产品与设备可靠性分析

设备与产品的可靠性诊断分析

摘要：可靠性分析在发现产品在设计、材料和工艺等缺陷方面有重要作用，

经分析和改进，可以提高产品的可靠性，为改善产品的战备完好性、提高任务成功率、减少维修保障费用提供信息，创造更高的经济效益。本文主要介绍了研究设备和产品可靠性分析的目的和意义，我国机械设备的可靠性现状以及设备和产品的可靠性分析试验，最后结合最近的可靠性的发展，介绍了设备和产品可靠性分析的发展趋势，从而对设备和产品可靠性分析的应用和发展有一个全面的、客观的认识。

关键字：设备；产品；可靠性分析

一.绪论

1.可靠性分析的目的和意义

可靠性作为产品质量和技术措施的一个最重要的指标已受到世界各工业国家的高度重视，因为任何产品和技术，尤其是高科技产品、大型设备及超大型设备的制造，尖端技术的发展，都要以可靠性技术为基础，科学技术的发展又要求高可靠性。

可靠性是衡量产品质量的一项重要指标，可靠性问题与经济效益和人身安全密切相关。随着科学技术的迅猛发展，大量的复杂系统被研发和应用，这些复杂系统在生产实践中发挥着巨大的作用，对其可靠性进行分析和对系统进行优化设计是系统设计者和管理者必须高度重视的问题。

可靠性包括可靠性数学、可靠性物理、可靠性管理及可靠性工程，其主要研究内容为产品或系统故障发生的原因、故障的消除和预防措施。可靠性分析的主要研究目的为保证产品的可靠性和可用性、延长使用寿命、降低维修费用、提高产品的用效益。现代科学技术和工业以惊人的速度向前发展，产品产量、参数的提高，使用条件的苛刻以及大量新技术、新工艺、新材料的应用，使产品可靠性问题日益突出，可靠性已经不仅影响产品的性能，而且关系到一个国家的经济发展和安全稳定，成为当今人们致力研究的对象。

2.我国机械设备可靠性现状

可靠性问题只是在第二次世界大战前后，才真正开始受到重视。从 50 年代至今，可靠性理论这门新兴学科以惊人的速度发展着，各方面都已积累了丰富的经验。

我国机械工业底子薄，上世纪七八十年代不少大型成套设备和精密自动化设备不能自行设计制造。产品可靠性差、能耗高，有效寿命多数只相当先进国家相应产品的1/3-1/2。

改革开放以来，特别是我国加入WTO之后，极大地促进了我国机械工

业的进步。机械产品的设计和制造水平不断提高，出口额不断增大。但困扰我国机械产品参与国内外竞争的主要因素仍然是产品的可靠性差。主要表现：目前国民经济和产业化所需装备近2/3依赖进口；机械制造业典型产品的技术来源57%依靠国外；仪表、气液元件、低压电器等的平均无故障工作时间低于国外同类产品一至两个数量级；拖拉机和工程机械的平均无故障工作时间是国外的1/2-1/3，甚至1/10；国产越野车的无故障里程在380-800km,而进口车却为28000km,；国产仪表和日本仪表在同样工作条件下，故障率是9:1。诸多类似的事例导致用户提出“宁愿牺牲先进性，也要保证可靠性”的要求，许多用户抱怨国产机电产品是买得起，修不起。由于可靠性问题，加剧了机电产品出口出不去，进口挡不住的局面。可靠性严重制约了我国机械工业的快速发展，影响到我国机械工业的声誉。

可靠性工程的诞生、发展是社会的需要，与科学技术的发展，尤其与电子技术的发展是分不开的。虽然可靠性工程起源于军事领域，但从它的推广应用和给企业与社会带来的巨大经济效益的事实中，人们更加认识到提高产品可靠性的重要性。世界各国纷纷加大研究投入的力度，并在更广泛的领域里推广应用。

二.设备与产品的可靠性分析

1.可靠性的概念

产品、系统在规定的条件下，规定的时间内，完成规定功能的能力称为可靠性。

这里的产品可以泛指任何系统、设备和元器件。产品可靠性定义的要素是三个“规定”：“规定条件”、“规定时间”和“规定功能”。

“规定条件”包括使用时的环境条件和工作条件；例如同一型号的汽车在高速公路和在崎岖的山路上行驶，其可靠性的表现就不大一样，要谈论产品的可靠性必须指明规定的条件是什么。

“规定时间”是指产品规定了的任务时间；随着产品任务时间的增加，产品出现故障的概率将增加，而产品的可靠性将是下降的。因此，谈论产品的可靠性离不开规定的任务时间。例如，一辆汽车在在刚刚开出厂子，和用了5年后相比，它出故障的概率显然小了很多。

“规定功能”是指产品规定了的必须具备的功能及其技术指标。所要求产品功能的多少和其技术指标的高低，直接影响到产品可靠性指标的高低。例如，电风扇的主要功能有转叶，摇头，定时，那么规定的功能是三者都要，还是仅需要转叶能转能够吹风，所得出的可靠性指标是大不一样的。

机械可靠性是指机械产品在规定的使用条件下、规定的时间内完成规定功能的能力。由于工程材料特性的离散性以及测量、加工、制造和安装误差等因素的影响，使机械产品的系统参数具有固有的不确定性，因此考虑这种固有随机性的可靠性设计技术至关重要。可靠性分类如图2-1所示。

图2-1 机械产品可靠性分类

2.可靠性的要素

可靠性包含了耐久性、可维修性、设计可靠性三大要素。

耐久性：产品使用无故障性或使用寿命长就是耐久性。例如，当空间探测卫星发射后，人们希望它能无故障的长时间工作，否则，它的存在就没有太多的意义了，但从某一个角度来说，任何产品不可能100%的不会发生故障。

可维修性：当产品发生故障后，能够很快很容易的通过维护或维修排除故障，就是可维修性。像自行车、电脑等都是容易维修的，而且维修成本也不高，很快的能够排除故障，这些都是事后维护或者维修。而像飞机、汽车都是价格很高而且非常注重安全可靠性的要求，这一般通过日常的维护和保养，来大大延长它的使用寿命，这是预防维修。产品的可维修性与产品的结构有很大的关系，即与设计可靠性有关。

设计可靠性：这是决定产品质量的关键，由于人——机系统的复杂性，以及人在操作中可能存在的差错和操作使用环境的这种因素影响，发生错误的可能性依然存在，所以设计的时候必须充分考虑产品的易使用性和易操作性，这就是设计可靠性。一般来说，产品的越容

易操作，发生人为失误或其他问题造成的故障和安全

问题的可能性就越小；从另一个角度来说，如果发生

了故障或者安全性问题，采取必要的措施和预防措施

就非常重要。例如汽车发生了碰撞后，有气囊保护。

3.可靠性评价指标

可靠性是一项重要的质量指标，只是定性描述就

显得不够，必须使之数量化，这样才能进行精确的描

述和比较。可靠性的定量表示有其自己的特点，由于

使用场合的不同，很难用一个指标来完全进行评价。

1)可靠度：指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；一般记为R，是时间的函数，

记为，其中f(t)为概率密度。