可靠性技术发展简介

01041201西北工业大学航空学院可靠性技术发展简介可靠性技术发展简介1摘要可靠性理论是近30年来发展起来的一门新兴学科，它对现代军事、宇航、电子等工业的发展起了重要作用。从六十年代开始逐渐发展到研究结构、机械、机电系统及由上述系统组成的综合系统的可靠性问题。其应用范围也从比较尖端的工业部门扩展到一般工业部门。目前，可靠性设计和分析技术已成为许多工业部门中产品发展工作不可缺少的一环。但在现代科技飞速发展的时期，系统可靠性在理论和研究模式上还有欠缺，需要结合其他理论如模糊理论、人工智能等，是可靠性理论、试验和管理能够更成熟、更完美。关键词：可靠性工程航空工业电子工业宇航工业核工业机械和非电子产品人可靠性现代化可靠性技术发展简介2可靠性技术发展简介二十世纪以前可靠性是伴随着兵器的发展而诞生和发展的，在人类文明经历了4000多年发展成长的漫长过程中，人类已经对当时所制作的石兵器进行了简单检验。在殷商时代已有的文字记载中，就有关于生产状况和产品质量的监督和检验，对质量和可靠性方面已有了朴素的认识。与可靠性工程学有关的数学理论早就发展起来了，可靠性工程最主要的理论基础——概率论早在十七世纪就由伽利略、巴斯卡、费米、惠更斯、伯努利、德·莫根、高斯、拉普拉斯、泊松等人逐步确立。布尼科夫斯基在十九世纪写了第一本概率论教程，他的学生切比雪夫发展了大数定律，他的另一个学生马尔科夫创立了随机过程论，这是可修系统最重要的理论基础。可靠性工程另一门主要的基础理论——数理统计学在本世纪三十年代初也得到了迅速发展。二十世纪三十至四十年代，可靠性工程的准备和萌芽阶段除了三、四十年代提出的机械维修概率、长途电话强度的概率分布、更新理论、试件疲劳与极限理论的关系外，1939年瑞典人威布尔为了描述材料的疲劳强度而提出了威布尔分布，后来成为可靠性最常用的分布之一。美国最早的可靠性概念来源于航空。二战期间，因可靠性引起的飞机损失惨重，损失飞机2100架，是被击落飞机的1.5倍。1939年，美国航空委员会出版的《适航性统计学注释》中，提出了飞机由于各种失效造成的事故率不应超过0.00001/小时，相当于飞机在一小时飞行中的可靠度为0.99999，尽管这里并未明确提出“可靠度”的概念。现在所用的“可靠性”定义是在1952年美国的一次学术会议上提出来的。电子管的可选性太差是导致美国航空无线电设备可靠性问题的最大因素，美国当时的航空无线电设备有60%不能正常工作，其电子设备在规定的使用期限内仅有30%的时间能有效工作。为了解决这一问题，美国国防部组织人力，开始对电子管的可靠性进行研究，在1934年成立电子管开发委员会（VTD），1946年成立电子管专业小组（PET）和航空无线小组（ARINC）。这标志着可靠性的起步。在美国，四十年代改进可靠性的努力集中于质量的提高方面。更好的设计、更强的材料、更坚硬更光滑的摩擦表面、先进的检验仪器等等——强调这一切都是为了延长零件或组合件的使用寿命。例如，通用汽车公司的电动分布通过使用更好的绝缘，高温和试验，和改进了的锥-球形滚柱轴承等办法，把机车所使用的牵引马达的使用寿命从25万英里延长到100万英里。通过对曲轴和凸轮轴的轴承表面进行新式的TOCCO硬化处理大大延长了柴油发动机的寿命。可靠性工程在易维护型设计、以及为预防性的维护安排规划、设施、技术和进度等方面都取得了进展。四十年代展现的其他显著的进步还有管理部门对于检验抽样方案，高生产率机床的生产控制图，估算水平和促进购买优质产品可靠性技术发展简介3的动力等问题的兴趣和积极性。这标志着企业管理工程师进入了可靠性领域，结果，大多数“可靠性”教科书和课程都专门讲授质量控制、检验和有关的统计方法。德国早期可靠性高数学模型的发展是第二次世界大战期间在德国开始的，当时，WernherVonBraun所领导的一个小组正在研制V-1导弹。第一批十发导弹是完全不可靠的，他们都在发射台上爆炸或者是落于英吉利海峡了。一位数学家RobertLusser被请来作为顾问，他提出了串联组件的相乘率，即串联系统的可靠性等于组件可靠性的乘积，这就是现在常用的串联系统可靠度乘积关系式。这样，为了使系统能顺利地工作，在一个串联系统内各个组件的可靠性必须必系统可靠性高得多。二十世纪五十年代，可靠性工程的兴起和独立阶段美国对于安全性的重要性更加注意——最显著的是在宇航和核领域。在这个十年里，开始按失效率、寿命期望、合理性设计和成功率预测等来研究元件的可靠性。当时，美国的军用电子设备由于失效率很高而面临着十分严重的局面。1949年美国海军电子设备有70%失效，在朝鲜战争期间，美国国防部发现不可靠设备的维护费用浩大，各军种每年要花2美元去维护每1美元价值的电子设备，也就是说，对于每一种寿命为十年价值为100万美元的设备，在维护上竟要花2000万美元。这些事实，向政府表明了进行可靠性设计要比等设备失效后再去维修更为明智。1952年8月21日，美国国防部下令成立由军方、工业界及学术界组成的“电子设备可靠性顾问组”，即AGREE。1955年，AGREE在给政府的报告中提出了九项建议：设计程序、实验、元件的可靠性、采购、运输、包装、贮存、操作、维修。这是产生美国有关可靠性军标的思想基础。1957年6月14日提出了著名的AGREE报告《军用电子设备的可靠性》。该报告极为广泛、系统、深入地提出了如何解决产品问题的一系列办法，成为以后美国一系列军标的基础。这些标准成为世界各国及各世界组织制订有关可靠性技术文件的依据。可以认为，AGREE报告的发表是可靠性工程成为一门独立学科的里程碑。此后美国制定了一系列有关可靠性的军标，确立了可靠性设计方法、试验方法及程序，并建立有效数据收集及处理系统。其他国家二十世纪五十年代，前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。同时，为了解决作战对导弹的可靠性要求，一些国家也先后开展了对可靠性的研究与应用，日本在1956年从美国引进了可靠性技术和经济管理技术后，于1960年成立了质量管理委员会，同年由科技联合会召开了第一次全国可靠性讨论会。1958年苏联召开第一次全苏无线电电子设备可靠性讨论会，提出了提高电子设备可靠性的七年规划。1958年日本科学技术联盟设立了可靠性研究委员会。1959年加拿大空军司令部成立了系统可靠性委员会。可靠性技术发展简介4二十世纪六十年代，可靠性工程的全面发展阶段六十年代出现了新的可靠性技术，更广泛地用于各种专门用途。早先的研究集中于各元件的效能，包括机械的、电气的和液压的元件，而现在则扩大到研究元件失效对于其所组成系统的影响。在六十年代，各类有关书籍和刊物的出版如雨后春笋。1961年，Prentice-Hall公司出版了IgorBazovsky的启蒙教科书《可靠性理论与实践》，而到六十年代末期，至少又出了15种其他书籍。在RalphEvans博士的领导下，《IEEE可靠性会刊》诞生了，这已成为同类刊物中的主要刊物。美国可靠性工程以美国先行，带动了其他工业国家，得到了全面、迅速的发展。其主要表现时继续制定、修订了一系列有关可靠性的军标、国标和国际标注、包括可靠性管理、试验、预计、设计、维修等内容；成立了可靠性研究中心；深入的进行了可靠性基础理论、工程方法的研究；开发了加速寿命试验、快速筛选试验这两种更有效的试验方法；开发了按系统系统功能和参数预计可靠型的蒙特卡罗模拟法等新的可靠性预计技术；开拓了旨在研究失效机理的可靠性物理这门新学科；发展了故障模式、影响及危害性分析（FMECA）和故障树分析（FTA）两种有效的系统可靠性分析技术；开展了机械可靠性的研究；发展了维修性、人的可靠性和安全性的研究；建立了更有效的数据系统；开设了可靠性教育课程。前苏联1961年，前苏联发射第一艘载人宇宙飞船时，宇航员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的概率的要求，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，满足了宇航员对宇宙飞船系统提出的可靠性要求。也就在这一时期，前苏联对可靠性问题展开了全面的研究。日本六十年代中期，日本成立了电子元件可靠性中心，并将美国在航空、航天及军事工业中的可靠性研究成果应用到民用工业，特别是民用电子工业，使其民用电子工业产品大幅度地提高，产品在世界各国广为销售，赢得了良好的质量信誉。如1964年至1966年间彩色电视机用电子元器件的失效率降低了两个数量级，是日本彩色电视机大量行销全世界。不到十年，日本的工业增长年速度就高达15%。其他国家1962年英国成立全国可靠性与质量委员会，同年出版了《微电子与可靠性》杂志。1962年法国国立通讯研究所成立了可靠性中心，进行数据的收集与分析，1963年出版可靠性技术发展简介5了《可靠性》杂志。1964年苏联和东欧各国在匈牙利召开了第一次可靠性学术会议。1965年国际电子技术委员会（IEC）设立了可靠性技术委员会，协调各国间的可靠性用语和定义、可靠性管理、数据的收集和书写方法等。二十世纪七十年代，可靠性工程的深入发展阶段在六十年代全面发展的基础上，可靠性工程不但在处于领先地位的美国和工业较发达的各国得以向纵深发展，而且在发展中国家，如中国和印度等国也得到了迅速的发展。在可靠性设计和实验方面，七十年代以来，更严格、更符合实际、更有效的设计和试验方法得到了发展和应用。此外，维修工程由以预防为主的维修思想转变为以可靠性为中心的维修思想。美国由美国原子能委员会主持而于1974年完成的广泛的核电站风险性评估《WASH-1400,反应堆安全性研究》可以毫不夸张地认为是一项划时代的事件。N·Rasmussen教授和他花费数百万美元组成的小组分析了大量的各种各样的核事故，按其发生概率大小的顺序，定量地分等排列，然后评估其对公众可能有的后果。在这项研究中所使用的事件树、故障树和风险后果分析技术，现已被广泛应用于化学工业和其他工业中。美国在1975年9月正式成立了直属美国三军联合后勤司令部领导的电子系统可靠性联合技术协调组，进行统一的可靠性管理。在1978年9月，该组织扩大到非电子设备，故改名为“可靠性、有效性及维修性联合技术协调组”，下设系统管理、电子设备设计及试验、机械设备设计及维修等六个分组，统一组织和协调国防部内各种可靠性工作，制定可靠性工作的政策和指导性文件。1970年9月，美国成立了全国性的数据交换网“政府-工业部门数据交换网”，它是全国统一的数据交换网，到1980年已有220个政府机构和404个工业组参加了该网。欧洲欧洲各国对可靠性也给予了很大关注。在英国Flixborough和意大利Cervesa，发生了严重的工业事故以后，欧洲很快出现了一大批要求一切新工厂在建造之前必须进行主要风险分析的立法。英国标准局成立了电子设备可靠性委员会，并开始出版可靠性系列标准。如颁发设备、系统、元件可靠性标准，阐明可靠性管理程序和试验方法，并列举26个工程应用实例，召开了多届可靠性学术会议，将可靠性活动基本上和质量管理活动联系起来。印度、以色列印度和以色列在七十年代成立了全国性的可靠性学术组织，并在航空、航天及电子工业部门设有专门的可靠性机构和实验室。印度在可靠性理论研究方面，在世界权威杂志上发表的可靠性论文数量与质量都是举世瞩目的。这两个国家的是从欧美引进可靠性可靠性技术发展简介6技术并结合本国国情采用合适的设计、试验、预计和分析方法来解决本国产品的可靠性问题。其他国家1971年日本召开了第一届可靠性学术讨论会。1975年召开了国际软件可靠性学术讨论会。二十世纪八十年代，可靠性工程的全新发展阶段可靠性工程呈现出了全新发展趋势，主要表现在：从电子产品可靠性发展到机械和非电子产品的可靠性；从硬件可靠性发展到软件可靠性；从重视可靠性统计试验发展到强调可靠性工程试验，以通过环境应力筛选及可靠性强化实验来暴露产品故障，仅为提高产品可靠性；从可靠性工程技术发展为包括维修工程、测试性工程、综合保障工程技术在内的可信性工程；从军用装备的可信性工程技术到民用产品的可信性工程技术。软件可靠性理论