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1、张微 硕0007 3110058028,可靠性理论、案例及应用,2,内容提要,3,一、可靠性概念（一）,产品的可靠性是指：产品在规定的条件下、在规定的时间内完成规定的功能的能力。对产品而言，可靠性越高就越好。可靠性高的产品，可以长时间正常工作（这正是所有消费者需要得到的）；从专业术语上来说，就是产品的可靠性越高，产品可以无故障工作的时间就越长。从实践中看，有的产品虽然能工作，但不能完成规定功能；有时出现局部故障，但尚能完成一定的功能。产品的可靠性，可以针对产品完成的某一种功能而言，也可以针对其多种功能的综合而言。因此，在具体进行可靠性分析研究时。首先必须对产品在什么情况下叫做不可靠，在什么情况
2、下叫做失效，要有一个明确的规定，也就是说，要对产品故障的失效判据加以规定，合理的给出“故障判据”。在研究产品的可靠性问题时，必须牢牢掌握可靠性三大要素，即时间、条件、功能，建立一个基本观点，即概率统计的观点。,4,一、可靠性概念（二）,可靠性的重要性 对可靠性的重视度，与地区的经济发达程度成正比。例如，英国电讯（BT）关于可靠性管理/指标要求有产品寿命、MTBF报告、可靠性框图、失效树分析（FTA）、可靠性测试计划和测试报告等；泰国只有MTBF和MTTF的要求；而厄瓜多尔则未提到，只是提出环境适应性和安全性的要求。产品的可靠性很重要，它不仅影响生产公司的前途，而且影响到使用者的安全（前苏联的“
3、联盟11号”宇宙飞船返回时，因压力阀门提前打开而造成三名宇航员全部死亡）。可靠性好的产品，不但可以减少公司的维修费用，而且可以很快就打出品牌，大幅度提升公司形象，增加公司收入。随着市场经济的发展，竞争日趋激烈，人们不仅要求产品物美价廉，而且十分重视产品的可靠性和安全性。日本的汽车、家用电器等产品能够占领美国以及国际市场。主要的原因就是日本的产品可靠性胜过我国一筹。美国的康明斯、卡勃彼特柴油机，大修期为12000小时，而我国柴油机不过1000小时，有的甚至几十小时、几百小时就出现故障。我国生产的电梯，平均使用寿命（指两次大修期的间隔时期）为3年左右，而国外的电梯平均寿命在10年以上，是我们的3倍
4、；故障率，国外平均为0.05次，而我国为1次以上，高出20倍，这样的产品怎么有竞争力呢！因此要想在竞争中立于不败之地，就要狠抓产品质量，特别是产品可靠性，没有可靠性就没有质量，企业就无法在激烈的竞争中生存和发展。因此，可靠性问题必须引起政府和企业的高度重视，抓好可靠性工作，不仅是关系到企业生存和发展的大问题，也是关系到国家经济兴衰的大问题。,5,一、可靠性概念（三）,可靠性指标 衡量产品可靠性水平有好几种标准，有定量的，也有定性的，有时要用几种标准（指标）去度量一种产品的可靠性，但最基本最常用的有以下几种标准。1.可靠度R（t）它是产品在规定条件和规定时间内完成规定功能的概率。一批产品的数量为
5、N，从t=0时开始使用，随着时间的推移，失效的产品件数逐渐增加，而正常工作的产品件数n(t)逐渐减少，用R(t)表示产品在任意时刻t的可靠度。2.可靠寿命CR(tr)它与一般理解的寿命有不同含义，概念也不同，设产品的可靠度为R(t)，使可靠度等于规定值r时的时间tr的，即被定义为可靠寿命。3.失效率（故障率）（t）它是指某产品（零部件）工作到时间t之后，在单位时间t内发生失效的概率。4.有效寿命与平均寿命 有效寿命一般是指产品投入使用后至达到某规定失效率水平之前的一段工作时间。而平均寿命MTTF对于不可修复产品，指从开始使用直到发生失效这一段工作时间的平均值；对于可修复的产品，是指在整个使用阶
6、段和除维修时间之后的各段有效工作时间的平均值。5.平均无故障工作时间MTBF 是指相邻两次故障之间的平均工作时间，也称为平均故障间隔。它仅适用于可维修产品。同时也规定产品在总的使用阶段累计工作时间与故障次数的比值为MTBF。其他如可靠度、有效度、维修度、平均维修时间等也是衡量产品可靠性水平的一种标准，但是一般以可靠寿命失效率就足以说明产品可靠性程度了。,6,一、可靠性概念（四）,采用可靠性技术，可以对产品质量作出全面的评价。对于一个高质量的产品来说，除了各项性能指标均符合要求外，还包括产品随时间变化而保持自身工作能力的性能，这就是产品的可靠性指标。产品的可靠性是与时间、故障定义、故障形式等因素
7、有关的一种综合性能。从概念上说，它包括了产品的无故障性和耐久性问题。由于产品故障与耐久性往往与一些偶然现象有关，常用随机量和随机函数来描述这些现象或过程。因此，评价产品可靠性的各项指标都具有概率性质。,7,案例 长征系列火箭的可靠性（一）,“神舟”号载人飞船的胜利飞天，托举“神舟”号飞船胜利飞天的运载火箭是号称“中华神箭”的“长征”-2号F型运载火箭，其简写形式为“长征”-2F（CZ-2F）运载火箭。CZ-2F火箭由芯级、二级和4个助推器、整流罩、逃逸塔等组成的火箭全长58.34m，起飞质量479.8吨，芯级直径3.35m，助推器直径2.25m，整流罩最大直径3.8m，火箭的芯级和助推器发动机
8、均使用四氧化二氮和偏二甲肼作为推进剂，它可把8t重的有效载荷送入近地点高度200km，远地点高度350km的轨道。它由箭体结构系统、动力装置系统、控制系统、推进剂利用系统、故障检测系统、逃逸系统、遥测系统、外测安全系统、附加系统、地面设备系统共十个大小系统组成。,8,案例 长征系列火箭的可靠性（二）,CZ-2F火箭从1992年开始研制，1999年11月首飞成功。在历时七年的研制过程中始终将可靠性、安全性放在首位。火箭上广泛采用了冗余设计，提高了元器件等级和筛选标准，结构设计提高了剩余强度系数，发动机也进行了旨在提高可靠性的设计。火箭的可靠性指标从CZ-2E的0.91提高到0.97，使它成为目前
9、国内可靠性指标最高的运载火箭。从数字上看，仅仅是0.06的差别，但它是载人火箭与非载人运载火箭的分水岭，是设计人员设计理念的一次转变与飞跃，同时，它也给设计和试验人员带来了很大的设计和试验工作量。,9,案例 长征系列火箭的可靠性（三）,为了达到载人飞行的高可靠要求，设计人员把可靠性作为产品设计的重点，对影响运载火箭成败的关键项目和环节，如控制系统的惯性测量装置、箭机、伺服机构、综合放大器、推进剂利用系统的控制机、遥测系统的一类参数测量装置、发射机，故障检测处理系统的逃逸程序控制器、外安系统的单脉冲应答机等均进行了冗余设计，大幅度提高了系统的可靠性。,对无法采取冗余措施的系统，如液体火箭发动机进
10、行了以提高可靠性为目的的改进设计，箭体结构提高了剩余强度系数，特别是针对历史上火箭飞行试验中出现的问题和薄弱环节，重点解决了防多余物、防虚焊、防断压线、防松动、防漏电、防电磁干扰、防过负荷、防不相容、防漏液漏气、防局部环境放大、防装配应力、防应力集中等问题。,10,案例 长征系列火箭的可靠性（四）,在可靠性试验方面，重点进行了电子产品的环境应力筛选、可靠性增长试验、环境安全余量试验和电磁兼容试验。全箭的控制、推进剂利用、故障检测处理、遥测和外安五大电子电气系统，共有近360种不同种类的电子产品，五百多台（件）配套产品，这些产品的可靠与否，直接关系到火箭飞行的成败。,CZ-2F火箭的安全性指标是
11、0.997，这是我国运载火箭史上首次对火箭提出安全性指标。作为载人运载火箭，航天员的安全始终要放在一切工作的首位。,左图 上海航天部门工程技术人员正在测试第二节“长征三号”火箭发动机的液位传感器,11,应用 滚动轴承的可靠性设计,滚动轴承绝大多数已标准化，由专门工厂大量制造，工艺成熟、用材优良，积累了许多疲劳试验的数据，是最早具有可靠性指标的机械零件。其可靠性设计理论比较成熟。根据轴承标准，可靠度R(t)=0.9时滚动轴承的寿命，由疲劳寿命曲线导出，按下式计算大量试验证明，滚动轴承的疲劳寿命服从威布尔分布。,12,应用 滚动轴承的可靠性设计,将上式两边取对数并进行代换化简可以得到,上式适用于可靠度R0.90的情况,上式适用于可靠度R0.90的情况,13,应用 滚动轴承的可靠性设计,14,应用 滚动轴承的可靠性设计,(2)由前式可得,由此可见，选择一只轴承，若可靠度为90%，则额定寿命为20000小时，如果用于要求可靠度为95%的场合，其使用寿命仅为9539小时，所以，不应随意提高目标可靠度的要求，必须根据不同产品的要求，权衡考虑，确定最佳可靠度。,谢谢！,
