可靠性设计

现代制造已不仅仅是机械制造，它是一个广义制造的概念。具有“大制造、全过程、多科学”的特点。现代制造是以制造科学为主体，多科学交叉、渗透、融合和不断创造的产物。而且随着人们对生活品质的越来越看重，对产品的要求也越来越高，在要求产品具有多功能等传统条件下，产品的使用可靠性也越来越引起人们了关注。很多意义上，一个产品是否足够可靠便定义了其真正的价值！那么可谓“可靠性”呢？产品的可靠性可定义为：在规定的条件和规定的时间内，完成规定功能的能力。所谓“规定的条件”包括环境条件、储存条件以及受力条件等；“规定的时间”是指一定的时间范围，因产品的可靠性水平经过一个较长的稳定使用或储存阶段后，便会随时间的增长而降低，时间越长，故障、失效越多；“规定的功能”是指产品若干功能的全部，而不是指其中一部分。所谓可沸陨杓凭褪俏满足用户的合同的或潜在的可靠性定性、定量要求的设计方法。产品的成功使用，用户对产品的满意，以及产品制造企业的成就都取决于产品寿命周期内，特别是在产品的研制阶段对可靠性及其有关因素的控制。可靠性技术的发展有其深刻的社会和历史的背景。近百年来，人类认识和改造自然的能力得到极大的增强。系统和设备日益向大型化、复杂化、集成化、高参数化和自动化方向发展。而可靠性技术是使这些大型复杂系统和设备实用化的技术关键。世界范围内的市场竞争日益剧烈，可靠性技术已成为现代企业在竞争中获取市场份额的有力工！Ｃ拦一些人士认为，今后能通过竞争留存于世界市场上的只是那些能掌握住自己产品的可靠性的企业。日本一些人士也认为今后世界市场上竞争的焦点是可靠性。社会和政府的干预也有利地推动了可靠性技术的发展。社会对服务的依赖日益增加，导致了用户对服务质量更高的要求和期望Ｓ糜谡庑┓务的设备和产品的可靠性是影响服务质量的一个重要因素。资源的缺乏，对安全和环境的关注，以及对产品寿命周期高费用的高度重视，都需强调可靠性要求及其保证。第二次世界大战，现实给美国大兵开了个不小的玩笑。休整期间，其飞机上的大量的设备没有用上战场，结果在等到要开战了才发现这些设备中 60%已经不能使用了。显然这是因为这些设备没有足够的可靠性而引起的灾难。当代社会中因为产品可靠性问题引起的事故也笔笔皆是。在科技日益发达的现今，伴随这新新技术的不断发展，设计技术比如并行设计、反求工程、模块化设计、媚夥抡嬗胄槟馍杓啤⒍态设计、价值工程以及计算机辅助设计、优化设计等等这些技术越来越趋向成熟，但可靠性设计就像是一个安全阀一样为产品质量把好这自己的关口。对可靠性设计的目的也显而易见。政治方面——任何国家的产品的先进性和可靠性对其国际贸易、国际声誉和国际地位都有很大的影响，因此，各国政府都很重视产品的可靠性问题；经济方面——对销售而言，产品的质量和可靠性水平是其占领市场份额和获得信誉的关键性因素；对生产而言，生产设备的可靠性故障会影响生产，造成经济损失；因此，各厂家和用户都手厥硬品的可靠性问题；军事方面——军用设备的可靠性直接关系到战斗的成败，人员的伤亡，甚至国家的安全，因此，各国都很重视军用产品的可靠性问题。早期的可靠性只是一个抽象的、定性的概念，没有定量的评价依据。例如，人们常说某产品很可靠、比较可靠、不可靠等。可靠性设计就是要将可靠性及相关指标定量化，从而具有可操作性，用以指导产品的开发过程。运用现代化的计算、统计等手段，可将可靠性用几个指标来表示，常用的有可靠度R（t）、累计失效概率F（t）、失效概率密度f（t）、失效率λ（t）、平均寿命θ等。现代的可靠性设计往往先从现实实体中抽离出相似的物理模型，然后对这模型进行数学上的计算验证，用这些指标定量的描述出该产品一般的可靠性。我们都知道一个复杂产品可定义为一个能完成特定功能的综合体，是若干协调工作单元的有机组合，我们也可以称其为是一个系统。当我们对现实实体，也就是一系统，进行模型化时就要搞清楚该系统属于何种类型，是串联系统、并联系统、混联系统还是N中取K的表决系统又或是储备系统等。分析估计系统中每一个单元的可靠度最后通过计算便能得出系统的可靠度来。显然这是大量寿命实验后得到了单元件的可靠度才能钡降模然而，在工业生产中，采用产品制成后测的可靠度的方法来保证产品的可靠度，是一种很不经济的方法，同时，为期太晚。特别是一些大型昂贵的复杂产品，根本不能采用这种方法。因为一方面，由于产量很少的大型复杂系统的同类产品的成败记录数据甚少，而在其中又包括了许多碧厥庠因的失效，不属于随机失效，即没有统计的价值，故很难根据很少的数据来推断其可靠性。另一方面，大型复杂系统的可靠性要求极高，如：大型导弹、人造卫星、运载火箭或载人飞行器等，只根据很少的实验数据不可能经过统计推断获得如此高的可靠性。因此，在产品制造之前就笨刂扑的可靠性，即在产品的设计阶段进行可靠性预计。尤其是对大型复杂系统更需要在设计阶段进行可靠性控制，要有定量的指标。在可靠性预计过程中，要依靠经验数据，分析过去同类产品实际达到的可靠性水平时，要对不用阶段的实验结果加以区别，这样可以分析可靠性增长的情况比啡弦雅懦了各种早期故障，产品已进入相对稳定的使用寿命时，其可靠性应达到或接近设计的可靠性水平。预计的结果要尽可能准确，但是当经验数据不足而可靠性要求又很高时，系统可靠性相对关系比绝对数字的准确性就更为重要。可靠性预计可分为基本可靠性预计和任务可靠性预计。基本可靠性预计用于估计由于产品不可靠将导致对维修与后勤保障的要求；任务可靠性预计用于估算产品在执行任务的过程中完成其规定功能的概率。不论采用何种预计方法，所得结果的精度均取决于两个因素：（1）所用模型与实际的符合程度，换句话说，所建立的模型与实际系统越相同，其可靠性预计越准确；（2）模型参数的准确性。因为预计的参数多数为统计数据，产品的实际工作条件与统计条件不尽相同，所以预计结果与真实结果相差了50%—200%都是正常的。但即使是这样，科学的预计仍然有其不可动摇的价值。而可靠性预计的发展方向也便是运用更好的方法将这些偏差尽可能的降低。现今人们常用的预计计算方法一般是数学模型法、上下限法和蒙德卡洛法3种。3者中上下限法对复杂系统，特别是那些难以绘制准确可靠框图的系统尤其适用，同时能保证一定精度。对于一些很复杂的系统，采用数学模型很难得到可靠性的函数表达式。而蒙德卡洛法又仅适用于难以写出概率关系式的复杂系统。此时可以不采用直接推导的办法，而是忽略一些次要因素，用近似的数值来逼近系统可靠度真值，从而使繁琐的过程变的简单。这便是上下限法的基本思想。对一个系统，首先假定系统中非串联部分的可靠度1，从而忽略了它的影响，即第一次简化上限值。然后假设非串联单元不起多余作用，全部作为串联单元处理，即第一次简化下限值。考虑一些非串联单元同时失效对可靠度上限的影响，并以此来修正上述的上限值，使上限值更逼近真值。考虑某些非串联单元失效不引起系统失效的情况，使系统的可靠度下限值提高而接近真值。最后通过综合公式得到近似的系统可靠度。上下限法因为不苟求单元之间是否相互独立，且对各种系统都可以使用，也适用于多种目的和阶段工作的可靠性预计，而且通过许多的实践也证明了其预测精度相当的高。比如美国已经将这种方法用在像阿波狗纱这样复杂系统的可靠性预计上，并且也受到了现实的肯定。计算可靠性另一个重要地方便是对可靠度的分配。如果说可靠性预计是根据系统中最基本单元的可靠度来推测系统可靠性的顺过程，则可靠性分配就是根据系统要求的总指标由上而下规定最基本单元可靠度的逆过程。按照不同的系统类型采用不同的更加符合实际的分配方法来进行分配。比如对于串联系统可采用等分配法、利用预计值的分配法、阿林斯分配法、代数分配法和“努力最小算法”分配法等等。对于可靠性还有很多分析方法，比如失效模式、后果与严重度分析和故障树分析等等许多许多。但可以说没有一个方法会尽善尽美，就好像人类解释不了许多世界的奇观一样，预计本就是一种对未来的猜测，谁也不能像对1只羊加2只羊等于3只羊一样去肯定这种猜测结果，只不过通过一定的推理使得这个结果能接近真实而已。各种不同的方法也是针对典型的模型，一旦模型与现实有偏差，那么这个预测便会存在其不真实性。矛盾的是人们需要越简单的模型来简化问题，如果把整个系统从现实中抽离出来而不加简化，那么根本就没有意义。未来世界也许做不到像神话故事中的穿越时空，也许不会有故事中占卜术的玄妙，但至少我们可以看到，墓对现实系统的分析，采用科学的方法，我们可以将预测变为一种科学。当将来这种科学成熟起来的时候，世界上是不是会少很多很多的灾难与不幸。或许那时人们口中所谓的“很可靠、比较可靠、不可靠”等等，都已经转变成一种定量的描述涵义。总而言之，可靠性设计因为其价值已成为人们越来越重视的一门技术，而对于未来其发展前途也是不可估量的。当代的我们应该将这种技术更多的了解和掌握，不仅仅对现实产品系统的可靠性分析，也要将这种理论用在对自己人生可靠性的分析上。有的人也许一生都是条串联系统，当挫折大于承受力时筛鱿低潮慊岜览！Ｓ械娜嘶蛘呤歉霾⒘系统，永远不在乎跌倒，因为在他的心里，自己永远有条路会畅通着而不堵塞，可是也许到最后才会发现自己已无路可逃……