可靠性設計方法_圖文

1、可靠性設計保證機械及其零部件滿足給定的可靠性指標的一種機械設計方法。包括對產品的可靠性進行預計、分配、技術設計、評定等工作。所謂可靠性，則是指產品在規(guī)定的時間內和給定的條件下，完成規(guī)定功能的能力。它不但直接反映產品各組成部件的質量，而且還影響到整個產品質量性能的優(yōu)劣?？煽啃苑譃楣逃锌煽啃浴⑹褂每煽啃院铜h(huán)境適應性?？煽啃缘亩攘恐笜艘话阌锌煽慷?、無故障率、失效率3種。1概述reliability design1在產品設計過程中，為消除產品的潛在缺陷和薄弱環(huán)節(jié)，防止故障發(fā)生，以確保滿足規(guī)定的固有可靠性要求所采取的技術活動?？煽啃栽O計是可靠性工程的重要組成部分，是實現產品固有可靠性要求的最關鍵的環(huán)節(jié)，

2、是在可靠性分析的基礎上通過制定和貫徹可靠性設計準則來實現的。在產品研制過程中，常用的可靠性設計原則和方法有：元器件選擇和控制、熱設計、簡化設計、降額設計、冗余和容錯設計、環(huán)境防護設計、健壯設計和人為因素設計等。除了元器件選擇和控制、熱設計主要用于電子產品的可靠性設計外，其余的設計原則及方法均適用于電子產品和機械產品的可靠性設計。系統的可靠性設計是指在遵循系統工程規(guī)范的基礎上，在系統設計過程中，采用一些專門技術，將可靠性"設計"到系統中，以滿足系統可靠性的要求。它是根據需要和可能，在事先就考慮產品可靠性諸因素基礎上的一種設計方法。系統可靠性設計技術是指那些適用于系統設計階段，

3、以保證和提高系統可靠性為目的的設計技術和措施。它是提高系統可靠性的行之有效的方法。2重要性可靠性設計是系統總體工程設計的重要組成部分，是為了保證系統的可靠性而進行的一系列分析與設計技術。它是通過系統的電路設計與結構設計來實現的?！爱a品的可靠性是設計出來的，生產出來的，管理出來的”，但實踐證明，產品的可靠性首先是設計出來的?？煽啃栽O計的優(yōu)劣對產品的固有可靠性產生重大的影響。產品設計一旦完成，并按設計預定的要求制造出來后，其固有可靠性就確定了。生產制造過程最多只能保證設計中形成的產品潛在可靠性得以實現，而在使用和維修過程中只能是盡量維持已獲得的固有可靠性。所以，如果在設計階段沒有認真考慮產品的可靠

4、性問題，造成產品結構設計不合理，電路設計不可行，材料、元器件選擇不當，安全系數太低，檢查維修不便等問題，在以后的各個階段中，無論怎么認真制造，精心使用、加強管理也難以保證產品可靠性的要求。因此，我們說產品的可靠性首先是設計出來的，可靠性設計決定產品的“優(yōu)生”，可靠性設計是可靠性工程的最重要的階段。這是因為：（1）設計規(guī)定了系統的固有可靠性。如果在系統設計階段沒有認真考慮其可靠性問題，如材料、元器件選擇不當，安全系數太低，檢查、調整、維修不便等，那么以后無論怎樣注意制造、嚴格管理、精心使用，也難以保證產品的可靠性要求。（2）現代科學技術的迅速發(fā)展，使同類產品之間的競爭加劇。由于現代科學技術的迅速

5、發(fā)展，產品更新換代很快，這就要求企業(yè)不斷引進新技術，開發(fā)新產品，而且新產品研制周期要短。實踐告訴我們，如果在產品的設計過程中，僅憑經驗辦事，不注意產品的性能要求，或者沒有對產品的設計方案進行嚴格的、科學的論證，產品的可靠性將無法保證。往往等到試制、試用后才發(fā)現產品存在質量問題，只得再做改進設計，這就使產品研制周期加長，推遲了產品投入市場的周期，降低了競爭能力。在產品的全壽命周期中，只有在設計階段采取措施，提高產品的可靠性，才會使企業(yè)在激烈的市場競爭中取勝，提高企業(yè)的經濟效益。（3）在設計階段采取措施，提高產品的可靠性，耗資最少，效果最佳。美國的諾斯洛普公司估計，在產品的研制、設計階段，為改善可

6、靠性所花費的每一美元，將在以后的使用維修方面節(jié)省30美元。此外，我國開展可靠性工作的經驗證明，在產品的整個壽命周期內，對可靠性其重要影響的是設計階段各種因素對可靠性的影響綜上所述，可靠性設計在總體過程設計中占有十分重要的位置，必須把可靠性工程的重點放在設計階段，并遵循預防為主，早期投入，從頭抓起的方針，并以開始研制起，就要進行產品的可靠性設計，盡可能把不可靠的因素消除在產品設計過程的早期。3具體內容1、設計的目的和任務可靠性設計的目的是在綜合考慮產品的性能、可靠性、費用和設計等因素的基礎上，通過采用相應的可靠性設計技術，使產品的壽命周期內符合所規(guī)定的可靠性要求。系統可靠性設計的主要任務是：通過

7、設計，基本實現系統的固有可靠性。說“基本實現”是因為在以后的生產制造過程中還會影響產品固有可靠性。該固有可靠性是系統所能達到的可靠性上限。所有的其他因素（如維修性）只能保證系統的實際可靠性盡可能地接近固有可靠性。可靠性設計的任務就是實現產品可靠性設計的目的，預測和預防產品所有可能發(fā)生的故障。也就是挖掘和確保產品潛在的隱患和薄弱環(huán)節(jié)，通過設計預防和設計改進，有效地消除隱患和薄弱環(huán)節(jié)，從而使產品符合規(guī)定的可靠性要求。也可以說可靠性設計一般有兩種情況：一種是按照給定的目標要求進行設計，通常用于新產品的研制和開發(fā)；另一種是對現有定型產品的薄弱環(huán)節(jié)，應用可靠性的設計方法加以改進、提高，達到可靠性增長的目

8、的。2、設計的基本原則在可靠性設計過程中應遵循以下原則：（1）可靠性設計應有明確的可靠性指標和可靠性評估方案；（2）可靠性設計必須貫穿于功能設計的各個環(huán)節(jié)，在滿足基本功能的同時，要全面考慮影響可靠性的各種因素；（3）應針對故障模式（即系統、部件、元器件故障或失效的表現形式）進行設計，最大限度地消除或控制產品在壽命周期內可能出現的故障（失效）模式；（4）在設計時，應在繼承以往成功經驗的基礎上，積極采用先進的設計原理和可靠性設計技術。但在采用新技術、新型元器件、新工藝、新材料之前，必須經過試驗，并嚴格論證其對可靠性的影響；（5）在進行產品可靠性的設計時，應對產品的性能、可靠性、費用、時間等各方面因

9、素進行權衡，以便做出最佳設計方案。3.可靠性要求可靠性要求是進行可靠性設計、分析、制造、試驗、驗收的依據?？煽啃砸蠓譃槎恳蠛投ㄐ鸵髢煞N。（1）可靠性的定量要求 可靠性的定量要求是指選擇和確定產品的可靠性參數、指標依據驗證時機和驗證方法，以便在設計、生產、試驗驗證和使用過程中用量化的方法來評估或驗證產品的可靠性水平。可靠性的定量要求是影響產品可靠性的關鍵因素。科學合理的提出可靠性定量要求是保證產品可靠性的必要條件，必須合理明確的確定產品的故障判據，才能使可靠性定量要求得以正確實施?？煽啃远恳笞鳛楫a品設計指標的重要組成部分，應在產品的研制任務書或技術經濟合同中明確規(guī)定?？煽啃远恳笾?/p>

10、的參數是描述系統可靠性的度量。一般可分為使用可靠性參數和合同可靠性參數。使用可靠性參數反映了使用方對可靠性、可信性、維修人力費用及故障資源費用方面的要求，一般不宜直接寫進合同。合同可靠性參數是可以由承包商控制的，是用于產品設計的可靠性參數，有使用可靠性參數按一定規(guī)律轉換來實現，經使用方和承制方雙方協商納入合同的可靠性參數?？煽啃灾笜耸强煽啃詤档牧恐?。對于每一個適用的可靠性參數均應規(guī)定使用目標和門限值（Thresbold）（使用值）。在合同中，使用目標值應轉換成規(guī)定值（固有值），門限值應轉換成最低可接受值（Minimum Acceptablc Value）（固有值）。使用可靠性指標包括了設計、

11、安裝、質量、環(huán)境、使用、維修對產品的影響，而合同可靠性指標僅包括設計、制造的影響。所以，一般情況下同一產品的使用可靠性指標要低于合同可靠性指標。對于合同中規(guī)定的定量要求，必須同時明確相應的驗證要求。驗證可以是試驗驗證、使用驗證或綜合評估。（2）可靠性的定性要求 可靠性的定性要求是指用一種非量化的形式來設計、評價，以保證產品的可靠性?？煽啃远ㄐ砸罂煞譃樵O計要求和定性分析要求兩種。定性設計要求：所謂定性設計是為滿足產品的可靠性要求而完成的一組可靠性設計。主要的定性要求見表如下：定性分析要求；主要的定性分析要求見表：可靠性指標是定量設計的尺度依據，建模、預計、分配等是可靠性定量設計的工具和手段；可

12、靠性設計準則是定性設計的重要依據，故障模式及影響分析是有效的分析手段。在工程設計工作中，應正確地處理定量設計與定性設計的關系，定量設計應與定性設計有機地結合起來。4. 設計的主要內容可靠性設計是為了在設計過程中挖掘和確定隱患及薄弱環(huán)節(jié)，并采取設計預防和設計改進措施，有效地消除隱患及薄弱環(huán)節(jié)，定量計算和定性分析主要是評價產品現有的可靠性水平和確定薄弱環(huán)節(jié)，而要提高產品的固有可靠性，只能通過各種具體的可靠性設計來實現?？煽啃栽O計的主要內容概括起來可以有以下幾個方面：（1）建立可靠性模型，進行可靠性指標的預計和分配。要進行可靠性預計和分配，首先應建立產品的可靠性模型。而為了選擇方案、預測產品的可靠性

13、水平、找出薄弱環(huán)節(jié)，以及逐步合理地將可靠性指標分配到產品的各個層面上去，就應在產品的設計階段，反復多次地進行可靠性指標的預計和分配。隨著技術設計的不斷深入和成熟，建模和可靠性指標分配、預計也應不斷地修改和完善。（2）進行各種可靠性分析。諸如故障模式影響和危機度分析、故障樹分析、熱分析、容差分析等。以發(fā)泄和確定薄弱環(huán)節(jié)，在發(fā)泄了隱患后通過改進設計，從而消除隱患和薄弱環(huán)節(jié)。（3）采取各種有效的可靠性設計方法。如制定和貫徹可靠性設計準則、降額設計、冗余設計、簡單設計、熱設計、耐環(huán)境設計等，并把這些可靠性設計方法和產品的性能設計工作結合起來，減少產品故障的發(fā)生，最終實現可靠性的要求。4原則按重要程度分

14、配可靠度。按復雜程度分配可靠度。按技術水平、任務情況等的綜合指標分配可靠度。按相對故障率分配可靠度。各部分有了明確的可靠性指標后，根據不同計算準則，進行零件的設計計算。主要的計算方法為：根據載荷和強度的分布計算可靠度或所需尺寸；根據載荷和壽命的分布計算可靠度或安全壽命；求出可靠度與安全系數間的定量關系，沿用常規(guī)設計方法計算所需尺寸或驗算安全系數。與可靠性設計有關的載荷、強度、尺寸和壽命等數據都是隨機變量，必須用概率統計方法進行處理。5可靠性設計分的故障情報資料和設計依據。采取以下措施：（1）可靠性檢查表，從可靠性觀點出發(fā)，列出設計中應考慮的重點。設計時逐項檢查?？紤]預防的對策。（2）推行FME

15、A，FTA方法。FMEA（失效模式影響分析）和FTA（故障樹分析）是可靠性分析中的重要手段。FMEA是從零部故障模式入手分析，評定它對整機或系統發(fā)生故障的影響程度，以此確定關鍵的零件和故障模式。FTA則是從整機或系統故障開始，逐步分析到基本零件的失效原因。這兩種方法在國外被看作是設計圖紙一樣重要，作為設計的技術標準資料，它收集總結了該種產品所有可能預料到的故障模式和原因。設計者可以較直觀地看到設計中存在的問題。（3）故障事例集。把過去技術上的失敗和改進的事例作成手冊，供設計者隨進參考。通常用簡圖表示，將故障和改進作對比。對故障的原因、情況附有簡單說明。這手冊是各公司積累的技術財富，視同設計規(guī)范

16、同等重要。（4）數據庫。廣泛有效地收集設計、制造中的失敗和改進經驗，試驗和實際用的數據形成檢索系統和可靠性設計數據庫，使設計者能超越本單位充分利用別人實踐過的經驗。如電子產品已形成世界性可靠性信息交換網。（5）設計、試驗規(guī)范的不斷充實、改善。從使用實際得來的故障教訓要反饋到設計、試驗方法的改進中，要將這些改進效果作為產品設計規(guī)范（包括材料選定，結構形式，許用應力，安全系數值）和試驗標準的改進依據，使它們成為設計技術的一部分。隨著可靠性工作開展。必須加強設計、試驗規(guī)范的研究，命名如試驗規(guī)范的制定要以實地使用條件分析為基礎，要調查出場的回收品和試驗室加速試驗件作對比，計算強化系數。通過失效分析反推

17、，驗證試驗條件是否合適，從而不斷改進試驗方法和標準。因而這些規(guī)范都是公司的財富，對外不輕易泄密。如日本小松10年中試驗標準增加三倍，豐田的試驗標準有1500項之多。也可見各公司對試驗的重視程度。6分析通過設計實現產品可靠性指標的方法。產品的可靠性是通過設計、生產和管理而實現的，而首先是產品的設計。它決定著產品的固有可靠性。電子產品可靠性設計技術包括許多內容，主要有可靠性分配、可靠性預測、冗余技術、漂移設計、故障樹分析和故障模式、效應和致命度分析、元件器件的優(yōu)選和篩選、應力-強度分析、降負荷使用、熱設計、潛在通路分析、電磁兼容和設計評審等?？煽啃苑峙涓鶕脩魧ο到y或設備提出的可靠性指標，對分系統

18、、整機等組成部分提出相應的可靠性指標，逐級向可靠性設計下，直到元件、器件、工藝、材料等的可靠性指標?？煽啃苑峙涫窍到y或設備的總體部門的一項可靠性設計任務。對于有L個組成成分的系統,最簡單的情況是這些組成成分的可靠性是互相獨立的。若第i組成分不可靠,則系統就不可靠，系統可靠性為q=q1q2qL 若第i組成分的不可靠性為Pi=1qi，則系統的不可靠性為P=1-q=1-(1P1(1P2(1PLP1+P2+PL。這是系統可靠性分配的基本公式?？煽啃苑峙浔举|上不是數學問題，而是人力、物力的統一調度和運用的工程管理問題。因為不同整機、元件、器件的現實可靠性水平是很不相同的，而把它們的可靠性提高到一定水平所

19、需要的人力、物力和時間往往差別很大，因而不能采取均勻提高的純數學方案。在實際工作中，需進行多個方案的協調、比較后才能決定?？煽啃灶A測主要是根據電子元件、器件的故障和產品設計時所用的元件、器件數和使用條件，對產品的可靠性進行估計。最簡單的情況是：產品由k種電子元件、器件組成，第i種元件、器件的壽命為指數分布,故障率為i，用量為ni。任一元件和器件發(fā)生故障都會引起產品故障，故產品的故障率為=n11+n22+nkk這是在設計階段根據元件、器件的故障率對產品故障率提出預測的基本公式。在實際使用時，還要增加一些修正和補充。元件、器件的故障率還會隨環(huán)境和其他條件而發(fā)生變化。若實驗室條件下的元件、器件的故障率，則在環(huán)境A下的故障率為公式式中為元件、器件在環(huán)境A下的環(huán)境因子。在惡劣環(huán)境下，環(huán)境因子值可能很大。例如，導彈發(fā)射環(huán)境下的環(huán)境因子可能達到2080。用預測公式測得的值還需要乘上一個修正因子(1+。對于比較成熟的設計，可取10%左右；對不太成熟的設計,可取30%以上。預測的故障率與實際投入使用后的現場故障率有一些差異是正常的。事實上，在設計階段可靠性預測主要是相對可靠性，而不是絕對可靠性。冗余技術當產品設計中發(fā)現某個組成部分的可靠性過低，影響產品的總可靠性指標時，便采取所謂冗余技術來提高這一部分的可靠性。有k個組成部分的產品，各組成部分的可靠性是互相獨立的。若其中一個部分出故障，產