系统的可靠性设计方法研究

Ⅰ 可靠性设计方法有哪些

（1）可靠性建模是进行可靠性分配/预计的基础，因此必须尽早开展，并随着产品的研制进展不断细化迭代。

（2）应该先建立产品的可靠性框图，然后据此建立相应的数学模型。

（3）在建立基本可靠性模型时，要包括产品的所有组成单元。当单元工作在多个环境条件下，应该采用可靠性最差的数据进行分析。

（4）不同的任务剖面应该分别建立各自的任务可靠性模型，模型中应该包括在该任务剖面中工作的所有单元。

（5）任务可靠性框图应该与系统的任务故障判据一致。

（6）当提高单元的可靠性所花的费用高于使用冗余模型的费用时，则应采用冗余模型。

（7）对于简单并联模型，n=2时，可靠度的提高最显着；当冗余单元超过一定数量时，可靠性提高的速度大为减慢，因此需要进行权衡。

（8）当采用冗余时，在产品层次较低的地方采用冗余的效果比层次较高的地方好。例如，在元件级采用冗余比部件级好。但工程上有时不允许进行级别低的冗余，工程上常用的是部件级及设备的冗余。

（9）采用并联模型可以提高产品的任务可靠性，但也会降低产品的基本可靠性，同时增加产品的重量、体积、复杂度、费用及设计时间。因此，必须进行综合权衡。

Ⅱ 中，可采用哪些措施来提高系统的精度和可靠性

高速、高精度始终是数控技术追求的目标。在高速加工中，必须要求各运动轴能在极短的时间内达到给定的速度并能在高速行程中瞬间准停。如果仅从时间上去考虑缩短过渡过程，而不对机床的加减速动态过程进行合理的控制，必将给机床结构带来很大的冲击。随着计算机总线技术越来越成熟，数控系统也由固定模式发展为具有开放性结构高速、高精度始终是数控技术追求的目标。在高速加工中，必须要求各运动轴能在极短的时间内达到给定的速度并能在高速行程中瞬间准停。如果仅从时间上去考虑缩短过渡过程，而不对机床的加减速动态过程进行合理的控制，必将给机床结构带来很大的冲击。随着计算机总线技术越来越成熟，数控系统也由固定模式发展为具有开放性结构，能方便用户进行客制化重组的柔性模式。结合数据库原理，将影响系统过渡过程的加减速曲线，采用变结构控制方式，能有效提高数控机床的动态性能和稳态精度。变加减速结构控制原理传统数控系统中，一般由系统程序直接实现单一特定的加减速控制。它无法保证在机床启停频繁的情况下，同时满足高进给速度的瞬间起停和机床运行的平稳性。为解决此问题，一方面要求数控系统能因机而异、因时而异来动态确定加减速控制规律;另一方面，需在控制系统中采用特殊方法来实现这种加减速曲线。本文提出的变加减速结构控制方法采用数据库原理，将加减速控制分为加减速描述与实施两部分，并将加减速描述与系统程序相分离。这样，若要改变系统的加减速控制规律只需独立地修改加减速描述数据，而不需要修改数控系统程序，从而为用户提供一种开放的改变加减速曲线新方法。其原理为:将各种理想的加减速曲线事先进行数字式处理，得到其离散化，并以样板数表的形式存放于数控系统内的加减速曲线库中。在数控系统软件中，则设计一条通用的与加减速数据库内容无关的控制通道，由其独立完成加减速计算和轨迹控制。该方法的实现原理。加减速曲线库中存放着各种样板曲线。系统运行时，首先根据数据处理模块给出的有关控制数据和来自检测反馈环节的机床实际运行数据进行加减速分析。如需加减速控制，则通知曲线选择模块从加减速曲线库中选出最合适的加减速曲线，并发出加减速控制指令给加减速计算模块，由其根据所选定的加减速曲线计算出当前采样周期的瞬时速度。进一步由插补轨迹计算模块生成工作台运动轨迹，并发出运动指令送往驱动装置，最后由驱动装置以希望的加减速控制规律驱动机床运动，从而使机床运动的动态特性达到最佳。三轴运动工作台组成及特点整个系统以基于“工业PC机+专业运动控制卡”为核心，采用松下数字交流伺服系统构成一个开放式硬件结构。同时配备内容丰富、功能强大的运动函数库，采用VC++面向对象的编程技术，实现PC机、运动控制卡和伺服驱动器之间的通讯，其结构。PC机主要实现加工程序的输入、编辑、参数设置、运动状态显示以及加减速分析计算等非实时控制。运动控制卡完成各运动轴插补轨迹计算、输出脉冲/方向运动指令信号以及接收机床上一些与运动控制有关的I/O量输入。其中，脉冲信号控制电机所走的步数，方向信号控制电机正反转，以实现三轴的位置控制。X轴、Y轴、Z轴原点、限位检测是通过一组机械开关来实现，原点检测开关用来生成用户三维运动系统坐标系原点，限位检测开关确保每轴工作行程极限。这些状态信号经逻辑电平整形电路、光电隔离电路后送入运动控制卡状态寄存器中，由CPU随时读出，达到对I/O状态信号的检测。在硬件上，由于采用了光电隔离措施，这样，既隔离了外设对内部数字系统的干扰，又能有效地防止过电压、过电流等外界突发事件对计算机系统的损坏，大大提高了系统的控制精度和可靠性。本系统充分发挥了PC机软件资源丰富和计算速度快的优点，吸收CAD/CAM的特点，在利用造型软件生成零件图后，再利用数控系统转化为加工G代码，将指令G代码与机床实际位置进行分析比较产生瞬时速度，然后由板卡将其解释为运动轨迹控制函数，最后通过调用运动函数库内的插补程序段，输出脉冲和方向信号，控制半闭环位置伺服系统带动工作台运转，实现所希望的空间轨迹路径动态特性和稳态精度。基于松下交流伺服电机驱动器半闭环位置控制的实现在松下伺服驱动器接线端子上，PULS1、SIGN1分别与运动控制器的脉冲信号和方向信号相连，PULS2、SIGN2接+5V信号，形成集电极开路的位置传输信号。COM+，COM-分别接+15V电源正负端。SRV-ON与COM-相连。这样，就完成了位置控制模式下的基本连线。其它连线可根据系统的需要进行适当连接。参数设置通过触摸面板进行，控制方式选择置为位置控制，转矩限制置为输入无效，驱动禁止置为输入无效，指令脉冲输入方式选择置为脉冲/符号方式，指令脉冲禁止置为输入无效。每转输出脉冲数置为2500。电子齿轮比可根据实际需要进行设置。由于伺服电机通过联轴器与工作台的滚株丝杠相连，机械刚性高，将自动增益调整时，机械刚性置为9，保证整个传动系统的高速响应性。增益参数采用自动调整方式:按照预定(内部设定)的模式使电机加速和减速，从所需转矩计算负荷的惯量，然后根据惯量，自动地决定适当的增益。其它参数按出厂时的缺省设置。由于传动机构采用了半闭环交流伺服驱动，控制精度和运行速度得到极大的提高，大大提高了产品的性价比。在位置控制方式下，伺服驱动器接收运动控制器发出的位置指令信号(脉冲/方向)，送入脉冲列形态，经电子齿轮分倍频后，在偏差可逆计数器中与反馈脉冲信号比较后形成偏差信号。反馈脉冲是由光电编码器检测到电机旋转时所产生的实际脉冲数，经四倍频后产生的。位置偏差信号经位置环的复合前馈控制器调节后，形成速度指令信号。速度指令信号与速度反馈信号(与位置检测装置相同)比较后的偏差信号经速度环比例积分控制器调节后产生电流指令信号，在电流环中经矢量变换后，由SPWM输出转矩电流，控制交流伺服电机的运行。位置控制精度由光电编码器每转产生的脉冲数控制。它分增量式光电编码器和绝对式光电编码器。增量式编码器构造简单，易于掌握，平均寿命长，分辨率高，实际应用较多。本系统采用的是增量式光电编码器。绝对式光电编码器按二进制编码输出，信号线多，由于精度取决于位数，所以高分辨率不易得到。但是这种编码器即使不动时也能输出绝对角度信息，主要用于全闭环高级数控机床中。结语合理的自动加减速控制是保证高速运动系统动态性能和稳态精度的重要环节。传统的基于固定曲线的自动加减速控制由于缺乏柔性，不易保证在机床运行平稳的前提下，实现以过渡过程时间最短为目标的最优加减速控制规律，难以满足高速加工对精度的要求。采用变加减速结构，利用系统的开放性，将加减速描述与数控系统程序相分离，使得改变系统加减速性能时只需独立地修改加减速描述数据，它可方便地用实时离散数据库来实现。这样，系统可按实际情况改变升降速控制曲线，保证机床运行的平滑性，是一种适合于高速加工的柔性自动加减速控制方式。

Ⅲ 求一个系统的可靠度有哪些方法

可靠度可以通过数学方式计算。可靠度函数可用关于时间 t 的函数表示，可表示为R（t)=P(T>t)。其中，t 为规定的时间，T表示产品的寿命。由可靠度的定义可知，R(t)描述了产品在（0，t）时间内完好的概率，且R(0)=1，R（+∞)=0。

可靠度一般可分成两个层次，首先是所谓组件可靠度(Reliability of component)。也就是将产品拆解成若干不同的零件或组件，先就这些组件的可靠度进行研究，然后再探讨整个系统、整个产品的整体可靠度，也就是系统可靠度(Reliability of system)。

(3)系统的可靠性设计方法研究扩展阅读

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”。故障率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。

Ⅳ 可靠性工程的系统可靠性

reliability engineering
衡量系统可靠性有三个重要指标。①保险期：系统建成后能有效地完成规定任务的期限，超过这一期限系统可靠性就会逐渐降低。②有效性：系统在规定时间内能正常工作的概率。概率的大小取决于系统故障率的高低、发现故障部分的快慢和故障修复时间的长短。③狭义可靠性：由结构可靠性和性能可靠性两部分组成。前者指系统在工作时不出故障的概率，后者指系统性能满足原定要求的概率。
系统可靠性不能仅仅依靠对系统的检验和试验来获得，还必须从设计、制造和管理等方面加以保证。首先，设计是决定系统固有可靠性的重要环节，制造部门力求使系统达到固有的可靠性，而管理则是保证系统的规划、设计、试验、制造、使用等阶段都按科学的程序和规律进行，即对整个系统研制实行严格的可靠性控制。 产品的可靠性是设计出来的，生产出来的，管理出来的。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。可靠性工程具体如下图1所示。产品在需求分析阶段、设计阶段、工程研制阶段和生产制造阶段都需开展一定的可靠性设计分析、管理、试验工作。开展的时机和推荐开展的项目如下表所示：
按照产品的层次结构，产品的系统层次、装置层次、部件层次和零件层次都分别有相应的可靠性工作内容，即产品不同层次的可靠性影响因素和薄弱环节各有特点，需要分别开展相应的可靠性设计、管理、试验工作项目解决。总师和项目管理者需要在产品的工程化角度把握可靠性工程的开展和实施。影响器件可靠性的主要因素包括器件的种类和数量、器件的额定工作电参数和电应力、额定工作温度和环境温度、元器件的质量等级和品质保证等级，器件的降额特性和热敏感特性，器件的储存可靠性；影响部件可靠性的主要因素包括器件本身的可靠性与器件相互影响，主要需要考虑的因素为热分析、电磁兼容、耐环境、信号完整性、潜通路和工艺工装；影响装置可靠性的主要因素包括部件之间的相互影响和结构、工艺、连接；影响系统可靠性的主要因素包括冗余设计、人机工程和系统可靠性设计。
建立可靠性工程体系，开展和实施可靠性工程是产品高可靠性的必要条件，可靠性设计分析是可靠性工程的基础，可靠性设计水平差的产品可靠性必然低；可靠性的设计需要可靠性管理，可靠性管理是开展可靠性设计的技术管理保证和组织结构保证；设计出的产品在生产阶段难免引入“瑕疵”，需要可靠性试验“暴露”。

Ⅳ 机械可靠性设计是指什么

机械可靠性设计（Reliability Design）是一种很重要的现代化设计方法。从20世纪50年代起，国外就兴起了可靠性技术的研究。第二次世界大战期间，美国的通信设备、航空设备、水声设备有相当数量因发生失效而不能使用。因此，美国便开始研究电子元件和系统的可靠性问题。1957年，美国发表了《军用电子设备可靠性》的重要报告，被公认为是可靠性的奠基文献。20世纪六七十年代，随着航空航天事业的发展，可靠性问题的研究取得了长足的进展，引起了国际社会的普遍重视。许多国家相继成立了可靠性研究机构，对可靠性理论展开了广泛的研究。

1990年，我国机械电子工业部印发的《加强机电产品设计工作的规定》中明确指出：可靠性、适应性、经济性三性统筹作为我国机电产品设计的原则，在新产品鉴定时，必须要有可靠性设计资料和实验报告，否则不能通过鉴定。现今，可靠性的观点和方法已经成为质量保证、安全性保证、产品责任预防等不可缺少的依据和手段，也是我国工程技术人员掌握现代设计方法所必须掌握的重要内容之一。

可靠性是指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。这里的产品可以泛指任何系统、设备和元器件。产品可靠性定义的要素是三个规定：“规定条件”、“规定时间”、“规定功能”。

（1）“规定条件”。

“规定条件”包括使用时的环境条件和工作条件，如温度、湿度、振动、冲击、辐射等环境条件，使用时的应力条件，维护方法，储存时的储存条件，使用时对操作人员的技术等级要求等。在不同的规定条件下产品的可靠性是不同的。例如，同一型号的汽车在高速公路和在崎岖山路上行驶，其可靠性的表现就大不一样。要谈论产品的可靠性必须指明规定的条件是什么。

（2）“规定时间”。

“规定时间”是指产品规定了的任务时间。随着产品任务时间的增加，产品出现故障的概率将增加，而产品的可靠性将是下降的。因此，谈论产品的可靠性离不开规定的任务时间。不同类型的产品对应的时间单位可能不同。例如，火箭发射装置，其可靠性对应的时间以秒计；海底通信电缆则以年计。此外，时间单位不仅可以是年、月、日、时、分、秒，也可以是工作次数（如继电器）、循环次数（如发动机）、行驶里程（如车辆）等。要确定产品规定的环境条件和规定的任务时间，必须对产品的任务和寿命进行分析研究。

（3）“规定功能”。

“规定功能”是指产品规定了的必须具备的功能及其技术指标。要求产品功能的多少和技术指标的高低，直接影响到产品可靠性指标的高低。例如，电风扇的主要功能有转叶、摇头、定时，规定功能是三者都要，还是仅需要转叶，所得出的可靠性指标是大不一样的。因此，在分析评价产品的可靠性时，必须首先明确要求产品完成的规定功能是什么，只有规定了清晰的功能及性能界限，才能给出明确的产品故障判据，如图4-23所示。

图4-23机电产品典型的失效曲线机械可靠性设计是将概率论、数理统计、失效物理和机械学相互结合而形成的一种设计方法。其主要特点是将传统设计方法中视为单值而实际上具有多值性的设计变量（如载荷、应力、强度、寿命等），看成某种分布规律的随机变量，用概率统计方法设计出符合机械产品可靠性指标要求的零部件和整机的主要参数及结构尺寸。机械强度可靠性设计过程如图4-24所示。

图4-24机械强度可靠性设计过程机械可靠性设计的主要内容有：

①从已知的目标可靠度出发，设计零、部件和整机的有关参数及结构尺寸，这是可靠性设计最基本的内容。

②可靠性预测，根据零、部件和整机（或系统）目前的状况及失效数据，预测其实际可能达到的可靠度，预报它们在规定的条件下和在规定的时间内完成规定功能的概率。

③可靠性分配，即根据确定的机器（或系统）的可靠度，分配其组成零部件或子系统的可靠度。这对复杂产品和大型系统来说尤为重要。

可靠性是一个涉及面很广的学科，已逐渐形成了一些独立分支，如可靠性工程（包括可靠性分析、可靠性设计及可靠性实验等）、可靠性数学（以概率论和数理统计为基础发展起来的一门数学分支，研究可靠性的定量规律）、可靠性物理（也称失效机理，研究零、部件的失效物理原因、物理模型，并提出改进措施）和可靠性管理等。可靠性研究正处于方兴未艾的发展时期，它起源于电子工业，已渗透到机械工程及其他各学科领域，并逐渐渗透到社会科学领域，如人的可靠性、工作可靠性等。

Ⅵ 简述和分析可靠性的定义

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[1] 。
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”。故障率是可靠性基本参数，其倒数为平均故障间隔时间(MTBF)[1] 。
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[1] 。
对产品而言，可靠度越高就越好。可靠度高的产品，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，就是产品的可靠度越高，产品可以无故障工作的时间就越长。
可靠度分析即求出各系统的运作机率的学问，例如机具的可靠度，将影响整个生产制造的流程规划及控制。此外，可靠度的讨论，也往往离不开系统的可用度(Availability)及维修度(Maintainability)。一般谈到可靠度，多是指产品的可靠程度，顾名思义，也就是将产品的好坏特别以可靠度的方法表达出来，这种定义方式对于现今许多高单价及讲求售后服务的产品而言，显得十分重要。
分类
可靠度一般可分成两个层次，首先是所谓组件可靠度(Reliability of component)。也就是将产品拆解成若干不同的零件或组件，先就这些组件的可靠度进行研究，然后再探讨整个系统、整个产品的整体可靠度，也就是系统可靠度(Reliability of system)。组件可靠度分析的方法，其实就是统计分析，至于系统可靠度分析，较为复杂，可采行的方法也较多，
①按重要程度分配可靠度。
②按复杂程度分配可靠度。
③按技术水平、任务情况等的综合指标分配可靠度。
④按相对故障率分配可靠度。
各部分有了明确的可靠性指标后，根据不同计算准则，进行零件的设计计算。主要的计算方法为：根据载荷和强度的分布计算可靠度或所需尺寸；根据载荷和寿命的分布计算可靠度或安全寿命；求出可靠度与安全系数间的定量关系，沿用常规设计方法计算所需尺寸或验算安全系数。与可靠性设计有关的载荷、强度、尺寸和寿命等数据都是随机变量，必须用概率统计方法进行处理。
数学表达式
可靠度函数可用关于时间 t 的函数表示，可表示为
R（t)=P(T>t)
其中，t 为规定的时间，T表示产品的寿命。
由可靠度的定义可知，R(t)描述了产品在（0，t）时间内完好的概率，且R(0)=1，R（+∞)=0。
可靠度工程
可靠度工程是结合管理与工程技术的一种科学，它牵涉到的工程技术主要有三方面：电子(机)工程、机械工程、及材料工程。高精密的科技产品，鲜有不与此三者有关者。惟可靠度本质上是将统计方法应用在各专业领域上的一种品保技术，并将可靠度实际设计进入产品中，方能确保产品品质。
可靠度试验
测试产品可靠度指标的试验就是可靠度试验。可靠度试验有环境试验、机械应力试验、耐气候测试试验、功能试验、EMC及安规试验等。
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[1] 。
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[1] ：
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[1] 。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[1] 。

Ⅶ 可靠性分析应用

1.设计方法已经比较成熟,在适用性(主要指桩基的沉降不致影响建筑物正常使用)和耐久性的可靠性评估也仍有许多工作要做船舶与海洋、焊接、机械、服役工程、工程等所谓建筑结构的可靠性是指结构在规定的时间内在规定的条件下完成预定功能的能力是建筑结构安全性、适用性、耐久性的总称。
2.工程结构的可靠性是指结构在规定时间内,在规定条件下,完成安全性、适用性和耐用性要求。