沒有高的可靠性，就不可能有高質(zhì)量的產(chǎn)品。產(chǎn)品的可靠性是其質(zhì)量的最重要的指標(biāo)。對(duì)于汽車/客車產(chǎn)品來說，其可靠性還影響到人們生命財(cái)產(chǎn)的安全、自然環(huán)境的保護(hù)，因而汽車?客車產(chǎn)品的可靠性顯得更加重要。

可靠性理論及技術(shù)是一門新興學(xué)科，在20 世紀(jì)30 年代初才第一次明確提出這個(gè)概念，在50 年代才開始形成獨(dú)立的學(xué)科，提出了可靠性理論的基本觀點(diǎn)和任務(wù)，開展了部件和系統(tǒng)可靠性計(jì)算方法的研究工作。已經(jīng)證明，在設(shè)計(jì)和制造中用于提高產(chǎn)品可靠性的投資，在使用中節(jié)省的維修費(fèi)用會(huì)比投資的多幾倍。企圖在可靠性上節(jié)省，會(huì)招致更大的損失?？煽啃岳碚摷凹夹g(shù)從50 年代開始，首先在電子、航天、航空和核工業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，在機(jī)械行業(yè)特別是在汽車行業(yè)中的應(yīng)用起步較晚。國(guó)外在70 年代將可靠性理論及技術(shù)應(yīng)用于汽車/客車的設(shè)計(jì)制造方面，對(duì)提高汽車?客車的可靠性起到了巨大的促進(jìn)作用。我國(guó)在1983 年由中汽公司提出了“提高汽車產(chǎn)品質(zhì)量要主攻汽車可靠性”的方針，同年6 月在一汽首次舉辦了“汽車可靠性理論”學(xué)習(xí)班，這才標(biāo)志著可靠性的理論技術(shù)已開始在我國(guó)的汽車行業(yè)得到應(yīng)用。經(jīng)過10 多年來的應(yīng)用和發(fā)展，雖取得了一定的成果，對(duì)汽車/客車產(chǎn)品質(zhì)量的提高也起到了一定的促進(jìn)作用，但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，與產(chǎn)品發(fā)展的需要相比，還有很大的差距。

1可靠性理論及技術(shù)應(yīng)用研究的主要內(nèi)容及方法

1.1應(yīng)用研究的主要內(nèi)容

可靠性理論及技術(shù)在產(chǎn)品工程中的應(yīng)用研究的主要內(nèi)容有:

1.1.1確定產(chǎn)品可靠性的量度

可靠性特征量根據(jù)不同的產(chǎn)品、不同的環(huán)境、不同的用途，可用可靠度、故障率、壽命特征、維修性特征量、有效性特征量等來量化表示。

(1) 可靠度R ( t)。產(chǎn)品可靠度是指在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，圓滿完成規(guī)定功能的概率。其一般表達(dá)式為

式中: 0≤R ( t) ≤1，to 為產(chǎn)品的規(guī)定時(shí)間，T 為產(chǎn)品從開始工作到發(fā)生故障的連續(xù)時(shí)間，P 為事件概率;N 為產(chǎn)品個(gè)數(shù)，從開始工作到T 時(shí)刻出故障的產(chǎn)品數(shù)目為n ( t)。

實(shí)際應(yīng)用中，常用R ( t) 的近似表達(dá)式

來對(duì)產(chǎn)品總體的可靠度進(jìn)行估算和分析。Rg ( t) 通常稱為觀察可靠度函數(shù)。

例如某型客車，通常情況下連續(xù)運(yùn)行10 年的可靠度是90% ，則意味著該型客車在用戶手中10 年內(nèi)，100 輛中大約有90 輛仍能使用，約有10 輛可能發(fā)生故障。

(2) 故障率K( t)。產(chǎn)品故障率是指產(chǎn)品工作到某時(shí)刻尚未失效，在該時(shí)刻后單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的概率。產(chǎn)品在時(shí)刻t 的故障率，又稱在t 時(shí)刻的瞬時(shí)失效率。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

式中: n ( t) 為N 個(gè)產(chǎn)品工作到t 時(shí)刻時(shí)的失效數(shù);N s( t) = N - n ( t) ，為t 時(shí)刻尚未失效的殘存產(chǎn)品數(shù)；dn( t)/[N s ( t) dt ]為單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)品發(fā)生故障的概率。

實(shí)際應(yīng)用中，因產(chǎn)品數(shù)N 一般是有限的，故常用近似公式:

(3) 產(chǎn)品的壽命特征。壽命，對(duì)不可修復(fù)的產(chǎn)品是指發(fā)生故障前的工作時(shí)間；對(duì)可修復(fù)的產(chǎn)品是指相鄰兩故障間的工作時(shí)間，也稱無故障工作時(shí)間。產(chǎn)品的壽命特征可用平均壽命T、可靠壽命TR、中位壽命T0. 5、特征壽命T 0. 37等來表示。

a. 平均壽命T。壽命(無故障工作時(shí)間) 的平均值稱為平均壽命，記作T。對(duì)不可修復(fù)產(chǎn)品，平均壽命也叫平均故障時(shí)間，通常記作M TTF；對(duì)可修復(fù)產(chǎn)品，平均壽命指兩次相鄰故障間的平均工作時(shí)間，通常叫平均故障間隔時(shí)間，記作M TBF。由于一般產(chǎn)品都是可修復(fù)的，故常用M TBF 作為可靠性特征量。

當(dāng)故障概率密度函數(shù)f ( t) 連續(xù)時(shí)，f(t)dt；當(dāng)f ( t) 離散時(shí)，式中: fi 為產(chǎn)品在ti 時(shí)刻失效的頻率。

b. 可靠壽命TR。某產(chǎn)品可靠度達(dá)到規(guī)定值R0所工作的時(shí)間，稱為該產(chǎn)品的可靠度為R0 的可靠壽命。若壽命服從指數(shù)分布，則TR = - L nR0/λ= - TL nR0

c. 中位壽命T 0. 5?？煽慷葹?/SPAN>015 時(shí)的產(chǎn)品壽命，稱為中位壽命，記作T 0. 5。

d. 特征壽命T0. 37。當(dāng)可靠度R = e-1≈ 0. 37 時(shí)的產(chǎn)品壽命，稱為特征壽命，記作T 0. 37?？蛙囯娖鳟a(chǎn)品壽命分布多服從指數(shù)分布，而指數(shù)分布中e-1是特殊點(diǎn)，一般認(rèn)為這是老化期的開始點(diǎn)。

維修特征量及有效特征量的內(nèi)容可參見有關(guān)可靠性專門書籍。

1.1.2故障預(yù)測(cè)

對(duì)發(fā)生故障的因素進(jìn)行預(yù)測(cè)具有重大意義，這項(xiàng)任務(wù)解決得好，可以防止運(yùn)輸和產(chǎn)業(yè)部門的很多事故，從而保障物資、器材和人員生命的安全。研究故障原因的重要性，不僅在于預(yù)測(cè)產(chǎn)品的故障，而且在于排除在設(shè)計(jì)、制造中產(chǎn)生故障的原因。實(shí)際上，如果預(yù)先知道故障原因是剛度不足、強(qiáng)度不夠、運(yùn)動(dòng)空間不合適、焊接質(zhì)量不好、有裂縫、擦傷、制造精度差、有錐度或其它等，那么就可在設(shè)計(jì)、制造中排除這些因素，剔除有缺陷的半成品，從而使產(chǎn)品壽命大大提高。要能較好地解決這一問題，需要應(yīng)用故障最優(yōu)尋找理論及技術(shù)。

1.1.3產(chǎn)品的最佳使用狀態(tài)

提高產(chǎn)品可靠性的巨大潛力在于選擇最佳使用狀態(tài)。眾所周知，各種過載都會(huì)對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生損失，負(fù)載過小又會(huì)導(dǎo)致另外的損失；不同的駕駛員駕駛同一輛車可能有完全不同的可靠性狀態(tài)；同一輛車同一個(gè)駕駛員駕駛，在不同的地區(qū)(更廣泛地說是不同的環(huán)境) ，車輛也會(huì)有不同的壽命和可靠性。

1.1.4可靠的人—機(jī)系統(tǒng)

毫無疑問，對(duì)于客車來說，提高其可靠性的主要方向之一是研究可靠的人—機(jī)系統(tǒng)。運(yùn)輸中的大部分事故及其他復(fù)雜系統(tǒng)在使用中的故障，與人的注意力“故障”有著密切的關(guān)系，人能夠及時(shí)地給予必要的控制作用。如使用中人喪失注意力的研究、工作和休息交替周期的研究、保證在規(guī)定的時(shí)間間隔里分配合乎要求的工作的研究等。

1.2實(shí)施可靠性研究的一般方法

總的來說，實(shí)施產(chǎn)品工程可靠性研究的方法有理論分析法、實(shí)驗(yàn)分析法及二者的結(jié)合。理論分析法是以數(shù)學(xué)中的概率、統(tǒng)計(jì)學(xué)為基礎(chǔ)和核心，具有基本概念明確、邏輯嚴(yán)密的特點(diǎn)；實(shí)驗(yàn)分析法通常以加速壽命試驗(yàn)理論為依據(jù)，進(jìn)行產(chǎn)品(或系統(tǒng)) 可靠性的估計(jì)。

對(duì)某一復(fù)雜的產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性進(jìn)行分析時(shí)，首先要找到其薄弱環(huán)節(jié)，即“關(guān)鍵的少數(shù)”，對(duì)少數(shù)關(guān)鍵件和重要件實(shí)行重點(diǎn)控制，是保證整個(gè)產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性的重要方法。

確定關(guān)鍵件、重要件的方法有故障模式、影響及危害度分析法(FM ECA ) ，故障樹分析法(FTA ) ，熱分析法和電應(yīng)力分析法等。

FM ECA 是一種常用的可靠性設(shè)計(jì)分析方法，其實(shí)施步驟一般分為:

(1) 定義產(chǎn)品及其功能和最低工作要求，畫出功能框圖;

(2) 按照產(chǎn)品功能框圖畫出其可靠性框圖;

(3) 根據(jù)所需要的結(jié)果，確定是對(duì)自身、上一級(jí)還是最終影響的級(jí)別;

(4) 找出故障模式，分析其原因及影響;

(5) 找出故障的檢測(cè)、隔離措施和方法;

(6) 找出設(shè)計(jì)及工作中的預(yù)防措施，以防止特別不希望發(fā)生的事件發(fā)生;

(7) 確定各種故障模式對(duì)產(chǎn)品危害的嚴(yán)酷程度;

(8) 確定各種故障模式的故障概率;

(9) 填寫故障模式、影響及危害度分析表格，或畫出危害性矩陣圖。

故障模式、影響及危害度分析的結(jié)果，不但可作為確定產(chǎn)品的可靠性關(guān)鍵件和重要件的依據(jù)，還可用來評(píng)價(jià)所建立的產(chǎn)品可靠性模型的正確性，也有助于設(shè)計(jì)人員在薄弱環(huán)節(jié)上進(jìn)一步采用可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)等。

2可靠性理論及技術(shù)在客車產(chǎn)品中的應(yīng)用

客車是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，由上萬個(gè)零部件組成，其運(yùn)行工況、使用條件、承載負(fù)荷也變化多端，這就使得客車的可靠性問題成為一個(gè)非常突出的、復(fù)雜的問題，也使得可靠性問題成為客車產(chǎn)品的老大難問題。為了較好地解決這個(gè)問題，一方面要加強(qiáng)新產(chǎn)品的可靠性試驗(yàn)工作，更重要的是要根據(jù)可靠性理論及技術(shù)、根據(jù)所積累的可靠性設(shè)計(jì)、制造經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)來對(duì)客車的各個(gè)系統(tǒng)分析進(jìn)行可靠性研究，從而對(duì)新產(chǎn)品各個(gè)系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)、制造提供指導(dǎo)作用，將有關(guān)可靠性問題消滅在設(shè)計(jì)階段，提高整車的設(shè)計(jì)可靠性，提高產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約費(fèi)用，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。

汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，非常重視可靠性理論及技術(shù)的應(yīng)用工作。他們宏觀上研究了客車的可靠性分配方法及原則，微觀上研究了齒輪傳動(dòng)變速箱主要零件的可靠度、分配系數(shù)以及變速箱總成的可靠度及其最優(yōu)解；定量研究了客車空氣彈簧懸架系統(tǒng)主要元件的功能重要性、經(jīng)驗(yàn)可靠性等級(jí)、修理接近性、修理可能性、元件價(jià)值，并應(yīng)用系統(tǒng)可靠性的串、并聯(lián)方塊圖，研究了系統(tǒng)的可靠度與客車行駛車速的關(guān)系；應(yīng)用混合環(huán)境的可靠性試驗(yàn)方法CERT 研究了客車電氣附件的可靠性。通過精細(xì)的試驗(yàn)程序、合理增加實(shí)現(xiàn)加速的因素(包括溫度、振動(dòng)、電負(fù)荷等) 建立了試驗(yàn)室快速試驗(yàn)與室外實(shí)際壽命之間的關(guān)系。除此之外，他們還對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、前后橋等都進(jìn)行過專門的可靠性研究。

我國(guó)客車行業(yè)在這方面的應(yīng)用主要是定性分析和少量定量分析，對(duì)客車制動(dòng)操縱系統(tǒng)、離合器操縱系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等的可靠性進(jìn)行過初步研究。試驗(yàn)研究方面，除了新車可靠性試驗(yàn)外，幾乎未對(duì)某一總成或零部件進(jìn)行過專門的可靠性試驗(yàn)。

雖然客車可靠性直接依賴于底盤的可靠性，但對(duì)大多數(shù)客車廠家來說，底盤是外購(gòu)件，絕大部分自制件都在車身上，而客車骨架又是最重要的、最大的自制件。要想客車有高的可靠性，除了選用高可靠性的底盤及車身附件外，車身自制件的可靠性也非常重要，而這一部分的可靠性控制權(quán)恰恰掌握在客車廠家自己手里。因此，這里重點(diǎn)討論一下客車骨架可靠性研究的重要性及迫切性。

2.1客車骨架可靠性現(xiàn)狀

客車骨架是客車中的重要總成，是車身的基礎(chǔ)，它不僅起著固定車身內(nèi)外護(hù)板、車身附件的作用，還起著承載、保護(hù)乘客生存空間的安全作用。雖然客車行業(yè)經(jīng)過30 多年的發(fā)展，通過采取應(yīng)力測(cè)量和有限元計(jì)算分析等措施，客車骨架結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度及其合理性都有所提高，對(duì)提高客車的可靠性和壽命起到了一定的促進(jìn)作用，但效果還不理想。在公路上，可以時(shí)不時(shí)地發(fā)現(xiàn)成色還比較新的客車的骨架的某些部位(如門角、窗角等) 出現(xiàn)早期開裂；從有關(guān)客車大修廠統(tǒng)計(jì)的資料看，客車大修是以車身作為主要送修標(biāo)志，車身的大修工時(shí)占整車的60% 以上，其中又以車身骨架為主。車身骨架主要是出現(xiàn)斷裂、變形、銹蝕等早期失效形式?？梢娍蛙嚬羌艿目煽啃圆⒉粯酚^，也在很大程度上影響了整車的可靠性。

2.2開展客車骨架可靠性研究的重要性及迫切性

要提高客車骨架的可靠性，就要系統(tǒng)地、綜合地從理論上及試驗(yàn)方面來研究其可靠性，弄清影響可靠性的關(guān)鍵、重要構(gòu)件及其影響因素。因?yàn)榭蛙嚨倪\(yùn)行環(huán)境十分惡劣，引起骨架損傷的原因十分復(fù)雜，除了結(jié)構(gòu)的合理性及構(gòu)件本身的剛度、強(qiáng)度外，還有鋼材質(zhì)量、焊接質(zhì)量、防銹防蝕質(zhì)量等因素。在同等條件下，乘客愿意挑選可靠性高的客車乘坐；對(duì)客運(yùn)企業(yè)，在同樣、甚至稍高價(jià)格的水平上，寧愿購(gòu)買同類車型中可靠性高的產(chǎn)品，以吸引乘客并減少停駛和維修損失，提高運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)效益?？梢哉f，客車的可靠性決定了它的生命力，也決定了客車企業(yè)的存亡興衰，廣大客車企業(yè)都迫切希望能盡快提高其客車產(chǎn)品的可靠性，從而提高其社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益?？蛙嚬羌艿目煽啃試?yán)重影響到整車的可靠性。通過對(duì)客車骨架可靠性的研究，可以弄清其主要影響因素及各影響因素的影響程度，特別是可以弄清骨架剛度、強(qiáng)度與骨架可靠性之間的數(shù)量關(guān)系，為高可靠性的骨架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造提供技術(shù)指導(dǎo)，同時(shí)也為客車整車的可靠性研究積累有關(guān)數(shù)據(jù)和資料。

我國(guó)僅交通系統(tǒng)就有40 多家客車企業(yè)，再加上其他系統(tǒng)的，至少也有100 家以上。以目前情況來看，有骨架的大、中、輕型客車年產(chǎn)銷量在4 萬輛左右，每年的客車新產(chǎn)品開發(fā)在200 種以上。由此可見，開展客車骨架可靠性的研究勢(shì)在必行，刻不容緩，對(duì)我國(guó)廣大客車企業(yè)和整個(gè)客車行業(yè)來說，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義和歷史意義。

3我國(guó)與國(guó)外相比的差距

國(guó)外從70 年代初就開始將可靠性理論及技術(shù)應(yīng)用于汽車行業(yè)，至今已有30 多年的歷史。由于一開始科研部門、生產(chǎn)廠家就給予足夠的重視，各運(yùn)輸企業(yè)和維修廠家也進(jìn)行積極配合，廣泛地搜集、記錄與可靠性有關(guān)的各種資料數(shù)據(jù)，因而發(fā)展很快。除了常規(guī)的可靠性試驗(yàn)以外，還根據(jù)具體的可靠性項(xiàng)目來進(jìn)行快速?gòu)?qiáng)化試驗(yàn)，并將試驗(yàn)與理論分析結(jié)合起來，尋找有關(guān)規(guī)律。由于對(duì)可靠性研究的深入性及數(shù)據(jù)資料的豐富性，國(guó)外一般都從某一零部件的可靠性的定性和定量研究著手，特別是在零部件的疲勞應(yīng)力對(duì)可靠性的影響方面作了大量的工作，提出了切實(shí)可行的、具有指導(dǎo)意義的預(yù)防措施來提高零部件的可靠性，從而提高汽車/客車整車的可靠性?，F(xiàn)在國(guó)外汽車/客車的首次故障里程和平均故障間隔里程都在215 萬km 以上，有的甚至達(dá)到3 萬km。

我國(guó)從80 年代開始將可靠性理論及技術(shù)的一些概念應(yīng)用于汽車/客車行業(yè)。這種應(yīng)用首先表現(xiàn)在“汽車可靠性行駛試驗(yàn)方法”、“汽車故障模式及分級(jí)”標(biāo)準(zhǔn)的制定及實(shí)施上，提出了用“首次故障里程M TTF ”、“平均故障間隔里程M TBF”和“可靠度”等參數(shù)來評(píng)價(jià)汽車/客車的可靠性。有關(guān)大專院校、科研院所和客車企業(yè)運(yùn)用可靠性模型、故障樹及故障模式后果分析等方法對(duì)客車整車及其有關(guān)零部件的可靠性進(jìn)行了定性的和少量定量的分析，指出了影響整車及這些系統(tǒng)可靠性的主要因素、主要形式及影響度，使得我國(guó)汽車?客車的M TTF 和M TBF由幾百公里上升到1 500 km 左右。但與國(guó)外相比，還有很大的差距。首先是針對(duì)某一零部件的可靠性試驗(yàn)基本沒作過，二是生產(chǎn)廠家、運(yùn)輸企業(yè)、維修廠家之間基本上也沒有配合，因而我國(guó)汽車/客車行業(yè)開展可靠性研究的深度不夠，效果不顯著，兩種故障里程都不到國(guó)外的1/10。

4結(jié)束語

應(yīng)用可靠性理論及技術(shù)，能夠設(shè)計(jì)、制造出可靠性高、壽命長(zhǎng)、維修性好而自重又輕的汽車/客車產(chǎn)品，對(duì)提高企業(yè)的聲譽(yù)、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益起著舉足輕重的作用，但汽車?客車產(chǎn)品的可靠性研究是一項(xiàng)長(zhǎng)期的、復(fù)雜的、艱苦的工作。它不僅需要數(shù)學(xué)理論分析，更需要加速試驗(yàn)分析；不僅需要科研部門、設(shè)計(jì)生產(chǎn)部門重視，更需要運(yùn)輸企業(yè)和維修廠家的緊密配合。我們只有靜下心來，踏踏實(shí)實(shí)地走科研與生產(chǎn)相結(jié)合的道路，才能避免紙上談兵，才能研究出實(shí)用的、行之有效的可靠性工程方法，為提高企業(yè)的產(chǎn)品可靠性質(zhì)量、社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益提供技術(shù)支持。

（轉(zhuǎn)載）