现代设计理论可靠性设计PPT课件
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现代设计理论与方法可靠性(1)
n
i i 1
则系统的可靠度为：
n i1itFra bibliotekR t e S
第三十四页，编辑于星期五：十四点 二十四分。
对于串联系统，提高系统的可靠度，可以通过下面 两个途径：
1）提高各组成单元的可靠度
2）降低各组成单元的失效率
1）这两种方法，都必将提高产品的制造成本，所以 应该对这两方面进行权衡后采取相应的措施。并联组 合可以不用提高零件可靠度，就能提高系统的可靠 度。
• 系统的可靠性：各个组成部分以及它们之间 的相互联系有关。
• 系统可靠性设计的目的：满足可靠性前提下， 达到最优状态。
• 系统可靠性设计的内容：从各个部件的可靠 性推测系统的可靠性；从系统可靠性分配部 件可靠性。
第二十八页，编辑于星期五：十四点 二十四分。
3.5.1 元件可靠性预测
可靠性预测内容：元件可靠性预测和系统可靠 性预测。元件可靠性预测是基础。
2．断裂时变应力的最大应力远小于材料的屈服极限 3．即使是塑性材料，断裂时也无明显的塑性变形。
疲劳破坏不仅仅与应力的大小有关，而且还与应力循环 次数和应力循环特性有关。
循环特性r一定时，应力循环N次后，材料不发生疲劳 破坏时的最大应力，称为疲劳极限。
第八页，编辑于星期五：十四点 二十四分。
3.4.1 疲劳曲线（对称循环变应力）
可靠性预测：预报元件、部件和系统完成规定 功能的概率。
元件可靠性预测的步骤：确定元件的基本失效 率（查表）；确定元件的应用失效率（乘系 数）；推测元件可靠度（按照指数分布计 算）。
第二十九页，编辑于星期五：十四点 二十四分。
3.5.2 系统的可靠性预测
• 系统可靠性预测：包括组成部分自身的可靠 性；各个部分之间相互关系；
i i 1
则系统的可靠度为：
n i1itFra bibliotekR t e S
第三十四页，编辑于星期五：十四点 二十四分。
对于串联系统，提高系统的可靠度，可以通过下面 两个途径：
1）提高各组成单元的可靠度
2）降低各组成单元的失效率
1）这两种方法，都必将提高产品的制造成本，所以 应该对这两方面进行权衡后采取相应的措施。并联组 合可以不用提高零件可靠度，就能提高系统的可靠 度。
• 系统的可靠性：各个组成部分以及它们之间 的相互联系有关。
• 系统可靠性设计的目的：满足可靠性前提下， 达到最优状态。
• 系统可靠性设计的内容：从各个部件的可靠 性推测系统的可靠性；从系统可靠性分配部 件可靠性。
第二十八页，编辑于星期五：十四点 二十四分。
3.5.1 元件可靠性预测
可靠性预测内容：元件可靠性预测和系统可靠 性预测。元件可靠性预测是基础。
2．断裂时变应力的最大应力远小于材料的屈服极限 3．即使是塑性材料，断裂时也无明显的塑性变形。
疲劳破坏不仅仅与应力的大小有关，而且还与应力循环 次数和应力循环特性有关。
循环特性r一定时，应力循环N次后，材料不发生疲劳 破坏时的最大应力，称为疲劳极限。
第八页，编辑于星期五：十四点 二十四分。
3.4.1 疲劳曲线（对称循环变应力）
可靠性预测：预报元件、部件和系统完成规定 功能的概率。
元件可靠性预测的步骤：确定元件的基本失效 率（查表）；确定元件的应用失效率（乘系 数）；推测元件可靠度（按照指数分布计 算）。
第二十九页，编辑于星期五：十四点 二十四分。
3.5.2 系统的可靠性预测
• 系统可靠性预测：包括组成部分自身的可靠 性；各个部分之间相互关系；
现代设计方法(第四章 可靠性设计)
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。
《可靠性安全性设计》PPT课件
对于规定条件和规定时间而言的。 规定条件是指使用时的应力条件(工作条件)、环境条件和存储时的存储条件等，规定 条件不同，产品的可靠性也不同。
可靠性的概念包括产品(或系统)的无故障性和耐久性两方面的含义。
产品的无故障性:是指产品在某一时期内(或某一段工作时间内)，连续不断地保持其
精选PPT
7
3.干扰和抗干扰措施
1)干扰源。
根据干扰进入的渠道可分为两大类型：一是 传导型，通过各种线路传入控制器，包括供 电干扰、强电干扰和接地干扰等；二是辐射 型，通过空间感应进入控制器，包括电磁干 扰和静电干扰等。
供电干扰：电压波动、断电或瞬时断电
强电干扰：感性元件 产生过电压和电流冲击。
接地干扰：接地干扰是由于接地不当、形成接地环路产生
有三种方法 提
和高 制产 造品 质的 量设
冗 余 技 术
诊 断 技 术
计
是一种暴露法， 它可以把已经 出现的或即将 出现的故障及 时暴露出来， 以便迅速修复。
保证产品可靠性的一种重要方法，它可以在故障发生之后把故障造成 的影响掩蔽起来，使产品在一定时间内继续保持工作能力。
精选PPT
2
1)提高产品的设计和制造质量
辐射干扰：磁场、电磁场、静电场或精电选P磁PT波辐射源
8
2)抗干扰措施
增加电子交流稳压器
供电系统的抗干扰措 （稳压、滤波、隔离）
增加低通滤波器 加入隔离变压器
在可靠性要求很高的地方，可采用不间断电源(具有备用直流电源)，以解决瞬时停 电或瞬时电压降所造成的危害。
采取吸收的方法抑制其产生
接口电路的抗干扰措施
精选PPT
4
3)采用诊断技术：诊断技术是用来取得有关产品中产生的失效 (故障)类型和失效位置信息。它的任务有两个；一是出现故障时， 迅速确定故障的种类和位置，以便及时修复。二是在故障尚未发 生时，确定产品中有关元器件距离极限状态的程度，查明产品工 作能力下降的原因，以便采取维护措施或进行自动调整，防止发 生故障。
可靠性的概念包括产品(或系统)的无故障性和耐久性两方面的含义。
产品的无故障性:是指产品在某一时期内(或某一段工作时间内)，连续不断地保持其
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3.干扰和抗干扰措施
1)干扰源。
根据干扰进入的渠道可分为两大类型：一是 传导型，通过各种线路传入控制器，包括供 电干扰、强电干扰和接地干扰等；二是辐射 型，通过空间感应进入控制器，包括电磁干 扰和静电干扰等。
供电干扰：电压波动、断电或瞬时断电
强电干扰：感性元件 产生过电压和电流冲击。
接地干扰：接地干扰是由于接地不当、形成接地环路产生
有三种方法 提
和高 制产 造品 质的 量设
冗 余 技 术
诊 断 技 术
计
是一种暴露法， 它可以把已经 出现的或即将 出现的故障及 时暴露出来， 以便迅速修复。
保证产品可靠性的一种重要方法，它可以在故障发生之后把故障造成 的影响掩蔽起来，使产品在一定时间内继续保持工作能力。
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2
1)提高产品的设计和制造质量
辐射干扰：磁场、电磁场、静电场或精电选P磁PT波辐射源
8
2)抗干扰措施
增加电子交流稳压器
供电系统的抗干扰措 （稳压、滤波、隔离）
增加低通滤波器 加入隔离变压器
在可靠性要求很高的地方，可采用不间断电源(具有备用直流电源)，以解决瞬时停 电或瞬时电压降所造成的危害。
采取吸收的方法抑制其产生
接口电路的抗干扰措施
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4
3)采用诊断技术：诊断技术是用来取得有关产品中产生的失效 (故障)类型和失效位置信息。它的任务有两个；一是出现故障时， 迅速确定故障的种类和位置，以便及时修复。二是在故障尚未发 生时，确定产品中有关元器件距离极限状态的程度，查明产品工 作能力下降的原因，以便采取维护措施或进行自动调整，防止发 生故障。
现代设计方法-可靠性设计-系统
当 k=n，相当于串联系统 当 k=1，相当于并联系统
t= 1 1 1 + +L+ nλ ( n − 1)λ λ
1 t= nλ
2.5 储备系统（后备冗余系统，或旁联系统）可靠性计算
又称开关系统。系统中只有一个单元工作，其余n-1 个备用，当这个工作单元失效时，通过失效检测装 置及转换装置，使另一个单元接着开始工作，（而 并联系统是同机工作）。 例如汽车备胎，脚制动系统失效时，手制动装置起 制动作用。只要失效元件数不多于n-1个，系统均处 于正常状况。
系统可靠性设计的主要内容： 可靠性预测：按已知零部件的可靠度计 算系统的可靠度； 可靠性分配：按规定的系统可靠性指 标，对各个零部件进行可靠性分配。 系统可靠性决定因素 零部件可靠性； 零部件的组合方式（逻辑图）
2. 系统可靠性预测
系统逻辑图：表示系统元件的功能关系，它以系统的结构图 为基础，根据元件事故对系统工作的影响，用方框表示元件 功能而构成的系统可靠性方框图。它指出了系统为完成规定 的功能哪些元件必须成功地工作。
k =0
式中：
与表决系统的分布函数不一样！
P ( N f = k ) 表示在0-t时间内k件发生故障的概率。Nf是随机变量， 服从泊松分布。 ( λt ) k − λt
P( N f = k ) = k! e
(λt )k − λt ∴ R s(t ) = ∑ e k! k =0
n −1
n=2
t Rs(t ) = e −λ（ 1 + λt )
S
z 串联系统的可靠度分配
R(t ) = e 0 （可靠度与失效率一般关系） Rs (t ) = R1 (t ) R2 (t )...Rn (t ) （对串联系统） Rs (t ) = e
现代设计原则PPT课件
技术驱动设计
• 总结词：技术是现代设计的驱动力，它为设计提供了更多的可能性。 • 详细描述：随着科技的不断发展，越来越多的新技术被应用到设计中，如虚拟
现实、增强现实、人工智能等。这些技术的应用为设计师提供了更多的创作工 具和手段，使得设计更加丰富、多样化和高效。 • 技术驱动设计的优势：技术驱动设计能够提高设计的效率和品质，使设计更加 精准、逼真和智能化。同时，技术还能够为设计师提供更多的灵感和创意，推 动设计不断向前发展。 • 技术驱动设计的挑战：随着技术的不断发展，设计师需要不断更新自己的技术 知识和技能，以适应新的设计需求和趋势。同时，技术也带来了一些问题，如 数据安全、隐私保护等，设计师需要关注这些问题并采取相应的措施。
• 跨领域合作的优势：跨领域合作能够为设计带来更多的创意和可能性，使设计 更加丰富、多样化和有深度。同时，跨领域合作还能够提高设计的实用性和市 场竞争力，使产品或服务更加符合市场需求和用户期望。
• 跨领域合作的挑战：跨领域合作需要不同领域的人才进行有效的沟通和协作， 以实现共同的目标。同时，由于不同领域之间的思维方式和价值观可能存在差 异，因此需要建立良好的合作机制和沟通渠道，以避免冲突和误解的产生。
减少废弃物
通过合理的设计和生产流程， 减少废弃物的产生，提倡零排
放生产。
长久性设计
01
总结词
长久性设计是指在设计时考虑产 品的生命周期，确保其具有较长 的使用寿命和良好的维护性能。
03
可维护性
设计时考虑产品的可维护性，方 便用户进行日常保养和维修。
02
耐久性设计
选用高质量的材料和可靠的工艺 ，以提高产品的耐久性和稳定性
03
情感表达力和感染力。
情感化设计的应用
可靠性设计课件
有限元法
3
有限元法
4
有限元法
5.有限元法最早以解决结构力学、弹性力学问题发展起来的，它的理论基础是 变分原理 。
6.
7．试列举有限元分析中常用单元类型（至少5种） •杆单元（梁单元）；平面单元；薄板（弯曲）单元 •多面体单元；等参数单元；轴对称单元
有限元法
8．有限元求解中，力学模型的简化需要注意哪些Hale Waihona Puke 题？5MPaZR
S 220 185 2.214
2
2 S
152 52
R (ZR ) 0.98655
可靠性设计
5.
6. 7.
可靠性设计
8.
可靠性设计
可靠性设计
9.
可靠性设计
10．常用的产品可靠性指标有哪些？ 平均寿命；寿命方差与标准差；可靠寿命、中位寿命与特征寿命；维修度；有效度。 11.若统计得到人的身高X～N(1650,602)mm，希望碰头的概率小于1%，试设计车门高度。
创新设计
10．设计的三个层面是什么? 答案： 设计哲学、设计理论与方法、应用 11．什么是正向参数？ 答案： 指这些参数变大时，使系统或子系统的性能变好。
有限元法
1.试简述等参元有什么特点。
等参单元内任一点的位移与节点位移之间的关系恰好和该点的坐标 与节点坐标之间的关系相同。
2. 试阐述虚位移原理和最小势能原理，并说明二者的等价性。
•判别实际结构是属于哪一种问题 •注意实际结构的对称性 •对实际结构建模时可以去除一些不必要的细节 •简化后的力学模型必须是静定或超静定结构
9．有限元工程分析中，为减小解题规模而采取的“周期性条件”是何含义？ 机械上有许多旋转件，其结构形状和所受载荷呈现周期性变化的特点，利用
可靠性(详细全面)精品PPT课件
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。
记为：R(ｔ)
即：R(ｔ)=P{Ｔ>ｔ}
其中：T为产品的寿命；ｔ为规定的时间； 事件{Ｔ>ｔ}有下列三个含义：
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ｔ。
若有N个相同的产品同时投入试验，经历时间ｔ后有n(t)件产品
机械可靠性设计是常规设计方法的进一步发展和深化，它更为科学 地计及了各设计变量之间的关系，是高等机械设计重要的内容之一。
三、可靠性工作的意义
绪论
可靠性是产品质量的一项重要指标。
重要关键产品的可靠性问题突出，如航空航天产品；
量大面广的产品，可靠性与经济性密切相关，如洗衣机等；
高可靠性的产品，市场的竞争力强；
绪论
可靠性是涉及多种科学技术的新兴交叉学科，涉及数学、失效物理学、 设计方法与方法学、实验技术、人机工程、环境工程、维修技术、生产管 理、计算机技术等；
可靠性工作周期长、耗资大，非几个人、某一个部门可以做好的，需 全行业通力协作、长期工作；
目前，可靠性理论不尽成熟，基础差、需发展。 与其他产品相比机械产品的可靠性技术有以下特点：
因设计安全系数较大而掩盖了矛盾，机械可靠性技术落后；
机械产品的失效形式多，可靠性问题复杂；
机械产品的实验周期长、耗资大、实验结果的可参考性差；
机械系统的逻辑关系不清晰，串、并联关系容易混淆；
一、可靠性定义与指标
可靠性设计基础
１、可靠性定义
可靠性：(Reliability) 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。
但在近些年，可靠性工作有些升温，这次升温的动力主要来源于企业对 产品质量的重视，比较理智。
可靠性设计ppt课件
一般当N足够大 R(t) NNf (t) N
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
大学CAD中心
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。
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。
现代设计理论与方法 可靠性设计
3.1.1 可靠性科学的提出和发展
上世纪八十年代，我国开始重视机械可靠性 的研究。从1986年起，原机电部已经发布了六批 限期考核的机电产品可靠性指标的清单，前后共
有879种产品已经进行了可靠性指标的考核。
3.1.2
可靠性设计的概念
可靠性的定义： 产品在规定的条件下和规定的时间区间内， 完成规定功能的能力。 理解这一定义应注意下列几个要点： 产品 规定的条件 规定的时间区间 规定功能 能力
——
dF (t ) dt
1 dF (t ) 1 F (t ) dt
f (t )
(t )
e 0
( t ) dt
t
t
t
f (t )dt
f (t )dt
F (t )
f (t )
1 R(t )
dR (t ) dt
d ln R(t ) dt
0
1 e 0
( t ) dt
3.２
可靠性设计的常用指标
5．平均寿命 1） MTTF：平均无故障时间。
1 MTTF N
t
i 1
N
i
MTTF
0
tf ( t )dt
MTTF 1
2） MTBF：平均失效间隔时间。
MTBF 1
ni
i 1
N ti Fra bibliotek j 1N
N
ij
3.２
可靠性设计的常用指标
5．平均寿命
3.２
可靠性设计的常用指标
１．可靠度 产品在规定的条件下和规定的时间区间内， 完成规定功能的概率。一般记为R，由于它是时 间的函数，故也记为R(t)，称为可靠度函数。
现代设计理论与方法_可靠性设计共101页
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
现代设计理论与方法_可靠性 设计
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
▪
谢谢！
101
现代设计方法-可靠性设计-原理
f (σ ) = λσ e − λσ σ
g(δ ) = λδ e
− λδ δ
代入计算得到：
R = P(r > s) = ∫ dR =∫ f (s)[∫ g(r)dr]ds
−∞ −∞ s
∞
∞
∞
R = μσ =
1
λδ + λσ
1
λσ
因为
λσ
；μ δ =
λδ
所以
R =
μδ + μσ
μσ
3）蒙特卡洛方法
蒙特卡洛（Monte Carlo），也称统计模拟法，计算机随 机模拟法。 对于应力-强度模型，应用蒙特卡洛方法计算可靠度： 1）给定模拟次数N，应力-强度概率分布密度函数，置成 功次数k=0； 2）for （ i=0; i<N; i++) 由概率分布密度函数，产生(0,1)之间的两个伪随机 数，分别计算出应力、强度值σi和δi; 如果 σi<δi ，k++; 3) 计算可靠性 R= k / N;
ZR=(Ud-Us)/sqrt(Sd*Sd+Ss*Ss); R=normcdf(ZR); %normpdf(ZR); F=1-R;
syms z; fun=exp(-z^2/2)/sqrt(2*pi); R=int(fun,z,-inf,ZR);
%标准正态分布积分函数
例子3-6编程计算。 2. 蒙特卡洛方法计算可靠度 Ud=180; Sd=22.5; Us=130; Ss=13;
0
∞
1
σ y 2π
∫
∞
0
e
1 ⎛ y−μ y − ⎜ 2⎜ ⎝ σy
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
2
dy
R = P ( y > 0) = ∫ f y ( y )dy =
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.
13
它包含了五个要素： A.对象：零件
指某个不可拆卸的独立体（如弹簧、齿轮）， 也可指某一部件或机器（如发动机或减速器）， 还可指某个系统（如某条生产线、某个车间等）， 甚至包括人的判断与人的操作因素在内。
零件
机器
系统
.
14
B.规定的工作条件：
为了比较某系统或零件的可靠程度，必须将 它的工作环境固定下来。
.
16
E．概率：
基本事件发生的可能性。
对于可靠性来讲，就是失效或正常运行事件发 生的可能性。在大量统计的基础上，这种可能性 可用该事件的概率来表示，因此概率可用[0，1]区 间的某个数表示。
.
17
四、可靠性设计的必要性
1.从定性的角度考虑其必要性
1)机械设备的大型化、复杂化、精密化要求设备本身的 安全性提高；
.
6
产品/工程的设计发生的演变过程
传
模
统/ 常
延伸
可
靠
延伸
糊 可
规
拓展
性
拓展
靠
设
设
性
计
计
设
计
.
7
各演变过程的区别
理论基础
传统（常规） 设计
安全系数 （机械设计）
数学基础 基本的数学运算
设计变量
固定变量
可靠性 设计
模糊可靠性 设计
可靠度 模糊理论与可靠度
概率论和
模糊数学、
数理统计 概率论与数理统计
同一种设备在不同的工作环境下运行寿命是 不同的，如汽车，因此，同一产品在不同的工作 条件下运行应有不同的设计要求。
.
15
C.规定的工作时间：
产品之间可靠性比较的标准。
D.正常工作（满意运行）：
指系统或零件是否能达到人们所要求的运行效能， 达到了就说它是处于正常的工作状态，反之说它是失 效的。
失效：零件丧失工作能力或达不到设计功能。
狭义可靠性 维修性
有效性（广义可靠性） 综合全面评定可靠性
贮存寿命
.
12
可靠度(Reliability)，指零件或系统在规定的运行条 件下，规定的工作时间内，能正常工作(或完成规定功 能）的概率。
该定义将以往人们对产品可靠性只是出于模糊、 定性的概念发展转变为一个明确的“数”的概念。
这是概念上质的飞跃
随机变量
随机变量
.
8
二、可靠性设计的发展
起步：
1957年美国发表了“军用电子设备可靠性”的报告， 这份报告被公认为是可靠性设计的奠基性文献；二次世 界大战期间，美国通信设备、航空设备、水声设备都有 相当数量的部件或系统因失效而不能使用，带来了大量 的人员伤亡和经济损失，起初主要是电子元件和系统的 可靠性。德国在二次大战中，由于研制v-Ⅰ型火箭的需 要也着手与可靠性工程的研究。
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工程实际中存在随机现象，也存在大量的模糊现象。
如经抽象简化的基本支座模型有三类：自由端、简支 端和固定端，对自由端有明确的定义，也极易识别， 但对于简支端和固定端就没有明显的界限，如果梁插 入较深即假设为固定端，而插入较浅则假设为简支端； 又如对滑动轴承而言，分为窄、中、宽系列，若轴承 较宽则假定为固定端，较窄假设为简支端，这里的较 深和较浅，较宽和较窄都是模糊概念；再如经抽象简 化的光滑铰链，这个模型本身在概念上就是不清晰的， 因光滑和粗糙两者之间没有绝对的界限。
2)产品责任的要求，使企业必须考虑产品故障所造成的 损失以及由此而引起的法律责任；
3)市场竞争的压力；
4)人工费用日益提高；
5)国际市场迫使人们必须重视机电产品可靠性的工作。
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2.从定量的角度考虑可靠性设计的必要性 1)安全系数：用η表示。 η =δ/σ
即零件强度与作用在其上的应力的比值，是零件本身强度所 能承受外载荷作用的强度的重要的尺度。
零件安全运行的条件是：强度最小值必须大于外载荷引起 的应力最大值才安全。即满足δ-σ＞０。
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2)安全系数设计中存在的问题
机械零件失效的可能性（概率）用安全系数的大小是不能 完全表征的，它取决于强度与应力的“干涉”面积大小。实际 工程中的应力和强度都是呈分布状态的随机变量
设应力(σ)和强度(δ)的概 率密度函数分别为ｆ(σ)和ｇ ( δ ) ，因机械设计中应力和强 度具有相同的量纲（Mpa），因此 可以把ｆ(σ)和ｇ(δ )表示在同 一坐标系中。（如图1所示）
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展开：
60-70年代，航空、航天事业有利可图，各国纷纷 开展了航天、航空技术与设备的研究与产品开发，其可 靠性引起全社会的普遍关注，因而也得到了长足的进步。 许多国家成立了可靠性研究机构，如我国的航空航天大 学。
发展：
80年代以后，可靠性设计成为不可或缺的环节，广 泛应用于各行各业。
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90年代，我国机械电子工业部印发的“加强机电产 品设计工作的规定”中明确指出“可靠性、经济性、适 应性”三性统筹作为机电产品设计和鉴定的依据。在新 产品鉴定时，必须提供可靠性设计资料和试验报告。否 则不能通过鉴定。
现今可靠性的观点和方法已经成为质量保证、安全 性保证、产品责任预防等不可缺少的依据和手段，也是 我国工程技术人员掌握现代设计方法必须掌握的重要内 容之一。
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三、可靠性的概念
可靠性有狭义和广义两种意义。狭义可靠性仅指产品在规定条 件下和规定时间内完成规定功能的能力。广义可靠性通常包含 可靠性和维修性等方面的内容。以后不加以注明，我们均指狭 义可靠性。
可靠性设计
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主要内容
可靠性设计的概念与特点 可靠性设计常用的分布函数 可靠性设计的原理 零部件的可靠性设计 系统的可靠性设计
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第一节 可靠性设计的概念与特点
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一、概述
引例
日常生活中的现象观察：骑自行车，如将链条改换为皮 带传动，结果如何？经常说某人是否可靠，衡量的标准 是什么？
工程应用中，如军事上的导弹发射，三峡大坝工程等。
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常规设计某一轴的强度时，用安全系数法来校核，主要建 立在以往的经验基础上（经验数据），由于带有一定的主 观色彩，实践中发现设计时非常安全的零部件并不安全， 造成了巨大的经济损失，由此从科学的客观的角度出发产 生了可靠性设计。
可靠性设计是把工程中的设计变量处理成多值的随机变量， 运用随机方法对产品的故障（失效）、完好（正常）、可 靠（不可靠）等状态的随机性进行精确的概率描述。
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图1 应力—强度分布的平面干涉模型
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当强度的均值大于应力的均值时，在图 中阴影部分表示的应力和强度 “干涉 区”内就可能发生强度小于应力——即 失效的情况