可靠性设计应用与研究的发展现的状和趋势.pdf

可靠性设计应用与研究的发展现状和趋势 可靠性是机械零件设计时必须考虑的重要指 。为了使机械零件设计具有更高的可靠性 和稳健性,必须充分考虑不确定性因素对机械零件稳健可靠性的影响。可靠性也是衡量产品 质量的一项重要指 。可靠性长期以来是人们设计制造产品时的一个追求目 。但是将可靠 性作为设计制造中的定量指标的历史却还不长，相关技术也尚不成熟，工作也不普及。 可靠性设计应用与研究发展于第二次世界大战时期，上世纪五十年代美国军事部门开始 系统的进行可靠性研究。此外前苏联、日本、英国、法国、意大利等一些国家，也相继从 50 年代末或 60 年代初开始了有组织地进行可靠性的研究工作。此阶段主要是针对电器产品， 并确定了可靠性工作的规范、大纲和标准。国内的可靠性工作起步较晚，上世纪 50 年代末 和 60 年代初在原电子工业部的内部期刊有介绍国外可靠性工作的报道。发展最快的时期是 上世纪 80 年代初期，出版了大量的可靠性工作专著、国家制定了一批可靠性工作的标准、 各学校由大量的人投入可靠性的研究。许多工业部门将可靠性工作列在了重要的地位。如原 航空工业部明确规定，凡是新设计的产品或改型的产品，必须提供可靠性评估与分析报告才 能进行验收和坚定。但国内的可靠性工作曾在 90 年代初落入低谷，在这方面开展工作的人 很少，学术成果也平平。主要的原因是可靠性工作很难做，出成果较慢。但在近些年，可靠 性工作有些升温，这次升温的动力主要来源于企业对产品质量的重视，比较理智。目前国内 的可靠性工作仍在一个低水平上徘徊，研究的成果多，实用的方法少；研究力量分散，缺乏 长期规划；学术界较混乱，低水平的文章随处可见，高水平的成果却很少出现。 常规设计与可靠性设计 常规设计中，经验性的成分较多，如基于安全系数的设计。 常规设计可通过下式体现：    f (F,l,E,...) [] lim S 计算中，F、l、E、μ、slim 等各物理量均视为确定性变量，安全系数则是一个经验性很 强的系数。 上式给出的结论是：若 s≤[s]则安全；反之则不安全。 应该说，上述观点不够严谨。首先，设计中的许多物理量明是随机变量；基于前一个观 点，当 s≤ [s]时，未必一定安全，可能因随机数的存在而仍有不安全的可能性。 在常规设计中，代入的变量是随机变量的一个样本值或统计量，如均值。按概率的观点， 1 / 6 当 μσ= μ [σ]时， s≤[s] 的概率为50%，即可靠度为 50%，或失效的概率为 50%，这是很不安 全的。 显然有必要在设计之中引入概率的观点，这就是概率设计，也是可靠性设计的重要内容。 概率设计就是要在原常规设计的计算中引入随机变量和概率运算，并给出满足强度条件 （安 全）的概率─可靠度。机械可靠性设计是常规设计方法的进一步发展和深化，它更为科学地 计及了各设计变量之间的关系，是高等机械设计重要的内容之一。 可靠性设计和优化设计作为现代的设计方法，在机械工程中得到了广泛的应用，并取得 良好的经济和社会效益。 可靠性设计将机械产品的基本设计参数，如应力，强度以及尺寸等作为随机变量，应用 概率论和数理统计方法，用在一定条件下和一定的时间内机械产品不发生失效的概率来进行 强度及刚度等的设计。与传统的机械设计方法相比，它较真实地反映了载荷和强度的实际情 况，是机械设计理论的进步，但可靠性设计仅是从强度和刚度的可靠性角度确定设计参数的。 优化设计建立在数学规划理论和计算机科学基础之上，它利用计算机的快速运算能力选择最 佳方案，在常规优化设计中，零部件的承载能力的计算是基于安全系数法的，没有考虑到设 计参数的随机性，因而优化结果具有一定的局限性，并不是真正意义上的最优设计方案。 机械产品的可靠性优化设计，就是在优化设计中将设计参数作为随机变量