第二章可靠性工程技术.docVIP

第二章 可靠性工程技术 2.1 可靠性工程概述 2.1.1 可靠性学科发展简史 可靠性的问题早就存在,过去一般不用“可靠性”这个名词，经常用“质量可靠，寿命长”等概念来表示一个产品的可靠性。然而这些溢美之词只能定性地反映产品使用的可靠性指标，人们往往根据使用经验得出某一产品很可靠，比较可靠、不大可靠或根本不可靠这样一些抽象的评价。对产品可靠性有组织、有系统地进行研究是近半个世纪的事。第二次世界大战后期，大批先进的军用电子设备因战争需要匆忙投入使用，结果造成故障频繁而失去作战能力，并导致人员严重伤亡，甚至使某些战役遭到失败，据统计，美国运送到远东的战略物质几乎有一半经过运输、储存到达战场后不能正常工作，飞机用的电子装置有60％到达时发生故障；海军武器用的电子装置有70％不能正常工作。可见可靠性问题在现代技术中的重要性。为了更好地表达可靠性的准确含义，不能仅仅从定性的方面来评述它，而需要用一些定量的尺度来衡量它。二次大战末期，德国的火箭研究者之一R．Lusser首先提出了利用概率乘积法则，把一个系统的可靠度看成该系统的子系统的可靠度乘积，从而算出V-II火箭诱导装置的可靠度为75%，第一次定量地表达了产品的可靠性。从五十年代初期开始，可靠性问题就作为一门新的学科被系统地加以研究了。 美国是系统化研究可靠性科学最早的国家。 1942年美国麻省理工学院对某电子设备产生故障的主要元件----真空管的可靠性作了深入的调查研究。 1952年美国成立了“电子设备可靠性顾问团”。该机构对电子产品设计、试制、生产、试验、储存、运送、使用等方面的可靠性问题，作了全面的调查研究。经过五年时期，于1957年写出了《电子设备可靠性报告》。该报告比较完整地简述了可靠性的理论基础与研究方法。 1954年美国召开了第一届可靠性与质量管理学术会议。 1958年日本科学技术联盟设立了可靠性研究委员会。 1962年美国召开了第一届可靠性与可维修性会议，以后每年举行一次。回年美国还召开了第一届电子设备故障物理学术会议，以后也是每年举行一次。将可靠性的研究扩展到对可维修性的研究，并深入到了解产生故障的机理方面。 同年，英国出版了《可靠性与微电子学》杂志。法国国立通讯研究所也在这年成立了“可靠性中心”，进行数据的收集与分析。 1963年法国出版了《可靠性》杂志。 1971年举行了第一届FTC(计算系统的耐故障性)国际会议。同年还召开了日本、法国电子产品可靠性讨论会和第一届日本可靠性学术讨论会。 1975年召开了国际软件可靠性学术讨论会。 我国的可靠性研究工作开展得比较晚，而且在过去的计划经济时代普遍对产品的可靠性问题认识不足，改革开放以后我国的可靠性工程技术研究才正式开展起来，尤其是在机械行业。 综上所述，对可靠性的研究是从四十年代起由于处理电子产品所面临的问题而开展起来的。六十年代，由于空间科学和宇航技术的发展，可靠性的研究水平得到了进一步的提高，其研究的范围从电子产品逐渐扩展到了机械系统。七十年代初集成电路的迅速发展又更进一步促进了可靠性的研究。 2.1.2 可靠性研究的必要性 可靠性成为重要的研究课题，日益受到各国的关注．原因是： 1．随着工业技术的发展，产品、系统日益向大容最、高参数发展，尤其是机电一体化技术的发展，整机、系统变得庞大、复杂，构成的零部件数量日益增加，从而使整机、系统发生故障的机会增多。例如，汽车中的转向机构，原来采用摇臂、拉杆和蜗杆传动的机械式机构仅需十几个零件，发展为高效的电液式转向机构以后，组成的零件增至近200个。同样是实现转向功能。后者的故障机会显然增加。现在许多机电设备的构成零部件多达上万个，阿波罗宇宙飞船总共使用了7100000个以上的零件，任一元件、零件的失效都有可能导致整机或系统的故障。因此为了使整机或系统的可靠性不致下降，必须提高零、部件的可靠性水平，同时从整机、系统的设计上予以保证。为此需要有一套保证系统的可靠性的设计分析技术。 2．由于工业技术发展迅速，新材料、新工艺不断涌现，产品更新快，许多新技术等不及试验成熟就投入使用，造成故障不断。如50年代末，美国迪尔公司开发新系列发动机和拖拉机，由于采用了一系列新技术、新结构，如新型悬挂系统，同步换档，动力换档等，引起了产品的可靠性问题，使保修费用提高了1～2倍。因此，为了适应产品的迅速更新换代，需要有一套以设计为中心的，能事前预测和评估产品可靠性的保证技术。 3．社会、用户对产品、设备的可靠性要求提高，因为现代工业设备的容量、参数日益升高，因事故或故障引起的损失也随之增大，反之，提高设备可靠性的效益也目益增大。例如，1984年12月美国联合碳化物公司设在印度某地的一个农药厂，由于毒气罐阀门失灵造成了3000人死亡数十万人受到伤害的严重