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《機電產(chǎn)品可靠性方法應(yīng)用指南》發(fā)布

嘉峪檢測網(wǎng) 2021-11-07 21:49

本指南是國內(nèi)某領(lǐng)域武器裝備可靠性專業(yè)團隊，在積累型號工程豐富數(shù)據(jù)和開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)軟件的基礎(chǔ)上，深入開展可靠性技術(shù)應(yīng)用，總結(jié)形成的技術(shù)應(yīng)用指南。

以下正文：

在支撐武器裝備研制過程中，為了確保可靠性工作真正影響到裝備管理、設(shè)計、制造等環(huán)節(jié)，技術(shù)團隊在國內(nèi)外機電產(chǎn)品可靠性方法、故障機理模型及應(yīng)用等方面調(diào)研分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合方法的原理、特點，以及近30年工作經(jīng)驗和典型應(yīng)用，梳理歸納常用機電產(chǎn)品可靠性方法的選取原則、應(yīng)用步驟及注意事項等，提出對應(yīng)的機電產(chǎn)品可靠性方法選擇矩陣表，形成應(yīng)用指南。

國內(nèi)工程中常用的機電產(chǎn)品可靠性方法主要有FMEA、FTA、試驗設(shè)計（DOE）、田口方法、響應(yīng)面擬合、可靠性分析、耐久性分析、系統(tǒng)可靠性分析、可靠性優(yōu)化等。結(jié)合這些方法的原理特點和應(yīng)用前提，梳理歸納選取原則、應(yīng)用步驟及注意事項等，重點從方案設(shè)計、初樣階段、正樣階段、工藝設(shè)計階段四個階段形成選擇矩陣表。

以故障機理為基礎(chǔ)的機電產(chǎn)品可靠性可靠性設(shè)計分析應(yīng)用程序如圖1所示。圖中左側(cè)為常規(guī)機電產(chǎn)品可靠性方案設(shè)計或詳細(xì)設(shè)計的流程，右側(cè)為在常規(guī)設(shè)計流程的基礎(chǔ)上，補充了進行機電產(chǎn)品可靠性可靠性設(shè)計分析的環(huán)節(jié)。圖中的陰影環(huán)節(jié)為采用的典型機電產(chǎn)品可靠性方法。

《機電產(chǎn)品可靠性方法應(yīng)用指南》發(fā)布

圖1 機電產(chǎn)品可靠性可靠性設(shè)計分析程序

（1）進行FMEA、FTA分析

分析確定機電產(chǎn)品可靠性的關(guān)鍵故障模式，具體方法可參考《GJB/Z 1391 故障模式、影響及危害性分析指南》、GJB/Z 768A-1998《故障樹分析指南》。

（2）確定可靠性要求

根據(jù)產(chǎn)品的組成、FMEA分析的結(jié)果、分配的可靠性指標(biāo)，以及故障模式發(fā)生的后果，確定關(guān)鍵故障模式的可靠性要求，如可靠度、失效概率、可靠壽命等，該指標(biāo)也可作為可靠性分析或可靠性優(yōu)化的依據(jù)。

（3）建立可靠性分析的模型

分析每個關(guān)鍵故障模式的影響因素、故障機理、故障判據(jù)，建立可靠性分析的模型，這里的模型一般指功能函數(shù)，可采用應(yīng)力-強度干涉的原理建立。

（4）試驗設(shè)計/田口方法

采用一定的試驗設(shè)計方法，如全因子設(shè)計、隨機設(shè)計、田口方法等方法，按照一定的樣本方案多次進行計算或試驗，獲得系統(tǒng)性能或應(yīng)力在設(shè)計空間內(nèi)的分布情況，并可定量分析系統(tǒng)的可行解、不可行解。

（5）響應(yīng)面擬合

可采用試驗設(shè)計結(jié)果擬合應(yīng)力的響應(yīng)面模型，后續(xù)替代有限元分析等仿真模型進行可靠性/耐久性分析，提高可靠性耐久性分析的效率。

（6）可靠性/耐久性分析

針對關(guān)鍵故障模式，利用一次可靠度法、二次可靠度法、蒙特卡羅仿真、重要抽樣等可靠度算法計算故障概率或可靠度，通過可靠性靈敏度分析可確定關(guān)鍵的設(shè)計參數(shù)。

對于疲勞、磨損、腐蝕、蠕變等耗損故障模式，還可以建立耐久性模型，調(diào)用可靠性分析方法進行可靠壽命分析。

（7）系統(tǒng)可靠性分析

如果產(chǎn)品具有多種故障模式，可以建立系統(tǒng)可靠性模型，考慮故障模式的相關(guān)性，利用一次多維正態(tài)法、條件邊緣乘積法等算法計算系統(tǒng)可靠度，分析計算系統(tǒng)可靠性，通過系統(tǒng)可靠性靈敏度分析可進一步確定影響系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵故障模式和設(shè)計參數(shù)。

（8）可靠性優(yōu)化

如果可靠性分析結(jié)果不滿足設(shè)計要求，可以考慮可靠性要求建立優(yōu)化模型，并選擇可靠性優(yōu)化策略和優(yōu)化算法確定優(yōu)化的參數(shù)設(shè)計方案。

上述各環(huán)節(jié)的結(jié)果都可以反饋給設(shè)計，用于設(shè)計方案的改進。而常規(guī)設(shè)計中建立的CAD模型、有限元仿真模型以及應(yīng)力-強度校核、壽命校核的結(jié)果都可以直接傳遞給可靠性分析與優(yōu)化設(shè)計環(huán)節(jié)。

各方法的適用階段和選用原則詳見表1。

表1 機電產(chǎn)品可靠性方法及其選擇

方法	目的	選用原則	方案階段	初樣階段	正樣階段	工藝設(shè)計階段
FMEA	為暴露設(shè)計中的薄弱環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)影響系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵因素，分析和確定各系統(tǒng)關(guān)鍵件和重要件，提出可能采取的預(yù)防改進措施，從而促進產(chǎn)品設(shè)計、制造、試驗方法的改進與提高。	定性分析產(chǎn)品潛在的故障模式	√	√	√	√
FTA	運用演繹法逐級分析，尋找導(dǎo)致某種故障事件（頂事件）的各種可能原因，直到最根本的原因，并通過邏輯關(guān)系的分析確定潛在的設(shè)計缺陷，以便采取改進措施	針對關(guān)鍵故障模式分析根本原因	Δ	√	√	√
試驗設(shè)計	主要對試驗和仿真進行合理安排，通過盡可能少的樣本次數(shù)分析產(chǎn)品性能和設(shè)計參數(shù)間的敏感度關(guān)系，確定關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)，優(yōu)化參數(shù)組合，分析參數(shù)波動對期望特性的影響	當(dāng)應(yīng)力采用CAD、CAE計算時，或分析參數(shù)對期望特性的影響	Δ	√	√	√
田口方法	用正交表安排試驗方案，以信噪聲比作為衡量產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)健性的指標(biāo)，確定系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)的最佳水平組合，增強產(chǎn)品的抗干擾能力，使產(chǎn)品的質(zhì)量波動性小，穩(wěn)定性好	考慮內(nèi)外干擾進行設(shè)計	×	√	√	√
響應(yīng)面擬合	建立產(chǎn)品性能、應(yīng)力等與設(shè)計參數(shù)的近似數(shù)學(xué)模型，簡化復(fù)雜的計算過程，快速預(yù)測產(chǎn)品性能，提高可靠性分析、優(yōu)化設(shè)計的計算效率	當(dāng)應(yīng)力采用CAD、CAE計算時，或建立參數(shù)與期望特性的近似模型	Δ	√	√	√
可靠性分析	采用基于應(yīng)力-強度干涉理論，綜合考慮載荷、材料性能、邊界條件等隨機因素的影響，建立產(chǎn)品關(guān)鍵故障模式的功能函數(shù)，分析影響可靠性的關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)，為改進設(shè)計提供依據(jù)	針對關(guān)鍵故障模式進行可靠性定量化設(shè)計分析	×	√	√	Δ
耐久性分析	以載荷統(tǒng)計分析處理為基礎(chǔ)，考慮材料參數(shù)、結(jié)構(gòu)尺寸等影響因素的分散性，利用應(yīng)力壽命法、應(yīng)變壽命法，建立耐久性模型預(yù)計平均壽命和可靠壽命，為產(chǎn)品耐久性設(shè)計改進提供依據(jù)	針對關(guān)鍵耗損機理進行壽命定量化分析	×	√	√	×
系統(tǒng)可靠性分析	計算多個失效模式的系統(tǒng)失效概率，量化分析失效模式或設(shè)計參數(shù)的重要性。	多個失效模式可靠性評價	×	√	√	Δ
可靠性優(yōu)化	以性能或可靠性等參數(shù)為目標(biāo)或約束，建立優(yōu)化設(shè)計模型，對產(chǎn)品方案進行優(yōu)化迭代，確定最佳設(shè)計方案	參數(shù)設(shè)計方案不滿足可靠性要求時	×	Ο	√	√
	符號說明 √┄┄┄┄適用 Δ┄┄┄┄可選用 Ο┄┄┄┄僅設(shè)計更改時適用 ×┄┄┄┄不適用

針對每種典型機電產(chǎn)品可靠性方法，給出了相應(yīng)的實施步驟，選用原則和注意事項，具體詳見《機電產(chǎn)品可靠性方法應(yīng)用指南》。

來源：質(zhì)量與可靠性學(xué)堂

《機電產(chǎn)品可靠性方法應(yīng)用指南》發(fā)布

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