机械可靠性设计

西南科技大学网络教育系列课程6.1.1可靠性学科的产生与发展概况阶段阶段成果第一阶段(1943—1958午)，又称为铅笔一纸阶段研究认为，产品故障的发生及其原因是随机事件，随机性是事物的内在性质，具有不可避免性。第二阶段(1958—1968年)重新确定了故障原因随机性及其不可避免性的概念；对一些偶然故障找到了自身的解释；确定了产品设计、结构、工艺与故障间的关系；产品的可靠性信息更加完整，对故障本质的认识更加深入。第三阶段(1968年以后)形成了可靠性试验方法与数据处理方法；颁布了有关可靠性标准；建立了预防维修体系和可靠性管理机构；并使可靠性的教育更加普及。1、机械可靠性的发展西南科技大学网络教育系列课程6.1.1可靠性学科的产生与发展概况可靠性是一门独立的工程技术学科，它起源于上个世纪五十年代初。半个世纪以来，可靠性工程经历了50年代的起步阶段，60年代的发展阶段，70年代的成熟阶段和80年代的更深更广的发展阶段，以及90年代以来进入向综合治理化、自动化、智能化和实用化发展阶段，可靠性工程成为一门提高产品质量的重要工程技术学科。可靠性工程已从军事装备的可靠性发展到民用产品的可靠性；从电子产品发展到非电子产品的可靠性；从硬件的可靠性发展到软件的可靠性；从可靠性工程发展为包括维修工程、测试工程、保障性工程在内的可信性工程；从重视可靠性统计试验发展到强调可靠性工程试验，通过环境应力筛选及可靠性强化试验来暴露产品故障，进而提高产品可靠性。西南科技大学网络教育系列课程6.1.1可靠性学科的产生与发展概况可靠性指的是产品在规定的条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。这里的产品指的是新版ISO9000中定义的硬件和流程性材料等有形产品以及软件等无形产品。它可以大到一个系统或设备，也可以小到一个零件，只要是这类产品都有可靠性问题。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。4）人工费用日益提高。5）国际市场迫使人们必须重视机电产品的可靠性工作。西南科技大学网络教育系列课程6.1.1可靠性学科的产生与发展概况3、可靠性学科的简介可靠性学科，就目前所涉及的内容来讲，大致有以下几个方面：1）可靠性工程：指导工程实际的可靠性活动的一门学科。2）可靠性物理：从机理的角度去研究产品造成不可靠的原因。3）可靠性数学：作为可靠性活动的基础。4）可靠性教育与管理：研究如何推行可靠性活动的一门学科。西南科技大学网络教育系列课程6.1.1可靠性学科的产生与发展概况4、可靠性工程所包含的内容1）可靠性理论应用到产品的可靠性评价方面，有可靠性评估与可靠性预测。2）可靠性理论应用到产品、零件的设计上，有概率工程设计或可靠性设计。3）将可靠性设计与优化理论结合起来，综合各方面的因素，考虑设计的最佳效果，有可靠性分配与可靠性优化。4）考虑设备的维修因素之后的可靠性问题，有系统的可维护性与可利用性的估计。5）作为以上各分支的基础，有可靠性试验及其数据处理。西南科技大学网络教育系列课程1、可靠性基本理论可靠性数学与故障物理学集合论与逻辑代数；概率论与数理统计图论与随机过程；系统工程与人素工程学；环境工程学与环境应力分析；试验及分析基础理论。7、原件可靠性制定原件可靠性；元件失效分析与可靠性评元器件及原材料的合理选择元器件的老化筛选元器件现场使用情况调查和反馈。2、可靠性设计贮备设计和裕度设计降额设计和构件概率设计热设计、抗机械力设计防潮、腐蚀、盐雾、尘设计电磁兼容设计和抗辐射设计电磁兼容设计和抗辐射设计维修性设计和使用性设计质量、体积、重量和经济指标综合设计。8、系统可靠性可靠性预计与失效模式效应与事件树分析法(ETA)故障树分析法(FTA)可靠性综合评估。3、可试靠验性环境试验寿命试验筛选试验。9、可教靠育性举办各种可靠性学习班与讲内外培训和内专业技术会议出版可靠性刊物、可靠性教材。4、制造质量控制手段和方法10可靠性管理建立可靠性管理机构和研究机构制定可靠性管理纲制定产品可靠性管理规建立质量反馈开展产品可靠性评审。5、使靠用性的保可证使用和维护规操作和维修人员培训安全性设计人-机匹配设计和环境设计。6、可靠性.信息现场数据收集、分析、整理和反馈试验数据处理和反馈元器件失效率汇集和交换各种用户调查和反馈。11、可靠性标准基础标试验方法标认证标管理标设计标产品标准可靠性工程的基本内容西南科技大学网络教育系列课程6.1.1可靠性学科的产生与发展概况5、可靠性主要包括两大方面：1）可靠性基础理论包括可靠性数学和失效学两个研究领域。概率论与数理统计是可靠性研究的理论基础。2）可靠性应用技术包括可靠性设计和预测，可靠性评价与验证，可靠性标准等。西南科技大学网络教育系列课程6.1.1可靠性学科的产生与发展概况6、机械产品的可靠性设计程序，可大致分为以下几个阶段1）方案论证阶段确定可靠性指标，对可靠性和成本进行估算。2）审批阶段对可靠度及其增长初步评估、验证试验要求、评价和选择试制厂家。3）设计研制阶段主要进行可靠性预测、分配和故障模式及综合影响分析，进行具体结构设计。西南科技大学网络教育系列课程6.1.1可靠性学科的产生与发展概况4）生产及试验阶段按规范进行寿命试验、故障分析及反馈、验收试验等。5）使用阶段收集现场可靠性数据，为改型提供依据。西南科技大学网络教育系列课程6.1.2可靠性与产品质量产品质量是产品的一组固有特性满足顾客和其他相关要求的能力。产品可靠性是产品性能随时间的保持能力，换言之，要长时间地保持性能不出故障或出了故障能很快维修是产品很重要的质量特性。产品可靠性是产品最重要的质量指标之一，是产品技术性能和经济性的基本保证，并决定着产品在市场中的竞争能力。工程机械产品质量包括：技术性能、可靠性、工艺性、人机工程学特性、外观质量等特性。见图6.1。西南科技大学网络教育系列课程图6.1工程机械产品质量体系西南科技大学网络教育系列课程6.1.2可靠性与产品质量要使产品高可靠、好维修就要在产品开发中开展可靠性、维修性设计、及可靠性试验与管理工作。可靠性试验是对产品的可靠性进行调查、分析和评价的一种手段。它不仅是为了用试验数据来说明产品是否符合可靠性定量要求（通常用平均故障间隔时间MTBF定量描述），更重要的目的是通过对产品的可靠性试验发现产品设计、元器件、零部件、和工艺方面的缺陷，以便采取有效的纠正措施，使产品的可靠性得以增长。西南科技大学网络教育系列课程6.1.3工程机械可靠性研究的内容工程机械可靠性（或工程机械可靠性工程），关于工程机械产品寿命周期各个阶段可靠性问题研究的应用性学科，是应用可靠性的一般原理和方法，结合工程机械领域的具体实践而形成的一整套理论与方法体系。工程机械可靠性主要包括可靠性数学基础、可靠性指标、可靠性设计、可靠性试验、故障分析基础、技术诊断、预测及可靠性管理等方向。可靠设计的重要内容：1）可靠性预测2）可靠性分配西南科技大学网络教育系列课程6.2基本理论•可靠性数学基础•常用概率分布•可靠性尺度西南科技大学网络教育系列课程我们时常会关心试验的某一部分可能结果是否出现。称这种由部分样本点组成的试验结果为随机事件，简称事件。通常用大写的字母等表示。某事件发生，就是属于该集合的某一样本点在试验中出现。记为试验中出现的样本点，那么事件A发生当且仅当时发生。由于样本空间包含了全部可能结果，因此在每次,,试验中都会发生，故称为必然事件。相反，空集不包含任何样本点，每次试验必定不发生，故称为不可能事件。6.2.1可靠性数学基础西南科技大学网络教育系列课程1.事件的包含如果事件A发生必然导致B发生，即属于A的每一个样本点一定也属于B，则称事件B包含事件A，或称事件A包含于事件B。记作或2.事件相等如果事件A包含事件B，事件B也包含事件A，则称事件A与B相等。记作A=B。3.事件的并“事件A与B至少有一个发生”这一事件称作事件A与B的并，记作．6.2.1可靠性数学基础西南科技大学网络教育系列课程事件A与B不能同时发生，也就是说AB是不可能事件,即，则称A与B是互不相容事件.4.事件的交“事件A与B都发生”这一事件称作事件A与B的交,记作或。5.事件的差“事件A发生而B不发生”这一事件称作事件A与B的差,记作A-B.6.互不相容事件7.对立事件“事件A不发生”这一事件称作事件A的对立事件，记作，易见，.__6.2.1可靠性数学基础西南科技大学网络教育系列课程8.完备事件组如果其满足：是有限或可数个事件，，，，设n21iijijiji2,2,1,,,1则称是一个完备事件组。显然，A与构成一个完备事件组。,,,21n_为了帮组大家理解上述概念，现把集合论的有关结论与事件的关系和运算的对应情况列举如下：表1.2符号集合论概率论全集样本空间：必然事件空集不可能事件西南科技大学网络教育系列课程.)1(BABA,)2(BABA,)3(BABA推广:iniiniiniiniAAAA1111注:西南科技大学网络教育系列课程6.2.1可靠性数学基础•1概率的统计定义：若试验次数为n，其中具有属性A的次数为m，m/n为事件A发生的频率，则事件A发生的概率为；•2概率运算的基本定理:(1)互补定理己知事件A，其对立事件为非A，那么有例如机械设备，如果其发生故障为A事件，不发生故障则为Â事件，在某一时间机械设备发生故障与个发生故障的概率之和必然为1。nmAPnlim)(1)()(APAP西南科技大学网络教育系列课程6.2.1可靠性数学基础(2)加法定理若A、B两事件互不相容，则A与B的和事件的概率为：若A、B为两相容事件，则A与B的和事件的概率为：(3)乘法定理（P(B／A)及P(A／B)分别为条件概率。若A、B为两独立事件，则A与B的积事件概率为：当A、B不独立时，则：)()()(BPAPBAP)()()()(BAPBPAPBAP)()()(BPAPBAP)/()()/()()(BAPBPABPAPBAP西南科技大学网络教育系列课程6.2.1可靠性数学基础(4)全概率公式若事件组A1，A2…，An满足以下两个条件：a.互不相容，即：b.全部事件之和为必然事件，即：且称该事件组为完备事件组。现有任意事件B其中，两两互不相容，则全概率公式为：0)(ijiAPjiAA且，SAni1)()()(21nABABABB,21)(niABi，，，，niiiABPAPBP1)/()()(西南科技大学网络教育系列课程6.2.1可靠性数学基础(5)由全概率公式可以推得应用十分广泛的逆概率公式，又称贝叶斯公式：设A1，A2…，An为一完备事件组，则对任意事件B(）注：在机械设备的故障诊断中，如果设某故障的发生为事件B，引起故障的原因有A1，A2…，An个事件，当该故障出现时，就可根据事先统计的数据，应用贝叶斯公式计算出产生该故障的最大可能原因。0)(,...,1BPnj且)()/()()/()()/()()/(1BPABPAPABPAPABPAPBAPjjniiijjj西南科技大学网络教育系列课程6.2.1可靠性数学基础例6.1一批产品总数为1000件，其中一等品为820件。为检查该批产品的质量，从中随机抽取3件，求3件全是一等品的概率。解:设抽取方法为连续不放回抽样，每次抽取一件均为一等品的事件分别为A、B、C。由于产品数量较大，每次抽取对下次抽取的概率影响不大，因而可将A、B、C看作独立事件。于是三次抽取全是一等品的概率为：5510.09988189998191000820)(CBAP西南科技大学网络教育系列课程6.2.1可靠性数学基础例6.2某产品零件