摘 要

可靠性工程作为对产品的故障发生的概率进行统计、分析，对其进行可靠性设计的一门工程学科门类。它包含了对产品可靠性进行工作的全过程，对零部件和系统等产品的可靠性数据的采集和分析、可靠性设计、预测、试验及评价。

本文以可靠性概念为基础，可靠性发展历程及趋势为做出发点，对其可靠性设计体系及相关关键技术进行了研究。讨论了可靠性基本定义，参数形式寿命特点（平均寿命，可靠寿命，中位寿命及特征寿命，寿命方差及标准差）及其基础度量方式方法等可靠性的思想，就可靠性系统模型（串联系统，并联系统，混联系统以及故障树模型等），可靠性要求，可靠性分配及预计，特别是可靠性设计这几个方面进行了详细论述。文章同时对数字制造系统做出概念性论述及分析，最后以数控机床这一典型的数字制造系统为对象，研究了可靠性设计在其中的应用，并根据具体情况做出实际应用，验证了之前所提出的可靠性设计方法。

关键词：可靠性；数字制造系统；数控机床

Abstract

This paper is based on the concept of reliability, the reliability of the development process and trend of doing, the reliability design system and the related key technologies are studied. Discuss the basic definition of reliability, reliability characteristics and form the basis of life parameters to measure methods of thinking, on the system reliability model, reliability allocation and expected requirements especially the reliability design are discussed in detail. At the same time, the digital manufacturing system to make discussion and analysis of the concept, and finally to the CNC machine tool which is a typical digital manufacturing system as the object, the research of reliability design in the application, and according to the specific situation to make Practical applications validate the previously proposed reliability design approach.

Key W0rds：reliability; digital manufacturing system; numerical control machine

目 录

第一章 绪论 1

1.1 可靠性及其重要性 1

1.1.1 可靠性概念 1

1.1.2 可靠性的重要性 1

1.2 可靠性工程发展历程及趋势 2

1.2.1 可靠性工程技术的发展历程 2

1.2.2 可靠性工程技术的发展趋势 2

第二章 可靠性基础 3

2.1 可靠性的基本概念 3

2.2 可靠性度量尺度 3

2.2.1 可靠度与不可靠度 3

2.2.2 故障率（失效率）与浴盆曲线 4

2.2.3 平均寿命（MTTF、MTBF） 5

2.2.4 可靠寿命、中位寿命及特征寿命 6

2.2.5 寿命方差及标准差 6

2.2.6 可靠性参数及其分类、关系 7

第三章 可靠性设计基础 10

3.1 可靠性设计基本概述 10

3.1.1 可靠性设计地位及特点 10

3.1.2 可靠性设计流程及内容 10

3.2 可靠性模型 10

3.2.1 串联系统 10

3.2.2 并联系统 12

3.2.3 混联系统 13

3.2.4 故障树模型 15

3.3 可靠性要求 18

3.3.1 可靠性要求概述 18

3.3.2 可靠性定性要求 18

3.3.3 可靠性定量要求 19

3.4 可靠性分配 19

3.4.1 可靠性分配概述 19

3.4.2 等分配法 19

3.4.3 评分分配法 19

3.4.4 再分配法 20

3.5 可靠性预计 21

3.5.1 可靠性预计概述 21

3.5.2 可靠性预计的边值法 21

3.5.3 指数分布的产品可靠性预计 22

3.5.4 非指数分布的产品可靠性预计 24

第四章 可靠性设计方法 25

4.1 可靠性设计准则 25

4.2 可靠性设计方法 25

4.2.1 简化设计 25

4.2.2 余度设计 25

4.2.3 容差设计 27

4.2.4 降额设计 29

4.2.5 热设计及环境防护设计 31

第五章 数字制造系统 33

5.1 数字制造系统概述 33

5.2 数字制造系统发展及趋势 33

5.3 数字制造系统分析 34

5.3.1 数字制造系统组成 34

5.3.2 数字制造系统功能 35

5.3.3 数字制造系统特征 35

第六章 数字制造系统的可靠性设计应用 37

6.1 概述 37

6.2 数字制造系统的可靠性模型 37

6.3 数字制造系统的可靠性预计与分配 39

6.4 数字制造系统的可靠性设计 41

总结 44

参考文献 45

致 谢 46

第一章 绪论

1.1 可靠性及其重要性

1.1.1 可靠性概念

“可靠”其本意解读作信赖依靠，真实可信。产品能否按照人们的预期体现其功能，完成其任务，我们就说它是否可靠。“可靠性”其定义是“产品于规定条件与时间内，完成规定功能的能力（或概率）”^[2],是衡量产品的一种重要度量。这种预期需“三个规定”（规定条件、时间、功能）约束。

从产品角度看，包含着装备体系，系统、设备、组件及零部件等各层面，都需要可靠程度度量。因其类别、层次和故障特征的变化，可靠性度量也产生了变化。从规定条件看，包含环境、动作条件，不同的条件下，明显其可靠程度也不同。从规定功能看，包含完成任务不可缺少的功能和技术指标。具备的功能多少与任务复杂程度有关，这样就影响任务可靠性。从规定时间看，是否能完成任务与任务时间的长短有关，显而易见时间越长出现故障的可能越大，可靠性越小。

像以上提到的，研究可靠性具体问题时，就得明确对象、期限、使用条件、规定的功能等。可靠性定量表示具备随机性的特点，所以，进行定量计算多运用数理统计概率论的方法。