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淺談產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的可靠性(Reliability)

 學(xué)習(xí)新知識(shí)tzh 2023-09-30 發(fā)布于廣東

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其實(shí)大家在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程中,已經(jīng)或多或少的在使用可靠性,只是你沒有覺察到。我舉幾個(gè)例子你就明白了。

  • 比如軸承的壽命,我們計(jì)算的軸承基本額定壽命L10,就是軸承在90%可靠性下面的壽命。
  • 再比如我們計(jì)算齒輪用的齒面和齒根的許用疲勞極限應(yīng)力,σHlim和σFlim,是在失效率1%,也即可靠性99%情況下定義的。
  • 還有我們計(jì)算疲勞常用的S-N曲線,是基于50%存活率繪制的。其他可靠性下的曲線需要進(jìn)行修正。

1. 什么是產(chǎn)品的可靠性

產(chǎn)品的可靠性,一般定義為:產(chǎn)品在規(guī)定的條件中,在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)無故障地執(zhí)行其預(yù)期功能的概率。

這里我們給出了幾個(gè)限定詞,規(guī)定的條件、規(guī)定的時(shí)間和預(yù)期功能。規(guī)定條件主要指產(chǎn)品的工作環(huán)境條件,如壓力、溫度、濕度、 腐蝕、輻射、沖擊、振動(dòng)、噪聲等,同時(shí)也包括使用條件、維護(hù)條件和操作人員的技術(shù)水平等。規(guī)定時(shí)間是指產(chǎn)品只能在一定的時(shí)間范圍內(nèi)達(dá)到可靠性指標(biāo),產(chǎn)品的可靠性不可能永遠(yuǎn)不降低,因此產(chǎn)品對(duì)使用時(shí)間的規(guī)定一定要明確。規(guī)定功能指的是產(chǎn)品規(guī)格書中給出的正常工作的功能指標(biāo)。

前兩個(gè)比較好理解,而預(yù)期功能我們可以把它看得廣一點(diǎn),從其反面把它理解成一種失效準(zhǔn)則,也就是說出現(xiàn)什么情況就算失效。這個(gè)對(duì)于設(shè)計(jì)者和使用者來說可能意味著不同的東西。比如一個(gè)齒輪箱,我們可以定義軸承出現(xiàn)損壞即失效,也可以定義漏油為失效,也可以定義齒輪箱噪音大為失效。不同的選擇得出的產(chǎn)品可靠性數(shù)值也會(huì)不一樣。所以大家在談?wù)摽煽啃詴r(shí),一定要指定這個(gè)失效準(zhǔn)則(預(yù)期功能),而不能籠統(tǒng)的談可靠性。

2. 產(chǎn)品質(zhì)量好=可靠性高?

很多同學(xué)給別人介紹自己的產(chǎn)品時(shí)總喜歡說產(chǎn)品的質(zhì)量很好,那是不是能說明其可靠性也比較好?這里就牽涉到質(zhì)量和可靠性的一個(gè)關(guān)系。

質(zhì)量的定義為:產(chǎn)品滿足其要求的能力,通常體現(xiàn)在制造過程中,代表了零部件供應(yīng)商和工廠可持續(xù)生產(chǎn)出相同產(chǎn)品的能力。需要注意的是這個(gè)質(zhì)量強(qiáng)調(diào)的是產(chǎn)品使用開始時(shí),而不像可靠性是有時(shí)間的跨度(即在各種條件下隨著時(shí)間的推移仍保持其原始質(zhì)量水平)。好的質(zhì)量不能保證產(chǎn)品有好的可靠性,但是差的質(zhì)量肯定無法獲得好的可靠性。

3. 可靠性是設(shè)計(jì)出來的還是測(cè)試出來的?

前面我們提到可靠性是一種概率,也即要基于統(tǒng)計(jì)分析。因此可靠性離不開測(cè)試,這個(gè)測(cè)試可以是有針對(duì)性的產(chǎn)品驗(yàn)證,也可以是客戶端失效數(shù)據(jù)的收集。測(cè)試-分析-改進(jìn)三部曲是以往提高產(chǎn)品可靠性常用的方法。

錢學(xué)森曾經(jīng)說過:產(chǎn)品的可靠性是設(shè)計(jì)出來的、生產(chǎn)出來的和管理出來的。這里卻沒提到是測(cè)試出來的。這是因?yàn)闇y(cè)試只是一種驗(yàn)證手段,起到的是事后的、輔助的作用,不能從根源上對(duì)可靠性進(jìn)行改善。特別是隨著產(chǎn)品結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜、使用環(huán)境條件日趨多樣化和嚴(yán)酷化、精度和自動(dòng)化程度越來越高,單純依靠測(cè)試揭露問題已經(jīng)滿足不了需求了。試問:擁有760萬個(gè)元件的阿波羅飛船如何僅靠測(cè)試驗(yàn)證可靠性?

近幾年,DfR (Design for Reliability) 逐漸盛行起來。大家越來越意識(shí)到可靠性設(shè)計(jì)的重要性。通過對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行失效機(jī)理分析,對(duì)設(shè)計(jì)、原材料、工藝及技術(shù)管理等采取可靠性設(shè)計(jì)和控制,才能提高產(chǎn)品可靠性水平。

針對(duì)可靠性,你有什么想說的,不妨大家一起來討論下。

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