先进设计与制造技术PPT课件

.,1,上篇,一、现代设计技术概述二、优化设计三、可靠性设计四、虚拟设计五、模糊设计六、绿色设计七、并行设计八、逆向工程设计九、计算机辅助设计,下篇,一、先进制造技术概述二、精密加工与超精密加工技术三、高能束加工及复合加工技术四、超高速加工技术五、制造自动化技术六、微机械及其微细加工技术七、先进制造系统检测与监控自动化八、现代质量工程九、先进制造新概念,.,2,课程时间安排,上篇：先进设计技术9个专题，共18学时先进设计技术的范畴、体系、及其内涵；先进设计技术的具体方法等。下篇：先进制造技术9个专题，共18学时先进制造技术的内涵及特点；先进制造技术体系结构；先进制造技术的发展趋势。时间进度：一般每两个学时进行一个专题的介绍。总体要求：先进设计与制造技术课程主要向学生介绍在产品设计、加工、管理、销售、使用、服务乃至回收的产品生命周期全过程中的前沿技术和现代管理技术的成果。同时对实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的各种制造技术进行普及性介绍。通过本课程的学习，要求学员对现代设计与制造技术的概貌及其技术实质有一个系统全面的了解，在有关工业设计与制造技术等方面的知识面及综合素质有所提高，从而有能力在以后的工程技术生涯中灵活运用所学知识去选择正确有效的解决问题的方法。另外，结合工业设计专业的特点，以逆向工程及快速成型为重点，设计相应实验，培养学员理论与实践结合的综合能力。,.,3,课程教材及参考书目,上篇：先进设计技术参考书：王国强等著，现代设计技术，化学工业出版社，2006年8月第一次印刷。下篇：先进制造技术参考书：王润孝主编，先进制造技术导论，科学出版社，2006年8月第三次印刷。,.,4,课程考试方式及时间,1，本课程将采取闭卷方式考试；2，考试内容一选用教材及参考书目所列内容为准。对于超出教科书范围的部分内容，以本课程讲授课件为准；3，平时作业和期终考试并重，一般按50%：50%记最终成绩；4，课程考试重点在于对先进设计与制造方法的概念的理解、具体应用等内容。考试重点将有机第分布在日常教学内容中。5，插班、重修的学员需要提前申请、登记。6，试验内容将作为平时成绩计入总成绩，但考试不会涉及具体制作类试验过程。7，考试时间按学校统一安排时间进行。（一般会在学期末的一周进行，具体时间会在考试前另行通知）,.,5,一、现代设计技术概述（1/21）,上篇,1，现代设计技术概述什么是设计？设计是为了满足社会和人们对某种产品功能的需要，运用基础知识、专业知识、实践经验和系统工程等方法，进行构思、计算和分析，最后以技术文件的形式，提供产品制造依据的全过程。什么是现代设计？贯彻先进的设计理念及设计思想，综合应用最先进的设计工具，对产品进行全生命周期的综合构思与规划，这样的设计就称作现代设计。现代设计的要素：a)多学科交叉性b)设计理念的概念人本设计、商品化设计、绿色设计、可持续发展设计、环境友好设计c）先进设计工具的应用应用现代设计支持工具实现从单一的功能设计到系统设计与综合；从面向单一设计约束到考虑全生命周期，包括设计、制造、安装、运输、维修、报废等各个环节的综合求解。,.,6,一、现代设计技术概述（2/21）,2，现代设计技术的体系及与相关学科的关系1）基础技术指传统的设计理论与方法，特别是运动学、静力学与动力学、材料力学、结构力学、热力学、电磁学、工程数学的基本原理与方法等方面。基础技术不仅为现代设计技术提供了坚实的理论基础，也是现代设计技术发展的源泉。现代设计技术也可以说是在传统设计技术的基础上，以新的形式和更丰富的内涵发扬光大传统设计技术中的优秀内核与精华。2)主体技术现代设计技术的诞生和发展与计算机技术的发展息息相关、相辅相成。可以毫不夸张地说，没有计算机科学与计算机辅助技术(如计算机辅助设计、智能CAD(IntelligentCADICAD)、优化设计、有限元分析程序、模拟仿真、虚拟设计和工程数据库等)，便没有现代设计技术；另一方面，没有其他现代设计技术的多种理论与方法，计算机技术的应用也会大大受到限制，因为运用优化设计、可靠性设计、模糊设计等理论构造的数学模型，来编制计算机应用程序，可以更广泛、更深入地模拟人的推理与思维，从而提高计算机的“智力”。而计算机辅助设计技术正是以它对数值计算和对信息与知识的独特处理能力，成为现代设计技术群体的主干。,上篇,.,7,一、现代设计技术概述（3/21）,3）支撑技术无论是设计对象的描述，设计信息的处理、加工、推理与映射及验证，都离不开设计方法学、产品的可信性设计技术及设计试验技术所提供的多种理论与方法及手段的支撑。设计方法学、可信性设计技术及试验设计技术所包含的种种内容，可视为现代设计技术群体的支撑技术。4)应用技术应用技术是针对实用目的解决各类具体产品设计领域的技术。如机床、汽车、工程机械、精密机械的现代设计内容，可以看作是现代设计技术派生出来的丰富多彩的具体技术群。现代设计技术在各类产品设计领域的广泛应用，促进了产品质量与性能的提高。现代设计已扩展到产品规划、制造、营销、运行、回收等各个方面，除了必要的传统设计理论与方法的基础知识外，相关的学科与技术，尤其是制造工艺、自动化技术、系统管理技术、材料知识与经验及广泛的自然科学知识等也是十分必要的。需要指出的是，现代设计技术体系框架的划分只是相对的，而不是绝对的；主体技术、支撑技术、应用技术、基础技术之间并不存在截然的界限。主体技术所包含的计算机辅助设计的有关技术本身往往就是应用技术。在特定情况下，某些支撑技术也可以成为主体技术。有些设计支撑技术本来就是由传统的强度、变形及失效理论“繁衍”出来的多种设计理论，如疲劳设计、可靠性设计等，所以，也可看是作基础技术。,上篇,.,8,一、现代设计技术概述（4/21）,上篇,现代设计技术体系与其他学科的关系,.,9,一、现代设计技术概述（5/21）,上篇,3，现代设计理论的方法与技术现代设计方法是基于设计理论形成的，因而更具科学性和逻辑性。但一些方法还有完善和发展的过程，所以现代设计方法还不能完全取代传统设计方法，一些行之有效的经验方法目前仍在广泛使用，它们仍是现代设计方法的重要组成。1)现代设计法的内容与范畴现代设计方法实质上是科学方法论在设计中的应用。概括为十一论：突变论、信息论、智能论、系统论、优化论、对应论、功能论、控制论、离散论、模糊论、艺术论。这些论与广义设计(有目的的意识活动)直接有关，有的已形成单一学科，有的正在形成。突变论方法突变创造是现代设计的基石。如创造性设计。主要应用于定性的方案决策、系统设计；智能论方法发挥智能载体的潜力，是现代设计的核心。如（1）计算机辅助计算：仅借助计算机代替人的初级智能；（2）CAD；（3)CAE;(4)智能机器化方法：即指高级人工智能，如机器人、专家系统等。应用于能代替人的智力的一切场合。,.,10,一、现代设计技术概述（6/21）,上篇,信息论方法设计信息的分析是现代设计的依据。如：(1)预测技术法：用历史性趋向及参数，预测现需与未来的动向与参数；(2）方差分析法：对一系列已知数据因素，进行参数的估计与识别检验；(3)信息合成法：将各种不同信息合成为所需的广义系统，如人工合成细胞、图形等。主要用于通过历史性或试验性数据进行预测与信号分析及可行性论证。系统论方法系统分析是现代设计的前提。常用：(1)系统分析法：把任何系统、功能、元件均看做系统，加以分析，进行输入一输出关系的描述，得到合理的系统与功能；(2)逻辑分析法：运用逻辑数学从各系统之间相互关联与制约关系，设计出优化系统；(3)模式识别法：把已有若干模式的系统样本，进行模式的确定；主要用于总体方案与系统设计及可行性论证。,.,11,一、现代设计技术概述（7/21）,上篇,控制论方法动态分析是现代设计的深化。常用：(1)动态分析法：运用传递函数与状态方程，研究输人情号与输出功能之间的定性定量关系，以获得最好的动态特性指标；(2)振荡分析法：对振型模态进行识别，以利用振动或消除振动及噪音(广义)；(3)柔性设计法：把刚性系统按实际弹性系统进行设计计算；(4)动态优化法：主要是研究大系统优化与最佳动态数学模型；一般用于系统确定后的动态指标定性分析与定量校正。优化论方法广义优化是现代设计的宗旨。常用：(1)优化设计法：包括各种优化值的搜索方法，如线性规划、非线性规划、动态规划、整数规划、几何规划、多目标优化、试验优化、经验优化、方案优化、模糊优化等；(2)优化控制法：主要是动态优化、最优控制等。可用于方案设计与参数设计。,.,12,一、现代设计技术概述（8/21）,上篇,对应论方法相似模拟是现代设计的捷径。常用：(1)相似设计法：似同类参照物为依据求出设计对象与参照对象间的数学关系；(2)模拟分析法：以异类参照物为依据，设计系统结构与求得参数；(3)仿真技术：用电子数字计算机及仿真语言模拟复杂系统与过程，求得解析法不能取得的参数；(4)仿生技术：模拟生物的特殊功能为设计服务。主要用于已有参照，模型的构思与定量计算。功能论方法功能实现是现代设计的目标。有限寿命是自然与社会的基本客观现实，所以设计时应保证有限使用期限内设计对象的经济有效功能，其方法有功能分析设计法、可靠性分析预测、可靠性设计及功能价值工程等。主要应用于方案设计与功能价值、功能安全可靠性定量分析；,.,13,一、现代设计技术概述（9/21）,上篇,离散论方法离散分析是现代设计的细解。事物特别是复杂广义系统由离散体组成，是自然与社会另一个基本客观现象，因此，用离散化方法近似确定参数是必然可靠的，其方法有有限单元法、边界元法、离散优化、子模态分析法及其他运用离散数学技术的方法等。主要用于近似细解的精细设计。模糊论方法模糊定量是现代设计的发展。事物的模糊性是一种大量的客观存在，所以运用模糊分桥的量度方法(避开精确的数学方法)是必要的，其方法目前主要运用隶属函数的论域法，可以进行模糊分析、模糊评价、模糊控制与模糊设计等的运用。主要用于模糊性参数确定与方案的综合评价；艺术论方法悦心宜人是现代设计的美感。任何设计都尽可能把设计对象形成一件艺术品，是设计的重要观念，现代艺术论不仅如此，还要采用技术美学，计算机造型、模糊艺术等处理方法。主要用于使设计达到悦心宜人的功能.,.,14,一、现代设计技术概述（10/21）,上篇,2)目前所指的现代设计技术现代设计方法学(a)系统设计(b)价值工程(c)功能设计(d)并行设计(e)模块化设计(f)质量功能配置(g)反求设计(h)绿色设计(i)模糊设计(j)面向对象的设计(k)工业造型设计计算机辅助设计技术(a)有限元法（b）优化设计（c）计算机辅助设计（d）模拟仿真与虚拟设计（e）智能计算机辅助设计（f）工程数据库可信性设计（可信性设计技术可看作广义可靠性设计内容的扩展）(a)可靠性设计（b）安全设计（c）动态设计（d）防断裂设计（e）抗疲劳设计（f）减摩耐磨设计（g）防腐蚀设计（h）健壮设计（i）耐环境设计（j）维修设计和维修保障设计（k）测试性设计（l）人机工程设计,.,15,一、现代设计技术概述（11/21）,4，现代设计技术的范畴简表,上篇,.,16,一、现代设计技术概述（12/21）,5，现代设计技术的特点由现代设计技术的涵义及其体系可见，它具有以下一系列特点。(1)设计理论与方法的延伸、思维的变化及设计范畴的扩展现代设计技术是传统的设计理论与方法的继承、延伸与扩展。静态的设计原理向动态的延伸；经验的、类比的设计方法向精确的、优化的方法延伸；确定的设计模型向随机的模糊的延伸，单维思维模式向多维思维模式延伸；而且设计范畴在不断扩大。传统的设计通常只限于方案设计、技术设计(总体设计与工艺设计)，如先进制造技术中的面向制造的设计(DesignForManufacturingDFM)，面向装配的设计(DesignForAssemblyDFA)及面向X的设计(DesignFor“X”DFX)，并行设计(ConcurrentDesignCD)、虚拟设计、绿色设计(GreenDesignGD)、模糊设计、维修性设计(MainterinabilityDesignMD)、健壮设计等，便是工程设计范畴扩大的集中体现。现代设计可以说是设计师、制造工程师、管理营销人员以及工人、财会人员、专利律师等通力合作、集体智慧的结晶。,上篇,.,17,一、现代设计技术概述（13/21）,(2)多种设计技术、理论与方法的交叉与综合计算机技术与信息科学对机械产品的渗透、改造与应用，使产品的结构、功能产生很大的变化，现代的机械产品正朝着机电一体化，物质、能量、信息一体化，集成化，模块化方向发展。数控机床及数控装置、加工中心、工业机器人等典型的机电一体化产品，不仅具有传统意义上的物质与能量转换的功能，而且具有自动检测、自动数据处理(运算、判断、存储、记忆)、自动显示、自动控制、故障诊断和自动保护及维护性、可回收性等功能，从而对产品的质量、可靠性、稳定性、稳健性及效益等均提出更为严格的要求。因此，现代设计技术必须是多学科的融合交叉，多种设计理论、设计方法、设计手段的综合运用，以系统的、集成的设计概念设计出符合时代特征和科技发展趋势的产品及整体综合效益最佳的产品。,上篇,.,18,一、现代设计技术概述（14/21）,(3)设计手段的精确化、计算机化、自动化与虚拟化(a)精确化在传统设计中，面对载荷、应力、环境等因素的复杂化，通常以某种条件性的假设建立所谓稳定的、理想的载荷(集中的或匀布的)和应力(名义的、平均的)模型，它与实际情况有差异的许多因素，则以安全系数和一系列的载荷系数、应力系数及其它影响系数等加以考虑，这往往使计算的结果误差较大。现代设计技术可以采用概率设计(可靠性设计)描述载荷应力、环境条件等随机因素的分布规律，133，通过有限元法、动态分析、疲劳设计、防断裂设计、健壮设计、耐环境设计等分析工具和建模手段，准确模拟系统的真实情况，从而得到比较符合实际工况的真实解，提高了设计的精确化程度。(b)计算机化计算机化的标志是计算机在工程设计中得到广泛的应用，并逐渐替代传统的手工设计。硬件功能日益增强，计算机在设计中的应用已从计算机辅助分析计算和辅助绘图，发展到优化设计、并行设计、三维特征建模、设计过程管理、面向制造与面向装配的设计制造一体化，形成了CAD、CAPP、CAM的集成化、网络化，并逐步向设计智能化、模拟仿真和虚拟设计、国际互联网络条件下进行计算机辅助设计过渡。计算机辅助设计技术，特别是工程数据库和网络技术的广泛应用，加速了实现计算机集成制造系统（CIMS)和全球化制造的进程。(c)自动化设计自动化的含义、内容与范围目前尚无确切定论，但它一直是设计领域追求的目标。,上篇,.,19,一、现代设计技术概述（15/21）,(d)虚拟化设计手段虚拟化(或拟实化)，是以虚拟现实的系统软件在计算机上实现仿真、实现虚拟现实的三维建模，包括几何建模、运动建模、物理建模、对象特性建模及模型切分等，使设计者能在虚拟的设计环境下看到设计内容，如设计对象的形状、外表、物体的移动、旋转和各部分是否干涉与碰撞，以及对象的质量、重量、惯性、表面特性(光滑与粗糙)、硬度、结构形式等改变模式，从而实现设计可视化，快速显示设计内容，灵活而方便地修改设计，同时由于虚拟制造技术，以及快速原形技术的出现，使设计者在零件被制造之前就看到了它加工后的形状并感觉到它。这些虚拟技术与手段的运用，大大提高了设计效果与质量。,上篇,.,20,一、现代设计技术概述（16/21）,(4)并行化、最优化和智能化的设计过程现代设计技术中的并行设计、优化设计及智能化设计(如智能CAD，专家系统(ES)等)均是现代设计技术中的重要设计技术，是设计开发新产品过程不可缺少的方法和技术手段。(a)并行设计过程并行设计(ConcurrentDesign)有时又称为并行工程(ConcurrentEngineering)。这是一种综合工程设计、制造、管理、经营的思想、方法和工作模式。并行工程技术可以在一个工厂、一个企业(包括跨地区、跨行业的大型企业及跨国公司)以通信管理方式在计算机软、硬件环境下实现。其核心是产品的设计阶段就考虑到产品生命周期(从概念形成到产品报废)中的所有因素(包括设计、分析、制造、装配、检验、维护、质量、成本、进度与用户需求等)，强调多学科小组、各有关部门协同工作，强调对产品设计及其相关过程(制造过程和支持过程)进行并行地、集成地、一体化地进行设计，使产品开发一次成功，缩短产品开发周期，提高产品质量.(b)全过程的优化设计广义的工程优化设计：应是优化设计的重要发展方向，其内容主要包括工程优化设计问题的自动建模技术、优化设计问题的前处理与后处理、优化设计结果的评价等。此外，基于优化设计和制造的分级分解优化也是目前重要的研究内容。上述优化方向的实现，必然涉及到人工智能、信息技术、控制技术等多种方法、多种技术、多个软件系统的综合运用。,上篇,.,21,一、现代设计技术概述（17/21）,(c)人机结合的智能化设计过程产品设计是一个创造性的思维、推理和决策的过程，CAD技术在产品设计中的成功应用，引起设计领域产生了深刻的变革，由人完成的设计过程，已转变为由人机密切结合共同完成设计过程的智力与智能活动。(5)面向产品寿命周期全过程的可信性设计随着科学技术的发展和日益增长的社会需求，产品的类型、规格及性能迅速地发生变化，产品的寿命周期越来越短。人们对产品质量要求的含义也在不断变化，不仅要满足功能要求，对可信性、安全性、可靠性、合理的寿命、方便使用和维护保养条件与方式也提出了更高的要求，并要符合有关标准、法律和生态环境要求及满足用户非物质功能的要求等等。为贯彻这些标准和要求，需要设计、制造、管理、维护、使用等一系列环节有严格的技术措施加以保证，其中最重要的是设计、制造水平，因为产品的质量是设计和制造出来的，而不是检验出来的。因此，现代设计技术的重要内容之一就是面向产品寿命周期全过程进行可信性设计，以满足市场与用户对产品质量的要求。(6)多种设计试验技术的综合运用为了有效地验证设计目标是否达到和检验设计过程、制造过程的技术措施，全面把握产品的质量信息，做到万元一失，在设计全过程中对产品进行必要的、针对性的试验是不可忽视和超越的。在产品的设计过程中，人们根据不同产品的特点和需要，通过物理模型试验、动态试验、可靠性试验、产品环保性能试验与控制等，获取相应的产品参数和数据，为评定设计方案的优劣和几种方案的比较提供一定的依据，也为开发新产品提供有益的基础数据。,上篇,.,22,一、现代设计技术概述（18/21）,6，现代设计技术的流程a)传统设计流程特点：顺序过程；缺点：回溯周期长，代价大。b)现代设计流程特点：集成化并行过程；优势：减少设计回溯时间、节约成本。见图1.1，图1.2。,上篇,.,23,一、现代设计技术概述（19/21）,7，现代设计的发展趋势展望展望现代设计技术的发展趋势，大致有以下几方面：1)设计过程的数字化不仅要完善工程对象中确定性变量的数学描述和数学建模，而且更要研究非确定性变量，包括随机变量、随机过程、模糊变量(人的智能、经验、创造力、语言及政治、经济、人文等社会科学因素)等的数学描述和数学建模。2)设计过程的自动化和智能化研究健全、研究、发展各种类型的数据库、方法库和知识库，及自动编程、自学习、自适应等高级商品化软件的研制，如研究设计知识、数据信息的获取与处理技术、智能CAD人工神经网络专家系统的模型和应用软件等。3)动态多变量优化和工程不确定模型优化(模糊优化)、不可微模型优化及多目标优化等优化方法与程序的研究，并进一步发展到广义工程大系统的优化设计的研究。4)网络化并行设计及协同设计技术、方法及软件的研究。5)虚拟设计和仿真虚拟试验及快速成形技术的深入研究，是一种以计算机仿真为基础，集计算机图形学、智能技术、并行工程、人机工程、材料、成形工艺、光电传感技术和多媒体技术为一体的综合学科研究。,上篇,.,24,一、现代设计技术概述（20/21）,6)大力普及、推广与发展CAD技术的应用研究，其重点是研制开发功能强的商品化软件。7)面向集成制造和分布式经营管理的设计方法、人员组织及规划的研究。8)微型机电系统的设计理论及设计方法和技术的研究，如智能计算、纳米技术、微型机器人系统及微型机械系统的设计计算。9)面向生态环境的绿色设计理论与方法的研究，如绿色产品的设计、清洁化生产过程的设计、产品的可回收性设计等。10)注重基础性设计理论及共性设计技术的深层次研究。基础性设计技术，如动态设计、疲劳设计、防断裂设计、减摩和耐磨设计、防腐蚀性设计及运动学、动力学、传动技术、弹塑性理论等，是许多现代设计技术的知识源泉和数学建模的理论基础。,上篇,.,25,一、现代设计技术概述（21/21）,本章作业：1），试述现代设计技术的设计流程与传统设计流程的区别。2），试述现代设计技术的范畴？3），试述现代设计技术的特点？,上篇,.,26,二、优化设计（1/5）,1，定义优化设计是在满足一定的约束前提下寻求目标函数极值的过程，包括极大值或极小值。2，优化设计的基本概念a)数学模型：即描述优化问题的设计内容、变量关系、有关设计条件和优化意图的数学表达式；数学模型包括设计变量、目标函数和约束条件等三个要素。b)设计变量：设计过程需要确定的量；如齿轮设计中模数、齿数、齿宽等常作为设计变量。设计变量有连续和离散变量之分。n个设计变量，则构成n维优化问题。记为：X=x1,x2,x3,xnTc)目标函数f(X)=f(x1,x2,x3,xn)优化函数：minf(X)=minf(x1,x2,x3,xn)maxf(X)=maxf(x1,x2,x3,xn)d)约束条件：等式约束、不等式约束等,上篇,.,27,二、优化设计（2/5）,3，优化方法概述数学模型的优化归根到底是求极限值的过程。而求极值的算法则可以通过找一阶导数等于零的位置。,a）导数方法：梯度法、牛顿法、共轭梯度法b)非导数方法：随机方向法、复合形法、遗传算法、模拟退火算法4，优化设计工具软件简介MATLAB软件：MatrixLaboratory出品，支持命令交互，实现具体问题的求解。5，优化设计的例子例题参见课本。,上篇,.,28,二、优化设计（3/5）,例：基于导数的优化算法梯度法因为函数的梯度方向是函数值变化最大的方向，所以其可以用来快速找到函数的极限解。梯度法就是使用负梯度方向作为搜索方向，通过迭代二找到函数的最优解。,一般迭代公式：取则有：,上篇,X0,X1,X*,.,29,二、优化设计（4/5）,其中是步长因子，是有满足一维搜索的最优步长所确定的，即满足：,梯度法优化的步骤：1）选初始点，选定迭代精度2）确定点的梯度：计算梯度的模：,上篇,.,30,二、优化设计（5/5）,3）判断迭代终止条件：若满足条件则迭代终止，得到最优解：,4）若不满足条件3），则寻求下一个迭代点：1）选初始点，选定迭代精度2）确定点的梯度：然后返回第2）步继续。,上篇,.,31,三、可靠性设计（1/9）,1，什么是可靠性？可靠性即产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。2，什么是可靠度？可靠度是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的概率，是可靠性的一种量化的指标。常用的可靠性度量的指标有：可靠度、失效率、平均寿命、可靠寿命、中位寿命及特征寿命，维修度、平均修理时间、修复率、有效度和重要度等。3，可靠性的四要素：a)规定的条件b)规定的时间c)规定的功能d)概率,上篇,.,32,三、可靠性设计（2/9）,4，可靠度与失效概率？可靠度：失效概率：5，失效率定义：工作到某时刻尚未失效，在该时刻后的下一个时间单位发生失效（故障）的概率。设有个产品，从开始工作，到时刻时产品的失效数为；而到时刻时产品的失效数为，即在时间内有个产品失效，则该产品在时间内的平均失效率为：,上篇,.,33,三、可靠性设计（3/9）,当产品数，时间时，可得到失效率的表达式如下：6）失效率与可靠度的关系失效率的比率法定义：失效率是产品一直到某一时刻为止尚未发生故障的可靠度，在下一单位时间内可能发生故障的条件概率，即：,上篇,.,34,三、可靠性设计（4/9）,上篇,或得到：,有效寿命,工作时间t,失效率,（B）偶然失效期,（A）早期失效期,（C）耗损失效期,规定的失效率,失效率曲线,.,35,三、可靠性设计（5/9）,上篇,7）平均寿命定义：产品的平均寿命指产品从投入运行到发生失效（故障）的平均工作时间。由于产品失效时间或寿命是随机变量，具有确定的统计分布规律，因此，平均寿命实际上是随机变量的数学期望。设有个产品从使用到发生失效的时间分布为，则平均寿命的观测值为：若产品的失效密度函数为，则产品的平均寿命为：,.,36,三、可靠性设计（6/9）,上篇,8）零件的可靠性设计与安全系数定义：零件的可靠性是指零件在使用过程中的无故障概率。零件的可靠性包括：强度可靠性和疲劳可靠性等。零件的安全系数一般被定义为材料的强度除以零件中最薄弱环节上的最大应力，其极限状态下的安全系数为：其中：为材料强度的最小值；为工作应力的最大值