可靠性的論文

1、工程結構可靠性理論的發(fā)展現狀本文從結構可靠性基本理論、結構體系可靠度、結構可靠度的模擬方法等幾個方面,對結構可靠性理論和應用的國內外研究現狀進行總結,分析了工程結構可靠性理論的發(fā)展現狀,并對其規(guī)范使用提出了建議。工程結構;可靠性理論;發(fā)展現狀作為基本建設的主體,工程結構不僅關系到國計民生,還會影響到一個國家的現代化進程,因此,保證結構在規(guī)定的使用期內能夠承受設計的各種作用,滿足設計要求的各項使用功能,及具有不需過多維護而能保持其自身工作性能的能力是至關重要的,即要保證結構的安全性、適用性和耐久性,這三個方面構成了工程結構可靠性的基本內容。為了實現這些內容,本文總結了幾個方面的理論和方法。1.

2、結構可靠性基本理論與方法1.1 一次二階矩法:按照現行結構可靠度設計統(tǒng)一標準的定義,結構可靠度為結構在規(guī)定的時間內和規(guī)定的條件下完成預定功能的概率。結構可靠性理論的研究,起源于對結構設計、施工和使用過程中存在的不確定性的認識,以及結構設計風險決策理論中計算結構失效概率的需要。早期的可靠度計算方法是只考慮隨機變量平均值和標準差的所謂“二階矩模式”,可靠度用可靠指標表示。對于結果功能函數隨機變量服從正態(tài)分布的情形,在概率密度曲線坐標中,功能函數的平均值為曲線的峰值點到結構功能函數等于0(極限狀態(tài)方程)點的距離,可用標準差的倍數表示,這個倍數就是二階矩模式中的可靠指標。而如果將結構功能函數隨機變量線

3、性變換為一個標準正態(tài)隨機變量,則在新的概率密度曲線坐標中,可靠指標為坐標原點到極限狀態(tài)面的距離。將這一幾何概念進行推廣,提出了結構可靠指標的新定義,將可靠指標定義為標準正態(tài)空間內(隨機變量的平均值為0,標準差為1),坐標原點到極限狀態(tài)曲面的最短距離,原點向曲線垂線的垂足為驗算點。可以很容易的證明,如此定義的可靠指標,也是將非線性功能函數在其驗算點處線性化后的線性函數所對應的二階矩模式的可靠指標。國際上常用的變換方法稱為JC法,國內提出了簡便實用、精度與JC法相差不多的實用分析法。在上面的可靠度分析方法中,無論隨機變量服從正態(tài)分布,還是不服從正態(tài)分布,無論隨機變量是相關的,還是不相關的,都只使用

4、了結構功能函數的一次項(或泰勒展開級數的線性項)和隨機變量(或當量正態(tài)化隨機變量)的前二階矩,因此統(tǒng)稱為一次二階矩方法。為與中心點法相區(qū)別,一般將同時求驗算點的可靠度分析方法稱為驗算點法,有時也稱為改進的一次二階矩方法。1.2 二次二階矩法:如前所述,以標準正態(tài)空間內坐標原點到極限狀態(tài)曲面的最短距離定義的結構可靠指標,所對應的是在驗算點處線性化的極限狀態(tài)方程(或超切平面)的可靠指標,它沒有反映極限狀態(tài)曲面的凹凸性,在極限狀態(tài)方程的非線性程度較高時,誤差較大。BREITUNG在1984年給出一個考慮了極限狀態(tài)曲面在驗算點處主曲率的失效概率漸近計算公式,具體分析時,首先根據計算可靠指標時得到的靈敏

5、系數(或方向余弦)向量,應用GRAM-SCHMIDT標準正交化方法產生正交矩陣,然后對隨機變量進行正交變換(即轉軸),整個計算過程要涉及復雜的矩陣分析和行列式運算。由于計算時考慮了結構極限狀態(tài)方程的二次非線性,故稱為二次二階矩方法。1.3 其他方法:上面介紹的可靠度分析方法,無論是一次方法還是二次方法,都是在標準正態(tài)空間建立的,當隨機變量不服從正態(tài)分布時,要按照前面的方法映射或正態(tài)化為正態(tài)隨機變量。除此之外,還有一種不需要變換而直接進行分析的方法,稱為原始空間內的可靠度分析方法,同樣也包括一次方法和二次方法。在結構可靠度理論的研究中,還提出了同時考慮其他不確定性的可靠度分析方法,如將隨機性與模

6、糊性相結合而形成的模糊可靠度分析方法,考慮隨機變量概率分布參數(如平均值標準差)統(tǒng)計不確定性的可靠度分析方法。將傳統(tǒng)的有限元方法與可靠度方法相結合而形成的隨機有限元方法,是分析大體積結構可靠度的有效方法,等等,在實際工程中,有些變量不僅具有隨機性,而且其隨機性與時間有關,如作用在結構上的可變載荷,這意味著結構的受力狀態(tài)時時在變化,只有當設計基準期內結構每一時刻都處于安全狀態(tài)時,結構才是安全的,因此產生了時變可靠度的概念。2. 工程結構可靠性理論及其應用2.1 結構體系可靠度(1)結構主要失效模式的搜尋:分析結構體系的可靠度,首先要尋找結構可能會出現的各種失效模式。在各種失效模式中,只有失效概率

7、值較大的一部分對結構體系的失效概率有明顯的貢獻,稱為主要失效模式,其他的則可以忽略掉,所以分析中只考慮這些主要的失效模式即可。在這種情況下,尋找結構失效模式的過程也就變?yōu)樗褜ぶ饕Ｊ降倪^程。在找到結構主要的失效模式后,再應用多個失效模式的可靠度計算方法分析結構體系的可靠度。因此,一般而言,結構體系可靠度的分析包括尋找主要失效模式和概率計算兩部分,而在尋找主要失效模式的過程中也要伴隨著大量的概率計算。目前,已提出多種尋找結構主要失效模式的方法,如網絡搜索法、荷載增量法、分支約界法、約界法、截止枚舉法、線性規(guī)劃法及許多其它改進的方法,其中應用較多的是分支約界法。當前尋找結構主要失效模式方法的研

8、究目前仍在進行之中。(2)結構體系失效概率的計算:計算結構體系失效概率,無論是并聯體系還是串聯體系,都可歸結為計算多維正態(tài)概率分布函數值的問題。多維正態(tài)概率分布函數是根據由一次二階矩方法確定的每一個失效模式的可靠指標,及全部失效模式間的線性相關系數建立的,此外,有的文獻通過在線性化的多維極限狀態(tài)方程中引入一個新的正態(tài)隨機變量,將并聯體系可靠度問題轉化為一個極限狀態(tài)方程的構件可靠度問題,這時的極限狀態(tài)方程一般呈高度非線性,要用二次二階矩方法進行求解,也有其他的求解方法及考慮多個功能函數非線性的二次算法。 2.2 結構可靠度的MONLE-CARLO模擬方法:MONLE-CARLO方法是通過隨機模擬

9、來對自然界的客觀現象進行研究的一種方法。MONLE-CARLO方法可以用來分析確定性問題,也可以用來分析不確定性問題。由于結構可靠度所研究的是不確定性事件的度量問題,因此用MONLE-CARLO方法分析結構的可靠度是很自然的,除用于一些復雜情況的可靠度分析外,也常用于各種可靠度近似分析方法計算結果的校核。用MONLE-CARLO方法分析問題首先要產生隨機數,然后再根據隨機變量的概率分布進行隨機抽樣。以往產生隨機數常用的方法有隨機數表法、物理方法,目前則常采用基于數論原理的計算機方法,所得隨機數稱為偽隨機數,其最大特點是產生速度快,具有可重復性。2.3 結構承載能力和正常使用極限狀態(tài)可靠度(1)

10、承載能力極限狀態(tài)可靠度:進行概率極限狀態(tài)設計,首先遇到的是安全標準問題,即設計中應該取多大的可靠度才是合適的。結構安全標準的設置,涉及到經濟、社會、文化、公眾心理和風險分析等多個方面。具體的分析方法有對比法、經濟優(yōu)化法和校準法。目前國際上實際應用的安全標準確定方法基本都是校準法。校準法是通過對現行設計規(guī)范下的結構進行可靠度分析,經綜合調整,來確定未來結構設計(目標)可靠度的。其特點是,對不同破壞后果(經濟損失或社會影響)的(2)正常使用極限狀態(tài)可靠度:在結構設計中,除了要保證結構在極端載荷下的安全性外,還要保證結構在正常使用載荷下具有必要的使用功能,即滿足適應性要求,相應的極限狀態(tài)為正常使用極

11、限狀態(tài)。按統(tǒng)一標準的規(guī)定,正常使用極限狀態(tài)的分析包括變形、局部損壞和振動等。盡管超過正常使用極限狀態(tài)不會造成結構災難性的破壞和損失,但會嚴重影響結構的正常使用。2.4 結構疲勞和抗震可靠度:就承載能力極限狀態(tài)而言,結構有兩種失效形式,一種是首次超越失效,即在設計基準期內,結構的荷載效應只要有一次(自然是第一次)超過結構的抗力,結構就會破壞;另一種是累積損傷失效,即結構的破壞是由于荷載的反復作用,使結構的損傷累積到一定程度而引起的。結構的疲勞破壞和地震作用下的倒塌就屬于這種形式。這里疲勞破壞指的是高周疲勞,結構一般處于低應力水平,保持彈性工作狀態(tài),反復荷載作用次數一般在103以上,一定荷載反復作

12、用次數下結構是否會破壞是不可預知的,需要用概率方法進行分析;地震作用下的破壞指的是低周疲勞,結構一般處于高應力水平(可能會達到材料的屈服強度),進入塑性工作狀態(tài),反復荷載作用次數一般在103以下(甚至幾次、幾十次),結構抗震的概率分析基本是沿著兩條路線發(fā)展的,即以隨機振動理論為基礎的分析方法和以結構抗震設計規(guī)范為基礎的分析方法。2.5 鋼筋混凝土結構施工期和老化期可靠度(1)施工期可靠度:結構施工是將結構的設計方案由圖紙實現為真實結構的過程。結構施工過程中固有的不確定性和復雜性決定了結構性能的千變萬化,是結構施工階段平均風險率較高的一個重要外在原因,而對結構施工過程中材料力學性能研究的不充分,

13、以及施工管理的不善是結構施工期平均風險率較高的內在原因。因此,研究結構施工期可靠度,建立以結構施工期可靠度理論為基礎的結構施工規(guī)范和管理制度,不僅對控制結構施工期的安全性,而且對包含結構使用期和老化期在內的結構生命全過程的安全性都有重要意義。(2)老化期可靠度:鋼筋混凝土結構的老化期是指其性能隨時間不斷降低的階段它與結構的耐久性有著密切的關系。結構老化期的可靠度分析,包括結構老化期的抗力衰減、老化期可靠度分析方法及已有結構可靠度評估。關于老化期荷載的統(tǒng)計參數,如果是設計時考慮結構未來的可靠度變化,則與現行統(tǒng)一標準相同;如果是已有結構的可靠度評估,則需按繼續(xù)使用期進行調整。3. 結語不確定性是工

14、程結構設計、施工和使用中存在的客觀現象,工程結構可靠度作為一種處理和分析工程結構中隨機性的理論和方法,正處在發(fā)展過程中,除了在理論上尚需提出新的問題并不斷深入研究外,在規(guī)范應用中,還需根據工程結構的特點,并考慮以往的工程設計、使用經驗對可靠性設計方法加以論證,逐步改進其中的不完善之處。摘要：可靠性理論和方法是以產品的壽命特征作為主要的研究對象。研究產品的故障模式和故障率的變化特點，并根據故障率函數得出可靠性度量指標是可靠性設計的重要內容；同時產品故障率的不同變化模式還可以指導企業(yè)改進產品設計和優(yōu)選零部件，指導顧客在產品使用過程中如何根據產品的故障發(fā)生特點進行產品的維護和保養(yǎng)工作，以提高寸品的使

15、用可靠性。引言隨著科學技術的進步和產品質量意識的提高，可靠性工程在質量控制中的地位逐漸被企業(yè)認同。同時，顧客對產品可靠性的認識也逐漸趨于理性，顧客在購買產品的同時，對制造商產品可靠性的承諾和可靠性管理工作提出了更多的要求，因此做好可靠性管理將有助于企業(yè)在激烈的市場競爭中獲得一席之地1?？煽啃岳碚摵头椒ㄊ且援a品的壽命特征作為主要的研究對象。研究產品的故障模式和故障率的變化特點，并根據故障率函數得出可靠性度量指標是可靠性設計的重要內容；同時產品故障率的不同變化模式還可以指導企業(yè)改進產品設計和優(yōu)選零部件，指導顧客在產品使用過程中如何根據產品的故障發(fā)生特點進行產品的維護和保養(yǎng)工作，以提高寸品的使用可靠

16、性。1產品故障率變化模式浴盆曲線大多數產品隨著使用時問的變化，故障率的變化模式可分為三個時期，這三個時期綜合反映了產品在整個壽命期的故障特點，有時也稱為浴盆曲線。產品在投入使用初期稱為早期故障期，早期故障期的故障率隨時間的增加而減小，因此又稱遞減型故障率2。在產品投入使用的早期故障率相對較高，隨著使用時間的延長逐漸下降。早期故障往往是由于產品內部材料有缺陷，設計和制造缺陷所致。也有些是由于產品本身性質決定。如某些電子產品的故障率的變化模式就屬于該種類型。產品故障率變化模式的第二個階段為偶然故障期。這一階段產品的故障率可降到一個較低水平，且基本處于平穩(wěn)變化期，又稱恒定故障率。這一階段產品故障主要

17、是由于應力條件隨機變化所致。該階段也是產品的最佳使用時期。第三階段為耗損故障期，隨著時間的變化故障率呈現出迅速上升趨勢，這一階段主耍是由于產品疲勞，磨損和老化造成的(見圖1)。圖 1 浴盆曲線對產品故障模式的研究是可靠性設計和管理的基礎可靠性設計和管理工作的主要任務就是根據產品故障變化規(guī)律，合理沒計可靠性指標，并通過優(yōu)化產品設計、優(yōu)選零部件來實現產品的固有可靠性；在使用過程中根據故障模式的特征采取措施延長產品的使用壽命。國內外可靠性技術的發(fā)展狀況分析摘要：可靠性是指產品、系統(tǒng)在規(guī)定的條件下，規(guī)定的時間內，完成規(guī)定功能的能力。國外以美國為首的日本、德國、英國、俄國等國家的可靠性技術研究都卓有成效

18、，并建立了完善的研究體系和數據。國內可靠性工作發(fā)展迅速，但由于可靠性工作的系統(tǒng)開展起步較晚，水平還普遍低于發(fā)達國家產品的可靠性水平。關鍵字：可靠性 可靠性設計與分析 可靠性數據可靠性是從軍工行業(yè)發(fā)展起來的，第一個有關可靠性的技術文件應追溯到1942年11月，由美國麻省理工學院( MIT ) 放射實驗室對海軍及船舶局提出應成立專門小組來協調電子管的研究工作。AGREE(Advisory Group on Reliability of Electronic Equipment)報告于1957年7月在美國的發(fā)表，標志著可靠性學科的誕生1。從那時起，可靠性技術在40多年的應用和發(fā)展歷程中，經歷了萌生、

19、發(fā)展、成熟的過程，給美國的國防、工業(yè)帶來了莫大的技術進步和難以估計的社會財富?？煽啃允侵府a品、系統(tǒng)在規(guī)定的條件下，規(guī)定的時間內，完成規(guī)定功能的能力2。應用可靠性的領域主要有以下幾個方面：電子元件、設備；飛機；空中交通管理；計算機；武器系統(tǒng)（包括常規(guī)武器與核武器）；汽車；船舶及化工等?？煽啃詳祿沁M行產品可靠性設計、可靠性分析及可靠性增長的數據基礎，所以很多國家十分重視可靠性數據系統(tǒng)的建立?？煽啃栽O計分析技術是系統(tǒng)可靠性工程的關鍵3，是系統(tǒng)維修性、保障性、安全性、測試性工程技術的基礎。可靠性的評價可以使用概率指標或時間指標，這些指標有：可靠度、失效率、平均無故障工作時間、平均失效前時間、有效度等

20、。典型的失效率曲線是浴盆曲線，其分為三個階段：早期失效期、偶然失效期、耗損失效期。早期失效期的失效率為遞減形式，即新產品失效率很高，但經過磨合期，失效率會迅速下降。偶然失效期的失效率為一個平穩(wěn)值，意味著產品進入了一個穩(wěn)定的使用期。耗損失效期的失效率為遞增形式，即產品進入老年期，失效率呈遞增狀態(tài)，產品需要更新。提高可靠性的措施可以是：對元器件進行篩選；對元器件降額使用，使用容錯法設計（使用冗余技術），使用故障診斷技術等。美國是世界上從事可靠性研究最早、范圍最廣、最有成效的國家。原蘇聯、日本、德、英、法等國在美國之后也積極開展了可靠性工作，并取得了不少進展。國外的電氣公司與各種國際機構（如IEE、

21、IEEE等)中，可靠性工作都很受重視，一些著名的電氣公司都設有可靠性管理部門或設有專職的可靠性工程師。有些產品已規(guī)定了可靠性指標，有些產品雖還未規(guī)定可靠性指標，但在公司內部已經開展了可靠性研究工作，產品可靠性的高低已成為國外各公司間競爭的重要手段。在國內，可靠性工作的系統(tǒng)開展起步較晚，但在大量借鑒了國外的高水平相關技術的基礎上，可靠性工作得以迅速發(fā)展。從20世紀70年代至今，我國電工產品可靠性研究在電力電子、電機、變壓器、電器與繼電保護裝置等領域均做了不少工作，但由于我國電器產品可靠性工作起步較晚，不少電器產品還未開展可靠性研究與考核工作，在新產品開發(fā)時尚未認真開展可靠性設計與可靠性制造，不能

22、將電器產品的性能設計與可靠性設計進行有機結合，特別是我國電器行業(yè)的很多企業(yè)對可靠性工作還重視不夠，可靠性工作尚未全面開展，我國電器產品的可靠性水平還普遍低于發(fā)達國家產品的可靠性水平。參考文獻1 閆立. 可靠性技術的應用與發(fā)展J. 環(huán)境技術，2003.3:2630.2 吳躍，陳曉彤.產品可靠性分析技術J. 家電科技，2004.8:5053.3 William E.Feero,Douglas C.Dawson,John Stevens. Consortium for Electric Reliability Technology Solutions. White Paper on Protecti

23、on Issues of The MicroGrid Concept. 2002,5.2浴盆曲線的不同階段可靠性設計和管理工作2.1早期故障期2.1.1可靠度指標的分析針對早期故障率的變化特點，可以用威布爾分布來描述故障率的變化趨勢。威布爾分布是應用非常廣泛的連續(xù)型分布。它的分布密度函數(見圖2)。圖 2 密度函數威布爾分布的概率密度函數為：當m<10時，概率密度函數為遞減函數。暗示著早期故障。此時產品的可靠度為： 其中m為威布爾分布的形狀參數，可以根據產品的歷史故障數據和經驗數據來假定，n值可根據m值推導得出。對于電子系統(tǒng)和機械系統(tǒng)在最初使用時往往會有較高的故障率，也可以使用威布爾分布

24、來分析產品的可靠度。為提高產品這一階段的可靠性，企業(yè)往往在出廠前進行驗收試驗、環(huán)境應力篩選試驗，以消除早期故障。2.1.2可靠性設計和可靠性管理如何減少早期故障或縮短早期故障期是生產企業(yè)必須考慮的一個問題。常用的措施有：優(yōu)化產品設計，優(yōu)選零部件，減少故障機率，提高標準化和模塊化設計。由于新產品新技術的出現，產品的技術復雜程度逐漸加大，生產的技術成熟度降低，這些都會影響著產品的質量和可靠性，如果新產品中引入一些標準化設計或成熟的模塊化設計，將有利于產品的穩(wěn)定性和可靠性的提高3。2.2偶然故障期的可靠性設計和可靠性管理2.2.1壽命分布函數的確定和可靠度的分析偶然故障期產品故障率的變化為一常數，而

25、且故障率相對較低。通常使用指數分布建立產品故障時間的數學模型。如圖3所示。圖 3 指數分布指數分布的概率密度函數為：其中x為偶然故障期的故障率，產品的可靠性函數為：在生產實踐中可以通過試驗數據估計產品偶然故障期的故障率。2.2.2可靠性設計和可靠性管理在這一階段，產品在早期的故障已排除，可靠性的變化趨于穩(wěn)定，這一時期是產品的最佳使用期主要目的是在適宜的使用成本下盡可能延長使用壽命期。在使用過程中通過產品的臺理維護和保養(yǎng)，合理安排設備的維修時機，以延長產品的使用壽命，減少產品的故障率。但是產品使用壽命的長短還是很大程度上取決于出廠時的固有可靠性，因此要想提高產品的可靠性還是要從根本上改進設計，改

26、進固有可靠性指標。2.3耗損故障期的可靠性設計和可靠性管理耗損故障期產品進入老化期，產品故障率呈現遞增型且有迅速上升趨勢。針對耗損故障的原因，應該注意檢查、監(jiān)控、預測耗損開始的時間，提前維修，使故障率呈穩(wěn)定變化趨勢4。但這一階段可靠性改進成本較大，可以通過產品的技術改造和零部件的更換提高產品的可靠性。如果成本過高，產品不宜繼續(xù)使用。 這一階段因故障率呈現上升的趨勢，正好與正態(tài)分布的特征相符，有些產品可靠度函數的分析可以使用正態(tài)分布。參考文獻：於國平、魏學進、李海軍 物探裝備 2003.12機械設備故障規(guī)律及狀態(tài)管理和檢測方法包帥善 汽車故障的規(guī)律和模式王進才、孫中泉、王連生 電子產品可靠性與環(huán)

27、境試驗2000.10 第五期 失效率曲線的分析與新修正模型的建立史保華.微電子器件可靠性M.西安：西安電子科技大學出版社，1999.149-155. 可靠性理論簡介及其在客車設計方面的應用可靠性理論及應用是以產品的壽命特征作為主要研究對象的一門新興的邊緣性學科，它涉及到基礎科學、技術科學和管理科學的許多領域，其推廣和應用已給企業(yè)和社會帶來了巨大的經濟效益。產品的可靠性已成為衡量產品質量的重要指標之一。近年來，世界各發(fā)達國家已把可靠性技術和全面質量管理緊密地結合起來，有力地提高了產品可靠性水平。本文首先簡單介紹可靠性理論的歷史和發(fā)展以及現狀，再結合我國客車設計生產方面介紹可靠性理論的具體應用。一

28、.可靠性的發(fā)展概況可靠性工程的誕生可以追溯到20世紀40年代，即第二次世界大戰(zhàn)期間。當時，由于戰(zhàn)爭的需要，迫切要求對飛機、火箭及電子設備的可靠性進行研究。最早提出可靠性理論的是德國的科學技術人員，德國在V1火箭的研制中，提出了火箭系統(tǒng)的可靠性等于所有元器件可靠度乘積的理論，即把小樣本問題轉化為大樣本問題進行研究。到了20世紀50年代初期，美國為了發(fā)展軍事的需要，投入了大量的人力、物力對可靠性進行研究。美國先后成立了“電子設備可靠性專門委員會”、“電子設備可靠性顧問委員會”(AGUE)等研究可靠性問題的專門機構o 1957年6月4日，美國的“電子設備可靠性顧問委員會”發(fā)布了軍用電子設備可靠性報告

29、。這就是著名的“AGUE”報告。這一報告提出了可靠性是可建立的可分配的及可驗證的，從而為可靠性學科的發(fā)展提出了初步框架?！癆GUE"報告是美國可靠性工程學發(fā)展的奠基性文件。20世紀50年代，前蘇聯為了保證人造地球衛(wèi)星發(fā)射與飛行的可靠性，開始了可靠性的研究工作。同時，為了解決作戰(zhàn)對導彈可靠性的要求，一些國家也先后開展了對可靠性的研究與應用。1961年，原蘇聯發(fā)射第一艘有人駕駛的宇宙飛船時，宇航員對宇宙飛船安全飛行和安全返回地面的可靠性提出了0.999的概率的要求，可靠性研究人員把宇宙飛船系統(tǒng)的可靠性轉化為各元器件的可靠性進行研究，取得了成功，滿足了宇航員對宇宙飛船系統(tǒng)提出的可靠性要求。

30、20世紀60年代是美國航空航天事業(yè)迅速發(fā)展的時期。美國“國家航空航天管理局”(NASA)和美國國防部接受并發(fā)展了20世紀50年代由“AGUE”發(fā)展起來的可靠性設計及實驗方案。與此同時，計算機硬件也從晶體管到集成電路，并朝著超大規(guī)模集成(VLSI)方向發(fā)展，計算機的進步主要源于硬件的進步，那時軟件的重要性還不顯著。20世紀70年代，各種各樣的電子設備或系統(tǒng)廣泛應用于各科學技術領域、工業(yè)生產部門以及人們的日常生活中。電子設備的可靠性直接影響著生產的效率、系統(tǒng)、設備以及人們的生命安全，對可靠性問題的研究顯得日益重要。20世紀70年代由于我國國家重點工程的需要(元器件的可靠性問題)，以及消費者的強烈要

31、求(電視機的質量問題)，對各行各業(yè)開展可靠性的研究起到了巨大的推動作用。從1973年起，原國防科工委和原四機部為了解決國家重點工程元器件的可靠性問題，多次召開有關提高可靠性的工作會議于1978年提出電子產品可靠性“七?！辟|量控制與反饋科學實驗計劃，并組織實施。經過10年努力，使軍用元器件可靠性提高了兩個數量級，保證了運載火箭、通信衛(wèi)星的連續(xù)發(fā)射成功和海底通信電纜的長期正常運行。20世紀80年代，可靠性研究繼續(xù)朝廣度和深度發(fā)展，中心內容是實現可靠性保證。1985年，美國軍方提出在2000年實現“可靠性加倍，維修時間減半”這一新的目標，并已開始實施。20世紀80年代初，我國掀起了電子行業(yè)可靠性工程

32、和管理的第一個高潮。20世紀90年代初，原機械電子工業(yè)部提出了“以科技為先導，以質量為主線”，沿著管起來一控制好一上水平的發(fā)展模式開展可靠性工作，興起了我國第二次可靠性工作的高潮，取得了較大的成績。進入20世紀90年代后，由于軟件可靠性問題的重要性更加突出和軟件可靠性工程實踐范疇的不斷拓展，軟件可靠性逐漸成為軟件開發(fā)者需要考慮的重要因素，軟件可靠性工程在軟件工程領域逐漸取得相對獨立的地位，并成為一個生機勃勃的分支。我國可靠性工程雖發(fā)展快，但應該看到，目前與發(fā)達國家相比，還有很大差距。為盡快改變我國可靠性工作落后的局面，各級領導和各類人員應盡快從認識上轉變觀念，樹立當代質量觀，“以質量求生存，求

33、發(fā)展”。把產品性能和可靠性同等看待，這是推動可靠性發(fā)展的關鍵。與此同時，要有效的推動可靠性工程，應將可靠性理論研究成果和可靠性工程技術應用于可靠性工程實踐中，把對產品的可靠性要求納入產品指標體系，并要有相應的考核要求和辦法。二 .可靠性的重要意義對于產品來說，可靠性問題和人身安全、經濟效益密切相關。因此，研究產品的可靠性問題，顯得十分重要，非常迫切。提高產品的可靠性有以下幾方面的重要意義。(1).提高產品的可靠性，可以防止故障和事故的發(fā)生，尤其是避免災難性的事故發(fā)生，從而保證人民生命財產安全。(2).提高產品的可靠性，能使產品總的費用降低。(3).提高產品的可靠性，可以減少停機時間，提高產品可

34、用率。(4).對于企業(yè)來講，提高產品的可靠性，可以改善企業(yè)信譽，增強競爭力，擴大產品銷路，從而提高經濟效益。(5).提高產品的可靠性，可以減少產品責任賠償案件的發(fā)生，以及其他處理產品事故費用的支出，避免不必要的經濟損失。三可靠性理論在客車設計生產方面的應用客車是一個非常復雜的系統(tǒng),由上萬個零部件組成,其運行工況、使用條件、承載負荷也變化多端,這就使得客車的可靠性問題成為一個非常突出的、復雜的問題,也使得可靠性問題成為客車產品的老大難問題。為了較好地解決這個問題,一方面要加強新產品的可靠性試驗工作,更重要的是要根據可靠性理論及技術、根據所積累的可靠性設計、制造經驗和試驗數據來對客車的各個系統(tǒng)分析

35、進行可靠性研究,從而對新產品各個系統(tǒng)的可靠性設計、制造提供指導作用,將有關可靠性問題消滅在設計階段,提高整車的設計可靠性,提高產品質量,節(jié)約費用,縮短產品開發(fā)周期。汽車工業(yè)發(fā)達國家,非常重視可靠性理論及技術的應用工作。他們宏觀上研究了客車的可靠性分配方法及原則,微觀上研究了齒輪傳動變速箱主要零件的可靠度、分配系數以及變速箱總成的可靠度及其最優(yōu)解;定量研究了客車空氣彈簧懸架系統(tǒng)主要元件的功能重要性、經驗可靠性等級、修理接近性、修理可能性、元件價值,并應用系統(tǒng)可靠性的串、并聯方塊圖,研究了系統(tǒng)的可靠度與客車行駛車速的關系;應用混合環(huán)境的可靠性試驗方法CERT研究了客車電氣附件的可靠性。通過精細的試

36、驗程序、合理增加實現加速的因素(包括溫度、振動、電負荷等)建立了試驗室快速試驗與室外實際壽命之間的關系。除此之外,他們還對發(fā)動機、離合器、前后橋等都進行過專門的可靠性研究。我國客車行業(yè)在這方面的應用主要是定性分析和少量定量分析,對客車制動操縱系統(tǒng)、離合器操縱系統(tǒng)、轉向系統(tǒng)等的可靠性進行過初步研究。試驗研究方面,除了新車可靠性試驗外,幾乎未對某一總成或零部件進行過專門的可靠性試驗。雖然客車可靠性直接依賴于底盤的可靠性,但對大多數客車廠家來說,底盤是外購件,絕大部分自制件都在車身上,而客車骨架又是最重要的、最大的自制件。要想客車有高的可靠性,除了選用高可靠性的底盤及車身附件外,車身自制件的可靠性也

37、非常重要,而這一部分的可靠性控制權恰恰掌握在客車廠家自己手里。因此,這里重點討論一下客車骨架可靠性研究的重要性及迫切性。1.客車骨架可靠性現狀客車骨架是客車中的重要總成,是車身的基礎, 它不僅起著固定車身內外護板、車身附件的作用,還起著承載、保護乘客生存空間的安全作用。雖然客車行業(yè)經過30多年的發(fā)展,通過采取應力測量和有限元計算分析等措施,客車骨架結構的剛度、強度及其合理性都有所提高,對提高客車的可靠性和壽命起到了一定的促進作用,但效果還不理想。在公路上,可以時不時地發(fā)現成色還比較新的客車的骨架的某些部位(如門角、窗角等)出現早期開裂;從有關客車大修廠統(tǒng)計的資料看,客車大修是以車身作為主要送修

38、標志,車身的大修工時占整車的60%以上,其中又以車身骨架為主。車身骨架主要是出現斷裂、變形、銹蝕等早期失效形式?？梢娍蛙嚬羌艿目煽啃圆⒉粯酚^,也在很大程度上影響了整車的可靠性。2. 開展客車骨架可靠性研究的重要性及迫切性要提高客車骨架的可靠性,就要系統(tǒng)地、綜合地從理論上及試驗方面來研究其可靠性,弄清影響可靠性的關鍵、重要構件及其影響因素。因為客車的運行環(huán)境十分惡劣,引起骨架損傷的原因十分復雜,除了結構的合理性及構件本身的剛度、強度外,還有鋼材質量、焊接質量、防銹防蝕質量等因素。在同等條件下,乘客愿意挑選可靠性高的客車乘坐;對客運企業(yè),在同樣、甚至稍高價格的水平上,寧愿購買同類車型中可靠性高的產

39、品,以吸引乘客并減少停駛和維修損失,提高運輸經濟效益?？梢哉f,客車的可靠性決定了它的生命力,也決定了客車企業(yè)的存亡興衰,廣大客車企業(yè)都迫切希望能盡快提高其客車產品的可靠性,從而提高其社會經濟效益。客車骨架的可靠性嚴重影響到整車的可靠性。通過對客車骨架可靠性的研究,可以弄清其主要影響因素及各影響因素的影響程度,特別是可以弄清骨架剛度、強度與骨架可靠性之間的數量關系,為高可靠性的骨架結構的設計和制造提供技術指導,同時也為客車整車的可靠性研究積累有關數據和資料。我國僅交通系統(tǒng)就有40多家客車企業(yè),再加上其他系統(tǒng)的,至少也有100家以上。以目前情況來看,有骨架的大、中、輕型客車年產銷量在4萬輛左右,每

40、年的客車新產品開發(fā)在200種以上。由此可見,開展客車骨架可靠性的研究勢在必行,刻不容緩,對我國廣大客車企業(yè)和整個客車行業(yè)來說,具有非常重要的現實意義和歷史意義。四總結應用可靠性理論及技術,能夠設計、制造出可靠性高、壽命長、維修性好而自重又輕的汽車客車產品,對提高企業(yè)的聲譽、市場競爭能力和社會經濟效益起著舉足輕重的作用。但汽車客車產品的可靠性研究是一項長期的、復雜的、艱苦的工作。它不僅需要數學理論分析,更需要加速試驗分析;不僅需要科研部門、設計生產部門重視,更需要運輸企業(yè)和維修廠家的緊密配合。我們只有靜下心來,踏踏實實地走科研與生產相結合的道路,才能避免紙上談兵,才能研究出實用的、行之有效的可靠

41、性工程方法,為提高企業(yè)的產品可靠性質量、社會經濟效益提供技術支持?？煽啃栽O計論文在工程上，一般所說的可靠度，指的就是結構可信賴或可信任的程度。工程結構中的可靠度可表示為能承受在正常施工和正常使用時，可能出現的各種作用；在正常使用時，具有良好的作用性能；在正常維修和保護下，具有足夠的耐久性能：在偶然事件（如地震，爆炸，撞擊等）發(fā)生實際發(fā)生后，仍能保持所需的整體穩(wěn)定性。度量結構可靠性的數量指標稱為結構可靠度即為：結構在規(guī)定的時間內，在規(guī)定的條件下，完成預定功能的概率。關于可靠性設計的方法發(fā)展經歷傳統(tǒng)設計和概率設計。在材料力學及彈性力學方法發(fā)展以后，早期的結構設計方法是許用應力法。他設計材料為均勻彈

42、性體，分析結構上所受到的載荷作用，用結構理學或材料力學的方法算出結構應力分布，確定危險點上的工作應力之；再根據經驗及統(tǒng)計資料確定許用應力；設計時保證最帶應力不超過材料的許用應力，這成為強度判據，它滿足了結構的強度要求，因而認為結構在工作不會破壞?？紤]到工作中的各種不確定因素，又許用應力乘以安全系數后，就得出了結構強度，確定結構的規(guī)格尺寸。這種方法稱為傳統(tǒng)設計法或靜強度決定論法。以往的結構設計均采用此法。設計時，作用于結構上的載荷以及結構的承載能力，均用定制，若游動載荷作用于結構上時，將動載換算成靜載進行計算。近年來，力學分析考慮了材料的非線性，應用電子數字計算機來進行復雜的力學計算，結構式驗方面也更趨完善和精確，因而發(fā)展了動強度決定論方法。有些結構，其所承受的荷載，諸如陣風載荷，震動載荷，波浪作用等，會隨時間而很快的發(fā)