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要
求
质
量
质量特性
产品规划
质
量
特
性
零件特性
零部件展开
零
件
特
性
制造作业
过程方案
制
造
作
业
生产要求
生产计划
3.质量屋：质量功能展开过程：产品规划、零件
展开、过程方案和生产计划组成。
二、质量功能展开步骤
——质量展开表的制作
1. 确定展开项目：对象、负责人、市场要求
2. 成立项目小组
3. 制定产品规划
4. 建立规划阶段质量屋
5. 设计评审
6. 零件展开、过程方案、生产计划阶段质量屋
7. 制定质量标准
8. 编制作业指导书
9. 质量屋的不断更新和完善
§2 可信性设计原理及应用
可信性是用于表述可用性及其影响因素
（可靠性、维修性、维修保障性）的集合术语。
一、可靠性分析与设计
1.定义：产品在规定条件下和规定时间（整个生命周
期）内，完成规定功能的能力。可靠性的概率度量称
为可靠度。
• 规定条件：产品使用时的环境条件、工作条件，贮存
条件
• 规定时间：次数、周期、连续使用、长时间、瞬时
• 规定功能：根据使用要求由技术标准规定。
2.可靠性衡量指标
• 不可修复产品——可靠度、失效率、平均寿命
• 可修复产品——维修度、可用度、平均修复时间
1）可靠度及可靠度函数
可靠性是以时间为尺度度量的产品特性，它是
时间t的函数，称为可靠度函数用R（t）表示 。产品
从开始工作到首次故障前的工作时间T称为寿命。以
下三个事件是等价的：
产品在时间t内完成规定的功能
产品在时间t内无故障
产品的寿命T大于时间t
产品的可靠度函数可以看作是事件Tt的概率：
R（t）= P（T t）
T——产品故障前工作时间
t——规定的时间
P（T t）产品工作到t时刻不发生故障的概率
例1 某船在45天的航海任务中，其雷达无故障的概率为
90%，就是指在45天的时间内其可靠度为R（45）= P（T
45）=90%
由可靠度的定义知：R（t）= P（T t）
N0——t=0时，在规定的条件下工作的产品数
r(t) ——在0～t时刻的工作时间内，发生故障的产品数
例2 某电子管1000只，开始工作到500小时内有100只出
现故障，工作到1000小时共计有500只出现故障，求该批
电子管工作到500小时和1000小时的可靠度。
解 N0=1000 r(500)=100 r(1000) =500
例3 t=0时，投入工作的10000只灯泡，以天为度量时间
的单位，当t=365天时，发现有30只坏，求到1年的可靠
度。
解 N0=10000 r(365)=30
2）平均寿命
• 不可修复产品：寿命是指产品在失效前的工作时间或
存储时间；平均寿命是指产品失效前的平均工作时间或
存储时间（故障前平均时间MTTF ）
• 可修复产品：寿命是指相邻的两次故障（失效）之间
的工作时间，平均寿命是指产品的无故障工作时间
（MTBF）。
• 设N0个不可修复的产品在相同条件下进行试验，测得
其全部故障时间为t1、t2、tN0，则其全部故障前时间
（MTTF）为：
f(t)-失效密度函数
• 在故障率一定的情况下，故障率与MTBF（或
MTTF）互为倒数，即
3）累计故障分布函数——不可靠度
定义：产品在规定条件下和规定时间内，丧失规定功
能（发生故障）的概率。
F（t）= P（T t）
某产品给定的工作时间为1000小时，T为产品故
障前的时间，则 F（1000）= P （T 1000）
F（t）= P（T t）
r(t) ——在0~ t时刻的工作时间内，发生故障的产品数
R（t）+ F（t）=1
4） 失效率（故障率）λ（t）：产品或系统工作
到时刻t尚未失效，而在时刻t后的单位时间内发生失
效的概率。单位主要有：%/h 10-6/h 10-8/h (Fit
Failure unit)
• 对于低故障率的元器件常以10-8/h 为故障率，它的意
义为每100个产品工作100万小时，只有1个故障，或
者是每1000个产品工作10万小时只有1个故障。
• 失效率是一条随时间变化的曲线——浴盆曲线产品投
入后经过：
早期失效期
偶然失效期
损耗失效期
3. 系统可靠性分析与设计
1）故障模式影响及危害分析（Failure Mode ,Effect and Criticality
Analysis FMEA / FMECA）：是可靠性分析的一种重要定性分析。
它是按照一定的格式有步骤地分析每一个部件、单元（或每一种功能）
可能产生的故障（失效）模式，每一种失效模式对系统的影响及失效
后的严重程度，是一种失效因果关系分析。
故障模式：故障的表现形式：断裂、接触不良、泄露、腐蚀等。
用途：
• 发现生产中薄弱环节，有助于设计人员有针对性地采取改进措施。
• 协助确定可靠性关键件和重要件。它们是改进设计、可靠性增长、
生产质量控制的主要对象。
• 为产品的检验程序、故障试点的设置、维修分析、保障分析提供依
据。
FMEA工作程序：
• 列出产品（系统）中各部件的名
称编号
• 假设并列出可能发生的所有失效
模式
• 说明各失效模式对整个系统的影
响
• 指出失效的危害程度
• 提出防止失效的方法和补救措施
2） 故障树（Fault Tree Tree ） FTA分析:通
过对可能造成产品故障的硬件、软件、人为因
素进行分析，画出故障树，从而确定产品故障
原因的各种组合方式及其发生概率的分析技术。
包括定性和定量分析。
3） 系统可靠性设计
转向
• 串联系统的可靠性设计： 汽车可以分成5大子系统：
发动机、变速箱、制动、转向与轮胎。
串联系统的可靠度函数：
发动机 制动 变速
箱
轮胎
由130万个零部件组成的导弹，其
零件的不良率为百万分之一，其
正常运行的概率（可靠度）为：
分析：系统的可靠性在很大程度上取决于
组成单元的可靠度、系统的可靠性结构模
式、组成单元的数量。
• 并联系统的可靠度分析：在一个有n个单元的并
联系统中，如果一个单元正常工作，系统就正常
工作，或者，只有当所有单元都失效时，系统才
失效。
两个元件并联系统的可靠度：
二、维修性：在定量的维修性设计中，需
要建立维修性模型，进行维修性分配和维修性设计。
1.定义：维修性是指产品在规定条件下和规定时间内，
按规定的程序和方法进行维修时保持或恢复其规定状
态的能力。
维修性是产品的一种设计特性，是在产品研制
初期及整个研制过程中，设计者把维修简便、迅速、
经济的特性设计到产品中，以保证产品在生产、安装
和使用时，能以最低的寿命周期费用和最短的停机时
间，保持或恢复产品到规定的状态。
2.维修的主要类型：预防性维修、修复性维修、维护
3.维修性定量指标
• 维修度：产品在规定的条件和规定时间内，按规定的程
序和方法进行维修时，保持和恢复其规定状态的概率。
• 平均修复时间MTTR ：排除故障所需实际时间的平均值
• 平均故障间隔时间MTBF：
设一个可修复产品在使用过程中发生了N
0
次故障，每次
修复后又重新使用。测得每次持续工作时间依次为t
0 、
t
1
、t
2
、t
N0
，则其MTBF为：
• 平均预防性维修时间：某个维修级别一次预防性维修所
需时间的平均值。
4.维修性设计模型：
• 准则：简化准则、人机工程准则、
标准化准则、模块化准则、标识
化准则、快速和简便准则
• 维修性分配：等值分配法、按可
用度分配法、相似产品分配法、
加权因子分配法
• 维修性预计：单元对比法、时间
累计法、抽样评分法、抽样预计
法
三、保障性
1. 保障性：产品的设计特性和计划的保障资源能满足
使用要求的能力。
2. 维修保障性：从维修资源方面保证维修工作正常进
行的能力。
3. 维修保障性综合参数：把产品的时间分为工作时间
及不能工作时间，不能工作是由于出了故障需要维
修造成的。不能工作时间包括维修时间及延误时间。
4. 平均延误时间：由于保障资源补给或管理原因
未能及时对产品进行维修所延误的时间MDT。
4. 维修保障计划：贯穿于产品设计、制造和使用全过
程，通过在产品研制过程中的维修保障性分析，制
定维修保障计划。
四、可用性
• 定义：在要求的外部资源得到保证的前提下，产品
在规定的条件和规定的时间，处于可工作状态或可
使用状态的程度。可用性的概率度量A称为可用度。
• 产品的可用性取决于可靠性、维修性及MDT，当
MDT=0时，为固有可用度
• 使用可用度：
五、寿命周期费用
寿命周期：产品从研制开始到退役或整个报废为止的
周期。
寿命周期费用包括：
研制费C1
生产或购置费C2
使用与保障费C3
退役处置费C4
产品可信性的影响因素可靠性、维修性、维修保障性
对寿命周期费用有较大影响
在产品设计的整个阶段，应对可信性影响因素进行权
衡分析，按最小寿命周期费用来优化产品设计。
六、风险
风险：是指在规定的费用、进度
和技术约束条件下，产品研制可
能发生具有潜在后果的不期望情
况。
风险是由于缺少对事件的预测或
控制产生的，而且对任何产品研
制过程都是固有的，在产品寿命
周期任何时间都会发生。
风险是可以度量、评估和管理的。
风险管理是对资源的反复优化过
程，以降低风险，成功实现产品
功能。
§3 产品质量三次设计原理
及应用
一、概述
1. 实验设计：将数理统计的原理用来安排实验方案和进
行实验结果分析的方法。
2. 实验设计的目的：利用实验设计法对实验进行合理
安排，对实验结果进行科学分析，以较小的实验规模
（实验次数）、较短的实验周期和较低的实验成本，
获得理想的实验结果和正确的实验结论。
3. 实验设计的发展：英国学者费舍尔（R．A．
Fisher)在20世纪20年代为使农业试验合理化，提出的
一种用于安排实验和分析实验数据的数理统计方法。
日本学者田口玄一首先将实验设计法成功地应用于新
产品的开发设计。
二、三次设计原理：
由日本质量管理专家田口玄一提出。
将整个设计工作分为：系统的设计（一次设计）、
参数设计（二次设计）、和容差设计（三次设计）。
核心思想是在产品的设计阶段就进行质量控制，用
最低的制造成本生产出满足顾客要求的、对社会造
成最小损失的产品。
它是实验设计理论在产品开发设计的具体应用。
把专业技术和统计技术结合起来，通过实验和计算，
用较低的成本和较短的时间寻求出设计参数的最佳
组合和合理的容差范围，使产品达到最好的输出特
性。
1.系统设计（功能设计）
系统设计是产品的功能设计，其
任务是规定产品的功能，确定产
品的基本结构提出初始的设计方
案，是“三次设计”的基础。
对于结构复杂的 产品，需要全面
考察各种参数对质量特性的影响。
通过系统设计可以选择需要考察
的因素及其水平。因素是指构成
系统的元件或构件，水平是指元
件或构件的参数或取值。
系统设计可以使用计算和实验两
种方法。
基本术语
例 在某化学工程中，为了提高合成树脂的抗拉强度，决定
进行实验。通过考察生产工艺和以往的生产记录，得知添加剂
种类和添加量等两个因素对抗拉强度有较大影响。现要找出它
们的最佳条件组合，使抗拉强度最大。
指标：抗拉强度，用来衡量试验结果效果的特征值。可以是定性指
标也可以是定量指标；可以是单一指标，也可以是多指标。如
果指标越大效果越好，则该指标是优指标；否则为劣指标。
因子：对质量特性值有很大影响并选来进行实验的因素。用A表示
添加剂种类，B表示添加量。
水平：进行实验的因子在数量上的程度或质量上的状态。因子B的
三个水平分别用B1、B2、B3表示。
单一因子实验法：每次只对一个因子进行实验。
添加剂种类A
添加量
B
抗拉
强度
参数设计是产品设计中最重要的
阶段，其指导思想是选择系统中
所有参数的最佳组合，减少各种
干扰的影响，使所设计的产品质
量特性值波动小，稳定性好，并
确定参数组合的中心值。
2. 参数设计
例 设有一晶体管稳压电源，输入交流电以后，
希望得到稳定的输出目标值为110V，波动范围
为±2V的直流，提出优化设计方案。P166
容差设计：是在参数设计确定了最
佳参数组合的中心值以后，进一步
运用统计方法确定各个参数的允许
极限，并分析研究参数允许范围和
产品成本的关系。通过容差设计来
确定各参数的最合理的容差，使总
损失最小。
3. 容差设计原理及应用
产品功能界限±o：由于产品质量
特性值的波动使产品丧失功能的质
量特性临界值。实际上，± o就
是产品的公差范围，即允许产品特
性值y在目标值m附近有± o的波
动。
公差范围：产品功能界限±o只是
技术上的合理选择，在经济上不一
定合算。因此，应当在经济损失最
小的原则下来制订公差范围(m -
，m+ )。
容差：公差的一半称为容差。
质量损失函数：产品质量的特征值偏离设
计的目标值所造成的经济损失随偏离程度的
变化关系。L(y)=K(y-m)2
质量损失函数是以m为中心的抛物线
容差的确定：设产品容差为 =y0-m，若特性值y
对m的偏离达到容差时，不合格所造成的损失为A。若
y对m的偏离超过容差时，不合格所造成的损失与偏离
的损失是相同的。损失函数与产品特性值功能界限的
关系为：
上式表明了容差同功能界限和损失费用的关
系。
y =m 时，
A——不合格造成的损失
A0——产品丧失功能的损失
THANKS
