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关键词 机械；可靠性设计；可靠性设计内涵；现代可靠性设计
中图分类号 TH122 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2012）102-0170-01
1 机械可靠性设计的内涵
机械可靠性的研究实际上源自于上世纪50年代对于电子产品的可靠性研究，其在各国率先开展的领域无一例外都是军工或航空航天领域。随着经济社会的不断发展，可靠性设计早已进入民用领域，并成为经济竞争的一大焦点。与常规的基于强度的机械设计相比，可靠性设计着重考虑了机械产品或零件的尺寸、材料以及其所承受的载荷的分散性和随机性，将原本基于强度理论的两个极端标准：载荷超出材料强度即不安全、载荷未超过材料强度即安全，转变为“安全的概率有多大”、“达到预期寿命的可能性有多大”，这种基于概率的可靠性设计思想和方法，是机械设计的一大进步。
所谓的机械可靠性，指的是机械系统或产品在规定的使用条件下、规定的时间内完成规定功能的能力，是衡量一种机电产品质量的重要指标。根据目前公认的定义，其内涵可以从4个层面进一步解释：机械系统或产品是可靠性设计的对象，其含义是广义的，既可以指整套的机械系统，也可以指单个设备、零件或是子系统；规定的时间是可靠性设计的核心，因为可靠性是产品的时间质量指标，是产品质量能够维系多长时间的标准，一般而言产品的可靠性会随着时间的增加而减小；规定的使用条件是可靠性设计的前提，不同的使用条件其可靠性设计就肯定不同，离开了规定的条件，谈论可靠性就毫无意义；规定功能是可靠性设计的实质，可靠性设计是在保证机械系统的使用功能的前提下，尽量延长其使用功能的存在时间。
2 机械可靠性设计的特点和基本理论
通常来讲，机械可靠性的设计具有以下几个特点：
2.1 机械产品种类繁多，可靠性要求不一
机械产品根据用途的不同千差万别，其组成结构和运行原理也各不相同，有的机械产品还需要特殊的零件。对于不同的使用要求，不同的零件，不同的机械结构等，可靠性设计的要求肯定也不相同，其计算方法或适用的理论也不同。
2.2 使用条件复杂，基本载荷确定困难
机械产品在使用过程中各个系统、零件所承受的载荷类型和载荷大小在很多情况下会随着工况的变化而发生变化，其载荷谱的确定需要经过长期反复的实验来确定，而实际中不可能对每一个系统或零件进行长期的载荷变化实验，因此对于机械产品的载荷谱确定存在一定的困难，对进一步的可靠性设计造成障碍。
2.3 可靠性设计受外部因素影响大
机械产品的可靠性不仅受设计因素的影响，还受到使用环境因素、产品的制造过程、制造工艺水准或稳定性的影响，这些不确定因素的存在也给可靠性设计带来了困难，在进行最初的可靠性设计中需要将这些外部因素的影响考虑在内。
2.4 机械零件连接状态变化
机械产品一般都是由许多功能不同的零件组成的，这些零件通过螺栓、键、铆等连接形式相互连接起来。在机械可靠性设计中，这些连接形式都被当作是一个虚拟的零件，这个虚拟的零件对机械系统的可靠性影响很大，也是机械可靠性设计的重要内容之一。但是这些连接方式的连接状态是根据装配工艺水平、装配工人的熟练程度、装配方法等的不同而不断变化的，连接状态的变化会影响到连接质量的优劣，这也是机械可靠性设计需要特别注意的一点。
我们知道，机械可靠性的设计理论是机械产品可靠性的基础，是进行准确有效可靠性设计的关键及保证。针对不同的机械产品和使用功能，可以采用不同适用的可靠性设计理论与方法。机械可靠性设计中最基本的理论是应力-强度相干理论，这个理论确立了机械零件所受载荷与其可靠性之间的基本关系；为解决应力-强度相干理论在实际应用的困难，在其基础上陆续发展出了广义可靠性概率理论、矩方法和以矩方法为基础的可靠性理论、R-F理论等等，具体的可靠性设计方法包括响应面法、支持向量机法、最大熵方法、随机有限元法和非概率分析方法等，内容涉及静强度设计，疲劳强度设计，有限寿命设计等，对象关联结构系统、机构系统、振动系统等多方面的机械产品可靠性设计。
3 现代可靠性设计方法
随着现代科学技术的发展和进步，机械产品设计中使用到的新知识、新方法、新理论、新材料、新工艺等越来越多，机械产品的更新换代周期也越来越短，结合先进的数学理论和计算机辅助技术，近年来出现了许多现代机械可靠性设计方法，成为解决复杂的机械设计问题的一种有效工具。
3.1 基于灵敏度的可靠性设计方法
在现代的机械产品可靠性优化设计，灵敏度分析与重分析和再设计已成为一种实用的设计方法。所谓的灵敏度分析，指的是在进行复杂机械产品结构系统的设计时，由于牵扯到诸多不同的物理和几何参数，如果对设计方案进行了一次修改，那么设计人员总是会希望了解修改哪些参数对产品特性影响较大，即机械产品的特性对哪些参数的敏感程度较大，对于这种机械产品特性对设计参数敏感程度的分析，就是灵敏度分析。
通过进行灵敏度分析，若研究发现某因素对产品失效有较大的影响，则在设计制造过程中就要严格加以控制，使其变化较小以保证产品有足够的安全可靠性；反之，如果某因素的变异性对产品可靠性的影响不显著，则在进行可靠性设计时，就可以把它当作确定量值处理以降低分析的复杂程度。这种基于灵敏度的机械可靠性设计，能够明确产品随参数变化的改变量，然后再有针对性地进行设计，可以大大提高机械可靠性设计的效果和准确性，达到优化产品的性能特性，延长其使用寿命的目的。
3.2 基于稳健性的可靠性设计方法
在上述基于灵敏度的可靠性设计方法基础上，我们可以递进得到一种通过极小化灵敏度的基于稳健性的可靠性设计方法。这种设计方法的基本思路是：减少尽可能多的对产品使用特性灵敏度大的因素，尽量设计出允许更大容差的产品而同时具有较低的成本，即使所设计的产品具有对设计参数变化的强不敏感性，即稳健性。上述的基于稳健型的可靠性设计在最大程度上避免了以往改动设计方案就要重新投入人力、物力和财力进行测试试验分析的不必要损失，减少了可靠性设计中的盲目性。
参考文献
[1]潘爽.浅谈机械产品可靠性设计[J].电子机械工程，2006，1.
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[3]贺鑫，韩旺，史世攀.机械设计各个阶段中可靠性包含的工作[J].湖南农机，2011，7.
【摘要】工会组织要大力践行为了人、关心人、爱护人、依靠人的人本安全管理，使员工由被动的要我安全转变为自觉地我要安全，实现人、机、物、环境和谐统一的本质安全。
【关键词】工会组织 人本管理 本质安全型 矿井建设
煤矿安全管理是一项复杂的系统工程，工会组织应坚持以人为本，通过解决人的问题，使人、机、物、环境和谐运作，对生产活动中各种事故风险和伤害因素实现有效控制，确保安全生产。
一、本质安全型矿井的含义
本质安全，就是通过追求企业生产流程中人、物、制度、系统等诸要素的安全可靠和谐统一，使各种危害因素始终处于受控状态，逐步达到本质型、恒久型安全管理。
本质安全型企业指能够依靠内部系统和组织保证对安全隐患长效控制。在事故致因研究基础上，建立科学系统、主动超前、全面有效的事故预防安全工程体系。
“本质安全”，从《煤矿安全规程》对本质安全型电气设备的解释演绎扩展而来，是煤矿安全管理的递升理念。坚持处处按规程标准作业，把事故降到最低甚至是零事故，就是“本质安全”。
基本特征：一是人的安全可靠性。任何作业条件下，都能按规程操作，杜绝“三违”，实现个体安全；二是物的安全可靠性。不论在动态或静态过程中，始终处在安全运行的状态；三是系统的安全可靠性。在日常安全生产中，不因人的不安全行为或物的不安全状况而发生重大事故，形成“人机互补、人机互安”的安全系统；四是规范制度、科学管理，杜绝管理失误。以可见作为形成煤矿是安全型企业的社会共识，改变人们对煤矿安全生产的疑虑和关注。因此，煤矿实现本质安全意义重大、势在必行。
二、本质安全型矿井的核心是坚持以人为本的安全管理
1、生命安全是人的第一需要，劳动者的安全健康权益是工人阶级根本利益中最突出、最重要的利益。工会组织推进人本安全管理，就是千方百计保障人的生命健康安全，做到这一点，就是保护和发展生产力。致力维护安稳的工作和生活环境，要充分认识人本安全管理的重要意义，不断提高工会组织参与企业安全生产和职业健康安全管理水平，更好维护员工的生命健康安全。
2、工会坚持人本安全管理，是促进矿企现代安全管理系统的必然要求。
人本安全管理，强调人的积极性、主动性和创造性是企业发展的源泉，是企业管理的主流价值观。可以根除传统的命令指示型管理，缺乏准确评价的弊病。工会组织一贯坚持员工的主体、主导地位，使企业的管理过程，围绕员工自我发展和自我价值的提升给予支持与帮助，促使大家自觉地分析、预测、干预和控制事故发生，从精神、物质、信息等方面去掌握和改造客观条件，使事故发生概率降到最低程度。
3、工会坚持人本安全管理，是构建和谐矿区、小康矿区的必然选择。
实践表明，搞好安全生产与遏制事故发生的关键都在人。安全与发展相辅相成，互为支持依托。近年，许多企业采取兼并、联合、收购等形式，力求把企业做大做强。这种形势下，工会更要重视安全工作质量。人本安全管理，就是充分认识煤矿安全生产工作的长期性、复杂性和艰巨性，坚决克服松劲情绪和麻痹厌战思想，充分摆正安全与生产、与效益之间的关系，才能不断开创安全工作新局面。确保和谐矿区、小康矿区构建工作不受挫折。
三、人本安全管理是工会维护本质安全型矿井的根本要求
1、按实际关心人。
工会要充分理解、关心、爱护、帮助人，把做好耐心细致的思想教育与解决员工实际困难有机结合，把员工思想情绪和工作热情调适到最佳状态，使其身心愉悦，精力集中做好安全工作。
（1）因人而宜，做好一人一事的思想教育，使他们以平和的心态去保证安全。
（2）因时而宜。对现场安全管理的薄弱点和特殊点，高度重视并采取针对性措施，防患未然。
2、抓培训提高人
工会应引导员工树立“三个意识”：1、素质意识，把安全培训作为搞好安全生产治本之策。2、生命工程意识，把培训作为员工生命健康安全的根本途径。3、效益意识，视培训为投入少，见效快，回报久的特殊投资。做到“三个结合”：即脱产与业余培训相结合，理论与实际操作相结合，岗位练兵与技术比武相结合。贴近“三为主”：即培训以安全规程、操作规程、质量标准和岗位责任制及事故案例为主，以现场实际操作为主，以传帮带的日常拉练为主。过程不能搞形式，杜绝造成人力资源和时间浪费。让员工普遍具有驾驭现场作业环境的心理素质和防灾抗灾能力。
3、用文化熏陶人
工会在安全文化的培育上，一要大力提高宣讲贯彻执行能力，使安全生产措施深入员工心中。二是开展案例教育，进行科学的剖析讲解，达到事半功倍。三要协助做好惩戒导向，以各类事故的查处情况，帮员工认清企业和个人，经济与痛苦的对比帐，树立“安全是最大效益、最大福利”的思想。四要创新机制，创新安全文化，拓宽影响渠道。用浓厚的安全文化氛围，涵养安全效益。
4、以环境服务人
工会要成为文明整洁的安全环境创造主力军，全力实现人机环境、心灵环境，文化环境的融入、协调和最佳组合。一要大力开展井下安全质量标准化，保障环境安全。二要推动投入，让职工生活福利达标，享受优质服务，优美环境，优良秩序，提高生活质量。三要开展好文化娱乐活动，增强企业的吸引力和凝聚力，使员工有自豪感和归属感。
5、靠机制激励人
人本管理关键是重视、激励人，充分发挥人的主观能动性。工会围绕企业，部门和个人的安全目标，要重点推进四项工作：一是制定科学可行的整体安全目标，体现出应达到的要求和标准。二是以有效控制为目的，将安全目标层层分解，落实到人，在追求总目标的进程中，实现各自的目标。三是强化安全目标考核评价，明确优劣，奖优罚劣，落实激励制度。四是重视效能管理，把所有员工的积极性充分调动，沿着指向目标的轨迹运作。出现偏离，及时纠正，确保员工根本利益和企业工作目标顺利实现。
第一部分 产品可靠性基本概念
编讲 杨志飞
1 质量定义
为了某个目的而进行的单项具体工作叫“活动”。活动需要“资源”，资源包括人员、设施、设备、技术、资金和时间。
将输入转化为输出的一组关联的资源和活动称“过程”。
产品：ISO 9000定义为“活动或过程的结果”。产品可包括：硬件、流程性材料、软件、服务或它们的组合；产品可以是有形的(如组件或流程性材料)，也可以是无形的(如知识或概念)或是它们的组合；产品可以是预期的(如提供给客户的)或非预期的(如污染物或不愿有的后果)。(国内曾经把产品定义为：是指任何元器件、零部件、组件、设备、分系统或系统，可以指硬件、软件或者两者的结合。)
硬件，是有形的、不连续的、具有特定形状的产品，通常由制造的、建造的和装配的零件、部件或(和)组件组成。
流程性材料，是由固体、气体、液体或由它们的组合所组成，经转换形成的产品(最终产品或中间产品），通常由管道、桶、袋、罐或以卷的形式交付。 软件，是通过支持媒体表达的信息所构成的一种智力创作。
服务，是为满足顾客的需要，供方和顾客之间接触的活动以及供方内部活动产生的结果。
整机：是指产品的部分内涵，即产品中设备以上的部分。
系统：能够完成某项工作任务的设备、人员及技术的组合。一个完整的系统应包括在规定的工作环境下，使系统的工作和保障可以达到自给所需的一切设备、有关的设施、器材、软件、服务和人员。
分系统：在系统中执行一种使用功能的组成部分。如数据处理分系统、制导分系统等。
请注意：组件多数可以看作整机，有时也当作元器件，在高度集成的器件中，往往包含了整机的模块，现代的部件往往也做成组件。因此很难划清它们的界线。
实体，是可以单独描述和考虑的事物，可以是某项活动和过程、某个产品、某个组织、体系或人或他们的任何组合。
特性，是帮助识别和区分各类实体的一种属性。属性包括物理、化学、外观功能或其它可识别的性质。其描述的量叫“特性参数”。
反映实体满足规定和潜在需要能力的特性之和叫“质量”。潜在需要是用户未在合同或定单中明确提出但实质上有的需要。质量是实体的一项最重要的特性，包括：性能、适用性、可信性、安全性、环境、经济性、美学。
可信性，是描述可用性和它的影响因素包括可靠性、维修性、维修保障性的集合性术语。
2 故障定义
产品终止最终完成规定功能的能力的事件称“失效”。产品不能执行规定功能的状态叫“故障”。丧失功能的准则叫故障判据。
相对于给定的规定功能，有故障的产品的一种状态叫“故障模式”。形成故障的物理、化学(可能还有生物)变化等内在原因称为“故障机理”。
产品在规定的条件下使用，由于其本身固有的弱点而引起的失效，称为“本质故障”，不按规定条件使用产品而引起的失效称为“误用故障”。产品设计应包括减少误用故障的设计过程。
产品由于制造上的缺陷等原因而发生的故障称为“早期故障”；而由于偶然因素发生的故障称为“偶然故障”，一般在事前不能测试或监控，属于“突然故障”。产品由于老化、磨损、损耗或疲劳等原因引起的故障称为“耗损故障”。通过事前的测试或监控可以预测到的故障称为“渐变故障”。使产品不能完成规定任务或可能导致人或物重大损失的故障或故障组合叫“致命性故障”。
3 可靠性概念
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。可靠性的概率度量叫可靠度。
寿命是指产品使用的持续期。以“寿命单位”度量。
在规定的条件下和在规定的时间内，产品故障的总数与寿命单位总数之比称为“故障率”(λ)。故障率λ是可靠性基本参数，其倒数为平均故障间隔时间(MTBF)。
可靠性分为固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性用于描述产品的设计和制造的可靠性水平，使用可靠性综合考虑了产品设计、制造、安装环境、维修策略和修理等因素。从设计的角度出发，把可靠性分为基本可靠性和任务可靠性，前者考虑包括与维修和供应有关的可靠性，用平均故障间隔时间(MTBF)表示；后者仅考虑造成任务失败的故障影响，用任务可靠度(MR)和致命性故障间隔任务时间(MTBCF)表示。对多数企业主要关心产品的固有可靠性和基本可靠性。对可修产品用平均故障间隔时间表示，对不可修产品用平均失效率表示，对一次性使用产品用平均寿命表示。
4 维修性
为保持或恢复产品处于能执行规定功能的状态所进行的所有技术和管理，包括监督的活动叫“维修”。在规定的条件下，按规定的程序和手段实施维修时，产品在规定的使用条件下保持或恢复能执行规定功能状态的能力叫“维修性”。维修性的概率度量称“维修度”。
根据维修工作的需要，产品被划分成的级叫“维修约定级”。在一个具体的维修约定级上的维修活动的安排叫“维修等级”。
平均修复时间（MTTR）估计值的度量方法为：在规定的条件下和规定的时间内，产品在某一规定的维修等级上，总修复性维修时间与在该级别上被修复产品的故障总数之比。
5 可用性
现代质量管理体系对可靠性的要求日益提高，发展成用户最关心的“可用性”的概念，其定义是：设备在任一随机时刻需要和开始执行任务时，处于可工作或可使用状态的程度。通常用可用度(A0)表示，它把可靠性、维修性、测试性、保障性等等产品的设计特
性综合成为用户所关心的使用参数。可用性的概率度量叫“可用度”。
固有可用度AI＝TBF/(TBF+MCT)
其中：TBF为平均故障间隔时间(小时), MCT为平均修复时间(小时)。
使用可用性A0=累计工作时间/（累计工作时间+累计不能工作时间）
累计不能工作时间包括累计直接维修时间和累计维修保障延误时间MLDT。故：
A0=MTBF/（MTBF+MTTR+MLDT）
6 保障性
系统设计特性和计划的保障资源能满足平时完好性和工作使用要求的能力叫“保障性”。
7 可靠性的经典语言
可靠性是产品质量的内涵，是产品技术性能的时间表征。因此它是一种统计量，不能用仪表去计量产品的可靠性量值，而应通过对时间统计结果进行处理后才能获得可靠性定量值。可见，不同产品的可靠性数据有着不同的分布规律，如电子产品多数符合指数分布规律，即著名的“浴盆曲线”。
产品可靠性是全寿命周期的指标，是由设计决定的，即首先要有良好的设计，还要有良好的元器件(材料)、良好的工艺、良好的维护保养。用形象的语言来表达就是：产品可靠性是设计出来的(“优生”)，是制造出来的(“优育”)，是管理出来的(“优教”)，是维护保养出来的(“优养”)。
可靠性设计工作要遵循简单、成熟的原则。可靠性管理工作在企业内部要重点抓树“里程碑”和建立闭环控制系统等工作；在外部要抓对转承制方和供应方的监督与控制。 可靠性工作要从产品论证阶段开始做起，及早投入，及早受益。
现代产品的研制开发工作都必须正规化，必须依据有关标准。对还没有制定标准的新型产品，要由根据用户需求以合同技术条件或研制任务书的形式给承制方提出明确的产品各项指标，并作为产品出厂检验的依据。产品的各项指标中应包括可靠性和维修性指标。
8 可靠性工程的发展
萌芽阶段：二次世界大战期间，德国在研制V1火箭中提出了系统可靠性的基本理论，据此V1火箭的可靠度达到75%。在朝鲜战争时期，美国60%的机载电子设备运到远东后不能使用，50%的电子设备在储存期间就失效。美国海军有16、7万台电子设备，每年需更换100万个电子元件，其中电子管的更换率比其他元件高5倍。1943年美国成立了“电子管研究委员会，专门研究电子管的可靠性问题。1949年美国无线电工程师学会成立了可靠性技术组——第一个可靠性专业学术组织诞生了。
可靠性工程创建阶段：20世纪50年代美国在朝鲜战争中发现，不可靠的电子设备影响战争的进行，而且需要大量的维修费用，每年的维修费是设备采购费用的2倍！军方和制造公司及学术界都卷入了可靠性的研究工作。1950年12月美国成立了“电子设备可靠性专门委员会”，到1952年3月便提出了有深远影响的建议：
从现场可以获得设备和元件失效率数据；可靠的元件是可靠设备的基础；应对设备和元件建立定量的可靠性要求；在批准产品批生产前应进行可靠性试验和评估；建立永久性可靠性委员会。
1952年8月美国国防部接受上述建议，成立了“电子设备可靠性顾问委员会”。1957年6月，该委员会分布了“军用电子设备的可靠性”报告，明确了产品的可靠性是可以建立、分配和验证的，成为可靠性工程的构架。报告研究了最低可接受的可靠性水平、可靠性模型、可靠性分配、效益费用比、可靠性验证几储存运输可靠性等问题。提出要制定可靠性大纲和加强可靠性教育。
1958年美国国防部成立“导弹可靠性特设委员会”，研究可靠性管理，起草设计、研制几生产的可靠性管理大纲。次年，美国空军出版《弹道导弹及航天系统的可靠性大纲》、《航宇系统、分系统及设备的可靠性大纲要求》、《电子设备可靠性保证大纲》。期间对飞机电子分系统提出了MTBF最小为300小时的定量指标要求。
苏联在20世纪50年代后期开始了寿命和可靠性的试验工作。1958年日本科学技术联盟成立了“可靠性研究委员会”，举办可靠性训练班。
可靠性工程全面发展阶段：20世纪60年代，随着航空航天工业的迅速发展，可靠性设计和试验方法被接受和应用于航空电子系统中，可靠性工程得到迅速发展。主要表现在：
改善可靠性管理，建立了可靠性研究中心，美国于1965年颁发了《系统与设备的可靠性大纲要求》，可靠性工程活动与传统的设计、研制和生产相结合，获得了较好的效益。罗姆航空发展中心组建了可靠性分析中心，从事与电子设备有关的电子与机电、机械件及电子系统的可靠性研究，包括可靠性预计、可靠性分配、可靠性试验、可靠性物理、可靠性数据采集、分析等。
制定可靠性试验标准，发展可靠性试验方法。主要研究设计了统计试验方案及抽样方案，颁发了《失效率抽样方案和程序》、《可靠性试验，指数分布》（1967年修改为《可靠性设计鉴定试验及产品验收试验（指数分布）》）、《寿命和可靠性试验抽样程序和表格》等。
发展可靠性预计技术，颁发可靠性预计手册标准。在收集了大量现场和试验的失效数据后于1962年颁发了《电子设备可靠性预计手册》，次年修改后作为飞机、导弹、卫星及电子设备研制各阶段可靠性定量预计的标准。
建立了有效的数据系统。数据采集系统、可靠性数据中心、安全中心、相继在美国军队和科研机构建立，并且于1966年形成了全国数据交换网络。
重视维修性研究。20世纪50年代中美国每年用于武器系统维修的费用90亿美圆，占国防预算的1/4。罗姆航空发展中心在50年代末开始了3年的维修性研究计划，研究影响维修的因素、发展维修性验证和预计技术。1966年颁发了《维修性大纲要求》、《维修性鉴定、验证及评估》、《维修性预计》等标准。
各国相继开展全面的可靠性工程研究。20世纪60年代初，苏联从技术上、组织上采取措施促进了可靠性工程的发展，1962年出版了较完善的教科书《可靠性及质量控制的统计方法》，建立了由总工程师领导的可靠性组织机构和有关的试验室，研究成果K-S统计检验法和马尔可夫过程为国际公认，采用余度技术、降额技术、提高原材料和专门电路等措施保证产品的可靠性，弥补了电子元器件的不足。他们大量引用了美国的可靠性军用标准。
法国的可靠性工程强调了集中管理，重视元器件的可靠性研究，成立了“电讯委员会”，以协调各部门对电子元器件的可靠性要求。建立中心验收试验系统，在电讯委员会监督下由制造商对批生产产品进行可靠性验收试验，以节省经费。1962年在国立电讯研究中心建立了可靠性中心，负责收集、综合、出版可靠性资料，收集、分析、处理及分配可靠性数据，研究可靠性试验方法。
日本从美国引进可靠性工程，把美国军事领域的可靠性研究成果应用到本国民用工业中，主要在企业中开展可靠性活动，重视对员工的可靠性培训，注意整机厂、元器件厂、销售部门及维修部门之间的合作，在20世纪60年代中成立了“日本电子元件可靠性中心，负责元器件可靠性数据的收集、分析，并且与国际交换。
可靠性工程深入发展阶段：20世纪70年代中，美国国防武器系统的寿命周期费用问题突出，人们更深切地认识到可靠性工程是减少寿命费用的重要工具，进一步得到发展，日趋成熟。阶段特点是：
1 建立统一的可靠性管理机构。
2 成立全国统一的可靠性数据交换网。
3 改善可靠性设计和试验方法。更严格、更符合实际、更有效的设计和试验方法被采用。发展了失效物理研究和分析技术，如FMEA发展为FMECA。更加严格的降额设计。
计算机辅助可靠性设计。罗姆航空发展中心开发了电子设备可靠性预计软件包。精确的热分析技术也应用了计算机。【可靠性内涵】
研究非电子设备的可靠性设计及试验技术。
采用综合环境应力试验（温度、振动、湿度综合）。
加强环境应力筛选试验。
进行可靠性增长试验。
开展了软件可靠性研究。
我国可靠性工程发展情况：引进早，引用较扎实，有活力。20世纪60年代初电子部成立了“中国电子产品可靠性与环境试验研究所”，进行了可靠性评估的开拓性工作。1965年在钱学森科学家的建议下7机部成立了可靠性质量管理研究所。航天产品采用严格筛选的“七专”元器件。20世纪70年代中因中日海缆需要，电子部开展了高可靠元器件验证试验，发展为加速寿命试验技术。自20世纪70年代后期始，不少大学举办了可靠性学习班培训在职人员，以后开设可靠性课程，招收本科生和研究生。自1984年起，组织制定、引进、颁发了可靠性和无限小标准，形成了比较完整的体系。军工企业开展了可靠性补课工作，进行产品可靠性增长工作，军方开展了可靠性评估和分析工作，电子部5所建立了可靠性数据中心。
可靠性工程展望：改革开放、建立现代企业制度，使国家与国家的竞争延伸为企业与企业的竞争，可靠性工程也相应快速发展，主要表现是：
观念改变。企业领导的观念由过去的“要我重视可靠性工程”变为现在的“我要十分重视可靠性工程”。可靠性工程被社会广泛接受，大学把可靠性理论和技术列为许多专业的专业基础课程。可靠性知识将成为人们的基本常识。许多产品明确了可靠性定量指标和重要的广告词。
可靠性工程从军工企业发展到民用电子信息产业、交通、服务、能源等行业，从专业变成“普业”。在质量管理体系的ISO认证过程中可靠性管理被作为审查的重要内容。有关可靠性的专业技术标准被重新梳理，纳入到质量管理体系文件之中，成为“说到的必须做到”的管理条文。
在可靠性技术方面，发展十分迅速，从指标试验评价发展到从指标论证、设计、原材料选择到工艺控制及售后服务的全过程的综合管理和评价，许多整机产品打出“零失效”的王牌，元器件产品则打出“6西格玛”的招牌，不仅工序能力要达到6σ，设计和服务也提出了6σ。可靠性从单项技术走向了综合技术，不断地与各行业及各种专业嫁接，必将成为21世纪电子信息产业和高新技术产业的核心工具。
我国载人航天工程自1992年起，至2003年10月“神舟”5号载人飞船圆满完成任务止，共投资190亿元。飞船的运载能力是3人、300千克、7天。可靠性为0.97，安全性为0.997。设计有自主故障判断、自主功能重组能力，在空间即使被撞击破裂，舱内压力仍可保持15分钟，确保航天员更换航天服的时间。参加研制的院所共110个，有3000多个单位参加了产
品制造。总共生产了：一个试样、4个正样和5枚运载火箭。“神舟”5号飞船直径2.5米，其上共有600多台仪器、10万个元器件、8万个接点，软件共有70万条程序，其中20%用于正常运行使用，其余都是为出现故障时处置使用的。在发射上升段设计了8种故障模式，运行回收段设计了108种故障模式的处置方案。
9 可靠性工作内容
可靠性设计；
可靠性管理；
可靠性试验；
工艺可靠性。
一、 可靠性定义
产品的可靠性是指：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。从定义本身来说，它是产品的一种能力，这是一个很抽象的概念；我们可以用个例子（100个学生即将参加考试）来理解这个定义，可靠性就是指：100个学生的考分的平均是多少？对这个平均分的准确性有多大把握？分数越高、把握越大，可靠性就越高。
我国的可靠性工作起步较晚，20世纪70年代才开始在电子工业和航空工业中初步形成可靠性研究体系，并将其应用于军工产品。其他行业可靠性工作起步更晚，差距更大，与先进国家差距20～30年，虽然国家已制订可靠性标准，但尚未引起所有企业的足够重视。 对产品而言，可靠性越高就越好。可靠性高的产品，可以长时间正常工作（这正是所有消费者需要得到的）；从专业术语上来说，就是产品的可靠性越高，产品可以无故障工作的时间就越长。
二、可靠性的重要性
调查结果显示（如某公司市场部2001年调查记录）：“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，虽然在性能、价格方面与我国彼此相仿，却能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。（呵呵，这是唱高调的内容，可以不看的……）
三、可靠性指标
衡量产品可靠性水平有好几种标准，有定量的，也有定性的，有时要用几种标准（指标）去度量一种产品的可靠性，但最基本最常用的有以下几种标准。
1.可靠度R（t）；它是产品在规定条件和规定时间内完成规定功能的概率。一批产品的数量为N，从t = 0时开始使用，随着时间的推移，失效的产品件数逐渐增加，而正常工作的产品件数n(t)逐渐减少，用R(t)表示产品在任意时刻t的可靠度。
2.可靠寿命[CR(tr)]；它与一般理解的寿命有不同含义，概念也不同，设产品的可靠度为R(t)，使可靠度等于规定值r时的时间tr的，即被定义为可靠寿命。
3.失效率（故障率）λ（t）；它是指某产品（零部件）工作到时间t之后，在单位时间△t内发生失效的概率。
4.有效寿命与平均寿命；有效寿命一般是指产品投入使用后至达到某规定失效率水平之前的一段工作时间。而平均寿命MTTF对于不可修复产品，指从开始使用直到发生失效这一段工作时间的平均值；对于可修复的产品，是指在整个使用阶段和除维修时间之后的各段有效
工作时间的平均值。
5.平均无故障工作时间MTBF；是指相邻两次故障之间的平均工作时间，也称为平均故障间隔。它仅适用于可维修产品。同时也规定产品在总的使用阶段累计工作时间与故障次数的比值为MTBF。其他如可靠度、有效度、维修度、平均维修时间等也是衡量产品可靠性水平的一种标准，但是一般以可靠寿命失效率就足以说明产品可靠性程度了。 1. 平均故障间隔时间；
可维修的产品，其可靠性主要的参数是MTBF（Mean Time Between Fail），即平均故障间隔时间，也就是两次维修间的平均时间；不可维修的产品，用MTTB（Mean Time To Fail）；两个参数的计算没有区别，下文只提到MTBF。MTBF越大，说明产品的可靠性越高。 可以用以下理想测试来精确测试一批产品的MTBF；即将该批产品投入使用，当该批产品全部出现故障以后（假如第1个产品的故障时间为t1，第2个产品的故障时间为t2，第n个产品的故障时间为tn），计算发生故障的平均时间，则
由上式可以看出，理想测试就是用全部的时间和全部的故障数来算出精确的MTBF；
2、失效密度λ
另外一个常用的参数是λ，它是指在产品在t时刻失效的可能性，是失效间隔时间的倒数，也就是：λ＝1/MTBF。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）：
浴盆曲线，分为三部份（I、II、III三部份）：
第I部份是早期失效阶段。这段时间内，从外形上看，在失效率从一个很高的指标迅速下降；从物理意义上理解，由于少数产品在制作后，存在一些制程、运输、调试等问题，产品有比较明显的缺陷，在投入使用的最初期，这缺陷很快就显露出来，随着时间的增长，这些明显的缺陷越来越少，也就形成了“失效率迅速下降”的现象；
第II部份是中期稳定阶段。这段时间内，产品的失效率稳定在一个较低水平；从物理意义上理解，当少数产品的明显缺陷显露出来后，剩下的就是正常的产品，这部份产品可以较稳定、持久地工作，所以失效率也稳定在一个较低水平；
第III部份是后期失效阶段；这段时间内，产品的失效率迅速上升；从物理意义上理解，到了后期，产品经过长时间的工作、磨损、老化，慢慢接近寿命终点，随着时间的增加（Tmax以内），到达寿命终点的产品越来越多，失效率也就随之上升； 知道了λ，就可以找到产品连续工作了t时间后、还正常的概率为R(t)=e-λt，此时已经失效的概率为F(t)＝1-R(t)＝1－e-λt。
R(t)=e-λt是一个经验公式，一般电子产品的寿命服从这一指数分布，其它分布下文再叙；
第二节可靠性测试
可靠性测试应该在可靠性设计之后，但目前我国的可靠性工作主要还是在测试阶段，这里将测试放在前面（目前大部分公司都会忽略最初的可靠性设计，比如我们公司，设计的时候，从来都没有考虑过可靠性，开发部的兄弟们不要拿砖头仍我……这是实话，只有在测试出现失效后才开始考虑设计上的更改）。
为了测得产品的可靠度（也就是为了测出产品的MTBF），我们需要拿出一定的样品，做较长时间的运行测试，找出每个样品的失效时间，根据第一节的公式计算出MTBF，当然样品数量越多，测试结果就越准确。但是，这样的理想测试实际上是不可能的，因为对这种测试而言，要等到最后一个样品出现故障――需要的测试时间长得无法想象，要所有样品都出现故障——需要的成本高得无法想象。
为了测试可靠性，这里介绍：加速测试（也就增加应力*），使缺陷迅速显现；经过大量专家、长时间的统计，找到了一些增加应力的方法，转化成一些测试的项目。如果产品经过这
些项目的测试，依然没有明显的缺陷，就说明产品的可靠性至少可以达到某一水平，经过换算可以计算出MTBF（因产品能通过这些测试，并无明显缺陷出现，说明未达到产品的极限能力，所以此时对应的MTBF是产品的最小值）。其它计算方法见下文。（*应力：就是指外界各种环境对产品的破坏力，如产品在85℃下工作受到的应力比在25℃下工作受到的应力大；在高应力下工作，产品失效的可能性就大大增加了）；
一、环境测试
产品在使用过程中，有不同的使用环境（有些安装在室外、有些随身携带、有些装有船上等等），会受到不同环境的应力（有些受到风吹雨湿、有些受到振动与跌落、有些受到盐雾蚀侵等等）；为了确认产品能在这些环境下正常工作，国标、行标都要求产品在环境方法模拟一些测试项目，这些测试项目包括：
1 高温测试（高温运行、高温贮存）；
2 低温测试（低温运行、低温贮存）；
3 高低温交变测试（温度循环测试、热冲击测试）；
4 高温高湿测试（湿热贮存、湿热循环）；
5 机械振动测试（随机振动测试、扫频振动测试）；
6 汽车运输测试（模拟运输测试、碰撞测试）；
7 机械冲击测试；
8 开关电测试；
9 电源拉偏测试；
10冷启动测试；
11盐雾测试；
12淋雨测试；
13尘砂测试；
上述环境试验的相关国家标准如下（部分试验可能没有相关国标，或者是我还没有找到）：
1、 低温试验 按GB/T 2423.1—89 《电工电子产品环境试验 第二部分：试验方法 低温试验》； GB/T 2423.22—87 《电工电子产品环境试验 第二部分：试验方法 温度变化试验方法》 进行低温试验及温度变化试验。
温度范围：-70℃～10℃。
2、 高温试验 按GB/T 2423.2—89 《电工电子产品环境试验 第二部分：试验方法 高温试验》； GB/T 2423.22—87 《电工电子产品环境试验 第二部分：试验方法 温度变化试验方法》 进行高温试验及温度变化试验。
温度范围：10℃～210℃
3、 湿热试验
按GB/T 2423.3—93 《电工电子产品环境试验 第二部分：试验方法 恒定湿热试验》； GB/T2423.4—93 《电工电子产品环境试验 第二部分：试验方法 交变湿热试验》 进行恒定湿热试验及交变湿热试验。
湿度范围：30%RH～100%RH
4、 霉菌试验
按GB/T 2423.16—90 《电工电子产品环境试验 第二部分：试验方法 长霉试验》进行霉菌试验。
5、 盐雾试验
按GB/T 2423.17—93 《电工电子产品环境试验 第二部分：试验方法 盐雾试验》进行
盐雾试验。
6、 低气压试验
按GB/T 2423.21—92 《电工电子产品环境试验 第二部分：试验方法 低气压试验》； GB/T2423.25—92 《电工电子产品环境试验 第二部分：试验方法 低温/低气压试验》； GB/T2423.26—92 《电工电子产品 环境试验第二部分：试验方法 高温/低气压试验》； 进行低气压试验，高、低温/低气压试验。试验范围：-70℃～100℃ 0～760mmHg 20%～95%RH。
7、 振动试验
按GB/T 2423.10—95 《电工电子产品环境试验 第二部分：试验方法 振动试验》进行振动试验。
频率范围（机械振动台）：5～60Hz（定频振动5～80Hz），最大位移振幅3.5mm（满载）。频率范围（电磁振动台）：5～3000Hz，最大位移25mmP-P。
8、 冲击试验
按GB/T 2423.5—95 《电工电子产品环境试验 第二部分：试验方法 冲击试验》进行冲击试验。冲击加速度范围：（50～1500）m/s2。
9、 碰撞试验
按GB/T 2423.6—95 《电工电子产品环境试验 第二部分：试验方法 碰撞试验》进行碰撞试验。
10、 跌落试验
按GB/T 2423.7—95 《电工电子产品环境试验 第二部分：试验方法 倾跌与翻到试验》； GB/T2423.8—95 《电工电子产品环境试验 第二部分：试验方法 自由跌落试验》进行跌落试验。
说明：上面13项比较全面地概括了产品在实现使用过程中碰到的外界环境；实际测试时，因为各产品本身属性的相差较远、使用环境相差也很大，各公司可以根据产品的特点，适当选取、增加一些项目来测试（此产品对应的国/行标中要求的必测试项目，当然是必须测试的）；也可以根据产品特定的使用环境与使用方法，自行设计一些新测试项目，以验证产品是否能长期工作。
测试条件：不同的产品测试条件不一样；就拿高温测试来说，有些产品要求做高温贮存测试，有些要求做高温运行测试，有些产品的高温用85℃做测试，有些产品的高温是用65℃做测试。但是，宗旨只有一个，那就是至少满足国/行标。要测试一种产品的可靠性，找到这种产品的国/行标是必需的，按照国/行标的要求和指引找出必须的测试项目与各项目的测试方法，从而进行环境测试；
同一种产品，在不同的阶段，测试条件也不一样；一般而言，产品会经过研发、小批量试产、批量生产三个不同的阶段。在研发阶段，测试条件最严（应力最大）、测试延续的时候最短；小批量试产阶段，测试应力适中、测试时间适中；批量生产阶段，测试应力最小、测试时间较短；三个阶段的主要差别见下表：
阶段 实验目的 实验特点 实验要求
研发 发现设计缺陷，扩大设计余量 高应力、短时间 无故障
中试 考察产品是否达到基本的可靠性水平 中应力、中长时间 无明显故障
批量生产 生产工艺条件的稳定性 低应力、短时间 有条件的允许故障发生
鉴定 鉴定产品的可靠性、计算产品的MTBF 低应力、长时间 无特别要求
加速环境试验技术
传统的环境试验是基于真实环境模拟的试验方法，称为环境模拟试验。这种试验方法的特点是：模拟真实环境，加上设计裕度，确保试验过关。其缺陷在于试验的效率不高，并且试验的资源耗费巨大。
加速环境试验AET(Accelerated Environmental Testing)是一项新兴的可靠性试验技术。该技术突破了传统可靠性试验的技术思路，将激发的试验机制引入到可靠性试验，可以大大缩短试验时间，提高试验效率，降低试验耗损。加速环境试验技术领域的研究与应用推广对可靠性工程的发展具有重要的现实意义。
加速环境试验
激发试验(Stimulation)通过施加激发应力、环境快速检测来清除产品的潜在缺陷。试验所施加的应力并不模拟真实环境，而以提高激发效率为目标。
加速环境试验是一种激发试验，它通过强化的应力环境来进行可靠性试验。加速环境试验的加速水平通常用加速因子来表示。加速因子定义为设备在自然服役环境下的寿命与在加速环境下的寿命之比。
施加的应力可以是温度、振动、压力和湿度(即所谓“四综合”)及其他应力，应力的组合亦是有些场合更为有效的激发方式。高温变率的温度循环和宽带随机振动是公认最有效的激发应力形式。加速环境试验有2种基本类型：加速寿命试验(Accelerated Life Testing)、可靠性强化试验(Reliability Enhancement Testing)。
可靠性强化试验(RET)用以暴露与产品设计有关的早期失效故障，但同时，也用于确定产品在有效寿命期内抗随机故障的强度。加速寿命试验的目的是找出产品是如何发生、何时发生、为何发生磨耗失效的。下面分别对2种基本类型进行简单阐述。
1、加速寿命试验(ALT)
加速寿命试验只对元器件、材料和工艺方法进行，用于确定元器件、材料及生产工艺的寿命。其目的不是暴露缺陷，而是识别及量化在使用寿命末期导致产品损耗的失效及其失效机理。有时产品的寿命很长，为了给出产品的寿命期，加速寿命试验必须进行足够长的时间。 加速寿命试验是基于如下假设：即受试品在短时间、高应力作用下表现出的特性与产品在长时间、低应力作用下表现出来的特性是一致的。为了缩短试验时间，采用加速应力，即所谓高加速寿命试验(HALT)。
加速寿命试验提供了产品预期磨损机理的有价值数据，这在当今的市场上是很关键的，因为越来越多的消费者对其购买的产品提出了使用寿命要求。估计使用寿命仅仅是加速寿命试验的用处之一。它能使设计者和生产者对产品有更全面的了解，识别出关键的元器件、材料和工艺，并根据需要进行改进及控制。另外试验得出的数据使生产厂商和消费者对产品有充分的信心。
加速寿命试验的对象是抽样产品。
2、可靠性强化试验(RET)
可靠性强化试验有许多名称和形式，如步进应力试验、应力寿命试验(STRIEF)、高加速寿命试验(HALT)等。RET的目的是通过系统地施加逐渐增大的环境应力和工作应力，来激发故障和暴露设计中的薄弱环节，从而评价产品设计的可靠性。因此，RET应该在产品设计和发展周期中最初的阶段实施，以便于修改设计。
国外可靠性的有关研究人员在80年代初就注意到由于设计潜在缺陷的残留量较大，给可靠性的提高提供了可观的空间，另外价格和研制周期问题也是当今市场竞争的焦点。研究证明，RET不失为解决这个问题的最好方法之一。它获得的可靠性比传统的方法高得多，更为重要的是，它在短时间内就可获得早期可靠性，无须像传统方法那样需要长时间的可靠性增长(TAAF)，从而降低了成本。
第一章 可靠性概述
1.1 可靠性的内涵
1.1.1 产品可靠性的定义
可靠性的定义：指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。产品可靠性定义的三个要素是：“规定条件”、“规定时间”和“规定功能”。
“规定条件”指产品使用时的环境条件和工作条件。 “规定时间”指产品规定了的任务时间。
“规定功能”指产品规定了的必须具备的功能及其技术指标。
1.1.2 可靠性与质量的关系
现代质量观念认为，质量包含了系统的性能特性、专门特性、经济性、时间性、适应性等方面。是系统满足使用要求的特性总和。（如下图所示[1]）
图 性能特性、专门特性及其权衡
随着现代工程系统的复杂化，系统的专门特性显得更加重要。
1.1.3 可靠性与系统工程的关系
1.2 可靠性基本概念
1.2.1 故障的定义与分类
（1）有关的几个定义
故障——产品不能完成规定的功能或存在不能年规定要求工作的状态。[2] 失效——产品丧失规定的功能。[2]
缺陷——产品的质量特性不满足预期的使用要求，随时间（或工作）过程可能发展成各类故障。[2]
故障模式——故障的表现形式。[1]
故障机理——引起故障的物理、化学变化等内在原因。[1] （2）故障的分类
按故障的规律分：偶然故障与渐变故障。偶然故障是由于偶然因素引起的，只能通过概率统计的方法来预测。渐变故障是通过事前的检测或监测可以预测到的故障，是由于产品的规定性能随使用时间的增加而逐渐衰退引起的，对电子产品又叫漂移故障。
按故障的后果分：致命性故障与非致命性故障。
按故障的统计特性分：独立故障与从属故障。不是由另一产品故障引起的故障称为独立故障，反之称为从属故障。
按关联、非关联分：关联故障与非关联故障。与产品本身有关联。预期在规定的使用条件下可能发生的任何故障叫关联故障，在解释试验结果或计算可靠性特性值时必须计入；与产品本身无关，预期在使用条件下不可能发生的任何故障叫非关联故障，在解释试验结果或计算可靠性特征量时不应计入。
按责任、非责任分：责任故障与非责任故障。责任故障是指按合同规定是该研制或生产机构责任范围内发生的关联故障；非责任故障是指按合同规定不是该研制或生产机构责任范围内发生的关联故障或非关联故障。
间歇故障：产品的故障可以在有限时间内不经修复而自行恢复功能，这类故障叫间歇故障。
单点故障：？
1.2.2 与可靠性有关的几个函数
1．可靠度函数R(t)， 2．累积故障分布函数F(t)
F(t)=1-R(t)
3．故障密度函数f(t)
f(t)=
dF(t)dR(t)
=- dtdt
4．故障率函数λ(t)
工作到某时刻尚未发生故障的产品，在该时刻后单位时间内发生故障的概率，称之为产品的故障率。
λ(t)=
f(t) R(t)
上述几个函数之间的关系如下图所示：
①
① F(t)=1-R(t)； ② R(t)=
⎰f(t)dt；
t
∞
③ R(t)=exp-[λ(t)dt]。
⎰
t
通过这个几个式子，这几个函数，只要知道其中一个，就可以求得其它几个函数。
第二章 产品的可靠性要求
产品的可靠性要求分两大类：定性要求与定量要求。定性要求，即用一种非量化的形式来设计、评价和保证产品的可靠性；定量要求，即规定产品的可靠性参数、指标和相应的验证方法，用定量的方法进行设计分析、可靠性验证，从而保证产品的可靠性。
2.1 可靠性定性要求
包括定性设计要求与定性分析要求。 （1）定性设计要求包括的项目有： 制定和贯彻可靠性设计准则； 简化设计； 余度设计； 降额设计；
制定和实施元器件大纲； 确定关键件和重要件； 环境防护设计； 热设计；
软件可靠性设计；
包装、装卸、运输、储存等设计。 （2）定性分析要求包括的项目有： 功能危险分析（FHA）； 故障模式和影响分析（FMEA）； 故障树分析（FTA）； 区域安全性分析（ZSA）。
2.2 可靠性定量要求
可靠性定量要求是确定产品的可靠性参数、指标以及验证时机和验证方法，
以便在设计、生产、试验验证、使用过程中用量化的方法评价或验证装备的可靠性水平。
可靠性定量要求又分为基本可靠性要求和任务可靠性要求。基本可靠性即产品在规定的条件下无故障的持续时间或概率，反映了产品对维修人力费用和后勤保障资源的需求。确定基本可靠性指标时应统计产品的所有寿命单位和所有的故障。任务可靠性是产品在规定的任务剖面中完成规定的功能的能力，确定任务可靠性指标时仅考虑在任务期间那些影响任务完成的故障（即致命性故障）。
可靠性参数体系： 表1 常见的可靠性参数
几个可靠性参数之间的转换关系： （1）MTBF与MFHBF
MTBF产品工作时间S
=(运行比) =
MFHBF飞行时间F
（2）MCSP与MTBCF
MCSP=exp[-
tt
] MTBCF=-
MTBCFLn(MCS)P
《汽车可靠性技术》复习题答案
一 填空题
1 产品可靠性； 2 故障概率(或称失效概率、不可靠度)F (t) 故障概率密度函数(或称失效概率密度函数) f (t)；3 规定的功能； 4 汽车可靠性试验；5 经济学观点 管理学观点；7 ；8 中位数；9 众数；10 样本极差；11 累积故障概率的分布函数；12 f(t)=dF(t)；13 dtTTF=⎰e-λtdt=0∞1λ；14 所有寿命单位和所有的故障；15 影响任务完成的故障(即致命性故障)；16指数分布、威布尔分布、正态分布；17可靠性预测 可靠性分配 可靠性实验；18并联系统 混联系统 备用冗余系统；19 Rs(t)=∏Ri(t)，式中Rs (t)——系统的可靠度，Ri (t)——第i个单元的可靠度； 20 Fs(t)=∏Fi(t)，式中
i=1i=1nn
Fs(t)——系统的不可靠度，Fi(t)——第i个单元的不可靠度；21 零件→分系统→系统；22
23 一元线性回归预测；24 回归预测法 灰色理论预测法 蒙特卡洛模拟；25 等分法 加系统→分系统→零件；
权分配法 相对故障率分配法；26 相同；27 研制阶段早期；28 设计目标 限制条件；29 可靠性预测 可靠性分配 可靠性实验；30 设计工作；31 可靠性 维修性 耐久性；32系统工程方法 概率统计学方法 人机工程方法； 33设计是否达到预期的目标；34 强度高于应力；35强度概率计算法；36 样本；37整群随机抽样 分段随机抽样；38 小于；39 总容量 样本容量；40 更换或修复；41不合格批；42高概率 高概率；43 OC曲线；44 检查水平；45 产品的生产鉴定 在线的质量检查；46 试验产品数；47 可靠性鉴定试验 可靠性验收试验；48 规定时间；49 规定数目；50 存储寿命试验 工作寿命试验；51 加速寿命试验；52累积损伤理论；53提出改进和预防措施 提高汽车可靠性和使用寿命；54 失效 故障；55 不可修复产品 可修复产品；56 材料 工作环境；57疲劳断裂 腐蚀；58 对象状态 失效结果；59按失效检验项目进行分析 按系统工程分析方法；60 割集；61 最小割集；62 粘着磨损；63 表面疲劳磨损；64 腐蚀磨损；65 疲劳断裂。
二 名词解释
1 可靠性：可靠性是指产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定的功能的能力。
2 可靠性工程：为达到产品可靠性要求而开展的一系列设计、研制、生产、试验和管理工作。
3 基本可靠性：产品在规定的条件下，无故障的持续时间或概率。
4 任务可靠性：产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能力。
5 固有可靠性：产品在设计、制造过程中赋予的固有属性。
6 使用可靠性：产品在实际使用过程中表现出的可靠性。
7 汽车可靠性：是指汽车产品（总成或零部件）在规定的条件和规定的时间内，完成规定的功能的能力。
8 汽车的硬故障：使汽车停驶的完全性故障
9 汽车的软故障：性能逐渐下降到最低规定限度而不能正常使用的衰退性故障，如制动性能、动力性能等 10 随机现象：在一定条件下，并不总出现相同结果的现象
11 随机事件：在一定条件下，可能发生也可能不发生的试验结果
12 可靠度函数：产品在规定的条件下，在规定的时间内完成规定功能的概率，称为可靠度；这种用概率来度量可靠度的函数，称可靠度函数，简称可靠度，用R(t)表示。
13 失效概率分布函数：通常用累积故障概率的分布函数来表示产品失效概率或不可靠度，这种函数，称不可靠度函数或累积失效概率分布函数，简称失效概率分布函数。
14 故障率：工作到某时刻尚未发生故障的产品，在该时刻后单位时间内发生故障的概率。
15可靠寿命：指给定的可靠度所对应的产品工作时间。
16使用寿命：指产品在规定的使用条件下，具有可接受的故障率的工作时间区间。
17 可靠性模型：指的是系统可靠性逻辑框图(也称可靠性方框图)及其数学模型。
18 可靠性分配：把系统的可靠性指标合理的分配到组成此系统的每个单元。
19可靠度分配：将设备或系统的可靠度目标值转换为其零部件或子系统的可靠度的过程，即可靠度计算的逆过程。
20 子系统重要度：第i个子系统失效引起系统失效的次数与第i个子系统失效次数的比值；也即第i个子系统发生失效时，整个系统发生失效的概率。
21 子系统复杂度：子系统的复杂程度，用子系统中的部件数与整个系统部件数的比来表示。
22 可靠性设计：就是“以赋予产品可靠性为目的的设计技术”。
23 维修性：指产品在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复其规定状态的能力。
24 维修性工程：为使装备具有良好的维修性，必须从其论证开始，通过一系列设计、分析、制造、试验、评定等工程活动，赋予其所要求的维修性。这些工程活动的总称为维修性工程。
25 维修性工程标准：开展维修性工程活动所用到的标准。
26 设计评审：指在产品设计与工艺设计过程的某些时期，有计划安排的，有严格组织的，按一定规范进行的对设计方案、图纸、技术条件等的评议审定工作。
27 批：指具有相同的来源，在相同的条件下生产所得到相同规格的一群产品。
28 批量：批中包含的产品单位数。
29 样品量：从批中抽取的单位产品的汇集，称为样本。样本中单位产品数，称为样本大小。
30 抽样方案：样本大小或样本大小系列和判定数组结合在一起。
31 Ac（合格判定数）：作出批合格判断样本中所允许的最大不合格品数或不合格数。
32 Re（不合格判断数）：作出批不合格判断样本中所不允许的最小不合格品数或不合格数。
33 AQL（合格质量水平）：抽样检查中，认为可以接收的连续提交检查批的过程平均上限值。
34 ASN（平均样本大小）：对一个批质量已知的批，按给定抽样方案作出合格或不合格判断，该批所需检查样本单位数的平均值。
35 IL（检查水平）：提交检查批的批量与样本大小之间的等级对应关系。
36 系统抽样：是一种从总体中每隔k个个体抽取一个样本的抽样方法，其中k值是抽样比值。
37 生产者冒险率：生产者产品的质量相当良好，已达允收水准，理应判为合格，但由于抽样的关系，样本中不良品过多而误判为拒收，其概率称为生产者冒险率。
38 消费者冒险率：生产者产品的质量相当恶劣，已达拒收水准，理应判为不合格，但由于抽样的关系，样本中不良品甚少而误判为允收，其机率称为消费者冒险率。
39 试验批：为判定汽车或零部件产品的可靠性而进行试验的批量。
40 可靠性验证试验：是用来验证产品的可靠性特征值是否符合其规定的可靠性要求的一种试验。
41截尾试验：必须在达到规定的时间或在失效的样品达到规定数目时终止试验。
42 寿命试验：评价和分析产品寿命特征的试验。
43 复现试验：把随机载荷的试验从实验室外搬到实验室里加以复现的试验。
44 汽车零部件失效：汽车零部件失去原设计所规定的功能称为失效；失效不仅是指完全丧失原定功能，而且还包含功能降低和有严重损伤或隐患、继续使用会失去可靠性和安全性的零部件。
45 FMECA：是故障模式影响及危害性分析的简称，是分析系统中每一产品所有可能产生的故障模式及其对系统造成的所有可能影响，并按每一个故障模式的严重程度及其发生概率予以分类的一种归纳分析方法。
46 故障树：指用以表明产品哪些组成部分的故障或外界事件或它们的组合将导致产品发生一种给定故障的逻辑图。
47 故障树分析：简称FTA，通过对可能造成产品故障的硬件、软件、环境、人为因素进行分析，画出故障树，从而确定产品故障原因的各种可能组合方式和(或)其发生概率
48 电化学腐蚀：两个不同的金属在一个导电溶液中形成一对电极，产生电化学反应而发生腐蚀的作用，使充当阳极的金属被腐蚀的现象。
三 简答题【可靠性内涵】
1 请简述我国可靠性发展的重要历史节点。
答：1965年，钱学森建议下，原七机部成立了“可靠性质量管理研究所”（705所），进行了开拓性研究工作；
1978年，钱学森关心下在国防系统召开了第一次可靠性会议；
1979年，中国电子学会成立“可靠性与质量管理学会”；
1980年代后,机械可靠性研究在我国开始受到重视。【可靠性内涵】
1982年，国家标准局成立“全国产品可靠性与维修性标准化技术委员会”，并制定了一些标准，我国可靠性研究开始蓬勃发展；
1984年，颁布了《电子设备可靠性预计手册》；
20世纪90年代，原机械电子工业部在“八五规划纲要”中提出“以科技为先导，以质量为主线”的发展模式，使产品的可靠性得到了较大的提高。
2 请简述召回制度实施前后日本可靠性研究特点。
答：1969年实施汽车召回制度，之前可靠性研究重点：确保强度方面的安全性；延长车辆使用期限；延长维修期。
召回制度实施后可靠性研究具有如下特点：可靠性技术与管理高度结合；采用可靠性新技术，加强设计检评工作；重视试验和故障分析；数据交换和反馈；实行全数检验和在线自动检验；建立外协件的可靠性保证体系；加强可靠性学术活动，进行技术培训。
3 汽车可靠性定义四因素的具体内涵是什么？
答：汽车可靠性是指汽车产品（总成或零部件）在规定的条件和规定的时间内，完成规定的功能的能力。 其中，汽车产品指整车、总成、零部件，主要指的是发动机、底盘、车身、电器设备等。
规定时间指：汽车使用量的尺度，可以足时间单位(小时、天数、月数、年数)，也可以是行驶里程数、工作循环次数等。在汽车运用工程中，保用期、第1次大修里程、报废周期等都是重要的特征时间。
规定条件包括：汽车产品的工作条件，即气候、道路状况、地理位置等环境条件；汽车产品的运用条件，即 载荷性质、载运种类、行驶速度；汽车产品的维修条件，即维修方式、维修水平、保养制度；汽车产品的管理条件，即存放环境、管理水平、驾驶员技术水平。
规定功能指：汽车设计任务书、使用说明书、订货合同以及国家标准规定的各种功能、性能和要求。 4 汽车可靠性四大要素具体内涵是什么？
答：汽车可靠性由四大要素构成，即可靠性、维修性、耐久性和安全性。
可靠性：指产品固有的质量属性，汽车能够不中断地按照驾驶员的控制而运动的性质。
维修性：产品在规定的使用条件下，在规定的时间内完成维修的能力。
耐久性：汽车经过长时间工作后，不丧失其正确的技术状态而继续工作的能力；可以用汽车第一次大修里程的长短以及汽车从启用至报废的寿命长短来度量。
安全性：汽车在行驶中不危及生命财产安全的能力。
5 PDCA循环有什么特点？
答：PDCA循环有以下三特点：
1）PDCA循环按照循环顺序不停地旋转只要产品一直生产，这种循环就不会停止。
2）PDCA是一个综合性的循环，在企业总体PDCA循环指导下，各级、各部门以及生产的各个环节、各个阶段，都有各自的小循环，形成大循环套小循环。
3）PDCA循环在循环中前进和提高。
6 请阐述失效概率分布函数的含义。
答：设有N件产品，在规定的条件下工作到规定的时间T,发生故障（失效）的件数为n(t),仍有（N－n）个产品继续工作，如果产品总数N足够大时，则可靠度近似为：
R(t)≈N-n(t) N
则失效概率近似为：
F(t)≈
即以下关系成立：
R(t)+F(t)=1
7 请写出R(t)、F(t)与
答：由密度函数的性质n(t) Nf(t)之间的关系表达式，并用图示表示。 ⎰∞
0f(t)dt=1可知：
R(t)=1-F(t)=1-⎰f(t)dt=⎰f(t)dt 0tt∞
因此，R(t)、F(t)与f(t)之间的关系如图所示：
图 R(t)、F(t)与f(t)关系t
8 请写出故障率的数学表达式，并推导故障率与可靠度、故障密度函数的关系。
答：λ(t)=dn(t) Ns(t)dt
式中λ(t)——故障率； dn(t)——t时刻后，dt时间内故障的产品数；Ns(t)——残存产品数，即到t 时刻尚未