可靠性工程

可靠性工程步驟

可靠性工程的具體工作步驟為：①通過試驗或使用，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在可靠性上的薄弱環(huán)節(jié)；②研究分析導(dǎo)致這些薄弱環(huán)節(jié)的主要內(nèi)外因素；③研究影響系統(tǒng)可靠性的物理、化學(xué)、人為的機理及其規(guī)律；④針對分析得到的問題原因，在技術(shù)上、組織上采取相應(yīng)的改進措施，并定量地評定和驗證其效果；⑤完善系統(tǒng)的制造工藝和生產(chǎn)組織。

可靠性工程問題解決

在影響系統(tǒng)可靠性的主要問題得到解決后，再采用上述步驟解決一些次要的薄弱環(huán)節(jié)。可靠性工程實質(zhì)上是對影響系統(tǒng)可靠性的薄弱環(huán)節(jié)的不斷發(fā)現(xiàn)和不斷改進的過程。為了提高系統(tǒng)的可靠性，從而延長系統(tǒng)的使用壽命，降低維修費用，提高經(jīng)濟效益，在系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計、制造和使用的各個階段都要貫徹以可靠性為主的質(zhì)量管理。

可靠性工程定義

可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。產(chǎn)品的可靠性與外界環(huán)境的應(yīng)力狀態(tài)和對產(chǎn)品功能的需求密切相關(guān)。理解產(chǎn)品的可靠性需要從兩個角度出發(fā)，其一是按照產(chǎn)品的層次結(jié)構(gòu)理解可靠性，其二是按照產(chǎn)品的全壽命周期理解可靠性。按照產(chǎn)品的層次結(jié)構(gòu)理解可靠性是指需要根據(jù)產(chǎn)品各層次特點開展相應(yīng)的可靠性工作；按照產(chǎn)品的全壽命周期理解可靠性是指在需求分析、總體設(shè)計、分項設(shè)計和生產(chǎn)、試驗、使用、維修維護等過程都需開展相應(yīng)的可靠性工作。

可靠性工程可靠性工程的具體項目

產(chǎn)品的可靠性是設(shè)計出來的，生產(chǎn)出來的，管理出來的?？煽啃怨こ淌菫榱诉_到系統(tǒng)可靠性要求而進行的有關(guān)設(shè)計、管理、試驗和生產(chǎn)一系列工作的總和，它與系統(tǒng)整個壽命周期內(nèi)的全部可靠性活動有關(guān)?？煽啃怨こ淌钱a(chǎn)品工程化的重要組成部分，同時也是實現(xiàn)產(chǎn)品工程化的有力工具。利用可靠性的工程技術(shù)手段能夠快速、準(zhǔn)確地確定產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)，并給出改進措施和改進后對系統(tǒng)可靠性的影響。可靠性工程具體如下圖《可靠性工程技術(shù)》所示。產(chǎn)品在需求分析階段、設(shè)計階段、工程研制階段和生產(chǎn)制造階段都需開展一定的可靠性設(shè)計分析、管理、試驗工作。開展的時機和推薦開展的項目如下表所示：

按照產(chǎn)品的層次結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品的系統(tǒng)層次、裝置層次、部件層次和零件層次都分別有相應(yīng)的可靠性工作內(nèi)容，即產(chǎn)品不同層次的可靠性影響因素和薄弱環(huán)節(jié)各有特點，需要分別開展相應(yīng)的可靠性設(shè)計、管理、試驗工作項目解決?？値熀晚椖抗芾碚咝枰诋a(chǎn)品的工程化角度把握可靠性工程的開展和實施。影響器件可靠性的主要因素包括器件的種類和數(shù)量、器件的額定工作電參數(shù)和電應(yīng)力、額定工作溫度和環(huán)境溫度、元器件的質(zhì)量等級和品質(zhì)保證等級，器件的降額特性和熱敏感特性，器件的儲存可靠性；影響部件可靠性的主要因素包括器件本身的可靠性與器件相互影響，主要需要考慮的因素為熱分析、電磁兼容、耐環(huán)境、信號完整性、潛通路和工藝工裝；影響裝置可靠性的主要因素包括部件之間的相互影響和結(jié)構(gòu)、工藝、連接；影響系統(tǒng)可靠性的主要因素包括冗余設(shè)計、人機工程和系統(tǒng)可靠性設(shè)計。

建立可靠性工程體系，開展和實施可靠性工程是產(chǎn)品高可靠性的必要條件，可靠性設(shè)計分析是可靠性工程的基礎(chǔ)，可靠性設(shè)計水平差的產(chǎn)品可靠性必然低；可靠性的設(shè)計需要可靠性管理，可靠性管理是開展可靠性設(shè)計的技術(shù)管理保證和組織結(jié)構(gòu)保證；設(shè)計出的產(chǎn)品在生產(chǎn)階段難免引入“瑕疵”，需要可靠性試驗“暴露”。

可靠性工程可靠性工程

衡量系統(tǒng)可靠性有三個重要指標(biāo)。①保險期：系統(tǒng)建成后能有效地完成規(guī)定任務(wù)的期限，超過這一期限系統(tǒng)可靠性就會逐漸降低。②有效性：系統(tǒng)在規(guī)定時間內(nèi)能正常工作的概率。概率的大小取決于系統(tǒng)故障率的高低、發(fā)現(xiàn)故障部分的快慢和故障修復(fù)時間的長短。③狹義可靠性：由結(jié)構(gòu)可靠性和性能可靠性兩部分組成。前者指系統(tǒng)在工作時不出故障的概率，后者指系統(tǒng)性能滿足原定要求的概率。

系統(tǒng)可靠性不能僅僅依靠對系統(tǒng)的檢驗和試驗來獲得，還必須從設(shè)計、制造和管理等方面加以保證。首先，設(shè)計是決定系統(tǒng)固有可靠性的重要環(huán)節(jié)，制造部門力求使系統(tǒng)達到固有的可靠性，而管理則是保證系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計、試驗、制造、使用等階段都按科學(xué)的程序和規(guī)律進行，即對整個系統(tǒng)研制實行嚴格的可靠性控制。

可靠性工程可靠性數(shù)學(xué)

用來定量描述系統(tǒng)可靠性的數(shù)學(xué)工具。常用的度量指標(biāo)主要有可靠度、故障率、平均無故障工作時間和平均故障修復(fù)時間等。①可靠度R()：系統(tǒng)在規(guī)定工作時間內(nèi)無故障的概率。如數(shù)字電壓表工作 24小時的可靠度為0.9,即意味著多次抽取一定數(shù)量的該產(chǎn)品樣品，在規(guī)定條件下工作24小時，平均有90%能保持全部產(chǎn)品性能處于有效的工作狀態(tài)。相應(yīng)地，系統(tǒng)在時間內(nèi)發(fā)生故障的概率用F()表示，稱為不可靠度,與可靠度R()的關(guān)系為R()=1-F()。②故障率λ：系統(tǒng)工作到 時刻時單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概率。系統(tǒng)在正常工作狀況下，其故障率趨于穩(wěn)定，可靠度與故障率的關(guān)系為R()=。③平均無故障工作時間：系統(tǒng)在相鄰兩次故障間隔內(nèi)有效工作時的平均時間。④平均故障修復(fù)時間：系統(tǒng)出現(xiàn)故障后到恢復(fù)正常工作時的平均時間。

可靠性工程需求開發(fā)階段

在需求開發(fā)階段，要明確用戶的可靠性需求，將用戶的可靠性需求轉(zhuǎn)化為明確的可靠性設(shè)計指標(biāo)要求值；通過繪制可靠性框圖和建立可靠性模型，對系統(tǒng)可靠性進行評估，并確定系統(tǒng)失效判定準(zhǔn)則，明確返修的依據(jù)，并根據(jù)返修率調(diào)整售后服務(wù)策略。

可靠性工程總體設(shè)計階段

在總體設(shè)計階段，需利用可靠性分配，將總體的可靠性指標(biāo)值逐層分解，轉(zhuǎn)化為各裝置、的可靠性設(shè)計指標(biāo)要求值，同時通過每個裝置選用器件的大致種類、數(shù)量和使用條件進行可靠性預(yù)計，得出每個裝置的基本可靠性設(shè)計值大致范圍?？煽啃苑峙浣Y(jié)合可靠性預(yù)計確定每個裝置的可靠性設(shè)計要求值。同時，在總體設(shè)計階段需要建立可靠性工作組織和明確后續(xù)構(gòu)建階段、實現(xiàn)階段和產(chǎn)品交付用戶后，需要開展的可靠性設(shè)計分析、管理和試驗工作項目，保證各裝置的可靠性設(shè)計指標(biāo)能夠達到設(shè)計指標(biāo)要求值。

可靠性工程構(gòu)建階段

在構(gòu)建階段，需將裝置的可靠性設(shè)計指標(biāo)要求值分配到各部件，形成各部件可靠性設(shè)計指標(biāo)要求值。分配需要結(jié)合預(yù)計的結(jié)果，最終得到相對合理的各部件可靠性指標(biāo)設(shè)計要求值。

可靠性工程詳細設(shè)計階段

詳細設(shè)計階段是分別開展器件級別、部件級別、整件級別、裝置級別和系統(tǒng)級別的可靠性設(shè)計分析、可靠性試驗和管理活動，確保產(chǎn)品各級設(shè)計可靠性指標(biāo)達到可靠性指標(biāo)要求值。元器件級的可靠性設(shè)計方法包括器件的選擇與使用、降額設(shè)計、器件面向使用電應(yīng)力設(shè)計和失效機理分析；電路的可靠性設(shè)計方法包括簡化方案，避免片面追求高性能指標(biāo)和過多的功能，合理劃分軟硬件功能和合理的元器件使用，綜合熱設(shè)計、容差與漂移設(shè)計、電氣互連的可靠性設(shè)計、機械防振設(shè)計、氣候環(huán)境防護設(shè)計、電磁兼容設(shè)計、工藝工裝設(shè)計和對外協(xié)的要求。裝置和系統(tǒng)的可靠性設(shè)計包括簡化設(shè)計、冗余設(shè)計、熱設(shè)計、環(huán)境防護設(shè)計、抗沖擊、振動、嗓聲設(shè)計、健壯設(shè)計、安裝設(shè)計、原材料、零部件、元器件選用設(shè)計、包裝、存儲、裝卸和運輸設(shè)計、系統(tǒng)可靠性評估。各級系統(tǒng)除開展可靠性設(shè)計外，還需進行可靠性統(tǒng)計分析，確定各級系統(tǒng)的薄弱部位和關(guān)重件，外界條件敏感環(huán)節(jié)，設(shè)計改進措施/建議和改進后的效果。

產(chǎn)品定型后可靠性的提升將非常有限。根據(jù)產(chǎn)品研發(fā)的過程，可靠性工程的總體流程圖如下：

產(chǎn)品可靠性工程的基礎(chǔ)是用于開展可靠性具體設(shè)計分析工作的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫是設(shè)計經(jīng)驗的匯總，需要導(dǎo)入專家的意見和設(shè)計經(jīng)驗?；A(chǔ)數(shù)據(jù)庫的完備與否直接決定了開展可靠性設(shè)計分析工作的水平。產(chǎn)品的高可靠性不是一次達到的，是漸次逼近的過程。需要注意，開展可靠性工程并不能直接使產(chǎn)品具有高可靠性，可靠性工程是產(chǎn)品高可靠性的思路、手段、途徑和制度保證。可靠性工程，是采購、研發(fā)、倉儲、運輸、質(zhì)量、管理多個職能部門共同工作的結(jié)果，在任一個環(huán)節(jié)措施不當(dāng)，都可能引入產(chǎn)品失效的隨機過程。例如，研發(fā)人員應(yīng)對產(chǎn)品采購提供技術(shù)支持，對器件的生產(chǎn)年限、采購渠道、工藝特性、包裝要求和驗收準(zhǔn)則提出明確具體的要求；研發(fā)人員根據(jù)器件在儲存條件下的失效過程提出器件的存儲要求。

可靠性是產(chǎn)品質(zhì)量諸多特性中的專門特性之一，產(chǎn)品的專門特性還包括維修性，可靠性工程的開展需要與維修性相互協(xié)調(diào)，協(xié)調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)是總費用與可用度的權(quán)衡。

目前，無論國內(nèi)外和軍品、民品，可靠性工程都有了一定程度的積累，并形成了很多標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)需要根據(jù)自己產(chǎn)品的特點結(jié)合打造精益研發(fā)流程和管理流程的目標(biāo)要求，結(jié)合現(xiàn)有公司的資源和成果物系統(tǒng)布局，從中吸取有價值的工具、方法、流程和模板，打造適合本企業(yè)業(yè)務(wù)特點的可靠性工程體系。

在科學(xué)實驗、生產(chǎn)實踐及日常生活各個方面，可靠性理論都具有重大意義。可靠性理論又分成了三個重要領(lǐng)域或三個獨立學(xué)科。

(1)可靠性數(shù)學(xué)。可靠性數(shù)學(xué)是研究可靠性的理論基礎(chǔ)。它著重研究解決各種可靠性問題的數(shù)學(xué)方法及數(shù)學(xué)模型，研究可靠性的定量問題。主要數(shù)學(xué)手段有概率論、數(shù)理統(tǒng)計、隨機過程、運籌學(xué)、拓撲學(xué)等數(shù)學(xué)分支，應(yīng)用于數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)設(shè)計及壽命實驗中。

(2)可靠性物理?？煽啃晕锢碛址Q為失效物理。它從機理方面、失效本質(zhì)方面研究產(chǎn)品的不可靠因素，研究失效的物理原因與數(shù)學(xué)物理模型、檢測方法及糾正措施等，如研究機械零件的疲勞損傷、裂紋的形成和擴展規(guī)律等，從而為研制、生產(chǎn)高可靠性產(chǎn)品提供理論依據(jù)。

(3)可靠性工程?？煽啃怨こ淌侵笧榱诉_到產(chǎn)品可靠性要求而進行的有關(guān)設(shè)計、試驗和生產(chǎn)等一系列工作。可靠性工程包括對零件、部件、裝備和系統(tǒng)等產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù)的收集、分析，可靠性設(shè)計、預(yù)測、試驗、管理、控制和評價，是系統(tǒng)工程的重要分支。

可靠性工程的基本任務(wù)概括起來就是：確定產(chǎn)品可靠性和獲得產(chǎn)品可靠性。在時間上，這兩個基本任務(wù)是相互穿插在一起的。確定產(chǎn)品可靠性就是通過各種途徑，如各種預(yù)計、試驗、系統(tǒng)分析等來確定產(chǎn)品的失效機理、失效模式以及各種可靠性特征量的數(shù)值或范圍等。獲得產(chǎn)品的可靠性就是通過產(chǎn)品的壽命循環(huán)期(包括僅存在于意識、圖紙、計劃、公式中的“虛”的產(chǎn)品時期和從產(chǎn)品生產(chǎn)、出廠到報費為止的“實”的產(chǎn)品時期)，即從構(gòu)思、審查、研制、生產(chǎn)、使用、維修等一系列活動中的各種獲得并提高可靠性的各項措施，得到最優(yōu)化的可靠性。

可靠性是衡量產(chǎn)品保持其功能的能力。喪失了功能就是發(fā)生了故障。研究可靠性實際上是從研究故障著手的。一切可靠性活動都是圍繞故障展開的，都是為了防止、消除和控制故障的發(fā)生。一切可靠性投資都是為了提高產(chǎn)品可靠性，降低可靠性方面的風(fēng)險。所以，對在研制、試驗和使用過程中出現(xiàn)的故障，一定要抓住不放，充分利用故障信息去分析，評價和改進產(chǎn)品的可靠性。

產(chǎn)品可靠性工程可分為以下三部分：

(1)可靠性管理。它包括制訂可靠計劃和其他可靠性文件，如可靠性標(biāo)準(zhǔn)等，對供應(yīng)廠的可靠性監(jiān)督，計劃評審，建立失效報告、分析和改進系統(tǒng)，建立失效評審委員會，收集可靠性數(shù)據(jù)和進行可靠性教育等。

(2)可靠性設(shè)計。它包括建立可靠性模型，進行可靠性分配、可靠性預(yù)計和各種分析(失效模式、影響及后果分析、失效樹分析、潛在通路分析、容差分析、貯備分析、功能試驗、儲存、裝卸、包裝、運輸及維修的影響分析，并提出必要的對策)，以及部件選擇和控制，確定可靠性關(guān)鍵部件等。

(3)可靠性試驗。包括環(huán)境應(yīng)力篩選試驗，可靠性增長試驗，可靠性鑒定試驗，可靠性驗收試驗等。

事實上，還有許多內(nèi)容可作為可靠性工程的分支或與可靠性工程有關(guān)的邊緣學(xué)科。例如由組成系統(tǒng)的單元可靠性出發(fā)研究系統(tǒng)可靠性問題的系統(tǒng)可靠性；專門研究可靠性工程數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的可靠性數(shù)學(xué)；專門研究機械結(jié)構(gòu)可靠性問題的機械工程概率設(shè)計；研究在人一機系統(tǒng)中，人為因素造成的系統(tǒng)失效及對策的人機工程也與可靠性工程有關(guān)；還有研究軟件故障及對策的軟件可靠性等。

可靠性工作應(yīng)該貫穿于產(chǎn)品壽命的全過程，它與產(chǎn)品的設(shè)計、制造、使用、維護、管理、人員因素和環(huán)境狀況密切相關(guān)。設(shè)計、制造決定了產(chǎn)品的“固有可靠性”，使用、維護則能保持“使用可靠性”。因此，為提高產(chǎn)品的可靠性，需采取綜合性措施。

可靠性工作主要包括可靠性工程技術(shù)與可靠性管理兩個方面。一切可靠性工程技術(shù)活動都應(yīng)在可靠性管理之下去規(guī)劃、組織、協(xié)調(diào)、控制與監(jiān)督。因此，可靠性管理在可靠性活動中應(yīng)處于領(lǐng)導(dǎo)與核心地位。 2100433B

第1章　可靠性工程概論

1. 1　可靠性

1. 2　可靠性工程的意義

1. 3　可靠性的特點

1. 4　可靠性工程的技術(shù)內(nèi)涵

1. 5　可靠性和質(zhì)量管理

第2章　故障模型和

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專業(yè)名稱：質(zhì)量和可靠性工程修業(yè)年限：四年授予學(xué)位：工學(xué)專業(yè)代碼：081508

符號說明

第1章 緒論

1.1 可靠性工程的發(fā)展概況

1.2 可靠性技術(shù)研究的重要性

1.3 可靠性工程研究的內(nèi)容

1.4 機械可靠性設(shè)計方法與傳統(tǒng)設(shè)計方法的區(qū)別和特點

思考題

第2章 可靠性的理論基礎(chǔ)

2.1 可靠性的定義和要點

2.2 可靠性特征量

2.2.1 可靠度只（t）和不可靠度F（t）

2.2.2 失效概率密度f（t）

2.2.3 失效率λ（t）

2.2.4 產(chǎn)品的壽命特征

2.2.5 維修性特征量