chapter1-introduction

可靠性设计电子科技大学凌丹机械电子工程学院教材机械电子工程学院参考资料牟致忠，机械可靠性——理论·方法·应用，机械工业出版社，2011谢里阳，机械可靠性基本理论与方法，科学出版社，2012刘惟信，机械可靠性设计，清华大学出版社，1996王超，王金，机械可靠性工程，冶金工业出版社，1992梅启智等.系统可靠性工程基础.科学出版社,1987黄洪钟.机械传动可靠性理论与应用.科学出版社,1995朱文予.机械可靠性设计.上海交通大学出版社,1998BSDhillon.DesignReliability,FundamentalsandApplication.机械电子工程学院第一章可靠性概论可靠性学科发展历程2可靠性研究的意义3可靠性基本概念1可靠性学科研究的内容4机械电子工程学院1.1可靠性的基本概念可靠性定义广义可靠性与狭义可靠性固有可靠性与使用可靠性基本可靠性与任务可靠性机械电子工程学院1.1可靠性的基本概念现代产品质量包括：性能、可靠性、经济性和安全性四个方面。可靠性是产品质量的部分内容。它是质量的一个局部，但它是质量的核心部分。什么样的人是可靠的人？什么样的设备（产品）是可靠的设备（产品）？为什么消费者倾向于购买口碑好的名牌产品？机械电子工程学院可靠性的定义可靠性reliability是指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。Theabilityofasystemoracomponenttoperformitsrequiredfunctionsunderstatedconditionsforaspecifiedperiodoftime.TheIEEEDefinition机械电子工程学院可靠性定义中的五个要素1.产品：指研究对象可以是零件、构件、部件、机器、甚至系统。美国1961年研制Apollo-11宇宙飞船，720万个零件，提出可靠度为99.99999﹪的定量要求，1967年成功，1969年7月发射。机械电子工程学院2.规定条件包括：运输条件环境条件（温度、湿度、压力、腐蚀、振动、冲击等）工作条件（载荷性质、大小、操作方法、维修措施等）这些条件必须在使用说明书中加以规定，这是判断发生故障时有关责任方的关键。储存条件可靠性定义中的五个要素机械电子工程学院3.规定时间所研究对象的工作期限。（1）所研究对象的可靠性与工作时间有关系设产品在规定条件下的寿命为T，它是随机变量，而给定的时间为t。可靠性定义中的五个要素“时间”不限于日历时间，根据产品不同，还可能是与时间成比例的次数、距离等，如应力循环次数、汽车的行驶里程等。（如交换机寿命20年，手机寿命5年，手机划盖工作寿命6万次，汽车寿命30万公里等）若产品寿命T≥t，可靠（正常工作）若T＜t，不可靠（故障或失效）机械电子工程学院（2）可靠程度与t大小有关0小时1000小时1500小时甲厂：t=1000小时，T1000有2／10失效乙厂：t=1500小时，T1500有4／10失效通常可靠度是随时间而降低，产品只能在一定的时间区间内才能达到目标可靠度。因此，对时间的规定一定要明确。机械电子工程学院4.规定的功能研究对象能在规定的功能参数下正常运行。产品有两种状态：完成规定功能－－丧失规定功能－－故障（可维修产品）、失效（不可维修产品）。规定功能，即规定故障判据。可靠性定义中的五个要素机械电子工程学院可靠性定义中的五个要素5.能力只是定性分析是不够的，应加以定量描述。“能力”是各种可靠性特征量，如“可靠度”、“故障率”、“平均寿命”。产品的失效或故障具有偶然性，一个确定的产品在某段时间的工作情况并不能很好地反映该产品可靠性的高低，应观察大量该产品的运行情况并进行合理的处理后才能正确反映该产品的可靠性。因此，这里所说的“能力”具有数理统计学的意义，需要用概率和数理统计的方法来处理。机械电子工程学院实例1:拖拉机GB3187-82《可靠性名词与术语》规定：失效即产品丧失了规定的功能，对可修复产品失效也称为故障。为正确判断产品是否失效，合理的判据非常重要。若任何不正常（漏油、漏水、噪声大，耗油超标等）出现其中之一，为故障。则平均无故障工作时间（MTBF）=330h若视停机为故障。则MTBF=1200h机械电子工程学院广义可靠性和狭义可靠性对于发生故障的产品一般有两种处置方式：废弃、修复故障废弃的不可修复产品的可靠性为狭义可靠性。可修复产品的可靠性为广义可靠性。广义可靠性除考虑狭义可靠性外，还有考虑发生故障后修理的难易程度即维修性。狭义可靠性＋维修性＝广义可靠性机械电子工程学院固有可靠性与使用可靠性固有可靠性产品在生产过程中确立的可靠性。生产厂在模拟实际工作标准环境下，对产品进行检测并给以保证的可靠性。使用可靠性与产品的使用条件密切相关，受到使用环境、操作水平、保养与维修、使用者的素质等因素的影响。机械电子工程学院MIL-STD-7875B将装备可靠性定义分为任务可靠性和基本可靠性任务可靠性产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能力基本可靠性产品在规定条件下，无故障的持续时间或概率。基本可靠性与任务可靠性机械电子工程学院任务剖面产品完成规定任务的时间内所经历的时间和环境的描述。产品的工作状态；维修方案；产品工作的时间与顺序；产品所处的环境(外加的与诱发的)的时间与顺序；任务成功或致命故障的定义。如：飞机的任务剖面按时间的先后顺序给出飞行过程中所包含的飞行动作，各飞行动作持续的时间及主要飞行参数随时间变化的关系图。机械电子工程学院机械电子工程学院任务剖面示例飞机投放炸弹事件的任务剖面示例时间（分钟）高度（公里）126温度（C）10-20-40Ma=0.67315min300mMa=0.58219min48s9150mMa=0.6914min30s14000mMa=0.58422min36s1200msC24min1436sC16min2030sC16min2041sC23min2024机械电子工程学院寿命剖面内的事件采购包装运输贮存检测运输发送使用贮存检测运输任务剖面运输维修运输报废后勤阶段使用阶段产品从制造到寿命终结或退出使用这段时间内所经历的全部事件和环境的时序描述。它包含一个或多个任务剖面。通常把产品的寿命剖面分为后勤和使用两个阶段。寿命周期与寿命剖面机械电子工程学院寿命剖面示例事件使用方法生产验收装卸和公路运输装卸和铁路运输装卸和空运装卸和船运装卸和后勤支援运输（最坏路线）有遮蔽存贮，帐篷，圆屋顶无遮蔽存储工作准备阶段发射阶段调整状态导弹处于战斗位置发射后第一个动作飞行阶段命中目标生产阶段后勤阶段运输储存/后勤阶段使用阶段准备阶段任务阶段发射段惯性飞行段下降段主动段某导弹的寿命剖面机械电子工程学院基本可靠性模型图3-4F/A-18基本可靠性框图发动机1发动机2燃油系统应急燃油系统液压泵1液压泵2液压飞控系统备用手动系统通用液压系统右发电机左发电机电力分配网应急电力系统环境控制系统塔康系统惯性导航武器控制系统备用罗盘大气数据系统固定增稳机体起落架雷达超高频通信甚高频通信武器自检机械电子工程学院F18任务可靠性模型图3-5F/A-18任务可靠性框图发动机1发动机2燃油系统应急燃油系统液压泵1液压泵2液压飞控系统备用手动系统通用液压系统右发电机左发电机电力分配网应急电力系统环境控制系统塔康系统惯性导航武器控制系统备用罗盘大气数据系统固定增稳机体起落架雷达超高频通信甚高频通信武器机械电子工程学院第一章可靠性概论可靠性学科发展历程2可靠性研究的意义3可靠性基本概念1可靠性学科研究的内容4机械电子工程学院1.2可靠性的发展历程•初期发展阶段20世纪30~40年代•可靠性技术形成阶段20世纪50~60年代•可靠性技术发展阶段20世纪70~80年代•可靠性技术深入发展阶段20世纪80年代至今机械电子工程学院可靠性的几个发展阶段美国运到远东的航空电子设备60%不能使用（运输失效）海军舰艇上电子设备70%失效，其中50%仓库中失效雷达系统的电子元件问题。1939年，英国航空委员会《适航性统计学注释》1942年，美国麻省理工学院，真空管的可靠性问题研究初期发展阶段20世纪30~40年代机械电子工程学院可靠性的发展历程大体上确定了可靠性研究的理论基础及研究方向。1952年，美国军事工业部门和有关部门成立AGREE（AdvisoryGrouponReliabilityofElectronicEquipment，国防部电子设备可靠性顾问团），研究电子产品的设计、制造、试验、储备、运输及使用。60年代后期，美国约40%的大学设置了可靠性工程课程。可靠性技术形成阶段20世纪50~60年代机械电子工程学院可靠性的发展历程可靠性理论研究从数理基础发展到失效机理的研究形成了可靠性试验方法及数据处理方法；重视机械系统的研究；重视维修性研究；建立了可靠性管理机构；颁布了一系列可靠性标准；…可靠性技术发展阶段20世纪70~80年代机械电子工程学院30可靠性技术深入发展阶段20世纪80年代至今可靠性的发展历程可靠性工程不但在处于领先地位的美国和工业较发达的各国得以纵深发展，而且在发展中国家，如中国和印度等国也得到迅速发展。维修工程内以预防为主的思想转变为以可靠性为中心的维修思想。可靠性从狭义的概念扩展到包括性能、经济性、安全性、寿命及可靠性、维修性保障性等在内的广义质量观念。机械电子工程学院我国可靠性研究的发展概况20世纪中期开始，各行业相继成立了可靠性学术组织1955年，广州成立可靠性环境试验研究所中国最早从事可靠性研究的权威机构工业和信息化部电子第五研究所《电子产品可靠性与环境试验》机械电子工程学院北京航天702所（北京强度环境研究所、航天环境可靠性试验与检测中心）建于1956年，是我国运载火箭、航天飞行器结构强度和环境工程试验与研究中心，是航天系统从事结构强度、环境与可靠性工程的专业研究所主编航天结构强度与环境专业核心技术刊物《强度与环境》我国可靠性研究的发展概况机械电子工程学院长征运载火箭—中国可靠性研究的代表长征运载火箭通过对故障原因分析、可靠性标准的规范应用等一系列措施，大大提高了整个系统的可靠性。是目前最安全可靠的航天运载工具之一。我国可靠性工程的应用——长征运载火箭早期的长征运载火箭各阶段的故障原因分析设计管理生产操作设备元器件其它故障原因391212876161009080706050403020100百分比%机械电子工程学院我国可靠性研究的发展概况1979年中国电子学会成立可靠性与质量管理委员会1981年中国数学学会成立可靠性专业委员会、中国航空学会成立维修工程专业委员会1982年中国机械工程学会成立机械可靠性学科组1983年航天部成立可靠性专业委员会1984年中国汽车工程学会成立汽车可靠性专业委员会1988年中国机械工程学会成立中国可靠性工程专业管理委员会……机械电子工程学院GJB451A-2005可靠性维修性保障性术语GJB1391-2006故障模式、影响及危害性分析程序GB/T2423.17-2008盐雾试验方法QJ3127-2000航天产品可靠性增长试验指南GJBZ299C-2006电子设备可靠性预计手册……我国可靠性研究的发展概况制定了一批可靠性标准并逐步修订、完善机械电子工程学院第一章可靠性概论可靠性学科发展历程2可靠性研究的意义3可靠性基本概念1可靠性学科研究的内容4机械电子工程学院早在60年代初，美国有人预言，今后在激烈的国际市场竞争中，只有可靠性高的产品及企业才能幸存下来。在80年代，日本又有人断言，今后国际市场上产品竞争的焦点是可靠性。事实上，日本从美国引进可靠性工程技术后，在民用产品上的应用非常成功，其汽车、发电设备、家用电器和办公机具等能够畅销全球，根本原因是由于其质量和可靠性高。1.3可靠性研究的意义1.可靠性技术是产品竞争的武器机械电子工程学院随着市场经济的发展，竞争日趋激烈，人们不仅要求产品物美价廉，而且十分重视产品的可靠性和安全性。日本的汽车、家用电器等产品，虽然在性能、价格方面与我国彼此相仿，却能占领美国以及国际市场。主要的原