可靠性设计具体包括哪些内容
可靠性设计具体包括哪些内容如下:
1、设计的目的和任务。
可靠性设计的目的是在综合考虑产品的性能、可靠性、费用和设计等因素的基础上,通过采用相应的可靠性设计技术,使产品的寿命周期内符合所规定的可靠性要求。
系统可靠性设计的主要任务是:通过设计,基本实现系统的固有可靠性。说“基本实现”是因为在以后的生产制造过程中还会影响产品固有可靠性。该固有可靠性是系统所能达到的可靠性上限。所有的其他因素(如维修性)只能保证系统的实际可靠性尽可能地接近固有可靠性。
可靠性设计的任务就是实现产品可靠性设计的目的,预测和预防产品所有可能发生的故障。也就是挖掘和确保产品潜在的隐患和薄弱环节,通过设计预防和设计改进,有效地消除隐患和薄弱环节,从而使产品符合规定的可靠性要求。
也可以说可靠性设计一般有两种情况:一种是按照给定的目标要求进行设计,通常用于新产品的研制和开发;另一种是对现有定型产品的薄弱环节,应用可靠性的设计方法加以改进、提高,达到可靠性增长的目的。
2、设计的基本原则。
在可靠性设计过程中应遵循以下原则:可靠性设计应有明确的可靠性指标和可靠性评估方案;可靠性设计必须贯穿于功能设计的各个环节,在满足基本功能的同时,要全面考虑影响可靠性的各种因素。
应针对故障模式(即系统、部件、元器件故障或失效的表现形式)进行设计,最大限度地消除或控制产品在寿命周期内可能出现的故障(失效)模式;在设计时,应在继承以往成功经验的基础上,积极采用先进的设计原理和可靠性设计技术。
但在采用新技术、新型元器件、新工艺、新材料之前,必须经过试验,并严格论证其对可靠性的影响;在进行产品可靠性的设计时,应对产品的性能、可靠性、费用、时间等各方面因素进行权衡,以便做出最佳设计方案。
3、可靠性要求。
可靠性要求是进行可靠性设计、分析、制造、试验、验收的依据。可靠性要求分为定量要求和定型要求两种。
4.、设计的主要内容。
可靠性设计是为了在设计过程中挖掘和确定隐患及薄弱环节,并采取设计预防和设计改进措施,有效地消除隐患及薄弱环节,定量计算和定性分析主要是评价产品现有的可靠性水平和确定薄弱环节,而要提高产品的固有可靠性,只能通过各种具体的可靠性设计来实现。
可靠性设计可以分成两个基本出发点:
?第一个就是“完美性设计”,通俗地讲就是怎样保障我们的设计是完美的?最终的产品是完美的?如果在设计的时候,时刻提醒自己这个问题,促使自己多考虑,就应该明白为什么我们要求项目组在产品立项开发的时候就要考虑到外界对产品的可靠性需求,为什么我们要在方案设计阶段列出关键器件清单,为什么我们要核对关键器件的使用规范说明和器件规格书,为什么我们要控制器件选型的制造商和供应商认证,为什么我们要组织在开发过程中不断讨论产品可能存在的应用缺陷,为什么我们开发产品的时候眼睛要盯住客户的使用环境,为什么要建立部门设计经验库,为什么要引入众多的设计准则和查检表......所以,如果大家能时刻问自己怎样才能保证我设计的这个产品到客户应用现场后能按要求使用3年不出问题,还有哪些缺点待改进,是不是已经把所考虑到的问题都已解决了,是否已尽力保证了设计上的完美。只要理解了这个设计思想,正向的可靠性设计开展起来就会顺畅多了。
第二个就是“容错设计”,因为虽然我们在设计上尽量考虑的各种各样的情况,也尽力向完美设计靠拢,但实际上由于知识技能开发进度等限制,我们的设计不可能完美无缺,这时候如果出问题了应该怎么办。所以我们要考虑一些逆向的容错设计,先判断大概哪些地方会出哪些问题,出问题之后是否能及时检测到,或故障隔离,是否需要做安全防护措施等。这就是我们为什么要强调系统的自检流程和参数容差判断,故障识别和隔离措施,如果没办法判断隔离的话,是不是可以考虑提醒指示,加外围的防护单元,尤其涉及到系统安全状态时。
机械可靠性设计方法是常用的方法,是目前开展机械可靠性设计的一种最直接有效的方法,无论结构可靠性设计还是机构可靠性设计都是大量采用的常用方法。可靠性定量设计虽然可以按照可靠性指标设计出满足要求的恰如其分的零件,但由于材料的强度分布和载荷分布的具体数据目前还很缺乏,加之其中要考虑的因素很多,从而限制其推广应用,一般在关键或重要的零部件的设计时采用。
机械可靠性设计由于产品的不同和构成的差异,可以采用的可靠性设计方法有:
预防故障设计。机械产品一般属于串联系统.要提高整机可靠性,首先应从零部件的严格选择和控制做起。例如,优先选用标准件和通用件;选用经过使用分析验证的可靠的零部件;严格按标准的选择及对外购件的控制;充分运用故障分析的成果,采用成熟的经验或经分析试验验证后的方案。
简化设计。在满足预定功能的情况下,机械设计应力求简单、零部件的数量应尽可能减少,越简单越可靠是可靠性设计的一个基本原则,是减少故障提高可靠性的最有效方法。但不能因为减少零件而使其它零件执行超常功能或在高应力的条件下工作。否则,简化设计将达不到提高可靠性的目的。
降额设计和安全裕度设计。降额设计是使零部件的使用应力低于其额定应力的一种设计方法。降额设计可以通过降低零件承受的应力或提高零件的强度的办法来实现。工程经验证明,大多数机械零件在低于额定承载应力条件下工作时,其故障率较低,可靠性较高。为了找到最佳降额值,需做大量的试验研究。当机械零部件的载荷应力以及承受这些应力的具体零部件的强度在某一范围内呈不确定分布时,可以采用提高平均强度(如通过大加安全系数实现)、降低平均应力,减少应力变化(如通过对使用条件的限制实现)和减少强度变化(如合理选择工艺方法,严格控制整个加工过程,或通过检验或试验剔除不合格的零件)等方法来提高可靠性。对于涉及安全的重要零部件,还可以采用极限设计方法,以保证其在最恶劣的极限状态下也不会发生故障。
余度设计。余度设计是对完成规定功能设置重复的结构、备件等,以备局部发生失效时,整机或系统仍不致于发生丧失规定功能的设计。当某部分可靠性要求很高,但目前的技术水平很难满足,比如采用降额设计、简化设计等可靠性设计方沙土,还不能达到可靠性要求,或者提高零部件可靠性的改进费用比重复配置还高时,余度技术可能成为叭一或较好的一种设计方法,例如采用双泵或双发动机配置的机械系统,但应该注意,余度设计往往使整机的体积、重量、费用均相应增加。余度设计提高了机械系统的任务可靠度,但基本可靠性相应降低了,因此采用余度设计时要慎重。
耐环境设计。耐环境设计是在设计时就考虑产品在整个寿命周期内可能遇到的各种环境影响,例如装配、运输时的冲击,振动影响,贮存时的温度、湿度、霉菌等影响,使用时的气候、沙尘振动等影响。因此,必须慎重选择设计方案,采取必要的保护措施,减少或消除有害环境的影响。具体地讲,可以从认识环境、控制环境和适应环境三方面加以考虑。认识环境指的是:不应只注意产品的工作环境和维修环境,还应了解产品的安装、贮存、运输的环境。在设计和试验过程中必须同时考虑单一环境和组合环境两种环境条件;不应只关心产品所处的自然环境,还要考虑使用过程所诱发出的环境。控制环境指的是:在条件允许时,应在小范围内为所设计的零部件创造一个良好的工作环境条件,或人为地改变对产品可靠性不利的环境因素。适应环境指的是:在无法对所有环境条件进行人为控制时,在设计方案、材料选择、表面处理、涂层防护等方面采取措施,以提高机械零部件本身耐环境的能力。
人机工程设计。人机工程设计的目的是为减少使用中人的差错,发挥人和机器各自的特点以提高机械产品的可靠性。当然,人为差错除了人自身的原因外,操纵台、控制及操纵环境等也与人的误操作有密切的关系。因此,人机工程设计是要保证系统向人传达的住处的可靠性。例如,指示系统不仅显示器靠,而且显示的方式、显示器的配置等都使人易于无误地接受;二是控制、操纵系统可靠,不仅仪器及机械有满意的精度,而且适于人的使用习惯,便于识别操作,不易出错,与安全有关的,更应有防误操作设计;三是设计的操作环境尽量适合于人的工作需要,减少引起疲劳、干扰操作的因素,如温度、湿度、气压、光线、色彩、噪声、振动、沙尘、空间等。
(1)必须将产品的可靠性要求转化成明确的、定量化的可靠性设计指标。
(2)必须将可靠性设计贯穿与产品设计的各个方面和全过程。
(3)设计所选用的线路、版图、封装结构,应在满足预定可靠性指标的情况下尽量简化,避免复杂结构带来的可靠性问题。
知识延伸:
1、可靠性设计的基本依据
(1)产品考核所遵从的技术标准。
(2)产品在全寿命周期内将遇到的应力条件(环境应力和工作应力)。
(3)产品的失效模式分布,其中主要的和关键的失效模式及机理分析。
(4)定量化的可靠性设计指标。
(5)生产(研制)线的生产条件、工艺能力、质量保证能力。
2、可靠性设计的基本程序
(1)分析、确定可靠性设计指标,并对该指标的必要性和科学性等进行论证。
(2)制定可靠性设计方案
设计方案应包括对国内外同类产品(相似产品)的可靠性分析、可靠性目标与要求、基础材料选择、关键部件与关键技术分析、应控制的主要失效模式以及应采取的可靠性设计措施、可靠性设计结果的预计和可靠性评价试验设计等。
(3)可靠性设计方案论证(可与产品总体方案论证同时进行)。
(4)设计方案的实施与评估,主要包括线路、版图、工艺、封装结构、评价电路等的可靠性设计,以及对设计结果的评估。
(5)样品试制及可靠性评价试验。
(6)样品制造阶段的可靠性设计评审。
(7)通过试验与失效分析来改进设计,并进行“设计—试验—分析—改进“循环,实现产品的可靠性增长,直到达到预期的可靠性指标。
(8)最终可靠性设计评审。
(9)设计定型
设计定型时,不仅产品性能指标应满足合同要求,可靠性指标是否满足合同要求也应作为设计定型的必要条件。
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