载机系统可靠性分析与优化的意义（中英word）
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载机系统可靠性分析与优化的意义 装载机是为我国 十五 和 2015 年长期规划中基础工业和基础设施建设服务的一种重大技 术装备，它广泛应用于国民经济的众多领域，推动国家建设事业的发展。 经过 近 四 十年的努力，我国装载机行业已有较大发展，但产品水平、规模和企业素质与发达 国家相比，从整体上分析要差十五年左右，特别是大型装载机差距更大，与国民经济发展战略目 标和世界科学技术飞速发展相比，远未改变被动落后的局面，相反在技术上有进一步拉大的趋势。 国产装载机以价格低，能满足一般土石方工程铲 运作业要求的特点，在国内市场的占有率约为 90%1,松同类机型的 1/3，故在普通工程中有较强的竞争 力，但在国内重点土石方 1程中因可靠性差、寿命短 ,被国外产品所垄断。 近几年由于国产装载机的价格优势，每年约有近加 0台出口，约占总产量的 因此可以说，国内市 场的特点是厦点工程中国产机进不去，搬工程中进口机卖不动。 上述说明，在结构性能和结构 件加工能力方面，国产装载机行业进步较快，已接近国外先进水平，但在发动机、主要传动件方面， 因故障率高制 约了产品总体质量和技术水平的提高。 尽管每年有不少新产品问世，但它们的传动部 分大同小异，因而质量水平也大同小异。 因此，选用技术性能先进的传动系统，淘汰不符合国家有关 标准的、落后的传动件将是提高装载机产品质量的关键。 装 载 机 系统的模糊可靠性分析 是将装载机作为一个系统进行研究，用系统的观点和方法 对各子系统的可靠性进行分析，合理分配可靠度，使系统的可靠度得以优化配置，从而提高整机 的可靠性。 轮边减速器的可靠性优化设计 是采用可靠性优化设计这一现代设计方法，使装载 机轮边减速器这一关键部件的可 靠性得以保证，使传统设计方法的固有缺陷得以克服。 由于 可 靠 性对装载机市场竞争力的重要性，国内外学术界和工业界都很重视这方面的研究。 发达国家在理论上不断推陈出新，在实践中，积累了丰富的经验，打下了坚实的基础，使其产品 可靠性大大领先其他国外同行。 同时，我国在该领域，理论上还不完善，实践中缺乏大量基础性 工作的支持，产品可靠性落后。 1、可靠性学科的产生与发展概况 第二 次 世 界大战期呵，德国在改进其 和 美 国的海、 陆、空军等部门，由于其技术装备经常发生故障而不能有效利用，于 1945年至 1950年 进行了大量的关于可靠性方面的研究。 当时，美国派往前线作战的飞机有 能起飞，电子仪 广西大学硕士学位论文 器使用时 50%发生故障，轰炸机上电子装置的正常工作时间平均只有 20 小时，海军舰艇上的电子 装置在使用初期有 70%发生故障。电子装置的高故障率引起了人们的高度重视，从而促进了可靠 性研究首先在电子学领域得到快速发展。 195 4 年在 纽约成立了第一个美国国家可靠性委员会，英国、前苏联、日本等国家相继从 20 世纪 50 年代末开始了可靠性研究工作。 第一 阶 段 (1943 至 1958 年 )，主要描述了建立在指数分布规律基础上的平均寿命的概率统计 特性。 研究认为，产品故障的发生及其原因是随机事件，具有不可避免性。 第二 阶 段 (1958 至 1968 年 )，可靠性研究的特点是，大力开展了实际可靠性的试验评估，以 及可靠性信息的收集和处理工作。 经过这一阶段的研究，使可靠性研究工作从电子领域扩展到了 机械领域，从军事部门扩展到了民用部门。 196 8 年 以 后是可靠性发展的第三阶段。 在这一阶段，可靠性数学理论得到了进一步的发展， 并使其与技术学科紧密结合，形成了可靠性试验方法与数据处理方法 ;颁布了有关可靠性标准。 建立了预防维修体系和可靠性管理机构，并使可靠性的教育更加普及。 我国 自 1950 年以来，原机械工业部有关单位对可靠性进行了研究，出版了可靠性与环境 试验和国外电子产品可靠性与环境试验两种刊物。 以后又在广州设立了环境试验研究所。 自 1978年改革开放以来，我国的可靠性研究得到了大力发展，许多行业相继设立了可靠性专业 组织，制定了相应的可靠性标准，加强了产品可靠性考核与管理工作。 经过 20 多年的努力，我国工 程机械领域在产品可靠性研究方面取得了较大的成绩。 对批量 生产的工程机械产品制定相应的可靠性指标和可靠性试验标准，高等院校的相关专业开设了可靠 性课程并进行专题研究，从而促进了工程机械产品质量的不断提高。 二 、 可 靠性研究的内容 可靠 性 学 科研究领域十分广阔，分为三个基本方面，即 :可靠性基础理论、可靠性工程和可 靠性管理。 可靠 性 基 础理论包括可靠性数学和失效学两个领域。 概率论与数理统计是可靠性研究的理论 基础。 可靠 性 工 程和可靠性管理包括 : 4制造可靠性 ; 随着 科 学 技术的发展，工程机械产品的技术水平不断提高，用户对产品的可靠性要求也越来 越高，产品的可靠性水平直接影响着用户的经济效益，并成为产品竞争力的关键因素。 因此，工 程机械可靠性理论研究将受到越来越高的重视，可靠性研究也将更加深入。 机械系统可靠性设计 与传 统 设 计方法相比，可靠性设计有其自身的特点。 在传统设计中，认为应力、强度、安全 系数等是确定性的单值变量 :而在可靠性设计中，将相应的变量处理成多值的随机变量，并服从 _广西大学硕士学位论文 器使用时 50%发生故障，轰炸机上电子装置的正常工作时间平均只有 20小时，海军舰艇上的电子 装置在使用初期有 70%发生故障。电子装置的高故障率引起了人们的高度重视，从而促进了可靠 性研究首先在电子学领域得到快速发展 z 195 4 年在 纽约成立了第一个美国国家可靠性委员会，英国、前苏联、日本等国家相继从 20 世纪50年代末开始了可靠性研究工作。 第一 阶 段 (1943至 1958年 )，主要描述了建立在指数分布规律基础上的平均寿命的概率统计 特性。 研究认为 ，产品故障的发生及其原因是随机事件，具有不可避免性。 第二 阶 段 (1958至 1968年 )，可靠性研究的特点是，大力开展了实际可靠性的试验评估，以 及可靠性信息的收集和处理工作。 经过这一阶段的研究，使可靠性研究工作从电子领域扩展到了 机械领域，从军事部门扩展到了民用部门。 196 8年 以 后是可靠性发展的第三阶段。 在这一阶段，可靠性数学理论得到了进一步的发展， 并使其与技术学科紧密结合，形成了可靠性试验方法与数据处理方法 ;颁布了有关可靠性标准。 建立了预防维修体系和可靠性管理机构，并使可靠性的教育更 加普及。 我国 自 1950 年以来，原机械工业部有关单位对可靠性进行了研究，出版了可靠性与环境 试验和国外电子产品可靠性与环境试验两种刊物。 以后又在广州设立了环境试验研究所。 自 1978年改革开放以来，我国的可靠性研究得到了大力发展，许多行业相继设立了可靠性专业 组织，制定了相应的可靠性标准，加强了产品可靠性考核与管理工作。 经过 20 多年的努力，我国工程机械领域在产品可靠性研究方面取得了较大的成绩。 对批量 生产的工程机械产品制定相应的可靠性指标和可靠性试验标准，高等院校的相关专业开设了可靠 性课程并进行专题研究，从而促进了工程机械产品质量的不断提高。 二 、 可 靠性研究的内容 可靠 性 学 科研究领域十分广阔，分为三个基本方面，即 :可靠性基础理论、可靠性工程和可 靠性管理。 可靠 性 基 础理论包括可靠性数学和失效学两个领域。 概率论与数理统计是可靠性研究的理论 基础。 可靠 性 工 程和可靠性管理包括 : 4制造可靠性 ; 随着 科 学 技术的发展，工程机械产品的技术水平不断提高，用户对产品的可靠性要求也越来 越高，产品的可靠性水平直接影响着用户的经济效益，并成为产品竞争力的关键因素。 因此，工 程机械可靠性理论研究将受到越来越高的重视，可靠性研究也将更加深入。 机械系统可靠性设计 与传 统 设 计方法相比，可靠性设计有其自身的特点。 在传统设计中，认为应力、强度、安全 系数等是确定性的单值变量 :而在可靠性设计中，将相应的变量处理成多值的随机变量，并服从 广西大学硕士学位论文 一定的概率统计分布。 在计算方法上，传统设计采用确定性的计算公式，而可靠性设计采用非确 定性的计 算公式。 在设计准则方面，传统设计以确定的许用应力和安全系数为准则 ;而在可靠性 设计中，是以强度大于应力的概率为准则。 即，传统设计是一种确定性的，以静态数据为基础的 经验设计 ;可靠性设计则是一种非确定性的，以统计数据和概率论为基础的合理设计。 系统 可 靠 性设计，指的是整机系统可靠性的总体设计。 设计奠定可靠性，说明整机系统的可 靠性设计，是决定整机系统能否优生，能否保证可靠性水平的关键。 整机系统的可靠性设计是以 现场实际使用条件和使用要求为依据，以保证和提高整机系统在现场使用条件下顺利完成规定功 能 的能力为目的。 然而，可靠性设计的出发点是从如何满足经过论证的可靠性指标开始。 整机 系 统 的可靠性设计是整机系统总体工程设计的组成部分，它与整机系统的结构设计紧密 相连相互交错。 可靠性设计指标是一个独立的要求，是保证整机系统质量与可靠性水平的重要的 技术指标。 然而，对整机系统的可靠性设计方案与可靠性设计的各项要求，又是寓于整机系统的 结构中的。 因此，要设计一个先进的装备，不仅要有先进的功能与性能的总体方案，还要有一个 完善的可靠性设计总体方案。 事实证明，整机系统有无可靠性设计总体方案，以及可靠性 方案成 功与否，是决定整机系统成败的关键因素，无论是从节省人力、物力、降低成本方面看，还是从 加速试制进度，保证产品质量与可靠性水平方面看，都有特别重要的意义。 机械系统模糊可靠性设计 以概 率 论 与数理统计为数学基础的可靠性设计，一般称之为常规可靠性设计或普通可靠性设 计，它研究工程设计中存在的随机现象，本质上把工程设计中的设计变量处理成多值随机变量， 从而对系统的有关参数和指标予以概率意义上的设计，把传统的设计扩展到一个新水平。 然而， 可靠性设计存在随机现象的同时，还存在大量的模糊现象。 例如经抽象 简化的基本支座模型有三 类 :固定端、简支端和自由端，自由端有明确的定义，容易识别，但对固定端、简支端就没有明 显的界限，对滑动轴承而言，轴承较宽则假设为固定端，轴承较窄则假设为简支端，这里的 较 宽 和 较窄 都是模糊概念。 八十年代后期，国内外有关人士认识到常规可靠性设计理论的局 限性。 常规 可 靠 性设计理论的局限性主要表现在以下几个方面 : 首先 ， 常 规可靠性设计理论是建立在普通集合论和二值逻辑基础上的。 其次 ， 常 规可靠性设计理论面临事物的复杂化与 梢确 描述事物性质和状态的矛盾。 最后 ， 常 规可靠性设计理论缺乏必要的数据。 随着 各 种 新型复杂系统的建立与工程项目的实施，常规可靠性设计理论与工程实践的矛盾日 益突出。 由于常规可靠性设计理论对处理模糊现象无能为力，迫使人们将模糊数学和常规可靠性 设计结合起来。 模糊 随 机 可靠性设计是以模糊数学、常规可靠性设计理论为基础，同时考虑系统中的模糊现 象和随机现象而提出的设计理论和方法。 模糊随机可靠性设计可简称为模糊可靠性设计。 广西大学硕士学位论文 一定的概率统计分布。 在计算方法上，传统设计采用确定性的计算公式，而可靠性设计采用非确 定性的计算公式。 在设计准则方面，传统设计以确定的许用应力和安全系数为准则 ;而在可靠性 设计中，是以强度大于应力的概率为准则。 即，传统设计是一种确定性的，以静态数据为基础的 经验设计 ;可靠性设计则是一种非确定性的，以统计数据和概率论为基础的合理设计。 系统 可 靠 性设计，指的是整机系统可靠性的总体设计。 设计奠定可靠性，说明整机系统的可 靠性设计，是决定整机系统能否优生，能否保证可靠性水平的关键。 整机系统的可靠性设计是以 现场实际使用条件和使用要求为依据，以保证和提高整机系统在现场使用条件下顺利完成 规定功 能的能力为目的。 然而，可靠性设计的出发点是从如何满足经过论证的可靠性指标开始。 整机 系 统 的可靠性设计是整机系统总体工程设计的组成部分，它与整机系统的结构设计紧密 相连相互交错。 可靠性设计指标是一个独立的要求，是保证整机系统质量与可靠性水平的重要的 技术指标。 然而，对整机系统的可靠性设计方案与可靠性设计的各项要求，又是寓于整机系统的 结构中的。 因此，要设计一个先进的装备，不仅要有先进的功能与性能的总体方案，还要有一个 完善的可靠性设计总体方案。 事实证明，整机系统有无可靠性设计总体方案， 以及可靠性方案成 功与否，是决定整机系统成败的关键因素，无论是从节省人力、物力、降低成本方面看，还是从 加速试制进度，保证产品质量与可靠性水平方面看，都有特别重要的意义。 机械系统模糊可靠性设计 以概 率 论 与数理统计为数学基础的可靠性设计，一般称之为常规可靠性设计或普通可靠性设 计，它研究工程设计中存在的随机现象，本质上把工程设计中的设计变量处理成多值随机变量， 从而对系统的有关参数和指标予以概率意义上的设计，把传统的设计扩展到一个新水平。 然而， 可靠性设计存在随机现象的同时，还存在大量的模糊现象。 例如经抽象简化的基本支座模型有三 类 :固定端、简支端和自由端，自由端有明确的定义，容易识别，但对固定端、简支端就没有明 显的界限，对滑动轴承而言，轴承较宽则假设为固定端，轴承较窄则假设为简支端，这里的 较 宽 和 较窄 都是模糊概念。 he is 15 of in 015 in is in of As a of 0 , be 5 is is up in in of of of at of , a s s of in 0%1,1. in at of s is is a by is to in of of of to in to in is at of to to of , at of of of In of to be in is is of to to be as a to of of of is to of of of of to is to of to in is to go up to to in be in of At is in in of of a of in is s of to I of - I -Is Ts as u of to 945 hi in a 950 0% 0% of 0 on on 0% to at of of to of to in 95 4 as 0 0s in ( 943 958 ) on of is is of is 958 968 ) , to is as as of is As a of of Is on of 96 8 In of of be in is 950 , in to of . of 978 , in As a of 0 in of at of To of of of by to of of of it is of of is is is of 1. is 2. 3. 4 5. 6. 7. 8. of of of is to of of is of of to of be is -3 of in of is in 50% is
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