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(chǎn)品可靠性,就要與故障做斗爭。要評價產(chǎn)品可靠性,就要明確故障的定義及其分類。

故障是指產(chǎn)品不能執(zhí)行規(guī)定功能的狀態(tài),通常指功能故障。失效是指產(chǎn)品喪失完成規(guī)定功能的能力的事件。

故障模式是指故障的表現(xiàn)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(xué)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(dǎo)致的。故障原因是指引起故障的設(shè)計、制造、使用和維修等有關(guān)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(cè)面的規(guī)律,以便為預(yù)防故障、發(fā)現(xiàn)故障、分析故障、糾正故障和評價產(chǎn)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(tǒng)性故障與偶然故障；早期故障和耗損故障；關(guān)聯(lián)故障與非關(guān)聯(lián)故障；責(zé)任故障與非責(zé)任故障；災(zāi)難故障與嚴重故障。

可靠度、累積故障和故障密度分布函數(shù)

產(chǎn)品可靠度是產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率，描述的是產(chǎn)品功能性能隨時間保持的概率。這也是學(xué)習(xí)可靠性知識必須重點掌握的概念。

根據(jù)上述可知,產(chǎn)品可靠度是時間的函數(shù),一般用R(t)表示，產(chǎn)品可靠度函數(shù)表述為∶

式中,T為產(chǎn)品發(fā)生故障(失效)的時間；t為規(guī)定的時間。

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

產(chǎn)品發(fā)生故障和不發(fā)生故障是兩個對立的事件,因此

累積故障分布函數(shù)和可靠度函數(shù)可以通過大量產(chǎn)品的試驗分析得到。

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

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

圖1 F(t), R(t)和f(t)的關(guān)系

產(chǎn)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(guī)律,就可以應(yīng)用概率統(tǒng)計理論來研究產(chǎn)品的可靠性規(guī)律。產(chǎn)品故障密度函數(shù)可以是指數(shù)分布、威布爾分布或?qū)?shù)正態(tài)分布等,但最簡單的分布是指數(shù)分布。在可靠性工程中經(jīng)常使用分布的概念,指的就是故障密度分布函數(shù)f(t)。