综述国内外机械可靠性研究领域现状和趋势

综述国内外机械可靠性研究领域现状和趋势

摘要：近年来，世界各发达国家已把可靠性技术和全面质量管理紧密地集合起

来，有力地提高了产品的可靠性水平。可靠性工程诞生在20世纪40年代。在五六十年代已经被应用到了航天工业当中。进入70年代，各种各样的电子设备或系统广泛用到可靠性技术。八九十年代可靠性研究进入更深层次的研究和发展。进入21世纪之后，提高产品的可靠性，更是提高产品的质量关键。国内外把对可靠性的研究工作提高到节约资源和能源的高度来认识。在现代生产中，可靠性技术已贯穿于产品的开发研制、设计、制造、实验、使用、运输、保管及维修保养等各个环节。

关键词：可靠性现状发展

1. 可靠性的起源于发展

可靠性起源于第二次世界大战，1944年纳粹德国用V-2火箭袭击伦敦，有80枚火箭在起飞台上爆炸，还有一些掉进英吉利海峡。由此德国提出并运用了串联模型得出火箭系统可靠度，成为第一个运用系统可靠性理论的飞行器。当时美国诲军统计，运往远东的航空无线电设备有60℅不能工作。电子设备在规定使用期内仅有30℅的时间能有效工作。在此期间，因可靠性问题损失飞机2.1万架，是被击落飞机的1.5倍。由此，引起人们对可靠性问题的认识，通过大量现场调查和故障分析，采取对策，诞生了可靠性这门学科。

随着可靠性基础理论与可靠性标准体系的日臻完善，现代可靠性工程技术进入成熟阶段，在各方面都取得了一定的成就，主要表现在以下几个方面：（1）建立了完整的可靠性参数体系。设备的可靠性要求应反映设备的备战完好性、任务成功性、维修人力、保障费用的要求，设备的可靠性参数也由单一变为多个可靠性参数描述，使可靠性参数体系完整的表达了产品的可靠性特征,设备级的可靠性参数一般以MTBF为主。可靠性参数一般分为基本可靠性、任务可靠性以及任务剖面。按照故障判断应分为不导致危险的、保持基本功能以及附加功能三类。（2）可靠性标准体系的日臻完善。美国在1980年就建立了完备的可靠性标准体系，国内从二十世纪八十年代才真正开展可靠性工程，二十一世纪初，可靠性工程在我国全面深入的研究与应用。我国的可靠性工程基本沿用了美国的标准体系，利用标准化的方法可以使RMS(可靠性、维修性与保障性)工程领域的先进技术和成功的工程经验得到广泛利用。随着RMS工程和管理的发展。我国已逐步总结并建立了一整套有关标准，这些标准对提高设备的效能，降低寿命周期费用起到了重要的作用。

可靠性试验可分为工程试验和统计实验两大类。工程试验的目的在于暴露产品的可靠性缺陷，并采取纠正措施加以排除。在可靠性领域中把机械可靠性作为三大课题（另外两个是加速试验和软件可靠性）之一。机械可靠性试验技术是是机械可靠性技术的一个关键的问题，因此被广泛关注。

2. 国内外机械产品的可靠性设计方法的研究现状

国外的可靠性研究基本是从美国引进的。美国对于机械可靠性的研究，开始于60年代初期，其发展与航天计划有关。当时在航天方面由于机械故障引起的事故多、损失大。于是美国宇航局(NASA)从1965年起开始进行机械可靠性研究，例如，用超载负荷进行机械产品的可靠性试验验证；在随机动载荷下研究机械结构和零件的可靠性；将预先给定的可靠度目标值直接落实到应力分布和强度分布都随时间变化的机械零件的设计中去.美国的可靠性在机械产品可靠性理论方面主要研究机械零部件的可靠性概率设计方法;在机械故障预防和检测方面对设计、诊断、监测、故障等进行研究,在可靠性数据的收集和分析方面取得了很大的进步,编制了一些可靠性设计手册和指南、可靠性数据手册。

日本的可靠性设计是从美国引进的,以民用产品为主,强调实用化,日本科技联盟是其全国可靠性技术的推广机构。对于机械可靠性设计,主要依靠固有技术,通过可靠性实验及使用信息反馈,不断改进,达到可靠性增长。可靠性理论的应用,主要应针对有问题的设计部分。另外由于大量新技术、新材料、新工艺的应用,缺乏实用经验,需要用可靠性技术帮助设计人员进行分析和评估。在可靠性工程应用方面,比较重视可靠性实验、故障诊断和寿命预测技术的研究与应用,以及产品失效分析、现场使用数据的收集和反馈。

英国国家可靠性分析中心成立了机械可靠性研究小组,汇编出版了«机械系统可靠性»一书,从失效模式、使用环境、故障性质、筛选效果、实验难度、维修方式和数据积累等7个方面阐明了机械可靠性应用的重点,提出了几种机械系统可靠性的评估方法,并强调重视数据积累。由欧共体委员会支持的欧洲可靠性数据库协会成立于1979 年,其可靠性数据库交换、协作网遍布欧洲各国,收集的大量机械设备和零部件的可靠性数据,为进行重大工程规划和设备的研发、风险评估提供了依据。

我国对机械产品可靠性研究起步较晚,20 世纪80 年代才得到较快的发展,机械行业相继成立了可靠性研究的相关协会,各有关院所和高校也开展了机械产品的可靠性研究,制定了一批可靠性标准,取得了较大的成果。但总的来看,理论研究多,实际运用少,与西方发达国家相比差距不小,有些成果尚不能完整地、成熟地应用在不同的机械系统中。

3. 机械产品可靠性设计方法的发展趋势的探讨

3. 1 故障或失效模式、机理及对策

机械产品的可靠性设计是针对产品故障来进行的。产品的故障或失效模式机理可划分为:与损伤无关的偶然故障和与损伤积累有关的渐发故障两大类。这种分类很好地考虑了机械产品的故障模式与特征,考虑了不同故障模式损伤发生的规律,考虑了不可修产品与可修产品的差异。因而可针对偶发性故障进行无故障性设计,对渐发性故障进行耐久性设计。因此,今后可靠性设计应着眼于无故障性设计和耐久性设计。

3. 2 定性设计与定量设计相结合

在具体设计一个产品时,不能拘泥于某一种设计方法,而应是定性与定量设计相结合,综合运用各种方法。在对类似产品充分分析的基础上,在研究所设计的产品功能和初步结构的基础上,进行FM ECA , FTA 等分析,找出关键件和重要件,对它们进行可靠性指标的分配,接着针对不同的故障模式及机理对零件进行设计,其中可运用具体的方法,如概率设计法、稳定性设计法, 进行有限元分析等, 如