现代设计方法(第四章 可靠性设计)
现代设计方法-汽车可靠性设计2011_强度应力干涉理论
Rd
0.015 3
Rd
0.0058.000607 0.04(mm)
Rd (mm) 2Rd
7.00 15.938
7.2
16.860
7.4
17.034
7.6
18.458
7.80 19.134
8.00 20.062
8.20 21.241
8.40 22.671
u2s
σ2s uR
1299.2Biblioteka 23.4210 5.8652 Rd
4045.7 106
0
{ { 2 Rd
64.009727
Rd 8.000607(mm)
2 Rd
54.822620
Rd 7.40423(mm) 舍去
当 Rd 7.40423
s
F 2Rd
200000 7.40423
2
1161 .2(Mpa) r
1076 (Mpa)
Rd (Rd , Rd ) (8.000607,0.04)mm
试求：在可靠度R=0.99时，拉杆半径 Rd (Rd , Rd )
解：
设 零件的截面积为A,载荷为F,则
拉伸应力为 均值
方差
S
F A
F
R2d
s
F (Rd
)2
2 s
(
S
)2
2 F
F
( S Rd
)2
2 Rd
(
1
2
Rd
)2 2F
(
2 3
F Rd
)2 2 Rd
1
2 4Rd
2F
4
2
2F 6
Rd
2 Rd
（如各种概率纸分析）； ③用可靠度作为零件安全程度的评价指标。
【2019年整理】现代设计方法(ch1)
子系统，超系统：汽车=轮胎+发动机+转向系，交通系统性
③ 技术过程：加工过程，工作过程
④ 技术过程的特点：不唯一
1.3 技术系统及其确定
一、技术系统 2.技术过程的确定步骤：
① 根据信息集约和调研预测的资料，分析确定作业对 象及其主要转换要求；
② 分析比较传统理论、现代理论和实践，确定实现主 要转换的工作原理；
7 经济成本
8 人机工程
9安 全
10 包装运输
课题名称 起止时间 课题经费
基本功能 辅助功能 作业对象：物料形状、尺寸、理化性质等 工 况：负载情况 环 境：温度、湿度、振动、噪声、灰尘等 动 力：功率、力、转矩等 运 动：运动形式、速度、加速度等 结构尺寸：作业尺寸、体积、重量 生产率(理论的、额定的、实际的) 可靠度、维修度和有效度 一次性使用寿命、多次性使用寿命(大修) 材料费、设计费、制造加工费、管理费、税费 操作方便、省力、视野宽广、舒适、仪表显示清晰、造型美观适度 保证人身安全、设备安全、如：过载保护 触电保护、连锁装置等 考虑运输方法,如：防震 、防腐、防锈、各种标记等
3. 评价过程中的几项主要工作
选定评价准则。如：成本低、寿命长、结构简单、 可靠性高等等 为评价准则选定度量尺度。即评价好坏的标准
确定评价对象有关各项准则的价值。即按预定 度量尺度对评价对象进行评定
对各单独评价值进行合成，以便对评价对象做 出总的比较
4、评价的意义
评价是决策的基础和依据
方案评价是提高产品质量的首要前提
地设计，必须对每一设计程序的信息，随时进行审核， 决不许有错误的信息流入下一道工序。实践证明，产品 设计质量不好，其原因往往是审核不严造成的。因此， 适时而严格地审核是确保设计质量的一项重要原则。
第四章 可靠性设计方法
4.1.4 机械可靠性设计方法
4.1.5 软件可靠性
软件可靠性的定义是：软件按规定的条件， 规定的时间内运 软件可靠性的定义是：软件按规定的条件，在规定的时间内运 按规定的条件 行而不发生故障的能力 按规定的条件主要是指软件的运行（使用）环境， 按规定的条件主要是指软件的运行（使用）环境，它涉及软件运 主要是指软件的运行 行所需要的一切支持系统及有关的因素。如支持硬件、 行所需要的一切支持系统及有关的因素。如支持硬件、操作系统 及其他支持软件、输入数据的规定格式和范围、 及其他支持软件、输入数据的规定格式和范围、操作规程等 软件的寿命周期中，也有早期故障期和偶然故障期。早期 软件的寿命周期中，也有早期故障期和偶然故障期。 故障率也高于偶然故障期的故障率 表 软件开发周期各阶段错误的百分数 软件开发周 期各阶段 错误百分数 （%） ） 需求 分析 55 设 计 17 编码与 单元试验 13 综合与 试验 10 运行与 维护 5
4.1.3Leabharlann 通用的可靠性设计分析方法◆明确可靠性要求 定性要求: 用一种非量化的形式来设计、 定性要求 用一种非量化的形式来设计、分析以评估和保证产品 的可靠性 定量要求: 规定产品的可靠性指标和相应的验证方法。 定量要求 规定产品的可靠性指标和相应的验证方法。 即：选择和确定产品的故障定义和判据、可靠性指标以及验证时 选择和确定产品的故障定义和判据、 机和验证方法， 机和验证方法，以便在研制过程中用量化的方法来评价和控制产 品的可靠性水平 确定可靠性指标主要考虑下列因素： 确定可靠性指标主要考虑下列因素： 1）国内外同类产品的可靠性水平 ） 2）用户的要求或合同的规定 ） 3）本企业同类产品的可靠性水平 ） 4）进度和经费的考虑与权衡 ）
8
3
现代设计理论与方法(最终版)
第一章设计方法学1. 现代设计目标：缩短产品设计周期；提高产品质量；降低生产成本。
T--缩短产品设计周期Q--提高产品质量C--降低其成本2. 传统设计法特点：静态的、经验的、手工式的、（近似计算）现代设计法特点：动态的、科学的、计算机化的、（精确计算）3.现代设计理论与方法的发展分为：（1)直觉设计阶段（2)经验设计阶段（3)半理论半经验设计阶段（4)现代设计阶段4.系统－执行特定功能而达到特定目的，相互联系，相互作用的元素。
具有特定功能的、相互间具有一定联系的许多要素构成的一个整体，即由两个或两个以上的要素组成的具有一定结构和特定功能的整体都是系统。
5.系统化设计的特征：由上而下、由总到细。
基本方法：系统的分析和综合。
6.黑箱法定义：把系统看成是一个不透明的，不知其内部结构的“黑箱”，在不打开黑箱的前提下，利用外部观测，通过分析黑箱与周围环境的信息联系,了解其功能的一种方法。
根据系统的某种输入及要求获得某种输出的功能要求，从中寻找出某种物理效应或原理来实现输入-输出之间的转换，得到相应的解决方法，从而推求出“黑箱”的功能结构，使“黑箱”逐渐变成“灰箱”、“白箱”的一种方法。
7.系统化设计的步骤：8、评价的目标内容：（1) 技术评价目标——可行性，创造性，可靠性（2) 经济评价目标——成本，利润，市场潜力（3）社会评价目标——社会效益和影响9.技术-经济评价法（a)技术价Wt : Wt=(Piqi)/Pmax（Pi-各技术评分值；qi-加权系数；Pmax-最高分值5分或10分）（b)经济价Ww：Ww=Hi/H=0.7Hz/H （Hi-理想成本；H-实际成本）（c)技术-经济综合评价：均值法：W=（Wt+Ww)/2双曲线法：W= (Wt.Ww )10.产品价值V=F/C ( F-功能C-成本)11.寿命周期成本（要会画出它的曲线图，并做分析）C=C1+C2 C1-生产成本C2-使用成本12、提高V途径（分5种情况讨论）F ↑/C →=V ↑功能F →/C ↓=V ↑成本F ↑/C ↓=V ↑功能、成本F ↑↑/C ↑=V ↑功能F ↓/C ↓↓=V ↑成本第二章机械优化设计1.优化设计的数学模型统一形式描述：min f(x) x=[x1,x2,………xn]Ts.t. gi(x)<=0 i=1,2,3…mhj(x)=o j=1,2,……n(p<n)2. 迭代过程X（k+1）=x（k）+α（k）s（k）x（k）——第K步迭代点α（k）——第K步迭步长s（k）——第K步迭代方向3. 终止准则：（1）点距准则：(1)1 k k k ksαε+-=≤X X(2)下降准则：(3）梯度准则：4.一维搜索方法 : 对一维（也称一元或单变量）目标函数f(x)寻求其最优解x*的过得程称为一维优化，所使用的方法称为一维优化方法。
机电一体化系统的现代设计方法
机电一体化系统的现代设计方法摘要：机电一体化系统的现代设计方法主要有可靠性设计、优化设计、反求设计、绿色设计、虚拟设计等。
本论文主要介绍了可靠性设计方法和优化设计方法。
可靠性设计包括了很广的内容，可以说在满足产品功能，成本等要求的前提下一切使产品可靠运行的设计都称之为可靠性设计。
优化设计是指将优化技术应用于设计过程，最终获得比较合理的设计参数，优化设计的方法目前已比较成熟，各种计算机程序能解决不同特点的工程问题。
关键词：机电一体化；现代设计方法；可靠性设计；优化设计。
一、引言随着社会的发展和科学技术的进步，使人们对设计的要求发展到了一个新的阶段，具体表现为设计对象由单机走向系统、设计要求由单目标走向多目标、设计所涉及的领域由单一领域走向多个领域、承担设计的工作人员从单人走向小组甚至大的群体、产品设计由自由发展走向有计划的开展。
与人们对设计的要求相比现阶段的设计确实是落后的，主要表现为：对客观设计的研究不够，尚未很好的掌握设计中的客观规律；当前设计的优劣主要取决于设计者的经验；设计生产率较低；设计进度与质量不能很好控制；实际手段与设计方法有待改进；尚未形成能被大家接受，能有效指导设计实践的系统设计理论。
面对这种形势，唯一的解决方法就是设计必须科学化。
这就意味着要科学的阐述客观设计过程及本质，分析与设计有关的领域及其地位，在此基础上科学的安排设计进程，使用科学的方法和手段进行设计工作，同时也要求设计人员不仅有丰富的专业知识，而且要掌握先进的设计理论、设计方法及设计手段，科学地进行设计工作，这样才能及时得到符合要求的产品。
二、机电一体化系统的现代设计方法概述机电一体化系统的现代设计方法是以设计产品为目标的一个总的知识群体的总称。
它运用了系统工程，实行人、机、环境系统一体化设计，使设计思想、设计进程、设计组织更合理化、现代化，大力采用许多动态分析方法，使问题分析动态化，实际进程、设计方案和数据的选择更为优化，计算、绘图等计算机化。
现代设计方法总结（精选）
现代设计方法是随着当代科学技术的飞速发展和计算机技术的广泛应用而在设计领域发展起来的一门新兴的多元交叉学科。
以满足市场产品的质量、性能、时间、成本、价格综合效益最优为目的,以计算机辅助设计技术为主体,以知识为依托,以多种科学方法及技术为手段,研究、改进、创造产品和工艺等活动过程所用到的技术和知识群体的总称。
现代设计方法有:并行设计、虚拟设计、绿色设计、可靠性设计、智能优化设计、计算机辅助设计、动态设计、模块化设计、计算机仿真设计、人机学设计、摩擦学设计、反求设计、疲劳设计一、并行设计并行设计是一种对产品及其相关过程(包括设计制造过程和相关的支持过程)进行并行和集成设计的系统化工作模式。
强调产品开发人员一开始就考虑产品从概念设计到消亡的整个生命周期里的所有相关因素的影响，把一切可能产生的错误、矛盾和冲突尽可能及早地发现和解决，以缩短产品开发周期、降低产品成本、提高产品质量。
并行设计作为现代设计理论及方法的范畴，目前已形成的并行设计方法基本上可以分为两大类:(l)基于人员协同和集成的并行化。
就是把组成与产品方面有关的，针对给定设计任务的专门的、综合性的设计团体(企业)协同起来。
丰田的产品开发过程有四个主要内容：●一个产生主要设计的概念论文的规划阶段●同步设计的系统设计阶段●一个具有设计标准的详细设计阶段●一个精益生产的样机模具阶段。
●广泛地协调，不仅仅在设计而且还有生产以及销售●协调从概念到市场完整的项目●概念创造以及概念支持者●规格、成本目标、设计以及主要部件选择，确信产品概念精确地被转换为车型的技术细节●直接地、经常地与设计师以及工程师交流●建立与顾客直接接触（产品经理办公室实施它自己的市场调查，除了通过市场营销进行的定期市场调查）。
前端设计设计环节与供应商实现设计的集成多部门协调研发以客户为中心降低批量规模(2)基于信息、知识协同和集成的并行化。
该方法基于计算机网络来实现，各零部件的设计人员通过计算机网络对机电产品进行设计，并进行可制造性、经济性、可靠性、可装配性等内容的分析及时的反馈信息，并按要求修改各零部件的设计模型，直至整个机电产品完成为止。
现代设计方法
绿色设计
在产品整个生命周期内，着重考虑产品环境属性（可 拆卸性，可回收性、可维护性、可重复利用性等）并将其 作为设计目标，在满足环境目标要求的同时，保证产品应 有的功能、使用寿命、质量等要求。
并行设计
并行设计是一种对产品及其相关过程(包括设计制造过 程和相关的支持过程)进行并行和集成设计的系统化工作模 式。 Nhomakorabea 虚拟设计
虚拟设计技术是由多学科先进知识形成的综合系统技 术，其本质是以计算机支持的仿真技术为前提，在产品设 计阶段，实时地并行地模拟出产品开发全过程及其对产品 设计的影响，预测产品性能、产品制造成本、产品的可制 造性、产品的可维护性和可拆卸性等，从而提高产品设计 的一次成功率。
相似性设计
人们在长期探索自然规律的过程中，逐渐形成了研究 自然界和工程中各种相似现象的“相似方法”、“模化设 计方法”和相应的相似理论、模拟理论。相似方法就是把 个别现象的研究结果推广到所有相似现象上去的方法。
模块化设计
模块化设计（Block-based design）就是将产品的某些 要素组合在一起，构成一个具有特定功能的子系统，将这 个子系统作为通用性的模块与其他产品要素进行多种组合， 构成新的系统，产生多种不同功能或相同功能、不同性能 的系列产品。
三次设计
三次设计即三阶段设计，所谓三阶段设计，是建立在 试验设计技术基础之上的一种在新产品开发设计过程中进 行三阶段设计的设计方法。
优化设计
优化设计（Optimal Design）是把最优化数学原理应 用于工程设计问题，在所有可行方案中寻求最佳设计方案 的一种现代设计方法。
可靠性设计
可靠性设计（Reliability Design）是以概率论和数理统 计为理论基础，是以失效分析、失效预测及各种可靠性试 验为依据，以保证产品的可靠性为目标的现代设计方法。
现代设计方法 40
1.自行车链条在微观层面上属于刚性的，在宏观上属于柔软的。
这是采用了哪种原理?（5.0分）A.空间分离原理B.时间分离原理C.基于条件的分离原理D.整体与部分的分离原理我的答案：D√答对2.过某点的梯度与等值线的切线方向之间的关系（5.0分）A.同向B.反向C.正交D.无法确定我的答案：A×答错3.塑料中加入玉米分子促使塑料分解。
这采用了什么原理？（5.0分）A.分离原理B.嵌套原理C.预补偿原理D.振动原理我的答案：A×答错4.钓鱼竿制作成可伸缩的结构。
这采用了哪种原理？（5.0分）A.分离原理B.嵌套原理C.预补偿原理D.振动原理我的答案：B√答对5.无约束优化问题，多元函数极小值的充要条件（5.0分）A.梯度为0，Hessian为正定矩阵B.梯度为0，Hessian为负定矩阵C.梯度为0D.Hessian为负定我的答案：A√答对6.概率密度函数与分布函数的关系？（5.0分）A.分布函数是概率密度函数的积分B.分布函数是概率密度函数的导数C.两者之间没有关系D.以上都不对我的答案：B×答错7.飞机起落架设计，在起降过程中飞机要求有起落架，而飞行过程中起落架收回到起落架舱内以减少阻力。
这是采用了哪种原理？？（5.0分）A.空间分离原理B.时间分离原理C.基于条件的分离原理D.整体与部分的分离原理我的答案：D×答错8.关于坐标轮换法描述正确的是？（5.0分）A.坐标轮换法属于间接法B.分别沿着n个坐标轴方向作n次一维搜索，反复多次，直到满足精度眼球C.对所有的函数都非常有效D.以上都不对我的答案：D×答错9.折叠式自行车在行走时体积大，储存时体积小，这是采用了哪种原理？（5.0分）A.空间分离原理B.时间分离原理C.基于条件的分离原理D.整体与部分的分离原理我的答案：A×答错10.关于寻找单峰区间描述正确的是？（5.0分）A.单峰区间与给定的初始步长和初始点均相关B.单峰区间与给定的初始点无关C.单峰区间与给定的初始步长无关D.以上都不对我的答案：A√答对1.常见的可靠性模型有哪些？（5.0分））A.串联系统B.并联系统C.表决系统D.混联系统我的答案：ABD×答错2.综合分配法一般考虑的因素有哪些？（5.0分））A.技术水平B.复杂程度C.重要程度D.任务情况我的答案：ABC×答错3.优化设计模型三要素（5.0分））A.目标函数B.约束方程C.设计变量D.可行域我的答案：ABC√答对4.关于可靠度分配原则描述正确的是？（5.0分））A.技术水平成熟的零件分配较高的可靠度B.简单的零件分配较高的可靠度C.重要的零件分配较高的可靠度D.工作条件严酷，难以保证可靠性的零件分配较低的可靠度我的答案：ABD×答错5.下列属于40条发明原理的是哪几条？（5.0分））A.分割原理B.分离原理C.局部质量原理D.时间分离原理我的答案：ABCD×答错1.满足所有约束方程的设计点的集合，称为可行域（5.0分）我的答案：正确√答对2.可靠性逻辑框图是表达系统与零件功能逻辑关系的示意图（5.0分）我的答案：错误×答错3.将金属温度升高到居里点以上，金属由铁磁体变为顺磁体，这是利用了参数变化原理（5.0分）我的答案：错误×答错4.并联系统分布函数等于所有部件分布函数的乘积（5.0分）我的答案：正确√答对5.优化数学模型的一般形式中，目标函数可以是求极大值，也可以是求极小值（5.0分）我的答案：错误√答对。
“现代设计方法”课程教学探索与实践
“现代设计方法”课程教学探索与实践◆张小芹 刘长荣 马继伟“现代设计方法”是一门工程实用性较强的新兴边缘学科,目的在于使其成为学生未来从事工业产品设计的有力工具,提高产品的设计水平和质量,推动人类设计事业的进步。
结合多年来,在“现代设计方法”课程教学中的探索与实践,从教学内容的确定、教材的选用、软件平台的使用方面进行了详细的阐述,并对实验教学、教学理念、考核方式几个方面的改进进行了介绍。
现代设计方法优化设计有限元教学Ma tlab“现代设计方法”是一门工程实用性较强的新兴边缘学科,根本目的在于使它成为学生未来从事工业产品设计的有力工具,以提高产品的设计水平和质量,推动人类设计事业的进步。
多年来,我们在“现代设计方法”教学中不断探索、实践。
一、确定教学内容现代设计方法是一门种类繁多、知识面广的学科群,它由多种设计方法组成,包括计算机辅助设计、优化设计、可靠性设计、有限元法、模块化设计、动态设计、疲劳强度设计、并行设计、绿色设计、虚拟设计、反求工程、人机工程等。
由于课时有限,在“现代设计方法”这门课中,主要介绍理论上比较成熟并已经获得广泛应用的现代设计计算方法,包括计算机辅助设计、优化设计、有限元法和可靠性设计,学生通过本课程的学习,能够运用这四种方法解决工程实际中的一些基本问题。
对于其他现代设计理念和方法,作为前沿知识介绍给学生,扩大学生的知识面。
从教学内容上既突出现代设计方法的重点,又覆盖现代设计方法的全貌。
二、选用教材要完成以上教学内容,目前没有一本教材可以完全胜任,必须以一本为主,再辅以其他教材作为参考。
由于“现代设计方法”涉及高数、物理、线性代数、概率与数理统计、力学等多门学科内容,为了便于基础差的学生课前预习、课后自学,选用了西安理工大学应锦春教授主编的全国高等教育自学考试指定的《现代设计方法》教材作为主教材,这本教材中主要介绍了计算机辅助设计、优化设计、有限元法和可靠性设计这四种现代设计方法。
现代设计理论之可靠性分配方法简介
可靠性分配方法(一)等分配法（无约束分配法）等分配法（Equal Apportionment Technique ）是对全部的单元分配以相同的可靠度的方法。
按照系统结构和复杂程度，可分为串联系统可靠度分配、并联系统可靠度分配、串并联系统可靠度分配等。
（1）串联系统可靠度分配当系统中n 个单元具有近似的复杂程度、重要性以及制造成本时，则可用等分配法分配系统各单元的可靠度。
这种分配法的另一出发点考虑到串联系统的可靠性往往取决于系统中最弱的单元。
当系统的可靠度为s R ，而各分配单元的可靠度为i R 时因此单元的可靠度i R 为（2）并联系统可靠度分配当系统的可靠度指标要求很高（例如Rs>0.99）而选用已有的单元又不能满足要求时，则可选用n 个相同单元的并联系统，这时单元的可靠度远远大于系统的可靠度。
当系统的可靠度为s R ，而各分配单元的可靠度为i R因此单元的可靠度i R 为（3）串并联系统可靠度分配先将串并联系统化简为“等效串联系统”和“等效单元”，再给同级等效单元分配以相同的可靠度。
优缺点：等分配法适用于方案论证与方案设计阶段，主要优点是计算简单，应用方便。
主要缺点是未考虑各分系统的实际差别。
（二）按相对失效率和相对失效概率分配（无约束分配法）相对失效率法和相对失效概率法统称为“比例分配法”。
相对失效率法是使系统中各单元容许失效率正比于该单元的预计失效率值，并根据这一原则来分配系统中各单元的可靠度。
此法适用于失效率为常数的串联系统。
对于冗余系统，可将他们化简为串联系统候再按此法进行。
相对失效概率法是根据使系统中各单nini i s R R R ==∏=11/ 1,2,,ni s R R i n==（）11ns i R R =--（）1/11,1,2,,ni s R R i n=--=（）元的容许失效概率正比于该单元的预计失效概率的原则来分配系统中各单元的可靠度。
重要度是指用一个定量的指标来表示各设备的故障对系统故障的影响，按重要度考虑的分配方法的实质即是：某个设备的平均故障间隔时间（可靠性指标）应该与该设备的重要度成正比。
现代设计方法
现代设计方法设计是人类改造自然的一种重要的创新活动。
可以说，人类在改造自然的历史长河中一直从事着设计活动，一直生活在大自然和自身“设计”的世界中。
机械设计，建筑设计、服装设计等设计活动都有着十分悠久的历史，人类通过通过这些设计活动创造了丰富而伟大的物质文明。
从某种意义上来讲，人类文明的历史，就是不断进行设计活动的历史。
人类自觉的设计活动开始于15世纪，欧洲文艺复兴时期，但直到20世纪中期，设计仍被限定在狭窄的专业范围内。
随着科学技术和生产力的不断发展，设计和设计科学也在不断地想更深、更广的层次发展，其内容、要求、理论和手段等都在不断更新，设计的内涵和外延也都在扩大。
设计不再仅仅是考虑构成产品的物质条件和能够满足的功能需求，而是综合了经济、社会、环境、人机工程学、人的心理、文化层次等多种因素的系统设计。
从设计内容上来看，设计贯穿了产品从孕育到消亡的真个生命周期，含钙量需求获取、概念设计、技术设计、技术设计、详细设计、工艺设计、营销设计及回收设计等设计活动，并把实验、研究、设计、制造、安装、使用、维修、作为一个整体来进行规划。
现代设计方法是随着当代科学技术的飞速发展和计算机技术的广泛应用而在设计领域发展起来的一门新兴多元交叉学科，是一设计产品为目标的一个只是群体的统称。
他是为了适应剧烈的师承竞争的需要，提高设计质量和缩短设计周期，以及推动计算机在设计中的广泛应用，于20世纪60年代在设计领域诞生与发展起来的一些列的新兴学科的集成。
随着网络时代的到来，全球化的经济进程的家属，迫使企业面对全球化的大市场，参与国际市场的竞争，企业间的合作越来越广泛，为了真和资源，需要形成超越空间约束的分散网络的设计开发系统，以进行动态联盟组织的设计及制造活动，支持企业实施异地协同设计，形成跨地区的联合设计。
现代设计方法的分类及主要现代设计方法简介在产品设计领域，机械产品的设计最有代表性和典型性，这里主要以机械产品的现代设计方法为主进行介绍。
车辆现代设计方法
面饰工艺规程
各种制造、装配、
设
效果图、检验标准 造型、装饰、检 各种工艺学
计
技术文件
验等方法
造型工艺文件
试制商
品 化
修改
批量生产
第三节 车辆的现代设计
车辆的现代设计方法
(1) 车辆计算机辅助设计CAD; (2) 车辆计算机辅助工程CAE; (3) 车辆优化设计; (4) 车辆可靠性设计; (5) 车辆性能的计算机仿真; (6) 车辆噪声分析及设计; (7) 车辆动态设计。 现代的汽车设计方法并不是各自孤立的，它们既有自己的优势， 又互相渗透，在汽车设计的技术领域中发挥着各自的重要作用。
工业美学 模块化设计、相
计
机械性能设计
似理论
评价决策
评价决策
工艺性设计 有限元法、动态
最优结构方案 最优造型方案
自动化设计
设计、摩擦学设 计、高等机构学 、
智能工程、专家
最优技术方案
系统
总体布置图、装配草图、技术文件 总体效果图、外观效果模型
第二节 机械产品设计
零件工作图 外观件加工工艺、
施
工
部件装配图
计算机辅助设计（CAD）方法
主要过程
汽车车身
汽车的CAD系统一般可以完成一个完整的汽车整车或 零部件的设计过程，它包括：输入关键数据进行几何造 型；利用多种计算和分析方法进行工程分析；从生产工 艺的角度进行设计评价；按照设计完成的数据进行自动 绘图。
汽车离合器壳
第三节 车辆现代设计
计算机辅助设计（CAD）方法
图形等信息。
狭义的概念是指：将客观需 求转化为满足该需求的 技术系统的活动，包括 机械产品在内的各种产
品的设计。
可靠性工程技术手册
可靠性工程技术手册可靠性工程技术手册是用来指导工程师设计、制造、测试和维护可靠产品的工具。
本手册集成了可靠性工程的方法和工具，以提高产品设计、制造和运营的可靠性，使得产品在整个生命周期内都能够满足客户的期望。
第一章：概述本章节将介绍可靠性工程技术手册的背景以及其在现代工程实践中的重要性。
可靠性工程的定义和可靠性工程技术手册的概念也将在本章中讨论。
可靠性工程是指在产品设计的早期就考虑它们的可靠性，以确保它们在使用寿命内保持足够的运行质量和效率。
可靠性工程是一种跨学科的工程领域，它的关注点包括了工程设计、质量管理以及物理学、统计学、管理学等领域。
可靠性工程技术手册是一种用于工程设计的指南，其中记录了可靠性工程的方法和工具。
它可以帮助工程师在产品的设计、制造、测试和维护期间培养可靠性思维，以确保产品质量和可用性。
第二章：可靠性工程的基本原理本章节将讨论可靠性工程的基本原理，其中包括可靠性和保障度的定义，稳定性的概念，以及可靠性分析的工具和技术。
可靠性是指产品在一段指定时间内正常工作的概率。
习惯上，产品在其设计寿命期内的可靠性都以其失效率来标识。
失效率是指单位时间内产品出现故障的概率。
保障度是指在给定的一段时间内，产品能够正常工作的概率。
保障度概念是在可靠性的基础上发展而来的。
它考虑了在产品失效后所需的维修时间，以及所需的备件数量。
稳定性是指产品在一段时间内保持一致的性能和可靠性。
为了确保稳定性，需考虑对产品的环境、质量控制、性能测试和维护等因素。
可靠性工程技术手册中常用的可靠性分析工具包括失效模式和影响分析（FMEA）、失效树（FT）以及可靠性数据分析。
第三章：可靠性设计本章节将探讨可靠性在产品设计中的重要性，并介绍可靠性设计的目标和策略，包括在设计早期考虑可靠性、选择可靠的材料和部件、设计并建立可靠的测试计划、以及使用可靠性分析工具等。
可靠性设计是指将可靠性作为产品设计的重要考量因素，并采取措施来确保产品在使用寿命期间具有足够的可靠性。
可靠性设计ppt课件
因为０≤Ｎf (t)≤Ｎ，故０≤Ｒ(t)≤１
现代设计方法
2）不可靠度(Faulty)
不可靠度或失效概率；指在规定的条件下和规 定的时间内，产品功能失效的概率。 产品的失效概率也是时间的函数，用F(t)表示 ，称为失效概率函数。
显然
现代设计方法
R(t)P(t) F (t) ( t) 1 R (t)
f(t)
f(t)dF (t)dR (t)
dt
dt
f(t)
失效概率
F(t)
t
f (t)dt
0
F(ta)
R(ta)
0
ta
t
可靠度 R(t)1F(t) f(t)dt t
图1-3 f(t)与F(t)
现代设计方法
4）失效率（故障率）
• 工作到时刻 t尚未失效的产品，在这t 时刻后，在单
现代设计方法
可 靠 性 设 计（1）
Reliability Design ——可靠性概述
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现代设计方法
本讲主要内容
可靠性基本概念和特点 可靠性设计的常用指标 可靠性设计常用分布函数
现代设计方法
1.可靠性设计的概念与特点
• 什么是可靠性？
• 可靠性的由来
1952年，美国国防部成立了“电子设备可靠性咨询小组（AGREE）” ，1957年发表了著名的“军用电子设备的可靠性”报告，提出了在生 产、试制过程中产品可靠性指标进行试验、验证和鉴定的方法，以及包 装、储存、运输过程中的可靠性问题及要求。这份报告被公认是电子产 品可靠性工作的奠基性文件。至此，可靠性理论的研究开始起步，并逐 渐在世界范围内展开，可靠性工程开始形成一门独立的工程学科。
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简述可靠性设计传统设计方法的区别。
答：传统设计是将设计变量视为确定性单值变量，并通过确定性函数进行运算。
而可靠性设计则将设计变量视为随机变量，并运用随机方法对设计变量进行描述和运算。
1.可靠性：产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。
可靠度：产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率。
是对产品可靠性的概率度量。
可靠度是对产品可靠性的概率度量。
2）可靠性工程领域主要包括以下三方面的内容：
1.可靠性设计。
它包括了设计方案的分析、对比与评价，必要时也包括可靠性试验、生产制造中的质量控制设计及使用维修规程的设计等。
2.可靠性分析。
它主要是指失效分析，也包括必要的可靠性试验和故障分析。
这方面的工作为可靠性设计提供依据，也为重大事故提供科学的责任分析报告。
3.可靠性数学。
这是数理统计方法在开展可靠性工作中发展起来的一个数学分支。
可靠性设计具有以下特点：
1.传统设计方法是将安全系数作为衡量安全与否的指标，但安全系数的大小并没有同可靠度直接挂钩，这就有很大盲目性。
可靠性设计与之不同，它强调在设计阶段就把可靠度直接引进到零件中去，即由设计直接决定固有的可靠度。
2.传统设计是把设计变量视为确定性的单值变量并通
过确定性的函数进行运算，而可靠性设计则把设计变量视为随机变量并运用随机方法对设计变量进行描述和
运算。
3.在可靠性设计中，由于应力S和强度R都是随机变量，所以判断一个零件是否安全可靠，就以强度R大于应力S的概率大小来表示，这就是可靠度指标。
4.传统设计与可靠性设计都是以零件的安全或失效作
为研究内容，因此，两者间又有着密切的联系。
可靠性设计是传统设计的延伸与发展。
在某种意义上，也可以认为可靠性设计只是在传统设计的方法上把设计变量
视为随机变量，并通过随机变量运算法则进行运算而已。
平均寿命（无故障工作时间）：指一批产品从投入运行到发生失效（或故障）的平均工作时间。
对不可修复的产品而言，T是指从开始使用到发生失效的平均时间，用MTTF表示；
对可修复的产品而言，是指产品相邻两次故障间工作时间的平均值，用MTBF表示；
平均寿命的几何意义是：可靠度曲线与时间轴所夹的面积。
6.正态分布曲线的特点是什么？什么是标准正态分布？
：正态分布曲线f(x)具有连续性，对称性，其曲线与横坐标轴间围成的总面积恒等于 1.在均值μ和离均值的距离为标准差的某一指定倍数z。
之间，分布有确定的百分数，均值或数学期望μ表征随机变量分布的集中趋势，决定正态分布曲线位置；标准差σ，他表征随机变量分布的离散程度，决定正态分布曲线的形状。
定义μ=0,σ=1，即N(0,1)为标准正态分布。
7.系统可靠性的大小主要取决于：(1)组成系统的零部件的可靠性 (2)零部件的组合方式。
1.什么是3σ法则？已知手册上给出的16Mn的抗拉强度为1100~1400MPa，试利用3σ法则确定该材料抗拉强度的均值和标准差。
在进行可靠性计算时，引用手册上的数据，可以认为它们服从正态分布，手册上所给数据范围覆盖了该随机变量的+-3σ，即6倍的标准差，称这一原则为3σ法则。
均值=（1100+1400）/2=1250MPa 标准差=（1400-1100）/6=50Mpa。
从正态分布知，对应+-3σ范围的可靠度已为0.9973. 2. 简述强度—应力干涉理论中“强度”和“应力”
的含义，试举例说明之。
答：强度一应力干涉理论中“强度”和“应力”具有
广义的含义：“应力”表示导致失效的任何因素；而
“强度”表示阻止失效发生的任何因素。
“强度”
和“应力”是一对矛盾的两个方面，它们具有相同的
量纲；例如，在解决杆、梁或轴的尺寸的可靠性设计
中，“强度”就是指材料的强度，“应力”就是指零件
危险断面上的应力，但在解决压杆稳定性的可靠性设
计中，“强度”则指的是判断压杆是否失稳的“临界
压力”，而“应力”则指压杆所受的工作压力。
3.说明常规设计方法中采用平均安全数的局限性。
答：平均安全系数未同零件的失效率联系起来，有很
大的盲目性。
从强度一应力干涉图可以看出 1）即使安全系数大于
1，仍然会有一定的失效概率。
2）当零件强度和工作
应力的均值不变（即对应的平均安全系数不变），但
零件强度或工作应力的离散程度变大或变小时，其干
涉部分也必然随之变大或变小，失效率亦会增大或减
少。
1.所谓系统，是为完成某一功能而由若干零部件相互
有机地组合起来的综合体。
系统的可靠度取决于两个
因素：一是组成系统的零部件的可靠度；二是零部件
的组合方式。
3.串联系统：若系统中诸零件的失效相互独立，但当
系统中任一个零件发生故障都会导致整个系统失效
时，则这种零件的组合形式称为串联模型。
3.串联系统的可靠度：串联系统的可靠度Rs低于组
成零件的可靠度Ri。
因此，要提高串联系统的可靠
度，最有效的措施是减少组成系统的零件数目。
4.并联系统：有冗余系统和表决系统。
冗余系统又可
分为工作冗余系统和非工作冗余系统。
5.工作冗余系统：在该系统中，所有零件都同时参加
工作，而且任何一个零件都能单独支持整个系统正常
工作。
即在该系统中，只要不是全部零件失效，系统
就可以正常工作。
6.非工作冗余系统：在该系统中，只有某一个零件处
于工作状态，其它零件则处于非工作状态。
只有当工
作的零件出现故障后，非工作的零件才立即转入工作
状态。
非工作冗余系统的可靠度高于工作冗余系统，这是
因为工作冗余系统的零件虽然都处于不满负荷状态
下，但它们总是在工作，必然会磨损或老化。
非工作
冗余系统虽不存在这个问题，却存在一个转换开关的
可靠度问题。
r/n表决系统:在n个零件组成的并联系统中，n个
零件都参加工作，但其中要有r个以上的零件正常工
作，系统才能正常工作。
它是属于一种广义的工作冗
余系统。
当r=1时，就是工作冗余系统，当r=n时，
就是串联系统。
复杂系统的可靠性预测方法：等效功能图法、布尔
真值表法；。
故障树分析的步骤：1，在充分熟悉系统的基础上，
建立故障树；2，进行定性分析，识别系统的薄弱环
节；3，进行定量分析，对系统的可靠性作出评价。
故障树：是一种倒立的树状逻辑因果关系图，它是
用事件符号、逻辑门符号和转移符号描述系统中各种
事件之间因果关系的图。
故障树的定性分析是寻找故障树的全部最小割集或
最小路集。
其目的是为了找出引了系统故障的全部可
能的起因，并定性的识别系统的薄弱环节。
最小割集：如果将割集中任意去掉一个基本事件后就不再
是割集。
最小路集：路集也是一些基本事件的集合，当该集合所有
的基本事件同时不发生时，则顶事件必然不发生。
如果将路
集中任意去掉一个基本事件后就不再是路集的话，则称此路
集为最小路集。
最小割集代表系统的一种失效模式；一个最小路集代表系
统的一个正常模式。
故障树的全部最小割集即是顶事件发生的全部可能原因，
构成了系统的故障谱。
因此，在产品设计中要努力降低最小
割集发生的可能性，这就是产品的薄弱环节。
反过来说，为
保证系统正常工作，必须至少保证一个最小路集存在。
故障树的定量分析就是根据基本事件的概率求出顶事件发
生的概率，从而对系统的可靠性作出评价。
可靠度分配按分配原则的不同，有等同分配法、加权分配
法和动态规划最优分配法；。
等同分配法：它按照系统中各单元（子系统或零部件）的
可靠度均相等的原则进行分配。
其计算简单，缺点是没有考
虑各子系统现有的可靠度水平、重要性等因素。
加权分配法：它是把各子系统在整个系统中的重要度以及
各子系统的复杂度作为权重来分配可靠度的。
最优分配法：采用动态规划最优分配法，可以把系统的成
本、重量、体积或研制周期等因素为最小作为目标函数，而
把可靠度不小于某一给定值作为约束条件进行可靠度分配；
也可以把系统可靠度尽可能大作为目标函数，而将成本等因
素视为约束条件进行可靠度分配。
这要根据具体问题来确定。
特点：机电产品的可靠性指标不仅取决于零部件的可靠度，
而且还将受制造成本、研制周期、重量、体积等因素的制约。
因此，要全面考虑这些因素的影响，必须采用优化方法分配
可靠度。
一是可靠性设计的有效性取决于所采用的统计参数是否准
确可靠；二是应用明确规定产品失效的形式和判据。
试简述强度和应力均为正态分布时，强度和应力干涉的三
种典型情况下手失效率情况。
1.强度的均值大于应力的均值，这时的干涉概率，即不可靠
度F小于50%。
当强度的均值减去应力的均值为一定值时，
概率F的大小，随强度和应力的标准增大而增大。
常规设计
的安全系数大于1时属于这种情况。
这种情况下，还可能出
现失效。
2.强度的均值等于应力的均值，此时，失效率F为50%
3.强度的均值小于应力的均值，此时安全系数小于1，失效
概率大于50%，零件仍具有一定的可靠度。