第二章可靠性工程技术

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1、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

2、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

3、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

4、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。681971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

5、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

6、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

7、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，681984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事故。因此，对某些重大设备，用户巳不满足于一般的可靠性要求，需要有定量保证的概念。为了