机械可靠性设计 PPT课件

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这些特征量具有如下特点：
①能用数值简单而明确地表达和判定产品的可靠性、维修 性和有效性。 ②能用数学方法表达特征量之间的关系，方便地获取所需 要的结果。 ③能够揭示影响产品可靠性的各种因素和描述它们的影响程 度。 ④能充分利用产品的各种数据。
不同特征量的用途各有所不同，在不同的情况下，产品的 可靠性可以用不同的特征量来表示。
1978年提出《电子产品可靠性“七专”质量控制与 反馈科学实验》计划，并组织实施 。1984年组建了全国 统一的电子产品可靠性信息交换网，并颁布了GJB299— 87《电子设备可靠性预计册》，有力地推动了我国电子 产品可靠性工作。
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20世纪80年代，可靠性研究继续朝广度和深 度发展，中心内容是实现可靠性保证。1985年， 美国军方提出在2000年实现“可靠性加倍，维 修时间减半”的新目标，并付诸实施。
它是以提高产品质量为核心，以概率论、数理统 计理论为基础，综合应用工程力学、机械工程学、系 统工程学、人类因数工程学、运筹学等多方面知识来 研究机械工程最佳设计问题。
可靠性设计是指，一项工程或产品在规定的时间 内、在规定的条件下完成规定功能的能力。
可靠性设计是与常规设计不同的设计方法，它是 将设计变量看作随机变量，将可靠度作为设计目标之 一，应用可靠性理论对零部件、系统或工程进行设计。
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随着科学技术的发展，对产品、设备和系 统的可靠性要求越来越高，因此可靠性设计也 越来越引起各国的重视，并积极开展研究和工 程应用工作。
在我国对工科学生开设此门课程，具有非 常重要的现实意义。本课程的目的是使学生了 解并掌握可靠性的基本概念，初步掌握产品设 备可靠性的分析，具备产品设备可靠性设计与 评估的基础知识。
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系统可分为可修系统与不可修系统两大类。 所谓不可修系统，是指系统或其组成单元一旦发生
失效，不再修复，系统处于报废状态，这样的系统称 为不可修系统。 可修系统是指系统的组成单元发生故障 后，经过维修能够使系统恢复到正常工 作状态。维修的含义是广泛的，可以是 更换，也可以是修理等等。
定义：产品在规定条件下，规定时间内不能 完成规定的功能，则称为该产品失效。
例如，美国的宇宙飞船阿波罗工程有700万只元器件 和零件，参加人数达42万人，参予制造的厂家达1万5 千多家，生产周期达数年之久。象这样庞大的复杂系 统，一旦某一个元件或某一个部件出现故障，就会造 成整个工程失败，造成巨大损失。所以可靠性问题特 别突出，不专门进行可靠性研究是难于保证系统可靠 性的。
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产品丧失规定的功能，对不可修复产品一般称为失效。对可修产品一般称为 故障。在英语中故障和失效都用一个词“Failure”表示习惯上，对二者没 有严格的区分。
产品在工作中常常由于偶然因素而发生失效，对一件产
品而言，在哪一时刻失效，是无法事先预知的，因此失效 是一个随机事件。但是大量随机事件中包含着一定的规律， 偶然事件中包含着必然性。虽不能确知某一个产品发生失 效的时刻，但是可以估计产品在某一时刻发生失效的概率。 对于一个产品而言，只能是处于工作状态 或处于失效状态，二者必居其一， 两者为互逆事件。
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§5-3 冗余系统的可靠性 §5-4 复杂系统
第六章 故障树分析方法(FTA)（4学时）
§6-1 概述 §6-2 故障树的建立 §6-3 故障树的定性分析 §6-4 故障树的定量分析
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第一章 可靠性概论
§1-1 可靠性发展概况及内容简介 §1-2 机械可靠性学科的必要性 §1-3 可靠性的定义和特征量 §1-4 产品质量与可靠性 §1-5 机械可靠性设计的内容、特点和方法
(5)国际市场迫使人们必须重视机电产品的可靠性工 作。当前由于部分机电产品的可靠性差，严重影响 我国机电产品的声誉。
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§3机械可靠性的定义和特征量
所谓可靠性特征量，是用来描述产品总体可靠性高 低的各种可靠性数量指标的总称，其理论值，即期 望值是惟一的。在针对具体对象进行具体估算时， 其观测值与产品数据和数据的处理方法等有关。
20世纪90年代初，原机械电子工业部提出了 “以科技为先导，以质量为主线”的思路，沿着 管起来—控制好—上水平的发展模式开展可靠性 工作，兴起了我国第二次可靠性工作的高潮，取 得了较大的成绩。
1991年海湾战争的“沙漠风暴”行动和科索 沃战争表明，未来战争是高技术的较量。
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可靠性工程发展及其重要性
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20世纪70年代，各种各样的电子设备或系统广泛应 用于各科学技术领域、工业生产部门以及人们的日常生活 中，电子设备的可靠性直接影响着生产效率和设备寿命以 及人员的生命安全，对可靠性问题的研究显得日益重要。
我国的可靠性工作起步并不晚，20世纪50年代就建 立了温热带环境暴露试验机构，1972年在此基础上建立 了我国的电子产品可靠性与环境试验研究所。20世纪70 年代，由于我国重点工程的需要，以及消费者对提高家用 电器等产品质量的强烈需求，对各行各业的可靠性研究工 作起到了巨大的推动作用。
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本课程主要任务是培养学生：
了解可靠性设计的概念、重要性及原理。 掌握机械可靠性设计的基本思想和方法。 有能力解决一般机械强度可靠性设计的问题。 为以后进一步深造研究可靠性问题打基础。
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二、本课程的教学内容、学时分配
第一章 可靠性概论（3学时） §1-1 可靠性发展概况及内容简介 §1-2 机械可靠性学科的必要性 §1-3 可靠性的定义和特征量 §1-4 产品质量与可靠性 §1-5 机械可靠性设计的内容、特点和方法 第二章 可靠性理论中常用的几种概率分布（2学时） §2-1 常用概率分布 §2-2 概率分布的应用 第三章 确定应力和强度分布的方法(3学时) §3-1 概述 §3-2 Pf-S-N 曲线 §3-3 用代数法综合应力分布和强度分布 §3-4 用矩法综合应力分布和强度分布
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1.2 可靠性内容
三个主要分支： ①可靠性工程或工程可靠性。它包括系统可靠性分析、设 计、评价和使用，贯穿于从产品设计直到产品退役的整个 寿命周期。 ②可靠性物理学或故障物理学。它是新发展起来的元器件 失效分析技术，着重于从微观角度出发，研究元器件的失 效发展过程和失效机理，以采取纠正措施，提高可靠性。 ③可靠性数学。主要研究解决可靠性问题的数学方法和数 学模型以及可靠性的定量规律。涉及概率论、随机过程、 运筹学、拓扑学等数学分支。
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如果用A表示产品处于工作状态，用A表示产品处 于失效状态，则该产品的两种状态关系可以表示为：
A A 0
A A 1
(1-1)
假设产品发生失效的概率为P(A)，则不发生失效的概 率为1—P(A)，即：
P( A) 1 P( A) (1-2)
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在前面讨论中我们知道，产品有两类，一类是不可修产品，
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§1可靠性发展概况及内容简介
1.1概况
可靠性是一门新兴的工程学科，是研究产品全寿 命过程中故障的发生原因、发展规律，达到预防 故障、降低故障率、提高产品质量之目的的工程 技术。
20世纪50年代初期，美国为了发展军事的需要 , 先后成立了“电子设备可靠性专门委员会”、 “电子设备可靠性顾问委会”(AGREE)等研究可 靠性问题的专门构1957年6月日，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》，这就是著名的"AGREE"报告。 9
产品或设备的故障都会影响生产和造成巨大经济 损失。特别是大型流程企业，有时因一台关键设备的故 障导致工厂停产，其损失都是每天几十万元甚至几百万 元。因此，从经济效益的来看，研究可靠性是很有意义 的。
研究与提高产品的可靠性是要付出一定代价的。从 生产角度看，要增加产品的研制和生产的成本。但是， 从使用角度看，由于产品可靠性提高了，就大大减少了 使用费和维修费，同时还减少了产品寿命周期的成本。 所以，从总体上看，研究可靠性是有经济效益的。
可靠性学科的推行，不应仅仅将其作为提高 某种产品质量的措施，而应将它看成是提高整个 工业体系，某一行业的管理水平，将我国的产品 质量全面引上一个新台阶的战略措施。
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在电子产品的可靠性不断提高以及机械设备越来越 复杂的今天，机械可靠性的问题已突出地摆在人们 的面前。由于以下原因使人们对可靠性工作的必要 性逐步提高了认识：
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从政治方面考虑，无论哪个国家，产品的先进 性和可靠性对提高这个国家的国际地位、国际 声誉及促进国际贸易发展都起很大的作用。
综上所述，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。虽然工程可靠性起源于军事 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。世界各国纷纷投入大量人力、 物力进行研究，并在更广泛的领域里推广应用。
机械可靠性设计
Reliability of Mechanical Design
选用教材： 机械可靠性设计 牟致忠 朱文予 主编 机械工业出版社
参考书 机械可靠性设计 陈健元 编著 机械工业出版社 刘惟信 编著 清华大学出版社
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一、本课程的性质、目的和任务
可靠性设计是可靠性工程中的一个主要内容，是 近期发展起来的一门现代机械设计理论和方法。
一类是可修产品，对两类不同的产品，寿命有不同的定 义：对不可修产品是指发生失效前的工作时 间；对可修产品是指相邻两次故障之间的工 作时间，这时也称故障间隔工作时间。
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§3-5 用蒙特卡罗（Monte Carlo）模拟法确定应力分布 和强度分布
第四章 应力-强度分布干涉理论和机械零件的可靠度计算 （5学时） §4-1 概述 §4-2 应力-强度分布干涉理论 §4-3 蒙特卡罗模拟法 §4-4 机械零件的可靠度计算 §4-5 可靠度与安全系数的关系 §4-6 机械零部件可靠性设计应用举例 第五章 系统的可靠性（预测）（3学时） §5-1 系统可靠性的分析方法 §5-2 串联系统的可靠性
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可靠性工程的重要性主要表现在三个方面： 1. 高科技的需要 2. 经济效益的需要 3. 政治声誉的需要
总之，无论是人民群众的生活，国民经济建设的需 要出发，还是从国防、科研的需要出发， 研究可靠性问题是具有深远的现实意义。
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现代科技迅速发展导致各个领域里的各种设备和产 品不断朝着高性能、高可靠性方向发展，各种先进的设备 和产品广泛应用于工农业、交通运输、科研、文教卫生等 各个行业，设备的可靠性直接关系到人民群众的生活和国 民经济建设，所以，深入研究产品可靠性的意义是非常重 大的。
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可靠性活动存在于产品的整个寿命期内，大体分为以下几 个阶段:
①可靠性设计阶段 ②工程开发阶段 ③批生产阶段 ④使用阶段 在产品整个寿命期内可靠性工程的活动有两个并行的过程： 一是工程技术过程
二是可靠性管理
总之，可靠性活动贯穿于产品的全寿命过程中， 设计、生产、管理三者不可偏废。
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§2机械可靠性学科的必要性
(1)机械设备的庞大、复杂与密集程度的提高， 反过来要求设备本身的安全性相应地提高。
(2)产品责任法使企业必须考虑产品故障所造成 的损失，以及由此而引起的法律责任。
(3)市场竞争的压力。产品竞争是经济发展的必然 趋势，可靠性被当作竞争的武器：谁的产品可靠性 高，谁就能立足于市场。
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(4)人工费用日益提高。由于人工修理费用不断增高， 反过来要求设备(产品)应在投入运行之后尽量少修 或不修。
“AGREE”报告是可靠性工程学发展的奠基性文件。
20世纪50年代，苏联为了保证人造地球卫星发射与飞行 的可靠性，开始了可靠性的研究工作。同一时期，日本企业 家也认识到，产品要在国际市场的竞争中取胜，必须进行可 靠性的研究。
1961年，苏联发射第一艘有人驾驶的宇宙飞船时，对宇 宙飞船安全飞行和安全返回地面的可靠性提出了0.999的概 率要求，可靠性研究人员把宇宙飞船系统的可靠性转化为各 元器件的可靠性进行研究取得了成功，满足了对宇宙飞船系 统提出的可靠性要求。从此，苏联对可靠性问题展开了全面 深入的研究。