可靠性设计地基本概念与方法

FMEA的基本概念FMEA的基本概念FMEA是一种可靠性设计的重要方法。

是FMA（故障模式分析）和FEA（故障影响分析）的组合。

它对各种可能的风险进行评价、分析，以便在现有技术的基础上消除这些风险或将这些风险减小到可接受的水平。

及时性是成功实施FMEA的最重要因素之一，它是一个“事前的行为”，而不是“事后的行为”。

FMEA的基本概念FMEA实际是一组系列化的活动，找出产品/过程中潜在的故障模式；根据相应的评价体系对找出的潜在故障模式进行风险量化评估；列出故障起因/机理；寻找预防或改进措施FMEA基本概念FMEA的分类：设计FMEA过程FMEA使用FMEA服务FMEA其中设计FMEA和过程FMEA最为常用。

FMEA风险顺序数S：严重度，取值在1~10之间O：频率数，取值在1~10之间D：不易探测度，取值在1~10之间SEVERITY：严重度是潜在失效模式发生时，对下工序、子系统、系统或顾客影响后果的严重程度的评价指标。

严重度仅适用于后果。

要减少失效后果的严重度级别，只能通过修改设计来实现。

严重度的评估分为1到10 级。

OCCURRENCE：频度（频率数）是指某一特定失效起因或机理出现的可能性。

描述频度级别数着重在其含义而不是具体的数。

通过设计更改来消除或控制一个或更多的失效起因或机理是降低频度数的唯一途径。

频度数的评估分1~10级。

确定评估级别时要考虑的是历史记录。

DETECTION：不易探测度是探测失效模式/原因/机理的能力的指标。

评估值为1~10。

总的来讲，为了取得比较低的不易探测度值，需要不断改进设计控制（如预防/确认/验证等）。

DFMEA的概念DFMEA——设计FMEA应在一个设计概念形成之时或之前开始是个动态文件其评价与分析的对象：最终的产品每个与之相关的系统、子系统和零部件DFMEA在体现设计意图的同时还应保证制造或装配能够实现设计意图DFMEA的准备工作DFMEA小组DFMEA小组的成员可能包括装配/制造的代表材料/采购的代表质量问题的专家产品服务人员分供方代表客户/下一环节或下一总成的代表人数：4~6人为宜不需要全部懂FMEA，但至少有1人有相关经验一般主管该项目设计的工程师做组长DFMEA的准备工作DFMEA需要的输入主管设计的人员应明确设计要求，列出希望做什么和不希望做什么设计意图/指标/顾客要求/制造（装配）要求等期望特性的定义尽量明确DFMEA的准备工作明确DFMEA分析对象的结构框图1：铆合粘合通过电磁力作用DFMEA表格中主要内容项目/功能主要是各个部件及其配合例子：音圈，音盆，支片……相互之间配合DFMEA表格中主要内容潜在失效模式列出每一个可能出现的失效模式，尽量以专业术语描述一个项目/功能可能有多个失效模式例子：碰芯，F0高，……DFMEA表格中主要内容潜在失效后果失效模式造成的结果，以客户感受描述例子：不响了（无声），难听，有杂音，……DFMEA表格中主要内容严重度严重度分为10个等级10级最严重，1级一般指没有后果严重度只能通过设计更改来降低DFMEA表格中主要内容潜在失效起因/机理一个失效模式可能有若干种原因应全部列出例子：对应碰芯的起因/机理可能包括磁隙和音圈机械尺寸不配合支片过软，震动是音圈摇摆过大……DFMEA表格中主要内容级别是否是关键特性？DFMEA表格中主要内容频度出现的概率，分为1~10共10个级别只能通过设计更改来消除或控制DFMEA表格中主要内容现行设计控制目前的预防措施/设计确认/验证或其它活动例子：功率试验，计算机模拟分析，样件试验，评审……DFMEA表格中主要内容不宜探测度风险序数用现行控制方法发现潜在失效原因/机理的能力的评价指标从1~10可以通过改进现行控制方法降低DFMEA表格中主要内容建议措施/责任/采取的措施/纠正后的RPN在RPN超过规定的情况下，必须进行改善在RPN相对较高的情况下，应优先采取改进行动可以通过设计更改，降低严重度或频度数，也可以改善现行控制方法PFMEA的基本概念PFMEA一般包括下述内容：确定与产品相关的过程潜在故障模式；评价故障对用户的潜在影响；确定潜在制造或装配过程的故障起因，确定减少故障发生或找出故障条件的过程控制变量；PFMEA有助于：编制潜在故障模式分级表，建立纠正措施的优选体系；将制造或装配过程文件化。

可靠性工程在制造业中的应用一、引言可靠性工程是制造业中的一项重要技术，它对于确保产品质量、提高生产效率、降低生产成本具有重要意义。

本文将从可靠性工程的基本概念、应用场景以及其在制造业中的应用等方面进行探讨。

二、可靠性工程的基本概念可靠性工程是指在产品的设计、生产、使用和维护过程中，通过科学的方法和技术手段，分析和评价产品的可靠性，找出产品在设计和制造等过程中的缺陷，以便优化产品设计和制造工艺，从而提高产品的可靠性和质量。

三、可靠性工程的应用场景（一）产品设计阶段在产品设计阶段采用可靠性工程的方法，可以从根本上改变产品的可靠性和质量。

如，设定产品的工作环境、使用寿命及目标寿命等指标，确定产品的质量特性参数，进行可靠性分析和可靠度优化，增强产品在使用过程中的可靠性。

（二）制造过程中在制造过程中使用可靠性工程技术来评估关键设备或工艺的可靠性并进行可靠性改进，以提高生产效率和产品质量。

如，结合生产过程的实际情况，根据产品的需求、实施合理的过程控制和管理等，有效控制产品的良率。

（三）现场维护阶段采用可靠性工程技术进行现场维护，可以快速准确地发现设备故障隐患，及时进行修复，以避免故障对生产带来的影响。

如，运用生产过程数据进行实时监测和分析，通过故障诊断、预测和预防等方法，提高设备的可靠性和稳定性。

四、可靠性工程在制造业中的应用（一）改善产品质量制造业中，将可靠性工程技术引入产品设计、工艺流程和质量控制等环节，能够对产品的功能、操作、安全等方面进行评估和改进，提高产品的质量，降低质量问题带来的成本和风险。

（二）提高生产效率通过分析生产过程和设备运行数据，进行系统的质量控制和优化，减少由于质量问题引起的生产线停机率，优化生产设备的维修计划和维修方法，从而提高生产效率和降低生产成本。

（三）促进产品的长期发展随着生产技术和制造流程的不断升级和改进，企业必须采用可靠性工程技术来解决新的问题，以满足客户对产品质量、可靠性和安全性等要求。

结构可靠度分析基础和可靠度分析方法1一般规定1.1当按本文方法确定分项系数和组合值系数时，除进行分析计算外，尚应根据工程经验对分析结果进行判断并进行调整。

1.1.1从概念上讲，结构可靠行设计方法分为确定性方法和概率方法。

在确定性方法中，设计中的变量按定值看待，安全系数完全凭经验确定，属于早期的设计方法。

概率方法为全概率方法和一次可靠度方法。

全概率方法使用随机过程模型及更准确的概率计算方法，从原理上讲，可给出可靠度的准确结果，但因为经常缺乏统计数据及数值计算上的复杂性，设计标准的校准很少使用全概率方法。

一次可靠度方法使用随机变量模型和近似的概率计算方法，与当前的数据收集情况及计算手段是相适应的。

所以，目前国内外设计标准的校准基本都采用一次可靠度方法。

本文说明了结构可靠度校准、直接用可靠指标进行设计的方法及用可靠指标确定设计表达式中作用，抗力分项系数和作用组合值系数的方法。

1.2按本文进行结构可靠度分析和设计时，应具备下列条件：1具有结构极限状态方程；2基本变量具有准确、可靠的统计参数及概率分布。

1.2.1进行结构可靠度分析的基本条件使建立结构的极限状态方程和基本随机变量的概率分布函数。

功能函数描述了要分析的结构的某一功能所处的状态：Z>0表示结构处于可靠状态；Z=0表示结构处于极限状态；Z＜0表示结构处于失效状态。

计算结构可靠度就是计算功能函数Z＞0的概率。

概率分布函数描述了基本变量的随机特征，不同的随机变量具有不同的随即特征。

1.3当有两个及两个以上的可变作用时，应进行可变作业的组合，并可采用下列规定之一进行：（1）设m种作业参与组合，将模型化后的作业在设计基准期内的总时段数，按照顺序由小到大排列，取任一作业在设计基准期内的最大值与其他作用组合，得出m种组合的最大作用，其中作用最大的组合为起控制作用的组合；（2）设m种作用参与组合，取任一作用在设计基准期内的最大值与其他作业任意时点值进行组合，得出m种组合的最大作用，其中作用最大的组合为起控制作用的组合。

可靠性理论是以产品寿命特征为主要研究对象的一门综合性和边缘性科学，它涉及到基础科学、技术科学和管理科学的许多领域。

对于结构可靠性这一学科，从其诞生到现在已经有了长足的发展：从基于概率论的随机可靠性到基于模糊理论的模糊可靠性以及近年来提出的非概率可靠性，使得这一理论日臻丰富和完善，并深入渗透到各个学科和领域。

它的应用完善了传统的设计理论，极大地提升了结构和产品的质量，因此一直受到国内外学者的关注。

可靠性理论在其发展过程中主要经历了五个时期：（1）萌芽期可靠性理论早在十九世纪30～40年代已发展起来了。

十七世纪初期由伽利略、高斯、泊淞、拉普拉斯等人逐步建立了概率论，奠定了可靠性工程的主要理论基础。

十九世纪初布尔尼可夫斯基主编出版了一本概率论教程，同时他的学生马尔可夫建立了随机过程理论和大数定律，成为了维修性的理论基础。

1939年瑞典专家威布尔提出了描述材料疲劳强度的威布尔分布。

可靠性研究萌芽于飞机失事事件，1939年美国航空委员会出版的《适航性统计学注释》中，提出飞机事故率不应超过105 ／h。

这里讲的事故率只是未能沿用可靠度的定义而已。

（2）摇篮期50年代的电子管事件揭开了可靠性研究的序幕。

50年代电子真空管的故障率增长迅速。

使电子技术进步与失效间的矛盾十分突出。

例如1941～1945年第二次世界大战期间，美国空军运往远东的机载电子设备在到达时就有60%已经失效，轰炸机的MTBF（无故障时间）不超过20小时。

另外，1945年12月美国制成的第一台电子管计算机，整个计算机共有18000只电子管。

但是，平均每33分钟就有一只失效。

与此同时，1943年德国火箭专家R.Lusser第一次用概率乘法法则定量算出了V-2火箭诱导装置的可靠度R的值为0.75。

第二次世界大战结束以后，美国国防部总结战争教训，提出了一个全新的问题——可靠性，并下令军队有关部门在今后的采购中只选择有可靠性指标的军需品。

（3）奠基期60年代，美国成为可靠性发展最早的国家。

可靠性的基本概念知识一、可靠性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称为可靠性。

可靠性的概率度量称为可靠度。

这里的产品指的是新版ISO)9000中定义的硬件和流程性材料等有形产品以及软件等无形产品。

它可以大到一个系统或设备，也可以小至一个零件。

产品终止规定功能就称为失效，也称为故障。

产品按从发生失效后是否可以通过维修恢复到规定功能状态，可分为可修复产品和不可修复产品。

如汽车属于可修复产品，日光灯管属不可修复产品。

习惯上，终止规定功能，对可修复产品称为故障，对不可修复产品称为失效。

可靠性定义中的“三个规定”是理解可靠性概念的核心。

“规定条件”包括使用时的环境条件和工作条件。

产品的可靠性和它所处的条件关系极为密切，同一产品在不同条件下工作表现出不同的可靠性水平。

一辆汽车在水泥路面上行驶和在砂石路上行驶同样里程，显然后者故障会多于前者，也就是说使用环境条件越恶劣，产品可靠性越低。

“规定时间”和产品可靠性关系也极为密切。

可靠性定义中的时间是广义的，除时间外，还可以是里程、次数等。

同一辆汽车行驶1万公里时发生故障的可能性肯定比行驶1千公里时发生故障的可能性大。

也就是说，工作时间越长，可靠性越低，产品的可靠性和时间的关系呈递减函数关系。

“规定的功能”指的是产品规格书中给出的正常工作的性能指标。

衡量一个产品可靠性水平时一定要给出故障(失效)判据，比如电视机图像的清晰度低于多少线就判为故障要明确定义，否则会引起争议。

因此，在规定产品可靠性指标要求时一定要对规定条件、规定时间和规定功能给予详细具体的说明。

如果这些规定不明确，仅给出产品可靠度要求是无法验证的。

产品的可靠性可分为固有可靠性和使用可靠性。

固有可靠性是产品在设计、制造中赋予的，是产品的一种固有特性，也是产品的开发者可以控制的。

而使用可靠性则是产品在实际使用过程中表现出的一种性能的保持能力的特性，它除了考虑固有可靠性的影响因素之外，还要考虑产品安装、操作使用和维修保障等方面因素的影响。

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。

结构可靠性教学大纲结构可靠性教学大纲引言：结构可靠性是工程学中的重要概念，涉及到设计和分析各种工程结构的可靠性。

在建筑、航空航天、汽车等领域，结构可靠性的教学是非常重要的。

本文将探讨结构可靠性教学的大纲，包括内容、方法和实践。

一、基础知识1. 结构力学基础：学生需要掌握静力学和动力学的基本原理，了解结构受力分析和变形计算的方法。

2. 材料力学：学生需要了解材料的力学性质，包括强度、刚度和韧性等，以及材料的破坏机制和失效模式。

3. 结构分析方法：学生需要学习结构分析的基本方法，包括有限元分析、弹性理论和塑性分析等。

二、可靠性理论1. 可靠性基本概念：学生需要了解可靠性的基本概念，包括可靠度、失效概率和失效率等。

2. 可靠性分析方法：学生需要学习可靠性分析的基本方法，包括可靠性指标的计算和可靠性设计的原则。

3. 可靠性模型：学生需要了解常见的可靠性模型，包括可靠性块图、故障树和事件树等。

三、结构可靠性设计1. 可靠性设计原则：学生需要了解结构可靠性设计的基本原则，包括安全系数的确定、可靠性目标的设定和优化设计的方法。

2. 结构可靠性评估：学生需要学习结构可靠性评估的方法，包括基于可靠性指标的分析和基于可靠性模型的仿真。

3. 结构可靠性改进：学生需要了解结构可靠性改进的方法，包括材料和构造的优化、缺陷和损伤的修复等。

四、实践案例1. 工程实例：学生需要学习一些实际工程案例，了解结构可靠性在实际工程中的应用和挑战。

2. 实验教学：学生需要进行一些结构可靠性相关的实验，包括材料强度测试、结构荷载试验和失效分析等。

3. 项目设计：学生需要参与一些项目设计，通过实践提高结构可靠性设计的能力和经验。

结论：结构可靠性教学大纲应该包括基础知识、可靠性理论、结构可靠性设计和实践案例等内容。

通过系统的教学，学生可以掌握结构可靠性的基本原理和方法，提高工程结构的可靠性，为实际工程提供更安全可靠的设计和分析。

结构可靠性教学的重要性不言而喻，希望本文能为相关教育工作者提供一些参考和借鉴。