模式 • 伍、系統可靠度 • 陸、維護度，修理度和可用度

  2. 章前導讀 1/2 • 可靠度(reliability)是長期的品質。 • 可靠度隨著產品壽命週期的縮短，顧客的期望，高的故障成本及安全考慮而變得更重要。 • 可靠度是產品在一個預定時間內，指定的使用環境下，執行其預定功能而無失效的機率。

  3. 章前導讀 2/2 • 預定功能：是指產品能夠達成設計的特定用途。 • 使用環境：是聲明產品在指定的溫度或濕度等環境下可正常使用。 • 預定時間：是產品工程師依顧客的需求指定產品的壽命時間。

  4. 壹、可靠度量測 • 可靠度可以下列各項來表示： • 失效率(failure rate) 在特定的時間內產品失效的平均次數。 • 失效間的平均時間(mean time between failure，簡稱MTBF) 指失效的產品若為可修護的，其發生失效間的平均時間。 • 失效的平均時間(mean time to failure，簡稱MTTF) 指失效的產品若是不能修護的，其發生失效的平均時間。

  5. 貳、可修護與不可修護 • 若產品失效，經過維修後，可正常運作，則稱此產品是可修護的。 • 若產品失效後不能維修，必須丟棄，則稱此產品是不可修護的。

  6. 參、浴缸曲線 • 不同時間下的可靠度 • 浴缸曲線是什麼？ 如圖11.1。它表示很多產品，特別是電子零件的故障形式，分三個部分： • 早夭期(infant mortality) • 機遇失效期(chance failure period) • 損耗期(wear-out period)

  7. 圖 11.1　浴缸曲線

  8. 早夭期 • 早夭期又叫做早期失效，燒入(burn-in)，或除錯期(debugging stage)。 • 此階段，失效率是高的但逐漸遞減。 • 這時，失效發生是因工程師沒有充分的對產品做測試、設計或生產上的缺陷，產品被過度使用，或誤用。 • 工廠常會使用燒入和除錯等方法發掘和矯正新產品和設備的這類問題。

  9. 機遇失效期 • 此階段，失效率保持固定。 • 此時，失效發生是因設計上的限制，環境因素或使用時的意外所造成。 • 即失效的發生是隨機的而且相互獨立的。

  10. 耗損期 • 此階段，失效率遞增。 • 此時失效發生是因產品老化或缺乏定期維護所造成。

  11. 肆、可靠度模式 1/2 • 零件或產品的可靠度有時可以用方程式近似。 • 工程師常試著以實驗室的測試結果或由顧客方面獲得的資訊去決定浴缸曲線三個階段的失效型式。若是，則早夭和耗損曲線的斜率及有用壽命期(useful period)的長度可以被計算得。 • 為計算產品之可靠度，對於不可修護之產品必須知道其失效時間(time failure，簡稱TTF)； • 對於可修護之產品必須知道其失效間隔時間(time between failures，簡稱 TBF ) 。 • 產品在機遇失效期內的失效時間通常可以機率分配中的指數分配和韋伯分配表示。

  12. 可靠度模式 2/2 • 指數分配 • 韋伯分配

  13. 指數分配 1/2 • 設X 為隨機變數，表示失效時間，則產品在特定時間x 內失效的機率為： P(X x) = F(x) ，x 0 其中F(x)又稱失效分配函數。 若產品在時間 x仍能達到預定功能之機率為： R(x) = P(X > x)=1F(x) R(x)也就是可靠度函數。

  14. 指數分配2/2 瞬間失效率(hazard rate)定義為 h(x) = 設 f (x)為指數分配的機率密度函數， f (x) =  ex， x  0 其中 為失效率。 平均失效時間(MTTF)= 。

  15. 韋伯分配 1/3 • 自從1960年代起，韋伯分配通常被應用在可靠度工程中，做為電子、機械元素和一個系統之失效時間的模式，與指數分配在可靠性數據解析中常被使用。 • 三個參數和兩個參數的韋伯分配在第3章中已介紹過。本節僅就二個參數的韋伯分配再做說明。

  16. 韋伯分配 2/3 • 二個參數的韋伯分配之機率密度函數為 • 累積分配的函數為 • 可靠度為

  17. 韋伯分配3/3 • 平均失效時間為 • 失效率函數為 • 當<1時，失效率隨時間遞減(即早夭期)； • 當=1時，失效率為常數(即機遇失效期)； • 當>1時，失效率隨時間遞增(即損耗期) 。

  18. 伍、系統可靠度 • 一個複雜的產品可以包含多個系統，多個子系統，和多個零件。 • 零件間的組合方式和零件的可靠度是影響產品或系統可靠度的主要原因。 • 串聯系統 • 並聯系統 • 並聯和串聯合併

  19. 串聯系統 1/2 • 串聯的零件是零件間一個接一個的放在一起。 • 若有一個零件失效，則整個系統就失效。 • 就如一個鎖鏈，其中一環故障，整個鎖鏈就故障。

  20. R1 R2 0.95 0.85 串聯系統 2/2 圖 11.2　串聯

  21. 並聯系統 1/2 • 為增加系統之可靠度，零件以並聯方式被放置。 • 當只有系統中的若干個零件失效時，並不造成系統之失效； • 只有在所有零件都失效時，系統才失效。 • 設並聯系統包含 n個相互獨立的零件，每個零件之可靠度為 Ri， i =1,2,….,n，則系統可靠度為：

  22. R1 0.99 R2 0.88 並聯系統 2/2 圖 11.3　並聯系統

  23. 並聯和串聯合併 1/2 • 並聯和串聯的結構看似複雜，其實是相當容易瞭解的。簡化計算總可靠度的步驟如下： • 在任何並聯的結構內計算串聯零件之可靠度。 • 將每個並聯的結構簡化為串聯的可靠度。 • 將每個串聯的可靠度相乘直到總可靠度被計算得。

  24. R3 R4 0.8 0.8 R1 R2 0.8 0.8 R5 0.8 並聯和串聯合併 2/2 圖 11.4　系統結構

  25. 陸、維護度、修理度和可用度 • 維護度(maintainability) • 修理度(repairability) • 可用度(availability)

  26. 維護度 • 維護度是失效的系統，在特定的停工(down time)時間內能回復操作之容易度(或機率)。 • 停工時間包括偵測失效原因的時間、修理時間、行政管理時間和後勤時間。 • 維護系統的容易度與系統的設計有密切關係。

  27. 修理度 • 修理度是失效的系統，在特定的修理時間內能回復操作之容易度（或機率）。 • 修理系統的容易度與系統的設計，技術和適合的零件規格有關係。

  28. 可用度 • 可用度是系統在特定時間內能夠正常運作之容易度（或機率）。 • 可用度為系統運作時間對系統運作時間加上停工時間之比例。 　可用度 =

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