可靠性工程簡介

一，可靠性技術(shù)發(fā)展的歷史，現(xiàn)狀及趨勢可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力?？煽啃杂挚煞譃閮煞N：一種是固有可靠性，是指產(chǎn)品在設計、制造過程中，產(chǎn)品對象已經(jīng)賦予的固有屬性，這部分的可靠性是在產(chǎn)品在設計開發(fā)時可以控制的；一種是使用可靠性，是指產(chǎn)品在實際使用過程中表現(xiàn)出來的可靠性，除了固有可選性的影響因素外，還需要考慮產(chǎn)品安裝、操作使用、維修保障等各方面因素的影響?？煽啃院唾|(zhì)量不可分離，其前身是伴隨著兵器的發(fā)展而誕生和發(fā)展。在公元前26世紀的冷兵器時期，到1703年英法兩國完全取消長矛為止，前后經(jīng)歷了4000年發(fā)展成長的漫長過程中，人類已經(jīng)對當時所制作的石兵器進行了簡單檢驗。在殷商時代已有的文字記載中，就有關于生產(chǎn)狀況和產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)督和檢驗，對質(zhì)量和可靠性方面已有了樸素的認識。熱兵器的成熟期在國際上二戰(zhàn)時期德國使用火箭和美國使用原子彈為標志。當時，德國發(fā)射的火箭不可靠及美國的航空無線電設備不能正常工作。德國使用V-2火箭襲擊倫敦，有80枚火箭沒有起飛就爆炸，還有的火箭沒有到達目的地就墜落；美國當時的航空無線電設備有60%不能正常工作，其電子設備在規(guī)定的使用期限內(nèi)僅有30%的時間能有效工作。二戰(zhàn)期間，因可靠性引起的飛機損失慘重，損失飛機2100架，是被擊落飛機的1.5倍。其實，與可靠性有關的數(shù)學基礎理論很早就發(fā)展起來了?？煽啃宰钪饕睦碚摶A概率論早在17世紀初就逐步確立；另一主要基礎理論數(shù)理統(tǒng)計學在20世紀30年代初期也得到了迅速發(fā)展；作為與工程實踐的結(jié)合，除了三、四十年代提出的機械維修概率、長途電話強度的概率分布、更新理論、試件疲勞與極限理論的關系外，1939年瑞典人威布爾為了描述材料的疲勞強度而提出了威布爾分布，后來成為可靠性最常用的分布之一。德國的V-1火箭是第一個運用系統(tǒng)可靠性理論計算的飛行器。德國在研制V-1火箭后期，提出用串聯(lián)系統(tǒng)理論，得出火箭系統(tǒng)可靠度等于所有元器件、零部件乘積的結(jié)論。根據(jù)可選性乘積定律，計算出該火箭可靠度為0.75。而電子管的可選性太差是導致美國航空無線電設備可靠性問題的最大因素。于是美國在1943年成立成立電子管研究委員會，專門研究電子管的可靠性問題。所以，二十世紀四十年代被認為是可靠性萌芽時期。到了20世紀中期，是可靠性興起和形成的重要時期。為了解決電子設備和復雜導彈系統(tǒng)的可靠性問題，美國展開了有組織的可靠性研究。其間，在可靠性領域最有影響力的事件是1952年成立的電子設備可靠性咨詢小組（AGREE），它是由美國國防部成立的一個由軍方、工業(yè)領域和學術(shù)領域三方共同組成的、在可靠性設計、試驗及管理的程序及方法上有所推動的、并確定了美國可靠性工程發(fā)展方向的組織。AGREE組織在1955年開始制訂和實施從設計、試驗、生產(chǎn)到交付、儲存和使用的全面的可靠性計劃，并在1957年發(fā)表了《軍用電子設備可靠性》的研究報告，從9方面全面闡述可靠性的設計、試驗、管理的程序和方法，成為可靠性發(fā)展的奠基性文件。這個組織的成立和這份報告的出現(xiàn)，也標志著可靠性學科發(fā)展的重要里程碑，此時，它已經(jīng)成為一門真正的獨立的學科?？煽啃怨こ倘姘l(fā)展的階段是在此后的十多年一20世紀60年代。隨著可靠性學科的全面發(fā)展，其研究已經(jīng)從電子、航空、宇航、核能等尖端工業(yè)部門擴展到電機與電力系統(tǒng)、機械設備、動力、土木建筑、冶金、化工等部門。在這十年中，美國先后開發(fā)出戰(zhàn)斗機、坦克、導彈、宇宙飛船等裝備，都是按照1957年AGREE報告中提出的、被美國國防部和國家航空航天局認可的一整套可靠性設計、試驗和管理的程序和方法進行設計開發(fā)的。此設計試驗管理程序和方法在新產(chǎn)品的研制中得到廣泛應用并發(fā)展、檢驗，逐漸形成一套比較完善的可靠性設計、試驗和管理標準。此時，已經(jīng)形成了針對不同產(chǎn)品制訂的較完善的可靠性大綱，并定量規(guī)定了可靠性要求，可進行可靠性分配和預測。在理論上，有了故障模式及影響分析（FMEA）和故障樹分析（FTA）。在設計理念上，采用了余度設計，并進行可靠性試驗、驗收試驗和老練試驗，在管理上對產(chǎn)品進行可靠性評審，使裝備可靠性提升明顯。美國的可靠性研究使其在軍事、宇航領域裝備可靠性大大增加。在此十年期間，許多其他工業(yè)發(fā)達國家，如日本、蘇聯(lián)等國家也相繼對可靠性理論、試驗和管理方法進行研究，并推動可靠性分析向刖邁進。二十世紀七十年代，可靠性理論與實踐的發(fā)展進入了成熟的應用階段。世界先進國家都在可靠性方面有所應用。例如美國建立集中統(tǒng)一的可靠性管理機構(gòu)，負責組織、協(xié)調(diào)可靠性政策、標準、手冊和重大研究課題，成立全國數(shù)據(jù)網(wǎng)，加強政府與工業(yè)部門間的技術(shù)信息交流，并制定了完善的可選性設計、試驗及管理的方法和程序。在項目設計上，從一開始設計對象的型號論證開始，就強調(diào)可靠性設計，在設計制造過程中，通過加強對元器件的控制，強調(diào)環(huán)境應力篩選、可靠性增長試驗和綜合環(huán)境應力可靠性試驗等來提高設計對象的可靠性。八十年代開始，可靠性一直向更深更廣的方向發(fā)展。在技術(shù)上深入開展軟件可靠性、機械可靠性、光電器件可靠性和微電子器件可靠性的研究，全面推廣計算機輔助設計技術(shù)在可靠性領域的應用，采用模塊化、綜合化和如超高速集成電路等可靠性高的新技術(shù)來提高設計對象的可靠性?？煽啃栽谑澜绲靡云毡閼煤桶l(fā)展。到了二十世紀九十年代，可靠性在向著綜合化、自動化、系統(tǒng)化和智能化的方向發(fā)展。綜合化是指統(tǒng)一的功能綜合設計而不是分立單元的組合疊加，以提高系統(tǒng)的信息綜合利用和資源共享能力。自動化是指設計對象具有功能的一定自動執(zhí)行能力，可提高產(chǎn)品在使用過程中的可靠性。系統(tǒng)化是指研究對象要能構(gòu)成有機體系，發(fā)揮單個對象不能發(fā)揮的整體效能。智能化將計算技術(shù)引入，采用例如人工智能等先進技術(shù)，提高產(chǎn)品系統(tǒng)的可靠性和維修性?？煽啃园l(fā)展也是在從單一領域的研究發(fā)展到結(jié)合各個學科門類中相應的研究，形成多學科交叉滲透。上世紀四十年代初期到六十年代末期，是結(jié)構(gòu)可靠性理論發(fā)展的主要時期；六十年代到八十年代，是結(jié)構(gòu)可靠性理論得到了發(fā)展并已較為成熟的時代。結(jié)構(gòu)可靠性理論是涉及多學科并與工程應用有密切關系的學科，對結(jié)構(gòu)設計能否符合安全可靠、耐久適用、經(jīng)濟合理、技術(shù)先進、確保質(zhì)量的要求，起著重要的作用。它運用了概率論、數(shù)理統(tǒng)計、隨機過程等數(shù)學方法處理工程結(jié)構(gòu)中的隨機性問題，以應力-強度分布干涉理論為基礎，涉及到結(jié)構(gòu)隨機可靠度的基本概念、原理和相關基本算法，如今可靠性理論與優(yōu)化理論結(jié)合的可靠性優(yōu)化技術(shù)已成功應用在結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品設計中，并產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟和社會效益。九十年代，人可靠性分析方法的研究趨于活躍，許多學者將人工智能、隨機模擬、心理學、認知工程學、神經(jīng)網(wǎng)絡、信息論、突變論、模糊集合論等學科的思想應用到人可靠性分析中，出現(xiàn)了人可靠性心理模型、人可靠性分析綜合認知模型、人模糊可靠性模型、人機系統(tǒng)人失誤率評估的動態(tài)可靠性技術(shù)以及計算機輔助人可靠性分析等?？煽啃栽陔娏ο到y(tǒng)中也得以廣泛應用，目刖的研究幾乎涉及到電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、配電等各方面，可靠性分析也正逐步成為電力系統(tǒng)規(guī)劃、決策的一項重要的輔助工具。在電子領域，現(xiàn)有的絕大多數(shù)可靠性數(shù)學模型和研究方法是以電子產(chǎn)品為最初對象產(chǎn)生和發(fā)展起來的，所以目刖對電子產(chǎn)品的可靠性研究不論從可靠性建模理論、可靠性設計方法、失效機理分析、可靠性試驗技術(shù)及數(shù)據(jù)統(tǒng)計方式等均已趨向成熟。另外，在機械、汽車、電力等領域，可靠性也發(fā)揮著不可替代的作用?？煽啃猿蔀橐婚T獨立的學科僅僅四十多年，已經(jīng)取得了很大的成就，但其在發(fā)展研究上也有亟待解決的問題。首先，目前對電子產(chǎn)品的可靠性研究已較成熟，對機械系統(tǒng)的可靠性研究要晚，由于機械零件的失效模式和電子元件相比有很大差別，機械系統(tǒng)的構(gòu)成也不同于電子系統(tǒng)，機械系統(tǒng)的受載方式更為復雜，其失效的影響因素也更為多樣，至今還沒有數(shù)學模型和分析方法可直接用于機械系統(tǒng)進行可靠性研究。目前應用于機械系統(tǒng)的可靠性分析方法基本沿用以電子元件或設備為對象總結(jié)出來的可靠性方法，這就有可能導致對機械系統(tǒng)的可靠性分析與設計走入誤區(qū)。其次，如何在小樣本條件下確定系統(tǒng)的可靠性參數(shù)是一個迫切需要解決的問題。最后，常規(guī)的可靠性理論是在二態(tài)假設和概率假設基礎上建立的，但在可靠性工程實際中,很難滿足上述兩個基本假設，用常規(guī)可靠性理論進行系統(tǒng)評價并不能完全反映實際情況?？傊?，系統(tǒng)可靠性從誕生、發(fā)展到應用已經(jīng)逐步向著各學科滲透，但在現(xiàn)代科技飛速發(fā)展的時期，系統(tǒng)可靠性在理論和研究模式上還有欠缺，需要結(jié)合其他理論如模糊理論、人工智能等，使可靠性理論、試驗和管理能夠更成熟、更完善。二， 可靠性技術(shù)研究的重要意義，舉例說明1.產(chǎn)品的可靠性與企業(yè)的生命、國家的安全中國兩彈一星成功的經(jīng)驗一一可靠性二戰(zhàn)中美軍空軍飛機由于技術(shù)故障造成的事故高于被擊落的損失1979年3月28日美國三漓島核電站發(fā)生放射性物質(zhì)泄涵1984年12月美國聯(lián)合碳化物公司（印度）農(nóng)藥廠毒氣泄漏事故5.1986年4月蘇聯(lián)切爾諾貝里核電站發(fā)生爆炸2）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復雜化要求有很高的可靠性1.美國：F-105戰(zhàn)斗機，投資2500萬美元，可靠度從0.7263提高到0.8986，每年節(jié)省維修費用5400萬3） 產(chǎn)品更新速度的加快，使用場所的廣泛性、嚴酷性要求有很高的可靠性1986年1月28日美國航天飛機“挑戰(zhàn)者”號，在發(fā)射后進入軌道前，因助推火箭燃料箱密封裝置在低溫下失效，使燃料溢出發(fā)生爆炸——7人死亡，12億美元損失。4） 產(chǎn)品競爭的焦點是可靠性日本：將可靠性作為企業(yè)的主要奮斗目標2美國：認為世界產(chǎn)品競爭的焦點是可靠性習3.蘇聯(lián)：將可靠性納入25年發(fā)展規(guī)劃某越野車可靠性對比試驗：9臺國產(chǎn)車，3臺奔馳車無故障運行里程：國產(chǎn)車：380km—880km；進口車：28000km。5） 大型產(chǎn)品的可靠性是一個企業(yè)、一個國家科技水平的重要標志1969，美國阿波羅飛船登月成功，美國宇航局將可靠性工程列為三大技術(shù)成就之一。山峽工程大壩合攏時，使用的全部車輛為進口產(chǎn)品?！吧裰?號”飛船成功的關鍵是解決了可靠性工程，其可靠性指標達到0.97，航天員安全性指標達到0.997.，三，可靠性與安全性可靠性就是產(chǎn)品在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內(nèi)不出現(xiàn)故障或者能夠保持正常工作的概率，也就是說可靠性高的產(chǎn)品出現(xiàn)故障的機率小點，平均運行時間長點。安全性技術(shù)，就我的理解是人們應用世界的普遍規(guī)律和客觀真理來保證人類社會中各種活動、事件不對人類或者自然界造成傷害的技術(shù)。其次，可靠性技術(shù)和安全性技術(shù)它們各自使用的領域也是不同的，據(jù)我所知，可靠性工程是一門探“因”究“理”：分析出事情（故障）發(fā)生原因及機理并保證產(chǎn)品或系統(tǒng)不出故障和盡量少出故障的技術(shù)。而安全性技術(shù)是研究怎樣避免人的傷亡的技術(shù)。再次，產(chǎn)品或系統(tǒng)具有可靠性是其能夠安全運行的基礎和前提，但是可靠性解決的是盡量避免安全事故的發(fā)生和強“質(zhì)”保“安”，提高產(chǎn)品質(zhì)量，盡可能保障產(chǎn)品安全性，它并不能徹底的