第8章疲劳强度可靠性设计
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❖ 研究可靠度的计算方法。（元件、系统可靠度的计算） ❖ 寻找提高可靠度的最佳途径。（简化系统、提高元件可靠度、工作
储备、维修等） ❖ 在给定的可靠度下，尽可能降低系统的重量、体积和费用
第8章疲劳强度可靠性设计
机械强度与可靠性——
第8章 疲劳强度可靠性设计
8.1 可靠性的基本概念
可靠性与费用的关系
可靠性相关概念
❖ 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。
❖ 维修性：在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法完 成维修的能力。
❖ 广义可靠性：可维修产品的可靠性。狭义可靠性+维修性 ❖ 故障和失效：产品不能完成其规定功能的状态。一般认为故障是可
修复的，失效则是不能修复的。 ❖ 可靠度：产品在规定条件下、规定时间内，完成规定功能的概率。
➢ 1957年提出了《电子设备可靠性报告》(AGREE报告)该报告首次比较完 整地阐述了可靠性的理论与研究方向。从此，可靠性工程研究的方向才大 体确定下来。
❖ 除美国以外，还有前苏联、日本、英国、法国、意大利等一些国家， 也相继从50年代末或60年代初开始了有组织地进行可靠性的研究工作。
❖ 本阶段工作的特点：
➢ 研究的问题较多集中于针对电器产品； ➢ 确定可靠性工作的规范、大纲和标准； ➢ 组织学术交流等。
❖ 在上世纪60年代后期，美国约40％的大学设置了可靠性工程课程。 目前美国等发达国家的可靠性工作比较成熟，其标志性的成果是阿波 罗登月计划的成功。
第8章疲劳强度可靠性设计
机械强度与可靠性——
第8章 疲劳强度可靠性设计
❖ 但国内的可靠性工作曾在90年代初落入低谷，在这方面开展工作的 人很少，学术成果平平。主要的原因是可靠性工作很难做，出成果 较慢。
❖ 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。
第8章疲劳强度可靠性设计
机械强度与可靠性——
第8章 疲劳强度可靠性设计
8.1 可靠性的基本概念
机械强度与可靠性——
第8章 疲劳强度可靠性设计
8.1 可靠性的基本概念
衡量可靠性的尺度（度量可靠性的定量指标）
1. 可靠度（Reliability）
➢ 定义：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。一般用 字母“R”或可靠度函数R(t)表示。
➢ 就概率分布而言，又叫可靠度分布函数，且是累计分布函数，表示在规 定的使用条件和规定时间内，无故障地发挥规定功能的产品占全部工作 产品的百分率，因此其取值范围是: 0<=R(t)<=1
➢ 如果某产品寿命随机变量T的分布密度函数为f(t)，（下图所示），用t表 示某一指定时刻，则该产品在t时刻的可靠度为：
R(t)P(Tt)t f(t)dt
寿命T大于时间t的概率
第8章疲劳强度可靠性设计
机械强度与可靠性——
第8章 疲劳强度可靠性设计
8.1 可靠性的基本概念
衡量可靠性的尺度（度量可靠性的定量指标）
❖可靠性设计是应用可靠性理论和设计参数的统计数据， 对零件、部件或系统等在保证达到给定的可靠程度的条 件下进行设计的一种设计方法。
可靠性设计的步骤
可靠性程序设计和手段
第8章疲劳强度可靠性设计
步可 骤靠
性 设 计 的 一 般
可靠性设计的步骤
确定系统的可靠度指标 失效分析、可靠度预测 根据需要，做必要的试验 部件的可靠度指标分配 进行零件的可靠性设计
（可靠性的定量描述）
5
第8章疲劳强度可靠性设计
机械强度与可靠性——
第8章 疲劳强度可靠性设计
8.1 可靠性的基本概念
可靠性的主要领域
❖ 可靠性工程：系统或产品的可靠性分析、设计和评价。 ❖ 可靠性分析：可靠性试验、失效的研究与防止。 ❖ 可靠性数学：各类可靠性问题的数学方法和数学模型
可靠性工程的任务
8.1 可靠性的基本概念
❖ 国内的可靠性工作起步较晚，上世纪50年代末和60年代初在原电子 工业部的内部期刊有介绍国外可靠性工作的报道。
❖ 发展最快的时期是上世纪80年代初期，出版了大量的可靠性工作专 著、国家制定了一批可靠性工作的标准、各高校有大量的人投入可 靠性的研究。
❖ 许多工业部门将可靠性工作列在了重要的地位。如原航空工业部明 确规定，凡是新设计的产品或改型的产品，必须提供可靠性评估与 分析报告才能进行验收和坚定。
机械强度与可靠性
西南交通大学电子讲义
第8章 疲劳强度可靠性设计
第8章疲劳强度可靠性设计
ຫໍສະໝຸດ Baidu
机械强度与可靠性——
第8章 疲劳强度可靠性设计
8.1 可靠性的基本概念
衡量产品质量的三个指标
❖ 性能指标:产品具有的技术指标, 代表产品的使用价值. ❖ 可靠性指标:保证产品质量的指标. ❖ 维修性指标:反映产品维修难易程度的指标.
总成本 费 用
使用成本
研制投资费用
维修费用
可靠性
理论上总成本曲线存在极小值,是价值上的最佳点. 可靠性设计的任务：尽量找到最佳点附近的设计点
第8章疲劳强度可靠性设计
机械强度与可靠性——
第8章 疲劳强度可靠性设计
8.1 可靠性的基本概念
可靠性设计
❖常规疲劳设计所采用的材料强度、载荷及尺寸等一般取 平均值（中值）
可靠性的发展概况
❖ 开始于第二次世界大战。（可靠性问题突出的时期） ❖ 上世纪五十年代：开始系统地进行可靠性研究，主要工作由美国军事
部门展开。
➢ 1952年，美国军事部门、工业部门和有关学术部门联合成立了“电子设 备可靠性咨询组”—AGREE小组。（Advisory Group on Reliability of Electronic Equipment）
可靠性(Reliability)
❖ 可靠性是衡量产品质量的一项重要指标。 ❖ 可靠性长期以来是人们设计制造产品时追求的一个目标。 ❖ 将可靠性作为设计制造中的定量指标的历史还不长，相关技术也尚
不成熟，工作也不普及。
第8章疲劳强度可靠性设计
机械强度与可靠性——
第8章 疲劳强度可靠性设计
8.1 可靠性的基本概念
2. 不可靠度（失效概率，故障率，破坏概率）
➢ 定义：产品在规定条件下和规定时间内，不能完成规定功能的概率。一 般用字母“F”或失效概率函数F(t)表示。
➢ 不可靠度也是累计分布函数，表示在规定的使用条件和规定时间内，发 生故障的产品占全部工作产品的百分率，因此其取值范围是: 0<=F(t)<=1
储备、维修等） ❖ 在给定的可靠度下，尽可能降低系统的重量、体积和费用
第8章疲劳强度可靠性设计
机械强度与可靠性——
第8章 疲劳强度可靠性设计
8.1 可靠性的基本概念
可靠性与费用的关系
可靠性相关概念
❖ 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。
❖ 维修性：在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法完 成维修的能力。
❖ 广义可靠性：可维修产品的可靠性。狭义可靠性+维修性 ❖ 故障和失效：产品不能完成其规定功能的状态。一般认为故障是可
修复的，失效则是不能修复的。 ❖ 可靠度：产品在规定条件下、规定时间内，完成规定功能的概率。
➢ 1957年提出了《电子设备可靠性报告》(AGREE报告)该报告首次比较完 整地阐述了可靠性的理论与研究方向。从此，可靠性工程研究的方向才大 体确定下来。
❖ 除美国以外，还有前苏联、日本、英国、法国、意大利等一些国家， 也相继从50年代末或60年代初开始了有组织地进行可靠性的研究工作。
❖ 本阶段工作的特点：
➢ 研究的问题较多集中于针对电器产品； ➢ 确定可靠性工作的规范、大纲和标准； ➢ 组织学术交流等。
❖ 在上世纪60年代后期，美国约40％的大学设置了可靠性工程课程。 目前美国等发达国家的可靠性工作比较成熟，其标志性的成果是阿波 罗登月计划的成功。
第8章疲劳强度可靠性设计
机械强度与可靠性——
第8章 疲劳强度可靠性设计
❖ 但国内的可靠性工作曾在90年代初落入低谷，在这方面开展工作的 人很少，学术成果平平。主要的原因是可靠性工作很难做，出成果 较慢。
❖ 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。
第8章疲劳强度可靠性设计
机械强度与可靠性——
第8章 疲劳强度可靠性设计
8.1 可靠性的基本概念
机械强度与可靠性——
第8章 疲劳强度可靠性设计
8.1 可靠性的基本概念
衡量可靠性的尺度（度量可靠性的定量指标）
1. 可靠度（Reliability）
➢ 定义：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。一般用 字母“R”或可靠度函数R(t)表示。
➢ 就概率分布而言，又叫可靠度分布函数，且是累计分布函数，表示在规 定的使用条件和规定时间内，无故障地发挥规定功能的产品占全部工作 产品的百分率，因此其取值范围是: 0<=R(t)<=1
➢ 如果某产品寿命随机变量T的分布密度函数为f(t)，（下图所示），用t表 示某一指定时刻，则该产品在t时刻的可靠度为：
R(t)P(Tt)t f(t)dt
寿命T大于时间t的概率
第8章疲劳强度可靠性设计
机械强度与可靠性——
第8章 疲劳强度可靠性设计
8.1 可靠性的基本概念
衡量可靠性的尺度（度量可靠性的定量指标）
❖可靠性设计是应用可靠性理论和设计参数的统计数据， 对零件、部件或系统等在保证达到给定的可靠程度的条 件下进行设计的一种设计方法。
可靠性设计的步骤
可靠性程序设计和手段
第8章疲劳强度可靠性设计
步可 骤靠
性 设 计 的 一 般
可靠性设计的步骤
确定系统的可靠度指标 失效分析、可靠度预测 根据需要，做必要的试验 部件的可靠度指标分配 进行零件的可靠性设计
（可靠性的定量描述）
5
第8章疲劳强度可靠性设计
机械强度与可靠性——
第8章 疲劳强度可靠性设计
8.1 可靠性的基本概念
可靠性的主要领域
❖ 可靠性工程：系统或产品的可靠性分析、设计和评价。 ❖ 可靠性分析：可靠性试验、失效的研究与防止。 ❖ 可靠性数学：各类可靠性问题的数学方法和数学模型
可靠性工程的任务
8.1 可靠性的基本概念
❖ 国内的可靠性工作起步较晚，上世纪50年代末和60年代初在原电子 工业部的内部期刊有介绍国外可靠性工作的报道。
❖ 发展最快的时期是上世纪80年代初期，出版了大量的可靠性工作专 著、国家制定了一批可靠性工作的标准、各高校有大量的人投入可 靠性的研究。
❖ 许多工业部门将可靠性工作列在了重要的地位。如原航空工业部明 确规定，凡是新设计的产品或改型的产品，必须提供可靠性评估与 分析报告才能进行验收和坚定。
机械强度与可靠性
西南交通大学电子讲义
第8章 疲劳强度可靠性设计
第8章疲劳强度可靠性设计
ຫໍສະໝຸດ Baidu
机械强度与可靠性——
第8章 疲劳强度可靠性设计
8.1 可靠性的基本概念
衡量产品质量的三个指标
❖ 性能指标:产品具有的技术指标, 代表产品的使用价值. ❖ 可靠性指标:保证产品质量的指标. ❖ 维修性指标:反映产品维修难易程度的指标.
总成本 费 用
使用成本
研制投资费用
维修费用
可靠性
理论上总成本曲线存在极小值,是价值上的最佳点. 可靠性设计的任务：尽量找到最佳点附近的设计点
第8章疲劳强度可靠性设计
机械强度与可靠性——
第8章 疲劳强度可靠性设计
8.1 可靠性的基本概念
可靠性设计
❖常规疲劳设计所采用的材料强度、载荷及尺寸等一般取 平均值（中值）
可靠性的发展概况
❖ 开始于第二次世界大战。（可靠性问题突出的时期） ❖ 上世纪五十年代：开始系统地进行可靠性研究，主要工作由美国军事
部门展开。
➢ 1952年，美国军事部门、工业部门和有关学术部门联合成立了“电子设 备可靠性咨询组”—AGREE小组。（Advisory Group on Reliability of Electronic Equipment）
可靠性(Reliability)
❖ 可靠性是衡量产品质量的一项重要指标。 ❖ 可靠性长期以来是人们设计制造产品时追求的一个目标。 ❖ 将可靠性作为设计制造中的定量指标的历史还不长，相关技术也尚
不成熟，工作也不普及。
第8章疲劳强度可靠性设计
机械强度与可靠性——
第8章 疲劳强度可靠性设计
8.1 可靠性的基本概念
2. 不可靠度（失效概率，故障率，破坏概率）
➢ 定义：产品在规定条件下和规定时间内，不能完成规定功能的概率。一 般用字母“F”或失效概率函数F(t)表示。
➢ 不可靠度也是累计分布函数，表示在规定的使用条件和规定时间内，发 生故障的产品占全部工作产品的百分率，因此其取值范围是: 0<=F(t)<=1