机械可靠性设计发展及现状

编号：AQ-JS-05003
( 安全技术)
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机械可靠性设计发展及现状
Development and status of mechanical reliability design
机械可靠性设计发展及现状
使用备注：技术安全主要是通过对技术和安全本质性的再认识以提高对技术和安全的理解，进而形成更加科
学的技术安全观，并在新技术安全观指引下改进安全技术和安全措施，最终达到提高安全性的目的。

随着科学技术的发展和对产品质量要求的不断提高，产品的可靠性也越来越成为产品竞争的焦点。

产品的可靠性是设计出来的，生产出来的，管理出来的。

可靠性设计是使产品的可靠性要求在设计中得以落实的技术。

可靠性设计决定了产品的固有可靠性。

所谓可靠性是指“产品在规定时间内，在规定的使用条件下，完成规定功能的能力或性质”。

可靠性的概率度量称为可靠度。

长期以来，随着电子技术的发展和电子产品可靠性理论的成熟，电子产品可靠性的相对稳定，电子产品的可靠性试验技术已经发展的相对成熟；机械可靠性试验技术则由于存在理论难题而发展相对较慢。

为了机械可靠性的切实发展，美国可靠性分析中心一直坚持鼓励其组织机构广泛收集机械产品可靠性数据。

同时美国可靠性分析中心在提到的关于将来安全相关技术发展备选课题，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机械可靠性技术中一个关键的问题，因此被广泛关注。

机械可靠性试验的发展
自1946年Freuenthal在国际上发表“结构的安全度”一文以来，可靠性问题开始引起学术界和工程界的普遍关注与重视。

上世纪60年代，对机械可靠性问题引起了各国广泛重视并开始对其进行了系统研究，其中美国、前苏联、日本、英国等国家对机械产品可靠性进行了深入研究，并在机械产品可靠性理论研究和实际应用方面取得了相当进展：
1.1.20世纪40年代，德国在V-1火箭研制中，提出了火箭系统的可靠性等于所有元器件可靠度乘积的理论，即把小样本问题转化为大样本问题进行研究。

1.2.1957年6月4日，美国的“电子设备可靠性顾问委员会”发布了《军用电子设备可靠性报告》，提出了可靠性是可建立的、可分配的及可验证的，从而为可靠性学科的发展提出了初步框架。

1.3.3.20世纪50年代至60年代，美国、苏联相继把可靠性应
用于航天计划，于是机械系统的可靠性研究得到发展，如随机载荷下机械结构和零件的可靠性，机械产品的可靠性设计、试验验证等。

1.4.日本于20世纪50年代后期将可靠性技术推广到民用工业，设立了可靠性研究机构和可靠性工程控制小组，大大提高了日本产品的可靠度。

NASA在六十年代中期便开始了机械部件的应力验证和利用应力强度干涉模型进行可靠性概率设计的研究。

1974年美国和日本成立了结构可靠性分析方法研究组，澳大利亚、瑞典航空研究院的一些学者也都在专门研究结构可靠性问题。

目前在国外，机械可靠性设计已广泛用于人造卫星、宇宙飞船、飞机、舰船、土木工程、核电站、压力容器、汽车、齿轮和轴承等产品中。

机械可靠性试验的特点
机械可靠性发展缓慢。

这主要是由于机械产品的特殊性。

因此也导致了机械可靠性试验有着自己的特点。

主要表现在下面几个方面：
2.1.一般对于机械产品的可靠性试验来说。

很难得到较大子样容
量。

并且费资、费力备件费用大，试验周期长。

2.2.机械失效机制的多样性和对环境因素的依赖性，机械系统中决定机械寿命和性能劣化的因素，不仅与应力因素有关，还取决于环境因素。

同时对于机械产品的外场环境与试验环境相比更为复杂、更为恶劣。

2.3.机械可靠性理论难度大，大多数电子产品故障多属随机性、寿命服从指数分布;而机械产品的零部件大多是耗损性失效为主，现已颁发的一些可靠性设计、试验和分析方法或标准,是根据电子产品失效制定的，这些方法或标准对机械类产品不完全适宜。

2.4.机械零部件一般都是为特定用途设计，通用性不强，不易积累共用数据。

所以缺少数据导致非电产品的可靠性评估遇到困难。

2.5.由于没有标准的可靠性筛选试验，机械产品的早期故障不能应用像电子产品经过环境应力筛选试验排除，这增加了可靠性增长模型描述的困难。

我国机械可靠性设计发展现状
在我国可靠性研究开始于上世纪60年代，对于机械产品的可靠
性研究则起步更晚，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。

总的来看，在有关院所和高校中机械可靠、性设计理论研究多，但实际工程中运用少，尤其是在数据采集方面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。

由于我国机械工业总体水平和工业发达国家的差异，和对于机械产品可靠性研究时间短，造成了我国机械行业可靠性设计总体与工业发达国家差距较大。

目前我国的机械可靠性设计除了历史原因上的差距以外，现实中也存在一些问题：许多机械设计人员对机械可靠性设计理解不够，在工作中可靠性设计还是沿用了许多电子行业可靠性设计的方法，对机械可靠性设计中使用概率论和数理统计生疏，感到机械可靠性设计数理深奥，难以定量计算，面临一个知识更新的问题。

在我国目前的可靠性设计手册主要适用于电子行业，缺乏可供机械可靠性设计实用的手册、规范和指南，在机械可靠性数据和资料较少情况下，开展机械可靠性设计存在或多或少的困难；
因机械可靠性试验研究较少，可靠性试验的周期长、费用高等原因，使得在产品研制的过程中不好开展机械可靠性试验。

机械可靠性是边缘性学科，其本身内涵相当丰富，所涉及到的学科和专业比较多。

我国机械可靠性设计在工程实际中的应用尚处在起步阶段。

机械可靠性设计方法是在常规设计方法的基础上发展起来的一种全新的设计方法，它将可靠性分析理论与数学规划方法有机地结合在一起，也就是将可靠性要求作为追求的目标或者约束条件，运用最优化方法得到在概率意义下的最佳设计的一种数值计算方法。

从工程实用性角度来看，机械可靠性设计方法是较传统设计方法更为合理的设计模式，并且它能明显的提高设计质量和获得明显的经济效益，因此对它的研究已成为目前国内外学者积极探索和研究的重要课题之一。

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