可靠性理论案例及应用
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内容提要
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可靠性概念及意义 可靠性案例
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滚动轴承的可靠性设计
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一、 可靠性概念（一）
产品的可靠性是指：产品在规定的条件下、在规定的时间内完成规定的功 能的能力。 对产品而言，可靠性越高就越好。可靠性高的产品，可以长时间正 常工作（这正是所有消费者需要得到的）；从专业术语上来说，就是产品的可 靠性越高，产品可以无故障工作的时间就越长。
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一、 可靠性概念（四）
采用可靠性技术，可以对产品质量作出全面的评价。对于 一个高质量的产品来说，除了各项性能指标均符合要求外，还 包括产品随时间变化而保持自身工作能力的性能，这就是产品 的可靠性指标。产品的可靠性是与时间、故障定义、故障形式 等因素有关的一种综合性能。从概念上说，它包括了产品的无 故障性和耐久性问题。由于产品故障与耐久性往往与一些偶然 现象有关，常用随机量和随机函数来描述这些现象或过程。因 此，评价产品可靠性的各项指标都具有概率性质。
6பைடு நூலகம்
案例 长征系列火箭的可靠性（二）
CZ-2F火箭从1992年开始研制，1999 年11月首飞成功。在历时七年的研制过程 中始终将可靠性、安全性放在首位。火箭 上广泛采用了冗余设计，提高了元器件等 级和筛选标准，结构设计提高了剩余强度 系数，发动机也进行了旨在提高可靠性的 设计。火箭的可靠性指标从CZ-2E的0.91 提高到0.97，使它成为目前国内可靠性指 标最高的运载火箭。从数字上看，仅仅是 0.06的差别，但它是载人火箭与非载人运 载火箭的分水岭，是设计人员设计理念的 一次转变与飞跃，同时，它也给设计和试 验人员带来了很大的设计和试验工作量。
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一、 可靠性概念（三）
可靠性指标
衡量产品可靠性水平有好几种标准，有定量的，也有定性的，有时要用几种标准 （指标）去度量一种产品的可靠性，但最基本最常用的有以下几种标准。
1.可靠度R（t） 它是产品在规定条件和规定时间内完成规定功能的概率。一批产品的 数量为N，从t = 0时开始使用，随着时间的推移，失效的产品件数逐渐增加，而正常工作 的产品件数n(t)逐渐减少，用R(t)表示产品在任意时刻t的可靠度。 2.可靠寿命[CR(tr)] 它与一般理解的寿命有不同含义，概念也不同，设产品的可靠度为 R(t)，使可靠度等于规定值r时的时间tr的，即被定义为可靠寿命。 3.失效率（故障率）λ（t） 它是指某产品（零部件）工作到时间t之后，在单位时间△t 内发生失效的概率。 4.有效寿命与平均寿命 有效寿命一般是指产品投入使用后至达到某规定失效率水平之 前的一段工作时间。而平均寿命MTTF对于不可修复产品，指从开始使用直到发生失效这 一段工作时间的平均值；对于可修复的产品，是指在整个使用阶段和除维修时间之后的 各段有效工作时间的平均值。 5.平均无故障工作时间MTBF 是指相邻两次故障之间的平均工作时间，也称为平均故障 间隔。它仅适用于可维修产品。同时也规定产品在总的使用阶段累计工作时间与故障次 数的比值为MTBF。其他如可靠度、有效度、维修度、平均维修时间等也是衡量产品可靠 性水平的一种标准，但是一般以可靠寿命失效率就足以说明产品可靠性程度了。
从实践中看，有的产品虽然能工作，但不能完成规定功能；有时出现局部 故障，但尚能完成一定的功能。产品的可靠性，可以针对产品完成的某一种功 能而言，也可以针对其多种功能的综合而言。因此，在具体进行可靠性分析研 究时。首先必须对产品在什么情况下叫做不可靠，在什么情况下叫做失效，要 有一个明确的规定，也就是说，要对产品故障的失效判据加以规定，合理的给 出“故障判据”。
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案例 长征系列火箭的可靠性（一）
“神舟”号载人飞船的胜利飞天，托 举“神舟”号飞船胜利飞天的运载火箭是 号称“中华神箭”的“长征”-2号F型运载 火箭，其简写形式为“长征”-2F（CZ-2F） 运载火箭。 CZ-2F火箭由芯级、二级和4 个助推器、整流罩、逃逸塔等组成的火箭 全长58.34m，起飞质量479.8吨，芯级直 径3.35m，助推器直径2.25m，整流罩最大 直径3.8m，火箭的芯级和助推器发动机均 使用四氧化二氮和偏二甲肼作为推进剂， 它可把8t重的有效载荷送入近地点高度 200km，远地点高度350km的轨道。它由 箭体结构系统、动力装置系统、控制系统、 推进剂利用系统、故障检测系统、逃逸系 统、遥测系统、外测安全系统、附加系统、 地面设备系统共十个大小系统组成。
在研究产品的可靠性问题时，必须牢牢掌握可靠性三大要素，即时间、条 件、功能，建立一个基本观点，即概率统计的观点。
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一、 可靠性概念（二）
可靠性的重要性
对可靠性的重视度，与地区的经济发达程度成正比。例如，英国电讯（BT）关于可靠性管理/指 标要求有产品寿命、MTBF报告、可靠性框图、失效树分析（FTA）、可靠性测试计划和测试报告等； 泰国只有MTBF和MTTF的要求；而厄瓜多尔则未提到，只是提出环境适应性和安全性的要求。
产品的可靠性很重要，它不仅影响生产公司的前途，而且影响到使用者的安全（前苏联的“联盟 11号”宇宙飞船返回时，因压力阀门提前打开而造成三名宇航员全部死亡）。可靠性好的产品，不但 可以减少公司的维修费用，而且可以很快就打出品牌，大幅度提升公司形象，增加公司收入。
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、家用电器等产品能够占领美国以及国际市场。主要的原因就是日本的产品可 靠性胜过我国一筹。美国的康明斯、卡勃彼特柴油机，大修期为12000小时，而我国柴油机不过1000 小时，有的甚至几十小时、几百小时就出现故障。我国生产的电梯，平均使用寿命（指两次大修期的 间隔时期）为3年左右，而国外的电梯平均寿命在10年以上，是我们的3倍；故障率，国外平均为0.05 次，而我国为1次以上，高出20倍，这样的产品怎么有竞争力呢！因此要想在竞争中立于不败之地， 就要狠抓产品质量，特别是产品可靠性，没有可靠性就没有质量，企业就无法在激烈的竞争中生存和 发展。因此，可靠性问题必须引起政府和企业的高度重视，抓好可靠性工作，不仅是关系到企业生存 和发展的大问题，也是关系到国家经济兴衰的大问题。
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可靠性概念及意义 可靠性案例
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滚动轴承的可靠性设计
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一、 可靠性概念（一）
产品的可靠性是指：产品在规定的条件下、在规定的时间内完成规定的功 能的能力。 对产品而言，可靠性越高就越好。可靠性高的产品，可以长时间正 常工作（这正是所有消费者需要得到的）；从专业术语上来说，就是产品的可 靠性越高，产品可以无故障工作的时间就越长。
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一、 可靠性概念（四）
采用可靠性技术，可以对产品质量作出全面的评价。对于 一个高质量的产品来说，除了各项性能指标均符合要求外，还 包括产品随时间变化而保持自身工作能力的性能，这就是产品 的可靠性指标。产品的可靠性是与时间、故障定义、故障形式 等因素有关的一种综合性能。从概念上说，它包括了产品的无 故障性和耐久性问题。由于产品故障与耐久性往往与一些偶然 现象有关，常用随机量和随机函数来描述这些现象或过程。因 此，评价产品可靠性的各项指标都具有概率性质。
6பைடு நூலகம்
案例 长征系列火箭的可靠性（二）
CZ-2F火箭从1992年开始研制，1999 年11月首飞成功。在历时七年的研制过程 中始终将可靠性、安全性放在首位。火箭 上广泛采用了冗余设计，提高了元器件等 级和筛选标准，结构设计提高了剩余强度 系数，发动机也进行了旨在提高可靠性的 设计。火箭的可靠性指标从CZ-2E的0.91 提高到0.97，使它成为目前国内可靠性指 标最高的运载火箭。从数字上看，仅仅是 0.06的差别，但它是载人火箭与非载人运 载火箭的分水岭，是设计人员设计理念的 一次转变与飞跃，同时，它也给设计和试 验人员带来了很大的设计和试验工作量。
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一、 可靠性概念（三）
可靠性指标
衡量产品可靠性水平有好几种标准，有定量的，也有定性的，有时要用几种标准 （指标）去度量一种产品的可靠性，但最基本最常用的有以下几种标准。
1.可靠度R（t） 它是产品在规定条件和规定时间内完成规定功能的概率。一批产品的 数量为N，从t = 0时开始使用，随着时间的推移，失效的产品件数逐渐增加，而正常工作 的产品件数n(t)逐渐减少，用R(t)表示产品在任意时刻t的可靠度。 2.可靠寿命[CR(tr)] 它与一般理解的寿命有不同含义，概念也不同，设产品的可靠度为 R(t)，使可靠度等于规定值r时的时间tr的，即被定义为可靠寿命。 3.失效率（故障率）λ（t） 它是指某产品（零部件）工作到时间t之后，在单位时间△t 内发生失效的概率。 4.有效寿命与平均寿命 有效寿命一般是指产品投入使用后至达到某规定失效率水平之 前的一段工作时间。而平均寿命MTTF对于不可修复产品，指从开始使用直到发生失效这 一段工作时间的平均值；对于可修复的产品，是指在整个使用阶段和除维修时间之后的 各段有效工作时间的平均值。 5.平均无故障工作时间MTBF 是指相邻两次故障之间的平均工作时间，也称为平均故障 间隔。它仅适用于可维修产品。同时也规定产品在总的使用阶段累计工作时间与故障次 数的比值为MTBF。其他如可靠度、有效度、维修度、平均维修时间等也是衡量产品可靠 性水平的一种标准，但是一般以可靠寿命失效率就足以说明产品可靠性程度了。
从实践中看，有的产品虽然能工作，但不能完成规定功能；有时出现局部 故障，但尚能完成一定的功能。产品的可靠性，可以针对产品完成的某一种功 能而言，也可以针对其多种功能的综合而言。因此，在具体进行可靠性分析研 究时。首先必须对产品在什么情况下叫做不可靠，在什么情况下叫做失效，要 有一个明确的规定，也就是说，要对产品故障的失效判据加以规定，合理的给 出“故障判据”。
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案例 长征系列火箭的可靠性（一）
“神舟”号载人飞船的胜利飞天，托 举“神舟”号飞船胜利飞天的运载火箭是 号称“中华神箭”的“长征”-2号F型运载 火箭，其简写形式为“长征”-2F（CZ-2F） 运载火箭。 CZ-2F火箭由芯级、二级和4 个助推器、整流罩、逃逸塔等组成的火箭 全长58.34m，起飞质量479.8吨，芯级直 径3.35m，助推器直径2.25m，整流罩最大 直径3.8m，火箭的芯级和助推器发动机均 使用四氧化二氮和偏二甲肼作为推进剂， 它可把8t重的有效载荷送入近地点高度 200km，远地点高度350km的轨道。它由 箭体结构系统、动力装置系统、控制系统、 推进剂利用系统、故障检测系统、逃逸系 统、遥测系统、外测安全系统、附加系统、 地面设备系统共十个大小系统组成。
在研究产品的可靠性问题时，必须牢牢掌握可靠性三大要素，即时间、条 件、功能，建立一个基本观点，即概率统计的观点。
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一、 可靠性概念（二）
可靠性的重要性
对可靠性的重视度，与地区的经济发达程度成正比。例如，英国电讯（BT）关于可靠性管理/指 标要求有产品寿命、MTBF报告、可靠性框图、失效树分析（FTA）、可靠性测试计划和测试报告等； 泰国只有MTBF和MTTF的要求；而厄瓜多尔则未提到，只是提出环境适应性和安全性的要求。
产品的可靠性很重要，它不仅影响生产公司的前途，而且影响到使用者的安全（前苏联的“联盟 11号”宇宙飞船返回时，因压力阀门提前打开而造成三名宇航员全部死亡）。可靠性好的产品，不但 可以减少公司的维修费用，而且可以很快就打出品牌，大幅度提升公司形象，增加公司收入。
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、家用电器等产品能够占领美国以及国际市场。主要的原因就是日本的产品可 靠性胜过我国一筹。美国的康明斯、卡勃彼特柴油机，大修期为12000小时，而我国柴油机不过1000 小时，有的甚至几十小时、几百小时就出现故障。我国生产的电梯，平均使用寿命（指两次大修期的 间隔时期）为3年左右，而国外的电梯平均寿命在10年以上，是我们的3倍；故障率，国外平均为0.05 次，而我国为1次以上，高出20倍，这样的产品怎么有竞争力呢！因此要想在竞争中立于不败之地， 就要狠抓产品质量，特别是产品可靠性，没有可靠性就没有质量，企业就无法在激烈的竞争中生存和 发展。因此，可靠性问题必须引起政府和企业的高度重视，抓好可靠性工作，不仅是关系到企业生存 和发展的大问题，也是关系到国家经济兴衰的大问题。