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1、可靠性理论,中国地质大学工程技术学院（北京）程五一 教授 助教李季博士Tel:82322619（O)E-,安全导入,了解安全形势及其可靠性在安全的地位和重要性增加安全的责任感,目的,一、全球意外事故状况每年意外死亡350万人；无形的战争交通事故死亡99万人职业工伤死亡130万人；死伤比1:4；职业病：35工人受到 职业危害（？）事故经济损失占2.5%GNP,国内外事故状况及分析,切尔诺贝利,一、全球意外事故状况每年发生事故2.5亿起，每天68.5万起，每小时2.8万起，每分钟476起；每年死亡350万人中有近40是老人和小孩；每一秒160人伤残，4000人需治疗；,国内外事故状况及分析,职业病
2、：累积100余万人,年增3万,年亡近万人；经济损失：1600亿（最新研究损失3000亿）3个三峡工程,二、中国意外事故状况,国内外事故状况及分析,深圳事故,国内外事故状况及分析,工业生产导致一次死亡10以上或经济损失；500万以上的重大隐患有982项;劳动工伤死亡：万人；二、中国意外事故状况交通事故死亡:道路9.4万人,铁路1.0万人中小学生意外死亡：1.1万,三、分析分析社会背景技术的发展蒸汽机核技术；经济的发展手工经济集体合作计划经济市场经济全球化经济；文化的发展宿命论（被动承受型）；经验论（事后型、亡羊补牢）；系统论（综合型、人机环对策）；本质论（超前、预防型）,国内外事故状况及分析,三
3、、分析分析事故致因人的因素知识、技能、意识、观念、态度、道德、认知、伦理、情感等；技术因素工艺、设备、监测、应急系统等；环境因素自然环境、人工环境、综合环境；管理因素体制、法制建设、管理措施等。,第一章 绪 论,第一节 可靠性发展的历史第二节 可靠性概念,第一章 要求,目的：了解可靠性的历史及其发展过程重点：如何理解可靠性？难点：可靠度的概念？教学过程知识引入：,新学科发展,不均质性,材料力学的安全系数,学科历史,本学科必要性可靠性作为安全工程专业的基础课符合安全第一的方针（安全方针）可靠性具有系统、丰富的理论知识可靠性应用广泛（建筑、石油、机械、采矿、军事、勘查方面等）学科需要这门基础知识可
4、靠性是实现设备本质安全的根本途径,第一节 可靠性发展的历史,为什么要讲授可靠性理论?1、可靠性问题的由来随着现代化技术的发展，科技的进步。特别是电子、军事、宇航和机电工业发展，系统或者元件绝对可靠要求；要求人们对系统（自然）认识 的深入；对材料、系统等因素的认识加深。,安全系数,优点：直观、易懂、使用方便,缺点：盲目性和保守性,塑性材料的屈服极限,转化,材料破坏一般遵循应力强度理论应力(s)：应力、压力、温度、湿度、冲击等；强度(r)：阻止系统和零部件失效的因素r；失效准则：第一、第二、第三、第四强度理论rs实际材料特点：不均质、多孔性等,经典力学,碎粒结构,粉粒结构,鳞片结构,应力强度概率分
5、布函数,衡量材料的安全性?,概念提出,第一节 可靠性发展的历史,材料为什么会失效（损伤）（1）设计问题（2）应力状态发生变化（3）强度变异（4）磨损失效（5）时间关联失效（6）潜在现象（阿波罗飞船火灾）（7）不正确的规范（8）其它原因,第一节 可靠性发展的历史,2、概念的提出美国：1939年，美国航空委员会提出飞机事故率最早的可靠性指标 1944年，纳粹德国试制V-2火箭提出火箭可靠度是所有元器件可靠度的乘积（认为系统是串联），最早的系统可靠性概念。1947年美国费兰德雪尔研究结构可靠性；1970年扩大到机械产品机械可靠性理论。,第一节 可靠性发展的历史,1957年American group
6、 reliability of electronic equipment可靠性设备顾问团（AGREE）(电子装置可靠性咨询委员会)发表了奠基性报告；1962年美国召开可靠性、维修性和故障物理学学术讨论会；经过努力，阿波罗号710万个零件的故障率为零；1974年，美国原子能委员会利用故障树分析方法评价故障引起世界各国注意,第一节 可靠性发展的历史,例压力机隐患,日本：1971年，全面推广可靠性工程；日本的工伤事故大幅度下降；日本万吨钢死亡重伤率在1965年为0.12,1977年降低到0.008;,压力机安全系统通过失效树计算得出：R=15损失日数/接触小时每接触压力机一小时，就要承担损失工作日1
7、5天的风险，这样的风险率显然是不能接受的。为了提高系统的可靠性，可以增加冗余件。即串联一个元件。原来开关设为S1,串接另一个开关为S2。整个系统变为如图增加冗余条件下的压力机安全系统图,第一节 可靠性发展的历史,第一节 可靠性发展的历史,通过失效树计算得出：R=3.1510-5损失日数/接触小时显然这种风险是低于负伤安全指标，系统的可靠性是较高的。事故的损失即降低下来。3、可靠性研究现状1）人机系统的可靠性研究：人的失误及其可靠性的研究成为多学科交叉渗透，面向21世纪的重点研究领域，因此，人的可靠性研究已经成为重中之重，使得该学科得以深入发展。2）土木工程结构的可靠性研究：有重要的纪念性价值的
8、建筑物,第一节 可靠性发展的历史,3）机械可靠性:机械和微型元器件的可靠性设计；微型机械可靠性估计值研究：确定负载，进行机械应力分析，确定失效模式，提出设计修改建议。微型器件如变换器、传感器、弹簧、轴承、齿轮、滤网、磁性器件和发动机可靠性预计值的计算；环境条件对微型机械器件关键技术包括潮湿、温度、热应力、机械冲击和振动的影响。,第一节 可靠性发展的历史,中国：在1950年代建立了温热带环境试验机构考虑温度、环境影响机构的可靠性；1972年建立了电子产品研究所；“七五”规划中，列入国家重大科研攻关项目；现逐步得到认识；加入WTO，我国将更加重视；,第一节 可靠性发展的历史,4、可靠性研究内容可靠
9、性是一门新兴的边缘学科，从学术研究上分包括三个分支：可靠性工程：包括可靠性试验、可靠性设计、评价、分配、维修、失效分析、预测（预计）、优化、软件可靠性、可靠性管理等可靠性物理：研究元器件及零件的失效原因，物理模型、改进措施；可靠性数学：研究可靠性的理论及数量规律，各种指标的方法措施。,第一节 可靠性发展的历史,（1）可靠性设计机械静强度可靠性设计零部件（静载荷问题），系统可靠性设计（系统串联、并联、网络系统、人机系统等）疲劳强度可靠性设计（材料反复性应力作用、超负荷运作等）压力容器可靠性设计（材料应力强度关系等）,第一节 可靠性发展的历史,（2）可靠性优化与寿命周期费用必要性：提高产品的可靠性
10、从设计、制造等方面开始，因此会增加产品的设计费用、材料成本、制造成本。但是由于可靠性增加，减少维修，提高寿命，总的经济效益将得到提高。目标：使产品在规定的研制费用以及时间进度、重量体积等条件下达到最佳的可靠性。或者在满足规定的可靠性指标前提下，尽理减少其体积重量、节省费用和缩短研制时间、成本,第一节 可靠性发展的历史,可靠性与总费用关系图,费用,可靠性R(t),研制费用,维修费用,总费用,可靠性试验开始,第一节 可靠性发展的历史,（3）可靠性试验（数理统计、概率论有关）目的：确定产品可靠性水平；通过试验发现产品在设计、工艺等方面问题，以便改进措施，提高产品的可靠性；通过试验，鉴别产品可靠性的忧劣，对产品进行比较，评比方法：现场试验和实验室试验通过一定的数学方法进行数据处理，得到可靠度包括两方面：试验方案和数据处理,第一节 可靠性发展的历史,(4)系统可靠性分析必要性：元器件最后要组成系统，发挥其功能；最可靠的元器件不一定组成高可靠性的系统；FMEA(Failure Modes Effects Analysis)故障影响分析FTA(Failure Tree analysis)失效树（故障树）,软件可靠性开始,第一节 可靠性发展的历史,（5）软件可靠性软件的设计方法自身容错技术,
