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簡述可靠性設(shè)計的必要性（簡述可靠性設(shè)計的必要性有哪些）

發(fā)布時間：2023-03-12 19:54:17 稿源：創(chuàng)意嶺閱讀： 1092 問大家

大家好！今天讓創(chuàng)意嶺的小編來大家介紹下關(guān)于簡述可靠性設(shè)計的必要性的問題，以下是小編對此問題的歸納整理，讓我們一起來看看吧。

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本文目錄:

1、為什么現(xiàn)代汽車設(shè)計方法中要使用可靠性設(shè)計
2、可靠性設(shè)計的分析
3、機(jī)械可靠性設(shè)計是指什么？
4、可靠性設(shè)計的介紹

簡述可靠性設(shè)計的必要性（簡述可靠性設(shè)計的必要性有哪些）

一、為什么現(xiàn)代汽車設(shè)計方法中要使用可靠性設(shè)計

您好，好的設(shè)計都要考慮安全余量，比如中國的130設(shè)計三噸，但是可以載重5噸以上。交通工具都要考慮的，首先出于安全角度，二是效率角度。謝謝關(guān)注易車。

二、可靠性設(shè)計的分析

通過設(shè)計實現(xiàn)產(chǎn)品可靠性指標(biāo)的方法。產(chǎn)品的可靠性是通過設(shè)計、生產(chǎn)和管理而實現(xiàn)的，而首先是產(chǎn)品的設(shè)計。它決定著產(chǎn)品的固有可靠性。電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計技術(shù)包括許多內(nèi)容，主要有可靠性分配、可靠性預(yù)測、冗余技術(shù)、漂移設(shè)計、故障樹分析和故障模式、效應(yīng)和致命度分析、元件器件的優(yōu)選和篩選、應(yīng)力-強(qiáng)度分析、降負(fù)荷使用、熱設(shè)計、潛在通路分析、電磁兼容和設(shè)計評審等。

可靠性分配

根據(jù)用戶對系統(tǒng)或設(shè)備提出的可靠性指標(biāo)，對分系統(tǒng)、整機(jī)等組成部分提出相應(yīng)的可靠性指標(biāo)，逐級向下，直到元件、器件、工藝、材料等的可靠性指標(biāo)?？煽啃苑峙涫窍到y(tǒng)或設(shè)備的總體部門的一項可靠性設(shè)計任務(wù)。

對于有L個組成成分的系統(tǒng),最簡單的情況是這些組成成分的可靠性是互相獨立的。若第i組成分不可靠,則系統(tǒng)就不可靠，系統(tǒng)可靠性為q=q1q2…qL 〔若第i組成分的不可靠性為Pi=1－qi，則系統(tǒng)的不可靠性為P=1-q=1-(1－P1)(1－P2)…(1－PL)≈P1+P2+…+PL〕。這是系統(tǒng)可靠性分配的基本公式?？煽啃苑峙浔举|(zhì)上不是數(shù)學(xué)問題，而是人力、物力的統(tǒng)一調(diào)度和運用的工程管理問題。因為不同整機(jī)、元件、器件的現(xiàn)實可靠性水平是很不相同的，而把它們的可靠性提高到一定水平所需要的人力、物力和時間往往差別很大，因而不能采取均勻提高的純數(shù)學(xué)方案。在實際工作中，需進(jìn)行多個方案的協(xié)調(diào)、比較后才能決定。

可靠性預(yù)測

主要是根據(jù)電子元件、器件的故障和產(chǎn)品設(shè)計時所用的元件、器件數(shù)和使用條件，對產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行估計。最簡單的情況是：產(chǎn)品由k種電子元件、器件組成，第i種元件、器件的壽命為指數(shù)分布,故障率為λi，用量為ni。任一元件和器件發(fā)生故障都會引起產(chǎn)品故障，故產(chǎn)品的故障率為λ=n1λ1+n2λ2+…+nkλk

這是在設(shè)計階段根據(jù)元件、器件的故障率對產(chǎn)品故障率提出預(yù)測的基本公式。在實際使用時，還要增加一些修正和補(bǔ)充。元件、器件的故障率還會隨環(huán)境和其他條件而發(fā)生變化。若實驗室條件下的元件、器件的故障率，則在環(huán)境A下的故障率為

式中為元件、器件在環(huán)境A下的環(huán)境因子。在惡劣環(huán)境下，環(huán)境因子值可能很大。例如，導(dǎo)彈發(fā)射環(huán)境下的環(huán)境因子可能達(dá)到20～80。用預(yù)測公式測得的λ值還需要乘上一個修正因子(1+α)。對于比較成熟的設(shè)計，α可取10%左右；對不太成熟的設(shè)計,α可取30%以上。預(yù)測的故障率與實際投入使用后的現(xiàn)場故障率有一些差異是正常的。事實上，在設(shè)計階段可靠性預(yù)測主要是相對可靠性，而不是絕對可靠性。

冗余技術(shù)

當(dāng)產(chǎn)品設(shè)計中發(fā)現(xiàn)某個組成部分的可靠性過低，影響產(chǎn)品的總可靠性指標(biāo)時，便采取所謂冗余技術(shù)來提高這一部分的可靠性。有k個組成部分的產(chǎn)品，各組成部分的可靠性是互相獨立的。若其中一個部分出故障，產(chǎn)品就出故障，則這些組成部分構(gòu)成一個可靠性串聯(lián)系統(tǒng)。若產(chǎn)品的第i部分的可靠性為qi,則產(chǎn)品的可靠性q=q1q2…qk；若其中的一個部分不出故障,產(chǎn)品就能完成預(yù)定任務(wù)，則這些組成部分構(gòu)成一個可靠性并聯(lián)系統(tǒng)。這時，q=1-(1-q1)(1-q2)…(1-qi)。

如果k=2，q1=q2=0.99，則組成可靠性并聯(lián)系統(tǒng)后，q=0.9999。即經(jīng)可靠性并聯(lián)后大大提高了可靠性。所謂“多數(shù)表決”冗余技術(shù),是只要k個組成部分中多數(shù)不出故障，產(chǎn)品就能完成預(yù)定任務(wù)。一般說來，很少使用整機(jī)作為冗余的組成部分，通常是對整機(jī)的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行冗余處理。

漂移設(shè)計

元件、器件的性能參數(shù)容許有一定的散布。其上限為上公差，下限為下公差。隨著出廠時間的增加，性能參數(shù)產(chǎn)生漂移。溫度和其他環(huán)境條件的變化也會造成參數(shù)漂移。只要元件、器件的漂移不超過公差的上、下限,就是合格的。電路的設(shè)計應(yīng)該是,只要所用的元件、器件性能參數(shù)在規(guī)定的容許上、下限以內(nèi)，電路的性能參數(shù)就應(yīng)該是合格的，即使元件、器件的參數(shù)值到了規(guī)定容許的上、下限的邊緣，也應(yīng)如此，這稱為電路的漂移設(shè)計。在滿足元件、器件規(guī)定容許的上、下限前提下，在理論分析上，元件、器件有一些最壞組合，使電路的性能參數(shù)產(chǎn)生最大的偏離。如果這些最壞組合產(chǎn)生的電路仍能滿足要求，則電路就滿足漂移設(shè)計要求，這也可以通過最壞組合的實際電路加以驗證，稱漂移試驗。但是，最壞組合方法往往偏于過分保守。如果能知道元件、器件性能參數(shù)的概率分布，則可以分析出電路性能參數(shù)的概率分布，從而作漂移分析和漂移試驗，這稱為概率法。這往往比最壞組合法更符合實際情況。

故障樹分析

1975年在美國Berkeley的加利福尼亞大學(xué)召開了一次盛況空前的可靠性學(xué)術(shù)會議。會議上把故障樹分析技術(shù)和可靠性理論并列為兩大進(jìn)展，認(rèn)為后者主要是數(shù)學(xué)家和概率論統(tǒng)計學(xué)家推動發(fā)展起來的，而前者則是工程師們推動發(fā)展起來的，兩者的側(cè)重點不同但是實質(zhì)一樣的。

故障樹分析是美國貝爾實驗室1961年首創(chuàng)的一種系統(tǒng)分析方法。其優(yōu)點是較易處理復(fù)雜系統(tǒng)，容易發(fā)現(xiàn)可能導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況，有利于消除潛在故障。在設(shè)計階段,它有助于發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié),是改進(jìn)和提高設(shè)計可靠性的有力工具。故障樹是一種樹狀的邏輯因果關(guān)系圖，它利用一系列符號和邏輯門來描述各種事件之間的因果關(guān)系，使人們對這些關(guān)系一目了然。例如，基本事件的符號為○、結(jié)果事件的符號為嘑。邏輯門的輸入事件為因，輸出事件為果。以某房間照明系統(tǒng)為例，其原理和故障樹如圖。故障樹的定量分析是根據(jù)基本事件出現(xiàn)的概率,計算出系統(tǒng)不希望發(fā)生的故障事件的出現(xiàn)概率,定量地計算出系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)的不可靠性，找出對系統(tǒng)可靠性有關(guān)鍵作用的元件、部件，通常是從求最小割集著手。一個最小割集包括若干個基本事件。如果這些基本事件都出現(xiàn)，系統(tǒng)就出故障。只要其中有一個不出現(xiàn)，割集中的其他基本事件都出現(xiàn)也不會使系統(tǒng)出故障。尋找所有最小割集的方法很多，但都未徹底解決工作量隨基本事件數(shù)的增加而指數(shù)增大這一困難。一個系統(tǒng)的故障樹是一本很好的故障維修指南。它能使維修人員迅速發(fā)現(xiàn)故障，進(jìn)而迅速排除故障。

故障模式、效應(yīng)、致命度分析

這種分析方法是將系統(tǒng)分成若干個組成部分。如果發(fā)生故障，分析它屬于哪種故障模式（不必一定查清故障的確切原因）；分析各組成部分可能出現(xiàn)的故障模式對系統(tǒng)有什么影響；對各種故障模式的影響進(jìn)行半定性半定量的評價，對那些具有致命性影響的故障模式制定適當(dāng)?shù)慕鉀Q措施或改進(jìn)設(shè)計方案。這種分析方法是由系統(tǒng)的基本故障事件上推到系統(tǒng)故障，而傅里葉變換則是由系統(tǒng)故障下推到基本故障事件。兩者結(jié)合起來，相輔相成，可以在設(shè)計階段找出潛在的可靠性問題。

元件、器件的可靠性

可靠性質(zhì)量保證體系的元件、器件的可靠性部門，通過調(diào)查研究制訂出本部門的元件、器件優(yōu)選目錄，盡量壓縮元件、器件的品種、規(guī)格和生產(chǎn)廠點。設(shè)計人員不得選用目錄以外的元件、器件。如果設(shè)計人員認(rèn)為必須選用目錄外的元件、器件，則應(yīng)經(jīng)過元件、器件可靠性部門調(diào)查試驗認(rèn)為可用后，再正式補(bǔ)入目錄，以備選用。元件、器件可靠性部門與生產(chǎn)廠保持密切的聯(lián)系，監(jiān)督元件、器件生產(chǎn)質(zhì)量的一致性和穩(wěn)定性。必要時，派出專人監(jiān)督本部門定購批次的生產(chǎn)。不論對元件、器件的生產(chǎn)過程如何嚴(yán)格控制，材料、工藝、生產(chǎn)環(huán)境等并不能絕對一致。因此，不可避免地有一部分產(chǎn)品會存在一些潛在的缺陷和弱點。這些有缺陷和弱點的電子元件、器件的平均壽命比正常產(chǎn)品的平均壽命短得多，使電子元件、器件的早期故障率較高。如果對電子元件、器件不加處理就裝入整機(jī)，便會使整機(jī)的早期故障率大大增加。因此，在把電子元件、器件裝入整機(jī)前，應(yīng)采取施加強(qiáng)應(yīng)力或其他手段，盡可能地剔除這種早期故障的產(chǎn)品。這就是電子元件、器件的可靠性篩選。篩選所加的強(qiáng)應(yīng)力，可以是電的、熱的、機(jī)械的或綜合的。篩選項目須根據(jù)元件、器件的主要故障模式和故障機(jī)理，結(jié)合元件、器件的工藝設(shè)計、結(jié)構(gòu)材料以及質(zhì)量控制的情況而定。篩選不是提高產(chǎn)品的可靠性，它只能排除早期故障產(chǎn)品,使產(chǎn)品恢復(fù)其固有可靠性,但不能提高固有可靠性。如果元件、器件的篩選淘汰率較高，則說明設(shè)計、工藝或生產(chǎn)管理上存在較多問題，不易篩選徹底。這樣的元件和器件不宜用于高可靠性要求的部位。元件、器件可靠性部門應(yīng)根據(jù)本部門的需要制訂元件、器件篩選條例，并規(guī)定出容許的篩選淘汰率。在一般情況下，元件、器件出廠越久，可靠性也就越低。因此，元件、器件可靠性部門應(yīng)在調(diào)查研究和進(jìn)行必要的試驗后，制定元件、器件保管和保管年限條例。

應(yīng)力-強(qiáng)度分析

產(chǎn)品所受的應(yīng)力x是廣義的，它不僅包括張力、扭力矩等，還包括如溫度、真空度等因素。產(chǎn)品的強(qiáng)度Y也是廣義的。若Z=Y-X,當(dāng)Z<0時,即強(qiáng)度低于應(yīng)力時，產(chǎn)品就出現(xiàn)故障；而當(dāng)Z≥0時，產(chǎn)品是可靠的。Z為產(chǎn)品的可靠性余度，P(Z≥0)是產(chǎn)品的可靠度。

若X、Y分別是均值為μX、μY、方差為σ婌、σ婍的互相獨立的正態(tài)分布,則Z也是正態(tài)分布,均值為μZ=μY－μX，方差為σ婎=σ婌+σ婍。這是最簡單也是實際工作中最常見的情況。這時產(chǎn)品的可靠度為

式(ɑ)為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的分位數(shù)

因此，可靠度不僅決定于μZ 的大小(即μY>μX的程度)，而且還決定于σX及σY的大小。提高可靠度有兩種途徑：①使μY比μX大,即讓平均強(qiáng)度遠(yuǎn)超過平均應(yīng)力；②使σX與σY盡可能小，即嚴(yán)格控制產(chǎn)品強(qiáng)度的散布（往往須通過嚴(yán)格控制原材料和加工精度才能達(dá)到）和應(yīng)力的散布（即進(jìn)行環(huán)境設(shè)計）。在19世紀(jì)后期,習(xí)慣上把μY/μX稱為產(chǎn)品的安全系數(shù)。安全系數(shù)大,μY大于μX,可靠度可以有所提高。但這不是決定可靠性的唯一因素。如果對σX、σY不加控制，單純提高安全系數(shù)不一定能提高可靠性。因此，傳統(tǒng)的安全系數(shù)只反映了可靠度的一個方面，而不是全部。

當(dāng)X或Y不是正態(tài)分布的隨機(jī)變量時，可靠性的解析式就比較復(fù)雜。蒙特卡羅法是分析這些較復(fù)雜情況下可靠性的有效方法之一。

電子元件、器件的負(fù)荷，就是施加于元件、器件的一種應(yīng)力。降負(fù)荷使用元件、器件就是提高元件、器件的安全系數(shù)，從而可以在一定程度上提高元件、器件的可靠性。例如，某些電容器的故障率基本上正比于工作電壓V的5次方,就是電容器故障率的5次冪法則。使用的工作負(fù)荷與額定負(fù)荷之比稱為降負(fù)荷系數(shù)?？煽啃再|(zhì)量保證系統(tǒng)的元件、器件可靠性部門，應(yīng)根據(jù)本部門特點制訂降負(fù)荷系數(shù)要求。例如,一個有代表性的要求是,碳膜電阻和金屬膜電阻的使用功率不應(yīng)達(dá)到額定功率的一半。

熱設(shè)計

使電子元件、器件在較低溫度下工作有三個好處：①參數(shù)漂移較小，電氣性能容易穩(wěn)定；②故障率較低；③機(jī)械應(yīng)力較小,金屬化接點等的蛻化較慢,壽命較長。因此，需要根據(jù)熱量傳播的規(guī)律，研究作為熱源的元件、器件的合理布局；采取什么降溫措施可使設(shè)備的局部溫升不會過高，以保證設(shè)備的可靠性。這稱為熱設(shè)計。在簡單的情況下可利用自然冷卻，但能力有限。當(dāng)功率密集度較大時，應(yīng)采取強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻和水冷等措施。

潛在通路分析

潛在通路會在所有元件、器件工作正常的情況下導(dǎo)致出現(xiàn)不需要的功能，或使需要的功能受到抑制。潛在通路分析一般在設(shè)計階段后期或設(shè)計文件完成之后進(jìn)行。

設(shè)計評審

在設(shè)計的每一階段結(jié)束之前，由負(fù)責(zé)設(shè)計的部門組織有關(guān)專家對設(shè)計文件從保證可靠性要求的各種角度和各個方面進(jìn)行評定和審查。實際上，這是一種組織專家協(xié)助做好可靠性設(shè)計的一種技術(shù)評定會。由于可靠性設(shè)計牽涉的面太廣，憑設(shè)計人員個人的知識進(jìn)行最佳的可靠性設(shè)計已不可能。因此，設(shè)計評審是一種有效的提高可靠性的補(bǔ)救辦法。

三、機(jī)械可靠性設(shè)計是指什么？

機(jī)械可靠性設(shè)計（Reliability Design）是一種很重要的現(xiàn)代化設(shè)計方法。從20世紀(jì)50年代起，國外就興起了可靠性技術(shù)的研究。

圖4-24　機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計過程機(jī)械可靠性設(shè)計的主要內(nèi)容有：

①從已知的目標(biāo)可靠度出發(fā)，設(shè)計零、部件和整機(jī)的有關(guān)參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸，這是可靠性設(shè)計最基本的內(nèi)容。

②可靠性預(yù)測，根據(jù)零、部件和整機(jī)（或系統(tǒng)）目前的狀況及失效數(shù)據(jù)，預(yù)測其實際可能達(dá)到的可靠度，預(yù)報它們在規(guī)定的條件下和在規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率。

③可靠性分配，即根據(jù)確定的機(jī)器（或系統(tǒng)）的可靠度，分配其組成零部件或子系統(tǒng)的可靠度。這對復(fù)雜產(chǎn)品和大型系統(tǒng)來說尤為重要。

可靠性是一個涉及面很廣的學(xué)科，已逐漸形成了一些獨立分支，如可靠性工程（包括可靠性分析、可靠性設(shè)計及可靠性實驗等）、可靠性數(shù)學(xué)（以概率論和數(shù)理統(tǒng)計為基礎(chǔ)發(fā)展起來的一門數(shù)學(xué)分支，研究可靠性的定量規(guī)律）、可靠性物理（也稱失效機(jī)理，研究零、部件的失效物理原因、物理模型，并提出改進(jìn)措施）和可靠性管理等。可靠性研究正處于方興未艾的發(fā)展時期，它起源于電子工業(yè)，已滲透到機(jī)械工程及其他各學(xué)科領(lǐng)域，并逐漸滲透到社會科學(xué)領(lǐng)域，如人的可靠性、工作可靠性等。

四、可靠性設(shè)計的介紹

保證機(jī)械及其零部件滿足給定的可靠性指標(biāo)的一種機(jī)械設(shè)計方法。包括對產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行預(yù)計、分配、技術(shù)設(shè)計、評定等工作。所謂可靠性，則是指產(chǎn)品在規(guī)定的時間內(nèi)和給定的條件下，完成規(guī)定功能的能力。它不但直接反映產(chǎn)品各組成部件的質(zhì)量，而且還影響到整個產(chǎn)品質(zhì)量性能的優(yōu)劣。可靠性分為固有可靠性、使用可靠性和環(huán)境適應(yīng)性?？煽啃缘亩攘恐笜?biāo)一般有可靠度、無故障率、失效率3種。

以上就是關(guān)于簡述可靠性設(shè)計的必要性相關(guān)問題的回答。希望能幫到你，如有更多相關(guān)問題，您也可以聯(lián)系我們的客服進(jìn)行咨詢，客服也會為您講解更多精彩的知識和內(nèi)容。