談，什麽是可靠性？

坠网情深

什么是可靠性设计？可靠性设计是什么意思？

一般所说的 “ 可靠性 ” 指的是 “ 可信赖的 ” 或 “ 可信任的 ” 。我们说一个人是可靠的，就是说这个人是说得到做得到的人，而一个不可靠的人是一个不一定能说得到做得到的人，是否能做到要取决于这个人的意志、才能和机会。同样，一台仪器设备，当人们要求它工作时，它就能工作，则说它是可靠的；而当人们要求它工作时，它有时工作，有时不工作，则称它是不可靠的。根据国家标准的规定，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。

我国的可靠性工作起步较晚， 20 世纪 70 年代才开始在电子工业和航空工业中初步形成可靠性研究体系，并将其应用于军工产品。其他行业可靠性工作起步更晚，差距更大，与先进国家差距 20 ～ 30 年，虽然国家已制订可靠性标准，但尚未引起所有企业的足够重视。

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。

研究可靠性的意义

对于产品来说 , 可靠性问题和人身安全 , 经济效益密切相关 . 因此 , 研究产品的可靠性问题 , 显得十分重要 . 非常迫切 .

1) 提高产品可靠性 , 可以防止故障和事故障的发生 , 尤其是避免灾难性的事故发生 .86 年 1 月 28 日 , 美航天飞机 ” 挑战者号 ” 由于 1 个密封圈失效 , 起飞 76S 后爆炸 , 其中 7 名宇航员丧生 , 造成 12 亿美元的经济损失 ;92 年我国发射 ” 澳星号 ” 时由于一个小小零件的故障 , 发射失败 , 造成了巨大的经济损失和政治影响到 .

2) 提高产品的可靠性 , 能使产品总的费用降低 . 提高产品的可靠性 , 首先要增加费用 , 如选用好的元器件 , 研制部分冗余功能的电路及进行可靠性设计、分析、实验，这些都需要经费。然而，产品可靠性的提高使得维修费及停机检查损失费大大减小，使总费用降低。

3 ）提高产品的可靠性，可以减少停机时间，提高产品可用率，一台设备可顶几台用，可以发挥几倍的效益。美国 GE 公司经过分析认为，对于发电、冶金、矿山、运输等连续作业的设备，即使可靠性提高 1% ，成本提高 10% 也是合算的。

4 ）对于公司来讲，提高产品的可靠性，可以改善公司信誉，增强竞争力，扩大市场份额，从而提高经济效益。

可靠性的研究内容

可靠性工程是为了保证产品在设计、生产及使用过程中达到预定的可靠性指标，应该采取的技术及组织管理措施。这是介于技术和管理科学之间的一门边缘学科 , 可靠性作为一门工程学科，它有自己的体系、方法和技术。

1) 可靠性管理： 完善可靠性组织结构 , 规划出可靠性组工作的目标制定出相应的流程 , 规范可靠性工作 , 监督可靠性工作的实施培训可靠性知识 , 增强品质意识 , 规避设计风险 .

2) 可靠性设计： 通过设计奠定产品的可靠性基础 . 研究在设计阶段如何预测和预防各种可能发生的故障和隐患 .

3) 可靠性试验及分析：通过试验测定和验证产品的可靠性，研究在有限的样本、时间和使用费用下，如何获得合理的评定结果，找出薄弱环节，并研究导致薄弱环节的内因和外因，研究导致薄弱环节的机理，找出规律，提出改进措施提出以提高产品的可靠性。

4 ）制造阶段的可靠性：研究制造偏差的控制、缺陷的处理和早期故障的排除，保证设计目标的实现。

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 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。

R(t)=[N-n(t)]/N

N ：试验样品总数 n(t): 到 t 时刻样品失效的总数

由上式可看出 0≤R(t)≤1, 因此 R(t) 越接近于 1, 产品的可靠度越高 .

显然 , 不可靠度

F(t)=n(t)/N=1-R(t)

可靠度加上不可靠度等于 1, 即 R(t)+F(t)=1

2. 失效率（故障率） λ （ 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

失效率单位 :λ(t) 对目前具有高可靠性的产品来说 , 需用更小的单位来作为失效率的基本单位 , 采用一个菲特 (Fit) 来定义 ,1 Fit=10-6/103h=10-9/h 它的意义是每 1000 个产品工作 106h, 只有一个失效 .

失效率曲线 ( 浴盘曲线 Bathtub-curve): 产品的失效率随工作时间的变化具有不同的特点 , 根据长期以来的理论研究和数据统计 , 发现多数设备失效率曲线形同浴盘的剖面 , 它明显地分为三段 , 分别对元器件的三个不同阶段或时期 .

第一阶段是早期失效期 (Infant Mortality); 表明器件在开始使用时 , 失效率很高 , 但随着产品工作时间的增加 , 失效率迅速降低 , 这一阶段失效的原因大多是由于设计、原材料和制造过程中的缺陷造成的。

为了缩短这一阶段的时间，产品应在投入运行前进行试运转，以便及早发现、修正和排除故障；或通过试验进行筛选，剔除不合格品

第二阶段是偶然失效期，也称随机失效期 (Random Failures) ；这一阶段的特点是失效率较低，且较稳定，往往可近似看作常数，产品可靠性指标所描述的就是这个时期，这一时期是产品的良好使用阶段，由于在这一阶段中，产品失效率近似为一常数，故设 λ(t)=λ( 常数 ) 由可靠度计算公式得 :

这一式表明设备的可靠度于失效率成指数关系 .

第三阶段是耗损失效期 (Wearout); 该阶段的失效率随时间的延长而急速增加 , 主要原因是器件的损失己非常的严重 , 寿命快到尽头了 , 可适当的维修或直接更换了 .

3. 平均无故障工作时间 MTBF(Mean Time Between Failure) ；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 。

MTBF= 总的工作时间 / 故障数 =1/λ

什么是可靠性设计

可靠性设计是保证机械及其零部件满足给定的可靠性指标的一种机械设计方法。包括对产品的可靠性进行预计、分配、技术设计、评定等工作。可靠性是指产品在规定的时间内和给定的条件下，完成规定功能的能力。它不但直接反映产品各组成部件的品质，而且还影响到整个产质量量性能的优劣。可靠性分为固有可靠性、使用可靠性和环境适应性。可靠性的度量指标一般有可靠度、无故障率、失效率3种。

可靠性问题的研究是因处理电子产品不可靠问题于第二次世界大战期间发展起来的。可靠性设计用在机械方面的研究始于20世纪60年代，首先应用于军事和航天等工业部门，随后逐渐扩展到民用工业。

对于一个复杂的产品来说，为了提高整体系统的性能，都是采用提高组成产品的每个零部件的制造精度来达到；这样就使得产品的造价昂贵，有时甚至难以实现（例如对于由几万甚至几十万个零部件组成的很复杂的产品）。事实上可靠性设计所要解决的问题就是如何从设计中入手来解决产品的可靠性，以改善对各个零部件可靠度（表示可靠性的概率）的要求。可靠度的分配是可靠性设计的核心。

可靠度的分配原则主要有：

①按重要程度分配可靠度。

②按复杂程度分配可靠度。

③按技术水平、任务情况等的综合指标分配可靠度。

④按相对故障率分配可靠度。

各部分有了明确的可靠性指标后，根据不同计算准则，进行零件的设计计算。主要的计算方法为：根据载荷和强度的分布计算可靠度或所需尺寸；根据载荷和寿命的分布计算可靠度或安全寿命；求出可靠度与安全系数间的定量关系，沿用常规设计方法计算所需尺寸或验算安全系数。与可靠性设计有关的载荷、强度、尺寸和寿命等数据都是随机变量，必须用概率统计方法进行处理。

什么是可靠性设计准则

可靠性设计准则是一种设计规范，从系统可靠性角度出发，设计人员必须遵守的设计要求，是已有的、相似产品的工程经验的总结，并系统化、科学化、规范化而成。

可靠性设计准则制定与实施的原因与目的

– 仅有定量分析设计、FMEA等是不够的

– 准则是系统设计经验的积累，甚至有血的代价。

– 设计人员最易于接受的

– 可靠性设计分析的重要依据

– 可靠性设计与功能、性能设计紧密结合

– 提高产品可靠性、降低费用