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1、可靠性理论,中国地质大学工程技术学院 （北京） 程五一 教授 助教李季博士 Tel:82322619（O) E-mail:,安全导入,了解安全形势及其 可靠性在安全的地位和重要性 增加安全的责任感,目的,一、全球意外事故状况 每年意外死亡350万人；无形的战争 交通事故死亡99万人 职业工伤死亡130万人； 死伤比1:4； 职业病：35工人受到 职业危害（？） 事故经济损失占2.5%GNP,国内外事故状况及分析,切尔诺贝利,一、全球意外事故状况 每年发生事故2.5亿起，每天68.5万起，每小时2.8万起，每分钟476起； 每年死亡350万人中有近40是老人和小孩； 每一秒160人伤残，4000
2、人需治疗；,国内外事故状况及分析,职业病：累积100余万人,年增3万,年亡近万人； 经济损失：1600亿（最新研究损失3000亿）3个三峡工程,二、中国意外事故状况,国内外事故状况及分析,深圳事故,国内外事故状况及分析,工业生产导致一次死亡10以上或经济损失；500万以上的重大隐患有982项; 劳动工伤死亡：1.5-2.0万人； 二、中国意外事故状况 交通事故死亡:道路9.4万人,铁路1.0万人 中小学生意外死亡：1.1万,三、分析 分析社会背景 技术的发展蒸汽机核技术； 经济的发展手工经济集体合作计划经济市场经济全球化经济； 文化的发展宿命论（被动承受型）； 经验论（事后型、亡羊补牢）； 系
3、统论（综合型 、人机环对策）； 本质论（超前、预防型）,国内外事故状况及分析,三、分析 分析事故致因 人的因素知识、技能、意识、观念、态度、道德、认知、伦理、情感等； 技术因素工艺、设备、监测、应急系统等； 环境因素自然环境、人工环境、综合环境； 管理因素体制、法制建设、管理措施等。,第一章 绪 论,第一节 可靠性发展的历史 第二节 可靠性概念,第一章 要求,目的：了解可靠性的历史及其发展过程 重点：如何理解可靠性？ 难点：可靠度的概念？ 教学过程 知识引入：,新学科发展,不均质性,材料力学的安全系数,学科历史,本学科必要性 可靠性作为安全工程专业的基础课符合安全第一的方针（安全方针） 可靠性
4、具有系统、丰富的理论知识 可靠性应用广泛（建筑、石油、机械、采矿、军事、勘查方面等） 学科需要这门基础知识 可靠性是实现设备本质安全的根本途径,第一节 可靠性发展的历史,为什么要讲授可靠性理论? 1、可靠性问题的由来 随着现代化技术的发展，科技的进步。特别是电子、军事、宇航和机电工业发展，系统或者元件绝对可靠要求； 要求人们对系统（自然）认识 的深入； 对材料、系统等因素的认识加深。,安全系数,优点：直观、易懂、使用方便,缺点：盲目性和保守性,塑性材料的屈服极限,转化,材料破坏一般遵循应力强度理论 应力(s)：应力、压力、温度、湿度、冲击等； 强度(r)：阻止系统和零部件失效的因素r； 失效准
5、则：第一、第二、第三、第四强度理论 rs 实际材料特点：不均质、多孔性等,经典 力学,碎粒结构,粉粒结构,鳞片结构,应力强度 概率分布函数,衡量材料 的安全性?,概念 提出,第一节 可靠性发展的历史,材料为什么会失效（损伤） （1）设计问题 （2）应力状态发生变化 （3）强度变异 （4）磨损失效 （5）时间关联失效 （6）潜在现象（阿波罗飞船火灾） （7）不正确的规范 （8）其它原因,第一节 可靠性发展的历史,2、概念的提出 美国：1939年，美国航空委员会提出飞机事故率最早的可靠性指标 1944年，纳粹德国试制V-2火箭提出火箭可靠度是所有元器件可靠度的乘积（认为系统是串联），最早的系统可靠
6、性概念。 1947年美国费兰德雪尔研究结构可靠性；1970年扩大到机械产品机械可靠性理论。,第一节 可靠性发展的历史,1957年American group reliability of electronic equipment可靠性设备顾问团（AGREE）(电子装置可靠性咨询委员会)发表了奠基性报告； 1962年美国召开可靠性、维修性和故障物理学学术讨论会；经过努力，阿波罗号710万个零件的故障率为零； 1974年，美国原子能委员会利用故障树分析方法评价故障引起世界各国注意,第一节 可靠性发展的历史,例压力机隐患,日本：1971年，全面推广可靠性工程；日本的工伤事故大幅度下降；日本万吨钢死亡
7、重伤率在1965年为0.12,1977年降低到0.008;,压力机安全系统 通过失效树计算得出： R=15损失日数/接触小时 每接触压力机一小时，就要承担损失工作日15天的风险，这样的风险率显然是不能接受的。 为了提高系统的可靠性，可以增加冗余件。即串联一个元件。原来开关设为S1,串接另一个开关为S2。整个系统变为如图 增加冗余条件下的压力机安全系统图,第一节 可靠性发展的历史,第一节 可靠性发展的历史,通过失效树计算得出： R=3.1510-5损失日数/接触小时 显然这种风险是低于负伤安全指标，系统的可靠性是较高的。事故的损失即降低下来。 3、可靠性研究现状 1）人机系统的可靠性研究 ：人的
8、失误及其可靠性的研究成为多学科交叉渗透，面向21世纪的重点研究领域，因此，人的可靠性研究已经成为重中之重，使得该学科得以深入发展。 2）土木工程结构的可靠性研究 ：有重要的纪念性价值的建筑物,第一节 可靠性发展的历史,3）机械可靠性: 机械和微型元器件的可靠性设计； 微型机械可靠性估计值研究：确定负载，进行机械应力分析，确定失效模式，提出设计修改建议。 微型器件如变换器、传感器、弹簧、轴承、齿轮、滤网、磁性器件和发动机可靠性预计值的计算； 环境条件对微型机械器件关键技术包括潮湿、温度、热应力、机械冲击和振动的影响。,第一节 可靠性发展的历史,中国：在1950年代建立了温热带环境试验机构考虑温度
9、、环境影响机构的可靠性； 1972年建立了电子产品研究所； “七五”规划中，列入国家重大科研攻关项目；现逐步得到认识； 加入WTO，我国将更加重视；,第一节 可靠性发展的历史,4、可靠性研究内容 可靠性是一门新兴的边缘学科，从学术研究上分包括三个分支： 可靠性工程：包括可靠性试验、可靠性设计、评价、分配、维修、失效分析、预测（预计）、优化、软件可靠性、可靠性管理等 可靠性物理：研究元器件及零件的失效原因，物理模型、改进措施； 可靠性数学：研究可靠性的理论及数量规律，各种指标的方法措施。,第一节 可靠性发展的历史,（1）可靠性设计 机械静强度可靠性设计零部件（静载荷问题）， 系统可靠性设计（系统
10、串联、并联、网络系统、人机系统等） 疲劳强度可靠性设计（材料反复性应力作用、超负荷运作等） 压力容器可靠性设计（材料应力强度关系等）,第一节 可靠性发展的历史,（2）可靠性优化与寿命周期费用 必要性：提高产品的可靠性从设计、制造等方面开始，因此会增加产品的设计费用、材料成本、制造成本。但是由于可靠性增加，减少维修，提高寿命，总的经济效益将得到提高。 目标：使产品在规定的研制费用以及时间进度、重量体积等条件下达到最佳的可靠性。或者在满足规定的可靠性指标前提下，尽理减少其体积重量、节省费用和缩短研制时间、成本,第一节 可靠性发展的历史,可靠性与总费用关系图,费用,可靠性R(t),研制费用,维修费用
11、,总费用,可靠性试验开始,第一节 可靠性发展的历史,（3）可靠性试验（数理统计、概率论有关） 目的：确定产品可靠性水平； 通过试验发现产品在设计、工艺等方面问题，以便改进措施，提高产品的可靠性； 通过试验，鉴别产品可靠性的忧劣，对产品进行比较，评比 方法：现场试验和实验室试验 通过一定的数学方法进行数据处理，得到可靠度 包括两方面：试验方案和数据处理,第一节 可靠性发展的历史,(4)系统可靠性分析 必要性：元器件最后要组成系统，发挥其功能； 最可靠的元器件不一定组成高可靠性的系统； FMEA(Failure Modes Effects Analysis)故障影响分析 FTA(Failure Tree analysis)失效树（故障树）,软件可靠性开始,第一节 可靠性发展的历史,（5）软件可靠性 软件的设计方法 自身容错技术,