可靠性认识.docx

学校代码：11517 学 号：201111104216HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING河南工程学院毕业论文可靠性的认识学生姓名_满 帅_系（部）_管理工程_专 业 _工业工程_指导老师_徐松杰_2014年 05月 01日河南工程学院论文版权使用授权书本人完全了解河南工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交论文的印刷本和电子版本；学校有权保存论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。论文作者签名： 2014年 05月 01日 河南工程学院毕业设计(论文)原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文，是本人在指导教师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 2014年 05月 01日3I河南工程学院毕业论文摘要总结分析机械可靠性理论研究的特点，系统阐述机械可靠性工程的学科体系及研究内容，界定了机械可靠性工程研究的两类主要问题。在此基础上分析论述了机械可靠性工程研究的发展趋势和方向。归纳了我国机械可靠性设计目前存在几点问题，对我国的机械可靠性研究提出展望。关键词可靠性 机械可靠性 研究体系 发展方向 设计Abstract The characteristics of the mechanical reliability theory are summarized and analyzed,and the discipline system andits research contents are systematically examined.the two main study areas of mechanical reliability engineering are defined.the research trend of mechanical reliability engineering is also discussed. It summarizes some problems of the mechanical reliability design in our country at present and also puts forward the prospects of the research on the mechanical reliability in our country.Key words reliability; mechanical reliability; study system; development direction;design;目录前言 1第一章 机械可靠性工程研究学科体系2第二章 可靠性分析与可靠性设计2第三章 机械可靠性工程研究发展方向3第一节 可靠度计算方法3第二节 疲劳强度及疲劳寿命可靠性3第三节 系统可靠性研究4第四章 我国机械可靠性设计发展及现状4第五章 结语5参考文献 6III1前言可靠性工程是为了达到系统可靠性要求而进行的有关设计、管理、试验和生产一系列工作的总和，它与系统整个寿命周期内的全部可靠性活动有关。可靠性工程是产品工程化的重要组成部分，同时也是实现产品工程化的有力工具。利用可靠性的工程技术手段能够快速、准确地确定产品的薄弱环节，并给出改进措施和改进后对系统可靠性的影响。1) 可靠性管理：完善可靠性组织结构,规划出可靠性组工作的目标制定出相应的流程,规范可靠性工作,监督可靠性工作的实施培训可靠性知识,增强质量意识,规避设计风险。2) 可靠性设计：通过设计奠定产品的可靠性基础研究在设计阶段如何预测和预防各种可能发生的故障和隐患。3) 可靠性研究及可靠性分析：通过试验测定和验证产品的可靠性，研究在有限的样本、时间和使用费用下，如何获得合理的评定结果，找出薄弱环节，并研究导致薄弱环节的内因和外因，研究导致薄弱环节的机理，找出规律，提出改进措施提出以提高产品的可靠性。4）制造阶段的可靠性：研究制造偏差的控制、缺陷的处理和早期故障的排除，保证设计目标的实现。可靠性是指：产品在规定的条件下、在规定的时间内完成规定的功能的能力。可靠性工程的具体工作步骤为：通过试验或使用，发现系统在可靠性上的薄弱环节研究分析导致这些薄弱环节的主要内外因素研究影响系统可靠性的物理、化学、人为的机理及其规律针对分析得到的问题原因，在技术上、组织上采取相应的改进措施，并定量地评定和验证其效果完善系统的制造工艺和生产组织第一章 机械可靠性工程研究的学科体系机械可靠性工程是可靠性工程在机械工程领域的应用，是可靠性理论与机械工程相关理论的交叉边缘性学科。从研究内容及其发展历程上来看，机械可靠性工程与工程力学的研究紧密相连，其学科体系的对应关系如图所示。工程力学基础机械可靠性领域静力学结构可靠性强度可靠性 刚度可靠性运动学弹塑学运动可靠性 机构可靠性弹塑可靠性动力学动力可靠性 图一第二章 可靠性分析与可靠性设计如图所示，根据产品设计的结构、机构参数对其可靠性相关指标进行预测评估及分析计算的问题 可以称之为可靠性工程第类问题，此即为可靠性分析问题。而可靠性工程的第类问题是根据产品的可靠性相关指标驱动产品零部件及系统的结构、 机构参数设计，从而获得兼顾可靠性要求的机械设计结果，此即为可靠性设计问题。可靠性分析与可靠性设计都是机械可靠性工程研究的主要问题，是可靠性理论与机械工程相结合进行研究的着眼点， 其任务就是利用可靠性数学及其它相关理论、方法建立起机械产品的结构、机构参数与可靠性指标之 间的定量映射关系，从而为产品可靠性质量的提高提供理论依据及现实途径。可靠性指标结构、机构参数第二类问题第一类问题图二第三章 机械可靠性工程研究发展方向第一节 可靠度计算方法 严格来讲，可靠度计算方法属于可靠性数学理论的范畴，但是鉴于其在可靠性工程中的重要的理论基础地位，在此特别予以强调。可靠性工程关注于产品具体的可靠度及失效概率值。多年来关于可靠度的定量分析计算已经形成了一些比较成熟的方法，但是在当前工程实际对计算精度及效率要求日益提高的情况下，对可靠度计算方法的创新研究也显得日益重要。 基于传统的应力强度干涉模型的可靠度计算方法主要有概率解析法和近似概率法。概率解析法是基于数学概率计算理论的精确概率分析方法，而由于实际机械结构和随机变量概率分布情况的复杂性，使完全精确的概率解析计算难以实现。近似概率法包括基于极限状态函数近似泰勒展开的一次二阶矩法、高次高阶矩法。其中高次高阶矩法虽然提高了状态函数泰勒展开的精度，但由于解析计算过程过于繁琐导致新的计算误差，故计算精度受到限制，应用较少。目前工程实际中应用较多的是基于极限状态函数线性泰勒展开的一次二阶矩法，包括矩分析法、变异系数法及法，其中法适用于基本随机变量为任意分布的可靠度求解，并且运算简捷、计算精度较高，是广泛应用的一种可靠度计算方法。基于大数定律的蒙特卡罗随机抽样模拟法 （法）也是可靠度计算的重要发展方向，尤其是世纪年代以后，结合先进的计算机技术逐渐发展出了具有不同特点的多种抽样模拟方法，包括：重要抽样法 、子集模拟法、方向抽样 、响应面法。目前限制该类方法发展的主要瓶颈是计算成本和计算效率问题。另外，将有限元法与概率分析理论相结合应用于可靠性分析的概率有限元法，对极限状态函数难以用显函式表达的复杂结构可靠性分析提供了有效途径。目前，随着机械系统日益复杂化，系统可靠性成为机械可靠性研究发展的重要方向。但是目前针对复杂系统进行可靠性分析的方法还很不完善，对复杂系统的可靠性指标评价依然比较困难。一般简单的系统可靠性分析主要应用传统的可靠性框图模型（串联系统、并联系统、表决系统等），复杂系统可靠性分析主要应用方法及研究方向包括故障树分析法（）、故障模式影响及危害度分析法（ ）、贝叶斯网络分析法等。第二节 疲劳强度及疲劳寿命可靠性 随着可靠性技术研究的深入，单纯的静强度可 靠性已经不能满足工程实践的需要。考虑产品的循 环交变应力工况及零部件疲劳寿命、持久极限特性 的疲劳强度及疲劳寿命可靠性问题更符合工程实际 要求，成为强度可靠性研究的重要发展方向。目前，在材料疲劳强度及疲劳寿命理论发展的 基础上，将可靠性分析技术及理论与之有机结合，建 立系统的无限寿命疲劳可靠性及有限寿命疲劳可靠 性数学模型，并寻求精确高效的分析计算方法是这 方面研究的迫切需要和重要方向。第三节系统可靠性研究 近年来，随着机械系统日益复杂化，系统可靠性研究日益受到重视。但就目前水平而言，对系统可靠性的研究还很不充分，尤其是对复杂系统的可靠性研究是最近十几年才发展起来的，相关的数学建模理论及分析计算方法都处于基础研究阶段，有待进一步发展。 传统的系统可靠性理论将系统中各组成单元的故障失效视为相互独立进而基于串联、并联、混联等各种理想模型进行系统可靠性分析。但是事实上在一般现实系统中，各组成单元及元器件的故障失 效都是相互影响、相互关联的，只有考虑系统各组成单元及元器件的故障关联性，建立关联系统可靠性模型，才能更加准确地反映系统，可靠性的真实情况。所以关联系统可靠性问题便成为目前系统可靠性研究的主要方向之一。另外，考虑系统元件对应不同故障模式、不同失效程度的多状态模式以及由于系 统元件失效或性能衰退导致系统整体的性能下降且呈现出多个性能水平和多种失效模式，建立多状态系统可靠性理论，是研究复杂系统可靠性的现实要求。当前多状态系统可靠性研究的主要困难在于多状态系统的可靠性建模及状态数目爆炸问题，简化多状态系统可靠性模型、减轻计算负担是研究的重点。第四章 我国机械可靠性设计发展及现状在我国可靠性研究开始于上世纪60年代，对于机 械产品的可靠性研究则起步更晚，20世纪80年代才得 到较快的发展，机械行业相继成立了可靠性研究的相关协会，各有关院所和高校也开展了机械产品的可靠性研究，制定了一批可靠性标准，取得了较大的成果。 陈立周等提出了一种基于概率密度函数矩不等式的契贝雪夫点法。该方法既保证了概率计算的精度，同时又克服了一次二阶矩法的不精确性和广义模拟优化方法计算量过大的缺点。王光远和谭东耀建立了基于随机模糊性的结构优化设计的概念和方法，并应用于结构抗震设之中。赵国藩等建立了广义随机空间内考虑随机变量相关性的结构可靠度实用分析方法，扩大了现有可靠度计算方法的适用范围。贡金鑫和赵国藩还研究了原始空间内的可靠性分析方法，这种方法不需要将非正态随机变量映射或当量正态化为正态随机变量，因而特别适合于当随机变量的概率分布函数不存在显式时可靠度的计算。李云贵和赵国藩提出了计算可靠度的4次高阶矩法，提高了可靠度的计算精度。胡云昌等在分析现有可靠性计算方法的基础上，给出了较全面的评价结构系统可靠性的标准，从而为结构系统的优可靠性设计提供了可靠的设计依据。总的来看，在有关院所和高校中机械可靠性设计理论研究多，但实际工程中运用少，尤其是在数据采集方面与西方发达国家相比差距不小，有些成果尚不能完整地、成熟地应用在不同的机械系统中。 由于我国机械工业总体水平和工业发达国家的差异，和对于机械产品可靠性研究时间短，造成了我国机械行业可靠性设计总体与工业发达国家差距较大。目前我国的机械可靠性设计除了历史原因上的差距以外， 现实中也存在一些问题：(1)许多机械设计人员对机械可靠性设计理解不够，在工作中可靠性设计还是沿用了许多电子行业可靠性设计的方法，对机械可靠性设计中使用概率论和数理统计生疏，感到机械可靠性设计数理深奥，难以定量计算，面临一个知识更新的问题。 (2)在我国目前的可靠性设计手册主要适用于电子行业，缺乏可供机械可靠性设计实用的手册、规范和指南，在机械可靠性数据和资料较少情况下，开展机械可靠性设计存在或多或少的困难； (3)因机械可靠性试验研究较少，可靠性试验的周期长、费用高等原因，使得在产品研制的过程中不好开展机械可靠性试验。第五章 结 语为此，我们必须面对上述这些现实，应以可靠性科技和理论为先导，以现实国情为基础，结合我国机械可靠性研究的具体情况，以达到产品可靠性增长和提高企业经济效益为目的，探求出一条具有中国特色的机械可靠性设计工作的发展途径。 参考文献1刘小宁，张红卫，韩春鸣，等联接螺栓静强度的模糊可靠性设计研究 河北科技大学学报，（ ）： 2庞志锋内平动齿轮传动装置系统设计的可靠性及相关问题研究 北京：北京理工大学，3李昌，韩兴，孙志礼基于机构运动精度的可靠性虚拟实验方法研究 机械设计，（）： 4吕震宙，宋述芳，李洪双，等结构机构可靠性及可靠性灵敏度分析北京：科学出版社，5尚仲平，夏茂辉，翟社霞基于摄动技术的随机无网格点插值法 在结构可靠性分析中的应用 河北科技大学学报， （ ）： 6尹晓伟，钱文学，谢里阳基于贝叶斯网络的