《機械可靠性設(shè)計》課程教學(xué)大綱

《機械可靠性設(shè)計》教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱機械可靠性設(shè)計MechanicalReliabilityDesign課程編碼MEE210221020開課院部機電工程學(xué)院課程團隊機械創(chuàng)新設(shè)計教學(xué)團隊學(xué)分2.0課內(nèi)學(xué)時32講授32實驗0上機0實踐0課外學(xué)時32適用專業(yè)車輛工程授課語言中文先修課程高等數(shù)學(xué)（2-1）、高等數(shù)學(xué)（2-2）、工程材料、材料力學(xué)、機械設(shè)計、概率論與數(shù)理統(tǒng)計課程簡介（限選）機械可靠性設(shè)計是現(xiàn)代設(shè)計方法的重要組成部分，它是一門新興的邊緣學(xué)科，從設(shè)計的角度致力于提高產(chǎn)品與機械系統(tǒng)的可靠性。該課程屬于技術(shù)基礎(chǔ)課。本課程的目的是向高年級學(xué)生介紹可靠性的基本理論及基本設(shè)計方法，使學(xué)生了解可靠性設(shè)計的重要性，與常規(guī)設(shè)計方法的區(qū)別，建立關(guān)于可靠性的基本概念，初步掌握有關(guān)機械可靠性方面的基本知識與設(shè)計能力。本課程主要內(nèi)容：一是基本概念與可靠性概率分布類型；二是機械靜強度與疲勞強度可靠性計算；三是機械零件的磨損壽命與可靠性分析；四是機械零部件可靠性設(shè)計；五是機械系統(tǒng)可靠性設(shè)計；六是失效模式影響與嚴重度分析；七是故障樹與事件樹分析法。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)基本掌握可靠性設(shè)計的基本原理及方法，并能運用于機械裝備部件與系統(tǒng)的可靠性分析與評估，掌握機械零件靜強度、疲勞強度與磨損失效的可靠性計算方法，掌握機械系統(tǒng)可靠性分配與可靠性預(yù)測方法，能夠在實際的機械設(shè)計中充分考慮產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)，了解機械可靠性工程理論與技術(shù)的最新發(fā)展動態(tài)及趨勢，進一步拓寬視野Mechanicalreliabilitydesignisanimportantpartofmoderndesignmethod.Itisanewedgediscipline,whichiscommittedtoimprovingthereliabilityofproductsandmechanicalsystemsfromtheperspectiveofdesign.Thiscoursebelongstobasictechnologycourse.Thepurposeofthiscourseistointroducethebasictheoryanddesignmethodofreliabilitytoseniorstudents,makethemunderstandtheimportanceofreliabilitydesign,thedifferencebetweenreliabilitydesignandconventionaldesignmethod,establishthebasicconceptofreliability,andpreliminarilymasterthebasicknowledgeanddesignabilityofmechanicalreliability.Themaincontentsofthiscourseareasfollows:first,basicconceptsandprobabilitydistributiontypesofreliability;second,reliabilitycalculationofmechanicalstaticstrengthandfatiguestrength;third,wearlifeandreliabilityanalysisofmechanicalparts;fourth,reliabilitydesignofmechanicalparts;fifth,reliabilitydesignofmechanicalsystem;sixth,impactandseverityanalysisoffailuremode;seventh，faulttreeandeventtreeanalysismethod.Throughthestudyofthiscourse,studentsshouldbasicallymasterthebasicprinciplesandmethodsofreliabilitydesign,andbeabletoapplythemtothereliabilityanalysisandevaluationofmechanicalequipmentcomponentsandsystems,thereliabilitycalculationmethodsofstaticstrength,fatiguestrengthandwearfailureofmechanicalparts,thereliabilitydistributionandreliabilitypredictionmethodsofmechanicalsystems,andbeabletofullytestintheactualmechanicaldesignConsideringthereliabilityindexofproducts,wecanunderstandthelatestdevelopmenttrendofmechanicalreliabilityengineeringtheoryandtechnology,andfurtherbroadenourvision.負責(zé)人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標(biāo)序號代號課程目標(biāo)OBE畢業(yè)要求指標(biāo)點任務(wù)自選1M1目標(biāo)1：了解機械可靠性設(shè)計的一些基本概念、理論、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，了解該方法與常規(guī)機械設(shè)計方法的差別。掌握可靠性設(shè)計基本原理與方法。是1.21.22M2目標(biāo)2：具有應(yīng)用數(shù)學(xué)、物理、力學(xué)、材料知識對機械零部件零件可靠性進行分析計算的能力、具備使用技術(shù)資料的能力是2.12.13M3目標(biāo)3：能綜合運用所學(xué)知識和實踐技能，具有對機械零部件進行可靠性設(shè)計的能力與手段、具備解決一般實際工程問題的初步能力。是2.32.34M4目標(biāo)4：能通過案例分析強化工程意識素養(yǎng)，強化機械產(chǎn)品可靠安全的價值與意義，建立正確的工程價值觀，激發(fā)愛國主義情感、樹立創(chuàng)新意識，并養(yǎng)成善于觀察、獨立思考的習(xí)慣是8.18.1三、課程內(nèi)容序號章節(jié)號標(biāo)題課程內(nèi)容/重難點支撐課程目標(biāo)課內(nèi)學(xué)時教學(xué)方式課外學(xué)時課外環(huán)節(jié)1第一章第一章緒論本章重點：可靠性設(shè)計的有關(guān)基本概念本章難點：失效率與失效密度的差別，失效分布特征量/////21.11.1課程性質(zhì)、內(nèi)容和任務(wù)說出本課程的內(nèi)容、性質(zhì)和學(xué)習(xí)任務(wù)，掌握本課程的基本要求和學(xué)習(xí)方法；領(lǐng)悟機械可靠性設(shè)計的基本原理在現(xiàn)代機械中的應(yīng)用。進行可靠性設(shè)計的必要M10.5講授、失效案例討論//31.21.2基本概念基本概念（可靠性定義、失效密度、失效率、累積失效概率，平均壽命、壽命方差、可靠性與維修性、可靠度、平均無故障工作時間MTBF、有效度）。失效分布特征量。M12講授2自學(xué)41.31.3機械設(shè)備失效率曲線形象化（浴盆曲線），良好維修條件下失效率曲線的下降。M40.5啟發(fā)式授課1領(lǐng)悟可靠性5第二章第二章可靠性概率分布類型本章重點：泊松分布、正態(tài)分布的概念與計算。本章難點：泊松分布與二項分布的差別，威布爾分布、伽馬分布/////62.12.1離散型分布學(xué)習(xí)區(qū)分二項分布、泊松分布的聯(lián)系與區(qū)別。使用泊松分布的條件。M21.5講授2復(fù)習(xí)概率論與數(shù)理統(tǒng)計72.22.2連續(xù)型分布掌握連續(xù)分布中的指數(shù)分布、正態(tài)分布、對數(shù)正態(tài)分布。深刻理解正態(tài)分布的重要性，本課程基本以正態(tài)分布為例進行例題講解。理解為何要將一般正態(tài)分布化為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。一般了解威布爾分布、伽馬分布特點與應(yīng)用。M22.5講授（注重例題、應(yīng)用）2課后作業(yè)8第三章第三章機械靜強度的可靠性設(shè)計本章重點：應(yīng)力-強度干涉理論概念本章難點：應(yīng)力-強度干涉理論的計/////93.13.1應(yīng)力-強度干涉理論學(xué)會建立干涉模型，深刻理解干涉理論的核心意義。掌握耦合方程的建立，施加預(yù)應(yīng)力措施的意義。M1,M22.5啟發(fā)式授課1結(jié)合材料力學(xué)103.23.2安全系數(shù)與可靠度復(fù)習(xí)回顧傳統(tǒng)設(shè)計的安全系數(shù)，辨析可靠性設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計中安全系數(shù)的關(guān)系，深刻理解安全系數(shù)法的缺陷。理解可靠性設(shè)計亦為概率設(shè)計的道理。M21講授（對比傳統(tǒng)機械設(shè)計）2.5課后作業(yè)綜合分析11第四章第四章機械零部件疲勞強度可靠性設(shè)計本章重點：P-S-N曲線本章難點：P-S-N曲線的建/////124.14.1疲勞曲線復(fù)習(xí)材料力學(xué)中的疲勞曲線（S-N曲線），掌握S-N曲線的建立條件為可靠度為50%（安全系數(shù)為1）。M10.5講授（結(jié)合材料力學(xué)）/復(fù)習(xí)材料力學(xué)134.24.2P-S-N曲線的建立掌握不用存活率下的S-N曲線，根據(jù)P-S–N曲線進行疲勞強度的可靠性設(shè)計計算。M21講授（結(jié)合概率論）1自學(xué)領(lǐng)悟144.34.3疲勞強度可靠性干涉問題理解靜強度與疲勞強度的干涉問題的異同點。M30.5講授（注重工程應(yīng)用）2課后作業(yè)15第五章第五章機械磨損壽命可靠性計算本章重點：機械零件磨損壽命可靠性計算本章難點：磨損量與壽命分布規(guī)律及可靠度計算依/////165.15.1概述能夠?qū)Ρ葯C械零件磨損與潤滑條件的關(guān)系，磨損分布規(guī)律，掌握磨損量分布特征參數(shù)的確定。M10.5講授（結(jié)合機械設(shè)計）1復(fù)習(xí)潤滑與磨損的關(guān)系175.25.2磨損壽命可靠性計算深刻理解按磨損量一定壽命分布規(guī)律和按壽命一定磨損量分布規(guī)律，進行可靠性計算的差別，優(yōu)選選擇哪種情況。M31.5講授（注重實例）1領(lǐng)悟磨損可靠性設(shè)計原理18第六章第六章機械零部件可靠性設(shè)計本章重點：函數(shù)特征值的運算本章難點：機械零部件可靠性設(shè)計計算過/////196.16.1設(shè)計變量的獲取理解設(shè)計變量的隨機性，掌握可靠性設(shè)計數(shù)據(jù)來源。M40.5講授（工程意識）1結(jié)合工程實際206.26.2函數(shù)特征值（均值與方差）求法掌握基本函數(shù)特征值的求法。掌握復(fù)雜函數(shù)特征值求法—變差系數(shù)法。深刻理解為何采用變差系數(shù)法便可簡化標(biāo)準(zhǔn)差的求法。M21講授（數(shù)學(xué)）1強化數(shù)學(xué)知識216.36.3機械零件可靠性設(shè)計舉例通過例題求解過程，可以深刻理解可靠性設(shè)計與傳統(tǒng)機械設(shè)計的聯(lián)系與差別。領(lǐng)悟進行可靠性設(shè)計的巨大效益，但也要明確進行可靠性設(shè)計所付出的成本。M32.5啟發(fā)式講授（突出與傳統(tǒng)機械設(shè)計的不同）2課后作業(yè)22第七章第七章系統(tǒng)可靠性設(shè)計本章重點：系統(tǒng)可靠性預(yù)測本章難點：冗余系統(tǒng)可靠性計算，狀態(tài)枚舉法、路集法進行可靠性預(yù)測/////237.17.1系統(tǒng)的可靠性分析學(xué)會畫出可靠性框圖，區(qū)別物理結(jié)構(gòu)圖與可靠性框圖關(guān)系。理解串聯(lián)系統(tǒng)、并聯(lián)系統(tǒng)以及復(fù)雜系統(tǒng)的差別。介紹布爾代數(shù)、容斥原理、不交型算法，為可靠性計算打下基礎(chǔ)。掌握并集、交集的運算法則。掌握相容、互斥的關(guān)系。掌握簡單系統(tǒng)（串聯(lián)、并聯(lián)、串并混聯(lián)）的可靠性分析。掌握儲備系統(tǒng)(頂替系統(tǒng))、表決系統(tǒng)可靠性分析。了解復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性分析方法：單元狀態(tài)枚舉法、全概率分解法、最小路集法M24.5講授（布爾代數(shù)與機械系統(tǒng)的可靠性應(yīng)用）3領(lǐng)悟系統(tǒng)可靠性計算方法247.27.2系統(tǒng)的可靠性分配辨析等同分配法與非等同分配法。了解按相對失效率分配可靠度。M31講授2課后作業(yè)257.37.3系統(tǒng)的可靠性設(shè)計原則。首先明確可靠性指標(biāo)，深刻理解可靠性、經(jīng)濟性、技術(shù)水平、安全性相互之間的制約關(guān)系。M40.5講授、討論1/26第八章第八章失效模式影響與危害性分析（FMECA）本章重點：失效模式影響分析本章難點：失效嚴重度計/////278.18.1失效分析概述清晰失效與故障的差別，辨析失效模式、失效機理、失效分析方法。了解直方圖、魚刺圖、故障樹、事件樹分析方法的特點與應(yīng)用范圍M21講授討論（綜合分析）1辨析失效分析方法288.28.2失效模式影響與危害性分析（FMECA）明確FMECA是一種歸納分析法，注意FMECA=FMEA+CA，學(xué)會分兩步進行分析，先做FMEA，再做CA。掌握FMECA的目的、對象、方法（列表形式，自下而上）、步驟、應(yīng)用M32講授（邏輯推理））2強化FMECA29第九章第九章故障樹與事件樹分析法（FTAandETA）本章重點：故障樹與事件樹的建樹本章難點：系統(tǒng)單元重要度的計/////309.19.1概述明確可靠性框圖法、故障樹、事件樹的研究方法不同，側(cè)重點不同，掌握可靠性框圖是從系統(tǒng)成功入手、故障樹從系統(tǒng)失敗入手、事件樹側(cè)激發(fā)事件入手M10.5講授討論（力學(xué)應(yīng)用）0.5理解概念319.29.2故障樹分析法掌握底事件、中間事件、頂事件的聯(lián)系，學(xué)會各種邏輯門的關(guān)系，特別是或門、與門關(guān)系，掌握各種事件、邏輯門的標(biāo)準(zhǔn)畫法。學(xué)會建立畫出系統(tǒng)的小型故障樹。了解故障樹的定性分析方法，掌握割集、最小割集的確定方法（上行法、下行法），能夠應(yīng)用最小割集進行故障樹定性分析。了解故障樹定量分析方法，會計算頂事件的發(fā)生概率。了解用最小割集法計算頂事件發(fā)生概率。。了解系統(tǒng)單元重要度計算，明確單元重要度計算的目的，學(xué)會單元結(jié)構(gòu)重要度、概率重要度、關(guān)鍵重要度的計算M2,M32講授（實際經(jīng)驗）2課后作業(yè)329.39.3事件樹分析法掌握事件樹的應(yīng)用特點與范圍，學(xué)會如何利用激發(fā)事件建立一棵橫向事件樹，學(xué)會在事件樹的可靠性計算中如何利用故障樹進行計算。了解如何進行評價后果事件損失及評價后果事件風(fēng)險值。M31.5講授1強化使用事件樹的條件339.49.4提高系統(tǒng)可靠度的措施簡要了解提高可靠度的措施包括：提高系統(tǒng)元器件可靠度、容錯法設(shè)計（冗余技術(shù)）、故障診斷技術(shù)。M40.5講授1強化提高可靠性措施四、考核方式序號考核環(huán)節(jié)操作細節(jié)總評占比1平時作業(yè)1、每周授課4學(xué)時，課后布置作業(yè)題目。發(fā)放作業(yè)時，進行作業(yè)點評。2、每次作業(yè)成績采用百分制，根據(jù)作業(yè)完成準(zhǔn)確性、是否按時上交、是否獨立完成評分。3、考核學(xué)生對機械可靠性設(shè)計每個章節(jié)的基本知識的掌握能力，學(xué)生綜合運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力。題型主要有回答題、作圖題、分析判斷題、計算題。20%2考勤進行平常點名若干次，點名方式是發(fā)紙條，個人簽名，課后上交。10%3總結(jié)報告進行全面課程總結(jié)，書寫課程報告。10%4期末考試1、采用面試方式，總分100分。2、面試題目類型：圖片解釋、概念簡答、問題回答、原理講述、各種框圖解釋、公式解釋、簡單分析計算?？己藢W(xué)生對機械可靠性設(shè)計每個章節(jié)的基本知識的掌握能力，學(xué)生綜合運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力。60%五、評分細則序號課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)大致占比評分等級1M1平時作業(yè)40%A-獨立按時完成，作圖規(guī)范，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。B-獨立按時完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。C-獨立按時完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、答案基本正確。D-作業(yè)抄襲，未能按時完成，作圖不規(guī)范，解題思路混亂，題目結(jié)果錯誤。2M1期末考試60%A-圖片解釋、概念簡答、問題回答正確、原理講述清晰、各種框圖解釋合理、公式解釋正確、能夠簡單分析計算各種問題。對機械可靠性設(shè)計每個章節(jié)的基本知識的掌握全面，綜合運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力很強。B-圖片解釋、概念簡答、問題回答基本全面正確、原理講述基本清晰、各種框圖解釋基本合理、公式解釋基本正確、基本能夠簡單分析計算各種問題。對機械可靠性設(shè)計每個章節(jié)的基本知識的掌握比較全面，綜合運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力比較強。C-圖片解釋、概念簡答、問題回答較為全面正確、原理講述一般、各種框圖解釋有些合理性、公式解釋一般、對部分簡單問題可以分析計算。對機械可靠性設(shè)計每個章節(jié)的基本知識能夠部分掌握，綜合運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力一般。D-圖片解釋、概念簡答、問題回答很少正確、原理講述不清晰、各種框圖解釋不清、公式掌握不夠、不能完整分析計算各種問題。對機械可靠性設(shè)計每個章節(jié)的基本知識的掌握較差，綜合運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力較差。3M2平時作業(yè)40%A-獨立按時完成，作圖規(guī)范，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。B-獨立按時完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。C-獨立按時完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、答案基本正確。D-作業(yè)抄襲，未能按時完成，作圖不規(guī)范，解題思路混亂，題目結(jié)果錯誤。4M2期末考試60%A-圖片解釋、概念簡答、問題回答正確、原理講述清晰、各種框圖解釋合理、公式解釋正確、能夠簡單分析計算各種問題。對機械可靠性設(shè)計每個章節(jié)的基本知識的掌握全面，綜合運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力很強。B-圖片解釋、概念簡答、問題回答基本全面正確、原理講述基本清晰、各種框圖解釋基本合理、公式解釋基本正確、基本能夠簡單分析計算各種問題。對機械可靠性設(shè)計每個章節(jié)的基本知識的掌握比較全面，綜合運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力比較強。C-圖片解釋、概念簡答、問題回答較為全面正確、原理講述一般、各種框圖解釋有些合理性、公式解釋一般、對部分簡單問題可以分析計算。對機械可靠性設(shè)計每個章節(jié)的基本知識能夠部分掌握，綜合運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力一般。D-圖片解釋、概念簡答、問題回答很少正確、原理講述不清晰、各種框圖解釋不清、公式掌握不夠、不能完整分析計算各種問題。對機械可靠性設(shè)計每個章節(jié)的基本知識的掌握較差，綜合運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力較差。5M3平時作業(yè)40%A-獨立按時完成，作圖規(guī)范，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。B-獨立按時完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。C-獨立按時完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、答案基本正確。D-作業(yè)抄襲，未能按時完成，作圖不規(guī)范，解題思路混亂，題目結(jié)果錯誤。6M3總結(jié)報告20%A-獨立完成，內(nèi)容豐富正確，邏輯性很強，總結(jié)全面到位，書寫規(guī)范清晰。B-獨立完成，內(nèi)容較為豐富無錯誤，邏輯性較強，總結(jié)較為全面，書寫比較規(guī)范。C-存在抄襲，內(nèi)容不夠豐富，存在個別錯誤，邏輯性不強，總結(jié)不全面，書寫規(guī)范性不高。D-抄襲嚴重，內(nèi)容簡單，存在錯誤，邏輯性很差，總結(jié)支離破碎，書寫潦草。7M3期末考試40%A-圖片解釋、概念簡答、問題回答正確、原理講述清晰、各種框圖解釋合理、公式解釋正確、能夠簡單分析計算各種問題。對機械可靠性設(shè)計每個章節(jié)的基本知識的掌握全面，綜合運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力很強。B-圖片解釋、概念簡答、問題回答基本全面正確、原理講述基本清晰、各種框圖解釋基本合理、公式解釋基本正確、基本能夠簡單分析計算各種問題。對機械可靠性設(shè)計每個章節(jié)的基本知識的掌握比較全面，綜合運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力比較強。C-圖片解釋、概念簡答、問題回答較為全面正確、原理講述一般、各種框圖解釋有些合理性、公式解釋一般、對部分簡單問題可以分析計算。對機械可靠性設(shè)計每個章節(jié)的基本知識能夠部分掌握，綜合運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力一般。D-圖片解釋、概念簡答、問題回答很少正確、原理講述不清晰、各種框圖解釋不清、公式掌握不夠、不能完整分析計算各種問題。對機械可靠性設(shè)計每個章節(jié)的基本知識的掌握較差，綜合運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力較差。8M4平時作業(yè)40%A-獨立按時完成，作圖規(guī)范，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。B-獨立按時完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。C-獨立按時完成，作圖比較規(guī)范，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、答案基本正確。D-作業(yè)抄襲，未能按時完成，作圖不規(guī)范，解題思路混亂，題目結(jié)果錯誤。9M4考勤10%A-考勤次數(shù)全到。B-考勤欠到次數(shù)很少。C-考勤歉到次數(shù)較少。D-考勤歉到次數(shù)很多10M4總結(jié)報告10%A-獨立完成，內(nèi)容豐富正確，邏輯性很強，總結(jié)全面到位，書寫規(guī)范清晰。B-獨立完成，內(nèi)容較為豐富無錯誤，邏輯