可靠性设计-概述和基本理论
可靠性理论和方法在机械设计中的应用
可靠性理论和方法在机械设计中的应用简介可靠性是指系统或产品在规定条件和时间内能够正常运行的能力。
在机械设计中，可靠性是一个重要的指标，因为机器的可靠性不仅影响产品质量，而且也影响企业的竞争力和市场份额。
因此，采用可靠性理论和方法对机械设计进行可靠性评估和分析是非常必要的。
可靠性理论可靠性理论是研究机器或系统可靠性的一门学科。
常用的可靠性理论有可靠性分析方法和可靠性模型。
可靠性分析方法可靠性分析方法是将机器或系统划分为若干功能单元，并对每个单元进行可靠性分析，从而分析整个机器或系统的可靠性。
通常采用FMEA（故障模式与影响分析法）对单元进行分析，确定每个单元的故障模式和影响，并制定措施来预防或减少故障。
可靠性模型可靠性模型是用来描述机器或系统的可靠性特性的数学模型。
常用的可靠性模型有三参数Weibull分布、指数分布和对数-正态分布等。
这些模型可以用来预测机器或系统的故障概率和寿命等指标。
可靠性方法可靠性方法包括寿命测试和质量控制。
寿命测试寿命测试是对机器或系统进行实验、观察等方法进行测试评估。
其目的是确定机器或系统的平均故障时间、失效模式、失效概率等，为机械设计提供实际数据参考。
质量控制质量控制是通过对机器或系统的开发和生产过程进行控制，以保证产品的质量，减少故障率。
常用的质量控制方法有质量保证、TQC（全面质量管理法）、SPC（统计质量控制法）等。
可靠性在机械设计中的应用零部件设计在机械设计中，零部件可靠性设计是保证机器可靠性的关键之一。
采用可靠性工程方法进行零部件的设计，可以从零部件的材料、加工工艺、性能测试等方面来提高零部件的可靠性，并从统计的角度进行风险评估。
机械结构设计机械结构设计是机械设计的重要环节，也是可靠性工程的重要应用领域。
通过结构分析和有限元分析等手段，对机械结构进行可靠性设计和优化，从而提高机械产品的可靠性和耐久性。
故障分析机械产品发生故障后，采用可靠性工程方法进行故障分析，可以找出故障的原因，从而制定有效的措施使产品的可靠性得到改进和提高。
可靠性工程
分布函数 ：设X为随机变量，对任意实数χ，则称函数 F （χ）=P{X≤χ} 为随机变量X的分布函数。
二、可靠性统计基础知识
可靠性统计基础知识
1. 概率基础知识 2. 随机变量及其分布 3. 统计基础知识 4. 参数估计 5. 假设检验
1、概率基础知识
随机事件及其概率
随机实验:满足下列三个条件的试验称为随机试验； （1）试验可在相同条件下重复进行；（2）试验 的可能结果不止一个，且所有可能结果是已知 的；（3）每次试验哪个结果出现是未知的；随 机试验以后简称为试验，并常记为E。
失效率：失效率是工作到某时刻尚未失效的产品， 在该时刻后单位时间内发生失效的概率。一般记 为λ,它也是时间t的函数,故也记为λ(t),称为失效率 函数,有时也称为故障率函数或风险函数；它反映t 时刻失效的速率,也称为瞬时失效率。
一、可靠性工程概述
（三）浴盆曲线 对某一类产品而言，产品在不同的时刻有不同的失 效率（也就是失效率是时间的函数），对电子产品 而言，其失效率符合浴盆曲线分布 （如下图）：
威布尔分 布(Ⅲ型 极值分 布)W(k,a
,b)
3、统计基础知识
研究对象的全体称为总体或母体，组成总体的每个基本单位 称为个体。
（1）按组成总体个体的多寡分为：有限总体和无限总体；
（2）总体具有同质性：每个个体具有共同的观察特征，而 与其它总体相区别；
（3）度量同一对象得到的数据也构成总体，数据之间的差 异是绝对的，因为存在不可消除的随机测量误差；
系统工程之系统可靠性理论与工程实践讲义
系统工程之系统可靠性理论与工程实践讲义系统可靠性是系统工程中非常重要的一个领域，它一方面涉及到理论研究、模型建立等基础工作，另一方面也需要结合实际工程实践来验证和改进。
本讲义将介绍系统可靠性的基本理论与工程实践，并探讨如何提高系统的可靠性。
一、系统可靠性的定义与重要性1.1 系统可靠性的定义系统可靠性是指系统在给定的条件下在一段时间内满足特定要求的能力。
这个特定要求可以是正常工作的概率、失效的概率、失效后的恢复能力等。
1.2 系统可靠性的重要性系统可靠性直接影响到系统的稳定性、安全性和可用性。
一个可靠的系统能够正常工作并且能够应对可能出现的各种故障和异常情况，从而保证工程项目的顺利进行和安全性。
二、系统可靠性的理论基础2.1 可靠性的概率理论可靠性的概率理论是系统可靠性研究的基础，它将系统的可靠性问题转化为概率分布和统计计算问题。
常用的理论方法有可靠性函数、失效率函数、故障模式与失效分析等。
2.2 系统结构与可靠性分析系统结构与可靠性分析是指通过对系统结构与组成部分进行分析，计算系统的可靠性。
常用的方法有事件树分析、故障树分析、Markov模型等。
2.3 可靠性增长理论可靠性增长理论是指通过对系统进行可靠性试验和监控，根据得到的失效数据对系统进行可靠性增长预测和改进。
常用的方法有可靠性增长图、可靠性增长模型等。
三、系统可靠性的工程实践3.1 可靠性设计可靠性设计是指在系统设计阶段，通过选择可靠性较高的组件和结构，提高系统的可靠性。
常用的方法有设计可靠性评估、冗余设计、容错设计等。
3.2 可靠性测试可靠性测试是指对系统进行工作负载、压力、故障等方面的测试，以评估系统的可靠性。
常用的方法有端到端测试、负载测试、异常情况测试等。
3.3 可靠性维护与改进可靠性维护与改进是指在系统投入使用后，对系统进行设备维护、故障排除、性能改进等工作，以保持系统的可靠性和稳定性。
四、提高系统可靠性的工程实践4.1 设定合理的要求和指标在系统设计之初，需要设定合理的可靠性要求和指标。
可靠性理论、案例及应用
8
案例
长征系列火箭的可靠性（三）
对无法采取冗余 措施的系统，如液体 火箭发动机进行了以 提高可靠性为目的的 改进设计，箭体结构 提高了剩余强度系数， 特别是针对历史上火 箭飞行试验中出现的 问题和薄弱环节，重 点解决了防多余物、 防虚焊、防断压线、 防松动、防漏电、防 电磁干扰、防过负荷、 防不相容、防漏液漏 气、防局部环境放大、 防装配应力、防应力 集中等问题。
3
一、 可靠性概念（二）
可靠性的重要性
对可靠性的重视度，与地区的经济发达程度成正比。例如，英国电讯（BT）关于可靠性管理/指 标要求有产品寿命、MTBF报告、可靠性框图、失效树分析（FTA）、可靠性测试计划和测试报告等； 泰国只有MTBF和MTTF的要求；而厄瓜多尔则未提到，只是提出环境适应性和安全性的要求。 产品的可靠性很重要，它不仅影响生产公司的前途，而且影响到使用者的安全（前苏联的“联盟 11号”宇宙飞船返回时，因压力阀门提前打开而造成三名宇航员全部死亡）。可靠性好的产品，不但 可以减少公司的维修费用，而且可以很快就打出品牌，大幅度提升公司形象，增加公司收入。 随着市场经济的发展，竞争日趋激烈，人们不仅要求产品物美价廉，而且十分重视产品的可靠性 和安全性。日本的汽车、家用电器等产品能够占领美国以及国际市场。主要的原因就是日本的产品可 靠性胜过我国一筹。美国的康明斯、卡勃彼特柴油机，大修期为12000小时，而我国柴油机不过1000 小时，有的甚至几十小时、几百小时就出现故障。我国生产的电梯，平均使用寿命（指两次大修期的 间隔时期）为3年左右，而国外的电梯平均寿命在10年以上，是我们的3倍；故障率，国外平均为0.05 次，而我国为1次以上，高出20倍，这样的产品怎么有竞争力呢！因此要想在竞争中立于不败之地， 就要狠抓产品质量，特别是产品可靠性，没有可靠性就没有质量，企业就无法在激烈的竞争中生存和 发展。因此，可靠性问题必须引起政府和企业的高度重视，抓好可靠性工作，不仅是关系到企业生存 和发展的大问题，也是关系到国家经济兴衰的大问题。
第六章系统可靠性设计
串联系统可靠度计算应用实例：
某带式输送机输送带的接头共有54个， 已知各接头的强度服从指数分布，其失效 率如表所示，试计算该输送带的平均寿命 和工作到1000h的可靠度。
λ ×
接头数
3
5
8
10
12
16
λ×
/h 10 4
0.2
0.15
0.35
0.21
0.18
0.1
解答见书上P65
2)并联系统可靠性模型
s Rdt
0
2
1 1.5 1.5 2
3)混联系统可靠性模型
• 混联系统可靠性模型——是由串联和并联 混合组成的模型。下图为混联系统的可靠 性框图，其数学模型可运用串联和并联两 种基本模型将系统中一些串联及并联部分 简化为等效单元。例如图中ຫໍສະໝຸດ a可按图中b，c，d的次序依次简化.
• 并联系统中系统的可靠度Rs大于任一单元 的可靠度; • 组成系统的单元数越多，系统的可靠度越 高，但系统的造价也越高；
• 机械系统采用并联时，尺寸、重量、价 格都随并联数n成倍地增加。在动力装置、 安全装置、制动装置采用并联时，常取 n=2～3。
若单元可靠度服从指数分布：
Ri e
i t
系统可靠度：
RS (t ) 3R 2 2 R 3 3e 2t 2e 3t
平均无故障工作时间
表决系统可靠度计算实例：
有一架装有3台发动机的飞机，它至少需要 2台发动机正常才能飞行，设飞机发动机的平 均无故障工作时间MTBF=2000h，试估计工作 时间为10h和100h的飞机可靠度。 解：n=3,k=2
系统可靠性设计方法：归纳为两种类型 可靠性预测——按照已知零部件或各单 元的可靠性数据，计算系统的可靠性指标。 可靠性分配——按照已给定的系统可靠 性指标，对组成系统的单元进行可靠性分 配。并在设计方案中比较、优选。
结构可靠性设计基础结构可靠性理论的基本概念
第三章 结构可靠性理论的基本概念
主要内容：
3.1 结构可靠度的定义 3.2 结构的失效概率 3.3 结构可靠指标 3.4 可靠指标的几何意义 3.5 可靠指标与安全系数的关系 3.6 可靠指标与分项系数的关系
第3章 结构可靠度理论的基本概念
3.1 结构可靠度的定义
3.1 结构可靠度的定义
3.1.1 结构的可靠性
结构在规定的时间，在规定的条件，完成预定功能的 能力。结构的可靠性，包括结构的安全性、适用性和耐久 性。
1. 规定时间
设计使用年限 - 设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预期
目的使用的时期。
- 即房屋结构在正常设计、正常施工、正常使用和正常 维护下所应达到的使用年限，如达不到这个年限则意 味着在设计、施工、使用与维修的某一环节上出现了 非正常情况，应查找原因。
问题：设计基准期是否等于设计使用期？
3.1 结构可靠度的定义
2. 规定条件
– 正常设计 – 正常施工 – 正常使用
不考虑人为错误
3. 预定功能 – 极限承载能力要求 能承受正常施工和使用期间可能出现的各种作用。
– 结构适用性要求 在正常使用时具有良好的工作性能；
– 结构的耐久性要求 在正常维护下具有足够的耐久性。
– 结构整体承载能力要求
遭受及其偶然的作用时，能保持必要的整体稳定性偶然作 用如地震、龙卷风、爆炸（煤气或恐怖袭击）、火灾等
3.1 结构可靠度的定义
3.1.2 极限状态、极限状态方程
“极限状态”定义 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态(达到极限
承载力；失稳；变形、裂缝宽度超过某一规定限制等)就不 能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能 的极限状态。
可靠性工程师考试资料
可靠性工程师考试资料（二）引言概述：可靠性工程师是现代工程领域中一个非常重要的职位，他们负责确保产品和系统的可靠性，以及减少可能出现的故障和风险。
为了成为一名合格的可靠性工程师，需要有一定的知识储备和专业技能。
本文将深入探讨可靠性工程师考试相关的资料，帮助考生更好地准备考试。
正文内容：一、可靠性基础知识1. 可靠性概念与定义：介绍可靠性的基本概念，如MTBF（平均无故障时间）、故障率、可靠度等，以及它们的定义与计算方法。
2. 可靠性工程原理：解析可靠性工程的基本原理，包括可靠性需求分析、可靠性设计、可靠性测试与评估等环节，以及它们之间的关系。
3. 可靠性统计方法：介绍可靠性工程中常用的统计方法，如生存分析、故障模式与影响分析（FMEA）、故障树分析（FTA）等，以及它们的应用场景和具体步骤。
二、可靠性设计与优化1. 可靠性要求确定：阐述如何根据产品和系统的使用环境、功能需求等因素确定可靠性要求，并建立相应的性能指标和测试标准。
2. 可靠性设计方法：介绍常用的可靠性设计方法，如设计失效模式与影响分析（DFMEA）、故障模式与影响分析（FMEA）、信号完整性分析等，以及它们的步骤和工具的应用。
3. 可靠性验证与验证测试：详细描述可靠性验证的流程和关键步骤，包括设计评审、模拟测试与实验验证等，以及常用的验证测试方法和技术。
三、可靠性评估与维护1. 可靠性评估方法：介绍可靠性评估的方法和指标，如可靠性预测、可靠性增长试验等，以及它们的原理和适用范围。
2. 故障数据分析与故障诊断：解析如何进行故障数据的分析和故障诊断，包括故障率分析、故障模式与效应分析等方法和工具的使用。
3. 可靠性维护与改进：探讨如何进行可靠性维护和改进，包括维护计划的制定、故障处理与预防措施等方面的技巧和方法。
四、可靠性测试与试验1. 可靠性试验方法：介绍可靠性试验的方法和技术，如加速寿命试验、可靠性生命周期试验等，以及它们的步骤和数据分析方法。
第六章-机械可靠性设计原理
S
同样分析方法：
按应力始终小于强度这一条件计算。干涉区内任取
一点δ1，则：
P[(1
d
2
)
(1
d
2
)]
g(1)d
P(S 1)
1 f (S )dS
R P(S ) g( )[ f (S)dS]d
■理论要点:
可靠性设计
• 应力:导致失效的任何因素; 强度:阻止失效发生的任何因素。
• 应力f(s),强度g(δ), 量纲相同，可放在同一坐标系中。
解： 当零件强度标准差为81MPa时
z S 850 380 470 5.1512
2
2 S
422 812 91.2414
R 1(z) 1(5.1512) (5.1512) 0.9999999
当零件强度标准差为120MPa时
可靠性设计
z S 850 380 470 3.6968
2
1
z2
e 2 dz
2
例6－1 已知某零件的工作应力及材料强度均为正态分
布，且应力的均值μS=380MPa,标准差σS=42MPa,材料 强度的均值为850MPa，标准差为81MPa。
可靠性设计
试确定零件的可靠度。另一批零件由于热处理不佳及 环境温度的较大变化，使零件强度的标准差增大至 120MPa。问其可靠度如何？
R
exp
1 2
2s
2 s 2
5
指数
es
正态
N , 2
R 1 exp
1 2
2 s
s2 2
6
指数
es
,
R
1
s
可靠性设计
第三节 机械静强度的可靠性设计
可靠性工程基本理论
可靠性工程基本理论可靠性工程是一种工程学科，主要涉及如何对产品和系统的可靠性进行评估、设计和管理等。
可靠性工程的基本理论包括可靠性的定义、可靠性的特征、可靠性的评估方法、可靠性的设计原则和可靠性预测方法等。
1. 可靠性的定义可靠性是指产品或系统在规定条件下保持正常运行的能力。
从概率学的角度来看，可靠性是指产品或系统在规定时间内不出现故障的概率。
具体来说，可靠性可以用以下公式来表示：可靠性= (正常运行时间)/(正常运行时间+故障时间)2. 可靠性的特征可靠性具有以下几个特征：（1）可度量性：可靠性可以通过概率和统计方法进行量化和评估。
（2）时效性：产品或系统的可靠性是随着时间变化的，需要及时进行检测和更新。
（3）风险性：可靠性与风险直接相关，风险越高，可靠性要求越高。
（4）系统性：可靠性需要从整个系统的角度考虑，而非单个组成部分的可靠性。
3. 可靠性的评估方法可靠性评估方法主要包括故障模式和效应分析（FMEA）、故障树分析（FTA）、可靠性增长法（RAM）和可靠性试验等。
（1）故障模式和效应分析（FMEA）是一种从设计阶段就开始进行的预防性可靠性评估方法。
其主要思想是通过对每个零部件的故障模式和故障后果进行识别、分类和评估，推断出产品或系统的可靠性并采取相应的预防措施。
（2）故障树分析（FTA）是一种基于逻辑的可靠性评估方法。
它将故障模式和事件之间的因果关系表示为一棵树状结构，通过逐层分析和推断出故障的原因，进而评估产品或系统的可靠性。
（3）可靠性增长法（RAM）是一种逐步提高产品或系统可靠性的方法。
通过在产品或系统的使用过程中收集和分析故障数据，以修正设计和制造过程中不足之处，最终提高产品或系统的可靠性。
（4）可靠性试验是通过对样品进行一系列可靠性测试，从而评估产品或系统的可靠性。
常见的可靠性试验方法包括加速寿命试验、高温试验、低温试验、振动试验、冲击试验等。
4.可靠性的设计原则可靠性的设计原则包括下列几个方面：（1）原则上应对可能引起故障的所有因素（如环境因素）进行评估和控制。
可靠性设计 百度百科-免费的
可靠性设计中文名称：可靠性设计英文名称：reliability design 定义1：对系统和结构进行可靠性分析和预测，采用简化系统和结构、余度设计和可维修设计等措施以提高系统和结构可靠度的设计。
应用学科：航空科技（一级学科）；飞行器结构及其设计与强度理论（二级学科）定义2：为了满足产品的可靠性要求而进行的设计。
应用学科：机械工程（一级学科）；可靠性（二级学科）；产品可靠性（三级学科）本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布百科名片保证机械及其零部件满足给定的可靠性指标的一种机械设计方法。
包括对产品的可靠性进行预计、分配、技术设计、评定等工作。
所谓可靠性，则是指产品在规定的时间内和给定的条件下，完成规定功能的能力。
它不但直接反映产品各组成部件的质量，而且还影响到整个产品质量性能的优劣。
可靠性分为固有可靠性、使用可靠性和环境适应性。
可靠性的度量指标一般有可靠度、无故障率、失效率3种。
目录概述原则辅助措施内容可靠性分配可靠性预测冗余技术漂移设计故障树分析故障模式、效应、致命度分析元件、器件的可靠性应力-强度分析热设计潜在通路分析设计评审概述原则辅助措施内容可靠性分配可靠性预测冗余技术漂移设计故障树分析故障模式、效应、致命度分析元件、器件的可靠性应力-强度分析热设计潜在通路分析设计评审概述可靠性问题的研究是因处理电子产品不可靠问题于第二次世界大战期间发展起来的。
可靠性设计用在机械方面的研究始于20世纪60年代，首先应用于军事和航天等工业部门，随后逐渐扩展到民用工业。
对于一个复杂的产品来说，为了提高整体系统的性能，都是采用提高组成产品的每个零部件的制造精度来达到；这样就使得产品的造价昂贵，有时甚至难以实现（例如对于由几万甚至几十万个零部件组成的很复杂的产品）。
事实上可靠性设计所要解决的问题就是如何从设计中入手来解决产品的可靠性，以改善对各个零部件可靠度（表示可靠性的概率）的要求。
可靠度的分配是可靠性设计的核心。
结构可靠性设计基础教案_第1章_概述
完成预定功能的能力。包括安全性、适用性和耐久性三项要
求。 • 结构可靠度是结构可靠性的概率度量，其定义是：结构在规
定的时间（设计使用年限）内，在规定的条件下（正常设计、
正常施工、正常使用维护），完成预定功能的概率，称为结 构可靠度。 必须指出：结构可靠度与使用年限长短有关，结构可靠 性设计标准所指的结构可靠度或结构失效概率，是对结构的 设计使用年限而言的，当结构的使用年限超过设计使用年限 后，结构失效概率可能较设计预期值增大。
1. 1 引言
1. 工程结构的定义
• 工程结构在相当长的使用期内，需要安全地承受各 种使用荷载，经受气象作用，以及波浪、地震等自 然作用。它们的安全与否，不但影响工农业生产， 而且还关系到人身安危。 • 对结构的要求：结构及其构件具备在各种外加作用 下防止破坏倒塌、保护人员财产不受损失的能力。
• 特别是对一些重要的纪念性建筑物，作为一个划时 代的文化特征，将流传后世，对安全、适用、美观、 耐久等方面，还有更高的要求。
1. 1 引言
3.结构设计计算的两个方面
KS ≤R 以受弯构件为例，其一般表达式为 M≤Mp/K 式中： Mp—— 截面破坏时的抵抗弯矩 K —— 构件承载力安全系数 M —— 标准荷载作用下的截面弯矩。
1. 1 引言
3.结构设计计算的两个方面
工程实测 实践经验 可靠性 结构设计 统计数据 经济性 数学理论 实验数据 专家系统
1. 3结构可靠性的基本概念及基本术语
1.3 结构可靠的基本概念及基本术语
结构的可靠性与可靠度 设计使用年限与设计基准期 结构的功能要求 设计状况 作用和作用效应 结构抗力 极限状态 极限状态方程
1.3 结构可靠的基本概念及基本术语
可靠性工程师考试主要科目概览
可靠性工程师考试主要科目概览可靠性工程师考试涉及的考试科目通常涵盖了可靠性工程领域的多个方面，以确保考生具备全面的可靠性工程知识和技能。
根据中国质量协会（简称中质协）举办的CRE考试认证的相关资料，考试科目可以大致归纳为以下几个主要方面：一、可靠性基础理论●可靠性概论：包括可靠性工程的重要性、发展概况、基本概念、故障及失效的基本概念、产品可靠性度量参数、可靠性要求确定、产品故障率浴盆曲线等。
●可靠性数学基础：涉及概率论基础知识、可靠性常用的离散型分布（如二项分布、泊松分布）和连续型分布（如正态分布、指数分布、对数正态分布、威布尔分布）、可靠性参数的点估计和区间估计等。
二、可靠性设计与分析●可靠性建模：熟悉可靠性建模方法，包括各种可靠性模型的构建和应用。
●可靠性预计与分配：掌握常用可靠性预计和分配方法，确保产品在设计阶段就具备预期的可靠性水平。
●失效模式与影响分析：包括潜在失效模式影响及危害性分析（FMEA）、失效树分析（FTA）等，用于识别产品设计和制造过程中的潜在失效模式及其影响。
●可靠性设计准则：熟悉各种可靠性设计准则，如降额设计、热设计、耐环境设计等，以提高产品的可靠性。
三、可靠性试验与评价●可靠性试验基本概念：了解不同类型的可靠性试验，包括环境应力筛选试验（ESS）、可靠性增长试验（TAAF）、寿命试验和加速寿命试验（ALT）等。
●可靠性鉴定与验收试验：掌握可靠性鉴定试验和验收试验的方法和流程，确保产品满足规定的可靠性要求。
四、软件可靠性与人-机可靠性●软件可靠性：包括软件可靠性的基本概念、失效原因、设计方法及验证等。
●人-机可靠性：涉及人-机可靠性基本概念、人为差错概念及人-机可靠性设计基本方法等。
五、数据收集、处理与应用●数据类型与收集：熟悉数据类型、来源及收集方法。
●数据处理与评估：掌握数据的处理与评估技术，以支持可靠性分析和决策。
●数据管理及应用：了解数据管理的基本原则和应用场景。
《机电产品可靠性设计》教案
教师教案（2012—2013学年第2学期）课程名称：机电产品可靠性设计授课学时：32授课班级：2010级任课教师：朱顺鹏教师职称：讲师教师所在学院：机械电子工程学院电子科技大学教务处第一章可靠性设计概论4学时一、教学内容及要求教学内容共4学时可靠性基本概念2学时(1)可靠性的内涵(2)可靠性工程发展现状(3)可靠性特征量可靠性数学基础2学时(1)数理统计基本概念(2)可靠性常用概率分布(3)随机变量均值与方差的近似计算教学要求(1)了解可靠性学科发展历程(2)掌握可靠性学科研究的内容(3)了解我国可靠性研究的发展现状(4)了解可靠性设计工作的重要意义及面临的主要挑战(5)掌握可靠性的定义(6)掌握可靠度、不可靠度、失效率的定义(7)掌握常用的概率分布（正态分布、指数分布、威布尔分布、对数正态分布）在可靠性设计工作中的应用(8)掌握随机变量均值与方差的近似计算方法二、教学重点、难点教学重点可靠性的定义可靠性特征量定义及相互关系常用概率分布的统计特征量教学难点失效率的定义威布尔分布的相关概念及应用三、教学设计列举航空航天产品（如卫星天线、卫星指向机构、太阳翼展开机构）、民用产品（如汽车）、制造装备（如数控机床）的实例，突出开展可靠性工作的重要意义。
随机变量及数理统计的知识系学生在先修课程中所学内容的复习，可以简要介绍，并要求学生查阅以前的书籍。
正态分布是学生熟知的内容，在教学过程中着重讲解其实际应用；指数分布、对数正态分布和威布尔分布是学生先修课程中没有学习过的，应详细讲解。
威布尔分布是难点内容，应重点介绍其发展历史，统计特征，以及威布尔分布在机械可靠性中的特殊作用，列举工程实例。
随机变量函数的均值与方差计算是后续机械产品可靠性设计需要用到的基本方法，讲解三种常用的方法原理即可，公式可以查表。
四、作业通过课程网站发布。
五、参考资料1. 盛骤, 谢式千, 潘承毅. 概率论与数理统计(第四版), 高等教育出版社,20102. 刘惟信. 机械可靠性设计. 北京:清华大学出版社, 2000六、教学后记第二章系统可靠性设计8学时一、教学内容及要求教学内容共8学时系统可靠性框图2学时串联系统；并联系统；混联系统；表决系统；旁联系统可靠性分配2学时可靠性分配的目的和原则可靠性分配方法（等分配法、再分配法、比例分配法、AGREE法）可靠性预计1学时可靠性预计的目的可靠性预计的方法（应力分析法、元器件计数法、相似产品法、上下限法）故障模式、影响及危害性分析FMECA 1学时FMECA的定义及分类FMECA的一般过程风险优先数和危害性矩阵故障树分析FTA 2学时故障树的各种符号故障树建树步骤常用故障树分析方法介绍教学要求(1)了解系统可靠性设计的任务；(2)掌握系统可靠性建模方法；(3)了解可靠性分配与预计的目的；(4)掌握可靠性分配与预计的常用方法。
浅谈舰船可靠性设计的几个问题
02
舰船可靠性设计的基本要 素
设备可靠性
01
设备可靠性是舰船可靠性设计的关键部分，包括设备
的硬件和软件。
02
高可靠性的设备有助于提高舰船的整体性能和安全性
。
03
在设计阶段，应考虑设备的环境适应性、电磁兼容性
、振动和冲击承受能力等方面，以增强其可靠性。
系统可靠性
系统可靠性是指整个舰船系统的 可靠性，包括各个子系统的可靠
提高系统可靠性的措施
采用容错技术
通过设计容错电路、使用备份系统等方式，提高系统的容 错能力，避免因某个组成部分的故障导致整个系统失效。
进行安全性设计
针对可能出现的危险情况，进行安全性设计，如设置紧急 停止按钮、断电保护等，确保系统在面临危险时能够及时 采取措施，保护人员和设备的安全。
实施定期维护和检修
可靠性分配是将系统整体的可靠性指标分配到各个设备或子系统中， 以确保每个部分都能达到预期的可靠性水平。
可靠性分配的方法包括比例分配法和最小值法等，应根据具体情况选 择合适的方法。
03
舰船可靠性设计中存在的 问题
舰船设备的可靠性设时会 因为对设备内部构造、性能、环 境等条件了解不足，导致设备可 靠性不高，容易出现故障。
对系统进行定期维护和检修，及时发现和修复潜在的问题 ，提高系统的可靠性。
提升舰船可靠性设计的建议
加强可靠性管理
01
建立完善的可靠性管理体系，明确各部门的职责和任务，确保
可靠性工作的有序进行。
开展可靠性工程培训
02
针对可靠性工程的相关知识和技能，对设计人员进行培训，提
高他们的专业能力和水平。
强化与国内外企业的合作与交流
04
系统工程之系统可靠性理论与工程实践讲义
系统工程之系统可靠性理论与工程实践讲义系统可靠性是系统工程中的重要概念，它是指系统在特定条件下保持正常运行的能力。
在实际工程中，系统可靠性的理论和工程实践是不可或缺的。
本讲义将介绍系统可靠性的基本理论和实践方法，并结合实例介绍如何应用于实际工程中。
一、系统可靠性的基本理论1. 可靠性概念可靠性是指系统在规定时间和规定使用条件下能够完成规定功能的概率。
可靠性可以用失效概率（failure probability）来度量，即系统在规定时间内失效的概率。
2. 失效模式与失效率失效模式是指系统失效的原因和方式，常见的失效模式有硬件失效、软件失效和人为失误等。
失效率是系统失效的频率，可以用失效率函数（failure rate function）表示，常用的失效率函数有指数分布、伽马分布和韦伯分布等。
3. 可靠性评估指标评估系统可靠性常用的指标有可用性和维护性。
可用性是指系统在规定时间内处于正常工作状态的时间比例。
维护性是指系统出现故障后恢复正常工作所需的时间。
4. 可靠性增长和可靠性增长率可靠性增长是指系统在运行一段时间后逐渐提高其可靠性。
可靠性增长可以通过故障数据进行可靠性增长率的计算，可靠性增长率是指单位时间内系统可靠性增加的速率。
二、系统可靠性的工程实践方法1. 可靠性要求的确定在系统设计初期，需要明确系统的可靠性要求。
可靠性要求的确定需要考虑系统的功能、使用条件和用户要求等因素，并依据相关标准和规范进行确定。
2. 可靠性设计的考虑在系统设计过程中，需要考虑如何增强系统的可靠性。
可靠性设计的主要方法有冗余设计、容错设计和检测与诊断设计。
冗余设计是指在系统中增加冗余部件来增加系统的可靠性。
容错设计是指设计系统能够自动检测和纠正错误的能力。
检测与诊断设计是指设计系统能够及时检测故障并对故障进行诊断。
3. 可靠性测试与验证在系统开发过程中，需要进行可靠性测试与验证。
可靠性测试是指通过实际测试来验证系统的可靠性，并对系统进行改进。
软件可靠性设计
2015年8月10日星期一
软件设计方法
软件设计方法是一种使用早已定义好的技术集及 符合表示习惯来组织软件开发过程的方法。目前， 已经提出了多种软件开发方法和技术，如：
结构化方法（SA：Structure Method） Jackson方法 维也纳开发方法 面向对象设计法（OOD：Objected-Oriented Software Development） 基于模型的软件开发方法 设计模式等
软件相异性设计即由一个初始需求规范出发, 几个独立的工作组独立设计出满足系统要求、 能完成预先定义的功能实体，形成一个系统
结构容错－概述(1)
2015年8月10日星期一
软件工具
软件工具一般被称为支持软件人员开发和为何软 件活动而使用的软件。目前，与软件开发相关的 常用工具软件主要有：
Microsoft Office Visio Rational Rose Microsoft Office Project、 Microsoft Visual Studio Together CASE Studio Microsoft Visual Sourcesafe Microsoft TeamSuit Clear Case等。
软件可靠性设计
内容提纲
1 软件可靠性设计概述 2 软件避错设计 3 软件容错设计 4 软件可靠性设计准则
2
1 软件可靠性设计概述
3
•软件可靠性设计的实质是在常规的软件设 计中，应用各种必须的方法和技术，使程 序设计在兼顾用户的各种需求时，全面满 足软件的可靠性要求。 •三点说明：
--过程：软件的可靠性设计应和软件的常规 设计紧密地结合，贯穿于常规设计过程的始 终。 --范畴：这里所指的设计是广义的设计，它 包括了从需求分析开始，直至实现的全过程。 --目的：设计可靠的软件
第09章 机械设计方法简介
首第九章机械设计方法简介§9-1常规设计方法§9-2现代设计方法§9-3创新设计方法§9-4反求设计方法首§9-1常规设计方法机械设计方法对机械产品的性能有决定作用机械设计方法分为：常规设计方法（传统设计方法），现代设计方法，创新设计方法。
他们之间有区别，也有共同性。
传统的常规机械设计方法，是以实践经验为基础，依据力学和数学建立的理论公式和经验公式，运用图表和手册等技术资料，进行设计计算、绘图和编写设计说明。
一个完整的常规机械设计主要由下面的各个阶段所组成首完整的常规机械设计由下面几个阶段所组成：1. 市场需求分析2.明确机械产品的功能目标3.方案设计4. 技术设计阶段1) 机构设计2) 机构系统设计(协调设计)3) 结构设计4) 总装设计5) 制造样机在常规机械设计过程中，也包含了设计人员的大量创造性成首§9-2 现代设计方法1.计算机辅助设计2.可靠性设计3.优化设计4.动态设计5.并行设计6.虚拟设计7.绿色设计首1 .计算机辅助设计•（1)概述•计算机辅助设计：(Computer Aided Design－CAD)：•是指在设计活动中，利用计算机及工程设计软件作为工具，帮助工程技术人员进行设计的一切有关技术的总称。
•（2）计算机辅助设计系统的构成•硬件系统：计算机主机、输入设备、输出设备、图形显示器、外存储器及其它通信接口。
•软件系统：系统软件平台、支撑软件和应用软件三个层次所构成。
2 .可靠性设计首（1）可靠性设计的概念可靠性设计是指把概率论、数理统计理论和可靠度指标引入到机械设计过程的新的设计方法。
（2）与传统设计的区别a传统设计是以许用应力或安全系数来判断机械零件是否满足工作要求或是否失效。
可靠性设计的指标是产品的可靠性与可靠度。
（3）可靠性设计的理论以应力—强度干涉理论为基础（4）机械强度可靠性设计过程（5）机械强度可靠性设计（6）机械系统可靠性设计首`强度分布强度变化不安全应力分布常规设计最初的安全度实际安全裕量t0t1tS Sab应力－强度分布曲线的相互关系首载荷统计和概率分布应力计算几何尺寸分布和其它随机因素分布干涉模型应力统计和概率分布机械强度可靠性设计材料机械性能统计和概率分布强度计算强度统计和概率分布机械强度可靠性设计过程框图(5) 机械强度可靠性设计首1）首先应明确机械产品的工作时间，不同的工作时间具有不同的可靠度。
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失效概率：EvQ alu(attio)non1ly.
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可靠Co度py：right
20R04(-t2)0111AspQos(etP)ty Letd[.(t
１）、可靠度R(t)：产品在规定条件
下和规定的时间内完成规定功能的概率
可靠度记为：R(ｔ)；R(ｔ)=P{Ｔ>ｔ}
ted其w中ith ：AspTo为se产.SlE品idvea寿slufao命trio.；NnEoｔTnl3y为..5规Cli定en的t P时rofi间le 5.2
{ＴC>opｔyr}i有gh下t 20列04三-2个01含1 A义sp：ose Pty Ltd. 产品在时间ｔ内完成规定的功能 产品在时间ｔ内无故障 产品的寿命Ｔ大于ｔ
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４）、平均寿命（MTBF）
产品失效的平均时间间隔；即产品 平均无故障工作时间。
MTBFEvalu0aRtio(nt
)dt
only.
ted wi正thCA态osppy分orsige布h.St 2l：i0d0e4sM-f2oT0rB1.1NFEATsp03o.0s5eCPli1tey2nLtetPd12r.(otfi)l2edt5dt.2
高可靠性产品，市场竞争力强
产品质量
功能
有效性
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固有可靠性 使用可靠性 环境适应性
指数分布： MTBF 1/
韦布尔分布： MTBF (1 1)0 R(t)dt
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５）有效寿命
产品在其偶然失效期的失效都是因 误操作等偶然因素而造成，故在该阶段 是产品可有效工作的时期，这段时间称 为产品的有效E寿va命luation only.
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２）可靠性分配－如何依据产品的可靠
性需求和指标，安排其内部零部件的可靠 性，保证产品可靠性达标．
６、可靠性设计的必要性
1）产品复杂密集程度日益提高对产品 本身安全性提出更高要求 2）产品责任法使企业必须考虑产品故 障所造成的损Ev失alu，atio以n 及onl由y. 此而引起的 ted 法with律A责spo任se.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 3）C市op场yri竞ght争20全04球-20化11，As必po须se重Pty视L产td. 品的 可靠性。 4）产品维护保养成本随人工费用日益 提高。
计所规定的方法和操作步骤实现自身功能
４）寿命可靠－产品可在设计所
规定的时间周期内稳定运行并按时报废
４、可靠性的作用和价值
可靠性是产品质量的一项重要指标
重要关键产品的可靠性问题突出，如 航空航天产品Ev；aluation only. ted with量CAo大sppyo面rsige广h.St 的2li0d产0e4s品-f2o0，r1.1N可EA靠Tsp3o性.s5e与CPl经iteyn济Lt tPd性r.o密file 5.2 切相关，如洗衣机等；
性能可靠 结构可靠
５、可靠性设计的内容
１）可靠性预测－根据产品失效数据分
析预测产品在对应所规定条件下、规定时 间内完成规定功Ev能alu的at概ion率o．nly.
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失效率： (t ) f (t ) / R(t ) b ( t ) 1
β:形状参数
θ:尺度参数
形状参数不同
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β=0.5 β=2 β=3.6 β=5
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η=1 x0=0
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不同失效模式的失效率概率分布
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指数分布的可靠度和失效概率
基于指数分布可以准确描述由偶 然因素所导致的产品失效
机 械 可 靠 性 设 计 Evaluation only.
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一、可靠性设计概述和基本理论
１、可靠性概念
可靠性指产品在规定条件下和规 定时间内完成E规val定uat功ion能on的ly.能力
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如果令. f (t) d Q(t) d(t)
则：
Ev(atlu)ation
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ted w２ith 、Asp可os靠e.S性lide相s f关or .学NE科T 3.5 Client Profile 5.2
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１）可靠性物理－产品失效原因和机理 ２）可靠性数学－可靠性计算分析方法 ３）可靠性工程－可靠性分析、设计、试 验、使用与维护
失效概率密度函数
f (t ) (t )R(t ) R(t ) et
正态分布的可靠度和失效概率
基于正态分布可以描述因老化所 导致的产品失效
ted失wi效th A概sp率ose：.SlEidvQeas(lutf)aotrio.NntEoTnl31y2..5
1( t )2
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Q(t) Nf 1 R(t) N
显然： R(t) Q(t) 1
２）失效率λ(t)：产品在规定条件下
工作到某时刻尚未失效的产品，在该时 刻后单位时间内发生失效的概率。
若定义：(t) Ev(aNluannti((ottn)))ont ly.为平均失效率
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5.2
可靠Co度py：right
2004-2011 Aspose
R(t ) 1 Q(t ) t
P1ty Ltd.1(t e2
2
2 )
dt
失效率： 1(t )2
1( t )2
(t ) f (t ) / R(t ) e 2 / e t 2 dt
韦布尔分布的失效概率 基于韦布尔分布可以准确描述产品因
（2）Co偶py然righ失t 2效004-2011 Aspose Pty Ltd.
原因：由非预期的过载、误操作、意 外天灾等偶然因素造成。
特点：失效率稳定，恒定
(3) 功能失效（耗损失效）
原因：产品疲劳老化磨损腐蚀等引起 特点：失效率递增
失效率曲E线val—uat—ion浴on盆ly. 曲线
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其中，f(t)称故障概率密度函数，是 产品失效概率的时间导数.
故障概率密度函数与可靠度的关系
由 f (t) d Q(t)
d(t)
Q(t ) 0t f (t )
因Q（t）=E1va-lRua（tiont）only.
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３、产品可靠性的内涵
１）性能可靠－产品性能不会超
出设计所规定的范围
２）结构Eva可lu靠atio－n o产nl品y. 在设计所规
ted定wi的th A载sp荷os范e.围Sli内de不s f会or 出.NE现T断3.裂5 C破lie损nt Profile 5.2
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