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可靠性是現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的四大質(zhì)量指標(biāo)（性能、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、安全性）之一。第二次世界大戰(zhàn)中暴露的大量武器裝備失效問題，促使歐美國家開始對軍用電子設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)深入的可靠性研究，可靠性成為一門工程學(xué)科迅速發(fā)展起來。當(dāng)前，隨著機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜、功能日趨完善，對可靠性的要求不斷提高，可靠性已成為衡量機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)，機(jī)械可靠性成為機(jī)械工程和可靠性理論的重要研究方向。

機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)計(jì)算一般是通過建立適當(dāng)?shù)哪Ｐ蛠磉M(jìn)行的。隨著結(jié)構(gòu)力學(xué)和計(jì)算機(jī)軟硬件的進(jìn)步，目前所發(fā)展的設(shè)計(jì)理論，例如有限元理論、多體動力學(xué)理論、計(jì)算流體力學(xué)、空氣動力學(xué)等，已經(jīng)能夠較精確的描述復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的行為。

但機(jī)械產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、制造和使用過程中存在大量的不確定性，例如外部環(huán)境載荷、材料性能、結(jié)構(gòu)尺寸等。在傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)理論中用安全系數(shù)來保證產(chǎn)品的可靠性，各種設(shè)計(jì)變量和因素的隨機(jī)性得不到反映。雖然基于強(qiáng)度和應(yīng)力的安全系數(shù)取值明顯大于1，但是由于強(qiáng)度和應(yīng)力數(shù)值的離散性，有時(shí)也會出現(xiàn)應(yīng)力大于強(qiáng)度的情況，從而造成產(chǎn)品失效。在設(shè)計(jì)過程中為了提高產(chǎn)品的可靠性選用優(yōu)質(zhì)材料或加大零件尺寸以獲取較大的安全系數(shù)，這就造成不必要的浪費(fèi)。另外，人們在實(shí)踐中逐漸認(rèn)識到，由于不確定性的影響，即使采用很大的安全系數(shù)，也不可能保證所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品絕對安全或可靠，因此轉(zhuǎn)而對產(chǎn)品進(jìn)行如下評價(jià)：能否使設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品發(fā)生失效的可能性足夠小。

從機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)方法的技術(shù)體系看，總來可以分為兩類：基于概率統(tǒng)計(jì)的方法和基于故障物理的方法兩類?；诟怕式y(tǒng)計(jì)的方法很大程度上要依靠產(chǎn)品的失效數(shù)據(jù)，通過對零部件和系統(tǒng)在試驗(yàn)、使用中產(chǎn)生的失效或故障數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，獲得相應(yīng)壽命的分布函數(shù)，進(jìn)而計(jì)算失效率（或故障率）、分析預(yù)計(jì)系統(tǒng)可靠性和壽命。這種方法需要以產(chǎn)品的失效數(shù)據(jù)為前提，無論設(shè)計(jì)對象是零部件還是系統(tǒng)，均可以采用。在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，特別是沒有相似產(chǎn)品參照時(shí)，這種方法存在一定的應(yīng)用困難。另外，這種方法便于對產(chǎn)品的技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行評價(jià)和管理，但是對開展可靠性設(shè)計(jì)帶來了很多困難。由于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的不足，以及研制周期和經(jīng)費(fèi)的限制難以進(jìn)行大量統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)等，導(dǎo)致基于概率統(tǒng)計(jì)的可靠性方法對故障發(fā)生的機(jī)理與規(guī)律掌握不足，不能科學(xué)分析系統(tǒng)故障的根本原因和提出針對性設(shè)計(jì)措施，亦不能在產(chǎn)品研制中科學(xué)地預(yù)防、消除故障和控制故障影響。尤其是對于故障規(guī)律的量化認(rèn)識不足，認(rèn)為故障發(fā)生是偶然的，導(dǎo)致設(shè)計(jì)改進(jìn)以工程經(jīng)驗(yàn)為主，缺少針對性和精確性，定量化的設(shè)計(jì)、分析和優(yōu)化工作更是難以開展。

基于故障物理的可靠性方法，則是將載荷、材料性能與強(qiáng)度、零部件外形尺寸等變量都視為服從某種概率分布的隨機(jī)變量，綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、物理、力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)等多方面的知識，建立能反映其故障機(jī)理和特征的模型，計(jì)算預(yù)測產(chǎn)品的可靠性，定量的給出產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)，以保證產(chǎn)品的可靠性和安全性。設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)決定了產(chǎn)品的固有可靠性水平，而制造、安裝、使用和管理環(huán)節(jié)的任務(wù)則是保證產(chǎn)品可靠性指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，所以機(jī)械設(shè)計(jì)的可靠性是保證產(chǎn)品可靠性的最重要環(huán)節(jié)。將可靠性理論應(yīng)用于機(jī)械產(chǎn)品的性能分析與開發(fā)設(shè)計(jì)中，以可靠性指標(biāo)的定量研究來保證產(chǎn)品的可靠性品質(zhì)，有利于提高機(jī)械設(shè)計(jì)水平，改善產(chǎn)品質(zhì)量，是現(xiàn)代機(jī)械工程技術(shù)的重要發(fā)展方向。

圖1 基于故障物理的可靠性分析思路

一般來說，基于故障物理的機(jī)械可靠性方法主要解決3類設(shè)計(jì)問題：

(1)將載荷、材料性能與強(qiáng)度、零部件的尺寸都視為服從某種概率分布的統(tǒng)計(jì)量，借助一定的模型和公式，求出在給定設(shè)計(jì)條件下產(chǎn)品不發(fā)生失效或破壞的概率，與安全系數(shù)一起作為“設(shè)計(jì)校核”的依據(jù)。

(2)受隨機(jī)因素的影響，結(jié)構(gòu)壽命的分散性很大，往往相差幾倍甚至幾十倍。利用機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)理論，考慮隨機(jī)因素的影響，預(yù)計(jì)產(chǎn)品的可靠壽命將更加符合工程實(shí)際。

(3)根據(jù)給定的可靠性要求進(jìn)行設(shè)計(jì)決策，確定產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案及參數(shù)。