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汽车可靠性技术,第一讲,主讲教师：杨志发学时：32,课程时间（32学时）参考书汽车可靠性工程方法，王秉刚编著，机械工业出版社，1991可靠性技术与管理，杨万凯编著，人民交通出版社，1989汽车可靠性工程，崔高勤编著，吉林科学技术出版社，1990汽车可靠性工程，浦维达编著，机械工业出版社，1998 汽车可靠性技术，明平顺，李晓霞编，人民交通出版社，2005课堂纪律及相关要求考核形式：20%平时+80%期末,引子丰田召回事件,事实很简单，丰田很尴尬,“Moving Towards”，国内解译为“车到山前必有路，有路必有丰田车”。无论路况多复杂，丰田都想纵横驰骋。但没路也要开路，就不是好玩的了，车到崖前应留步！,左图，一位驾驶者惊叫“这车怎么停不了”，右图，共和党人恶狠狠对民主党的驾驶者说：“不要让它走”。,对于丰田油门加速失控，漫画家也很富有创意地提出解决方案。上图是需要减速时自动弹出降落伞吧。,“召回门”事件的不断升级，对于已处于困境中的丰田公司无疑是场暴风雨。“Toyota”，曾经就有高人音译为“头要痛”，看来他真的是要头痛了。世界各国的接连召回，丰田总裁赴美参加听证，还有即将接踵而来的集体诉讼及巨额赔偿。,三个椭圆形组成的形似“牛头”的丰田车标，曾给人以无限想象空间。而今天，那个垂直的椭圆形被漫画家以“踏板”填充，确实小小的踏板给“丰田”公司抹了黑。,上图是在已售出的丰田车前，众人驻足围观，而下图是销售处门前冷落车马稀，前风档上的“待售”赫然于目。召回前后售车状况冰火两重天。2010年1月，丰田在美国销售9.9万辆，是过去12年里首次月销量跌破10万辆，同比下降15.8%，而2009年12月丰田还销售了18.8万辆。,产品不可靠，将会给消费者、公司甚至国家带来巨大灾难！,可靠性工程概述,可靠性发展成为一门科学并应用到工业生产上还是近代的事，其历史大约可以追溯到60-70多年前。,内容提纲,可靠性工程发展及其重要性可靠性工程的基本内容及意义可靠性的概念及指标汽车质量与汽车可靠性 关于汽车可靠性的调查,一、可靠性工程发展及其重要性,1）萌芽期 二战期间 二战期间，作战飞机以及雷达上所用的电子设备，由于可靠性水平较低而屡屡出现故障。美国60%航空电子装置和70%的海军用电子装置发生故障。1939年，英国航空委员会首次提出飞机故障率应低于0.00001次/h，这是最早提出飞机安全性、可靠性的定量指标。德国火箭专家R.Lussen首次对火箭诱导装置可靠度进行计算，这是首次对复杂系统进行可靠度计算。1943年，美国成立专门机构开始可靠性研究工作，工作重点在解决真空管质量问题。,1.发展阶段,2）奠基期（创建阶段）1950年代 美国电子产品（雷达、陆军用的电子设备等）的故障愈来愈多，严重影响了设备的正常使用。如在朝鲜战场上，许多武器系统常出现故障，促使系统可靠性的研究开展。1952年，国防部联合工业部及相关学术部门，成立了“电子设备可靠性咨询组（AGREE（Advisory Group on Reliability of Elctronic）”,对电子产品进行了全面的可靠性调查、研究，在1957年发表了著名的“军用电子设备的可靠性”报告，系统的提出了在研制、生产过程中，对产品可靠性指标进行试验、验证和鉴定的方法，以及包装、储存、运输过程中的可靠性问题和要求。这个报告被认为是可靠性工作的奠基性文件。后来，美国成立了可靠性管理机构，制定了可靠性工程大纲和可靠性标准，出版了可靠性手册，建立了可靠性数据中心，举行了各种可靠性学术会议。从此，可靠性形成了一门独立的学科。,3）普及期（全面发展阶段）1960年代 美国在可靠性设计和实验方面，取得了重要的成果。许多国家成立了可靠性研究机构，开展各种相关活动，制定可靠性标准。可靠性工程从电子工业向其它工业部门迅速推广。从最复杂的阿波罗登月飞船到普通家用电器，都应用可靠性设计、可靠性管理技术，并且有了明确的可靠性指标。就汽车而言，不正常停驶和修理，带来大量损失；各国索赔制度建立，退货事件屡屡发生；汽车工业的发展，人们对汽车可靠性提出了更高的要求。这些都将推动汽车可靠性研究工作的发展。,4）成熟期（深入发展阶段）1970年代后 从单纯重视可靠性发展到对产品的要求达到一定的可靠性维修性指标，即从重视性能发展到重视效能。在这个阶段，计算机软件可靠性的理论获得很大发展。70年代，人们在消费主义思想的支持下，提出了大量产品责任(PL)的问题。它是指因产品缺陷而使消费者受到损失，从而引起在法庭上进行赔偿损失的争议问题。因此，企业高度重视产品责任预防(PLP)工作，而可靠性技术是解决PLP的重要手段。日本在国家标准中，规定了可靠性术语，在国铁新干线、电话网、航空公司、电子仪器、推土机等领域大力开展可靠性研究。,汽车可靠性技术,第二讲,主讲教师：杨志发学时：32,日本 1969年实施汽车召回制度，之前可靠性研究重点：,a 确保强度方面的安全性b 延长车辆使用期限c 延长维修期,召回制度实施后可靠性研究具有如下特点：,a 可靠性技术与管理高度结合b 采用可靠性新技术，加强设计检评工作c 重视试验和故障分析d 数据交换和反馈e 实行全数检验和在线自动检验f 建立外协件的可靠性保证体系g 加强可靠性学术活动，进行技术培训,2.国内外机械产品可靠性研究,美国 早在60-70年代就将可靠性技术引入汽车、发电设备、拖拉机、发动机等机械产品。80年代，罗姆航空研究中心专门作了一次非电子设备可靠性应用情况的调查分析，试图制定非电子产品的可靠性大纲。国防部可靠性分析中心(RJLC)收集和出版了大量的非电子零部件的可靠性数据手册，数据手册至今已先后四次改版。,政府资助的机械故障预防研究小组设了四个技术咨询委员会:诊断与检测、故障、设计和技术推广。,中国1965年，钱学森建议下，原七机部成立了“可靠性质量管理研究所”（705所），进行了开拓性研究工作；1978年，钱学森关心下在国防系统召开了第一次可靠性会议；1979年，中国电子学会成立“可靠性与质量管理学会”；1980年代后,机械可靠性研究在我国开始受到重视。1982年，国家标准局成立“全国产品可靠性与维修性标准化技术委员会”，并制定了一些标准，我国可靠性研究开始蓬勃发展；,1984年，颁布了电子设备可靠性预计手册；从1986年起,原机械工业部己经发布了六批限期考核机电产品可靠性指标的清单；对产品开展了实质性可靠性审核工作1992年3月国防科工委委托军用标准化中心在北京召开了“非电产品可靠性工作交流研讨会”。在研讨会上发表的50篇论文基本上都是论述机械可靠性方面的问题；20世纪90年代，原机械电子工业部在“八五规划纲要”中提出“以科技为先导，以质量为主线”的发展模式，使产品的可靠性得到了较大的提高。,汽车可靠性技术,第三讲,主讲教师：杨志发学时：32,3.可靠性工程的重要性主要表现,某公司市场部2001年调查记录显示：“对可靠性的重视度，与地区的经济发达程度成正比”。例如，英国电讯（BT）关于可靠性管理/指标要求有产品寿命、MTBF(Mean Time Between Fail,平均无故障工作时间)报告、可靠性框图、失效树分析（FTA）、可靠性测试计划和测试报告等；泰国只有MTBF和MTTF(Mean Time To Failure,平均无故障时间)的要求；而厄瓜多尔则未提到，只是提出环境适应性和安全性的要求。产品的可靠性很重要，它不仅影响生产公司的前途，而且影响到使用者的安全（1971年，前苏联的“联盟11号”宇宙飞船返回时，因压力阀门提前打开而造成三名宇航员全部死亡）。可靠性好的产品，不但可以减少公司的维修费用，而且可以很快就打出品牌，大幅度提升公司形象，增加公司收入。,随着市场经济的发展，竞争日趋激烈，人们不仅要求产品物美价廉，而且十分重视产品的可靠性和安全性。日本的汽车、家用电器等产品，虽然在性能、价格方面与我国彼此相仿，却能占领美国以及国际市场。主要的原因就是日本的产品可靠性胜过我国一筹。美国的康明斯、卡勃彼特柴油机，大修期为12000小时，而我国柴油机不过1000小时，有的甚至几十小时、几百小时就出现故障。我国生产的电梯，平均使用寿命（指两次大修期的间隔时期）为3年左右，而国外的电梯平均寿命在10年以上，是我们的3倍；故障率，国外平均为0.05次，而我国为1次以上，高出20倍，这样的产品怎么有竞争力呢！因此要想在竞争中立于不败之地，就要狠抓产品质量，特别是产品可靠性，没有可靠性就没有质量，企业就无法在激烈的竞争中生存和发展。因此，可靠性问题必须引起政府和企业的高度重视，抓好可靠性工作，不仅是关系到企业生存和发展的大问题，也是关系到国家经济兴衰的大问题。,1）.现代汽车高科技发展的需要 2）.经济效益的需要 企业 用户 3）.政治声誉的需要 4）.军事战备的需要 总之，无论是人民群众的生活，国民经济建设的需要出发，还是从国防、科研的需要出发，研究可靠性问题是具有深远的现实意义。,现代科技迅速发展导致各个领域里的各种设备和产品不断朝着高性能、高可靠性方向发展，各种先进的设备和产品广泛应用于工农业、交通运输、科研、文教卫生等各个行业，设备的可靠性直接关系到人民群众的生活和国民经济建设，所以，深入研究产品可靠性的意义是非常重大的。现代技术发展，人们对汽车的舒适性要求越来越高，汽车结构变得越来越复杂，汽车零件数从过去的1万个增至10多万个甚至更多。不论从零件本身还是整体汽车结构系统要求，需要提高可靠性。,产品或设备的故障都会影响生产和造成巨大经济损失。特别是大型流程企业，有时因一台关键设备的故障导致工厂停产，其损失都是每天几十万元甚至几百万元。因此，从经济效益的来看，研究可靠性是很有意义的。研究与提高产品的可靠性是要付出一定代价的。从生产角度看，要增加产品的研制和生产的成本。但是，从使用角度看，由于产品可靠性提高了，就大大减少了使用费和维修费，同时还减少了产品寿命周期的成本。所以，从总体上看，研究可靠性是有经济效益的。,从政治方面考虑，无论哪个国家，产品的先进性和可靠性对提高这个国家的国际地位、国际声誉及促进国际贸易发展都起很大的作用。汽车被很多国家列为支柱产业，汽车本身的质量很大程度上说明这个国家经济及科技水平，所以重视汽车产品的可靠性，能够提高一个国家的地位。,历代的战争都有决定胜负的因素，现代战争的胜因是科技。在战场上，汽车、坦克等可靠性及运行状况，往往决定战争的胜负。战争还能带动一些车辆技术的发展，如悍马。,二、可靠性工程的基本内容及意义,1、基本内容 可靠性工程涉及面积广，需要从科研、设计、试验、制造、运输、贮存、直到使用和维护等方面，进行研究和实施的工作。,可靠性工程的基本内容,可靠性工程的基本内容,可靠性工程的基本内容,可靠性工程的基本内容,2、意义 可靠性揭示了产品质量的本质，是产品质量的永恒的主题。可靠性是产品质量的一项重要指标 现代质量观念认为：“产品质量是产品满足使用要求的特性总和”，包括性能、可靠性、安全性、适应性，经济性和时间性。汽车对这些性能都有明确要求，是典型的可靠性产品。产品日趋复杂、可靠性日益突出 现代产品呈现出高性能、多功能、高新技术不断应用，可靠性问题日益突出。如汽车为提高动力性、操纵稳定性、安全性等，加装的电子点火、ABS、SRS等，是汽车从纯机械产品过渡到机电一体化产品，其可靠性涉及到电子系统。,使用环境的严酷性，对可靠性要求更高 现代工业日益发达，其发展领域已经非常广阔，发展空间也不受时间和地域的限制。如汽车产品产品要求在各种特殊环境如戈壁、沙漠、高原、沼泽地等应用，对汽车可靠性提出了更高的要求。全寿命周期费用的增长，对可靠性提出更高要求 全寿命周期费用包括：购买费用、使用费用、维修费用等。可靠性高的产品，故障少、维修费用低、零部件更换费用低，全寿命周期费用降低，产品的单位时间的效益增加。如一汽大众的捷达车,汽车可靠性技术,第四讲,主讲教师：杨志发学时：32,三、可靠性的概念及指标,基本概念 可靠性：可靠性是指产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定的功能的能力。可靠性工程：为达到产品可靠性要求而开展的一系列设计、研制、生产、试验和管理工作。,基本可靠性产品在规定的条件下，无故障的持续时间或概率。在没有后勤保障情况下系统工作能力的度量考虑所有需要维修保障的故障,采用冗余，降低基本可靠性通常等于或低于任务可靠性,任务可靠性产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能力系统完成任务能力的度量 只考虑引起任务失败的故障通过冗余提高任务可靠性通常高于基本可靠性,固有可靠性产品在设计、制造过程中赋予的固有属性。产品的开发者可以控制。使用可靠性产品在实际使用过程中表现出的可靠性。除固有可靠性的影响因素外，还要考虑安装、操作使用、维修保障等方面因素的影响。,2.可靠性指标 衡量产品可靠性的指标很多，各指标之间有着密切联系，其中最主要的有四个，即：可靠度R(t)、故障概率(或称失效概率、不可靠度)F(t)、故障概率密度函数(或称失效概率密度函数)f(t)故障率(t)。,四、汽车质量与汽车可靠性,汽车质量汽车产品质量：经济学观点-汽车的使用价值；管理学观点-满足用户要求所应具备的质量特性。包括：汽车的综合性能、汽车的使用寿命、汽车产品的可靠性、汽车使用的安全性、汽车的经济性等。工作质量包括：企业或部门的组织工作、技术工作、管理工作对产品质量的贡献程度。工作质量与产品质量既有联系又有区别，其关系是：工作质量是保证产品质量的前提和条件；产品质量是工作质量的最终体现，也是企业各项工作的集中表现。,2.汽车可靠性 可靠性是指汽车产品（总成或零部件）在规定的条件和规定的时间内，完成规定的功能的能力。,3.汽车可靠性定义四因素：汽车产品 整车、总成、零部件,发动机、底盘、车身、电器设备,规定时间 所谓规定时间是指：汽车使用量的尺度，可以足时间单位(小时、天数、月数、年数)，也可以是行驶里程数、工作循环次数等。在汽车运用工程中，保用期、第1次大修里程、报废周期等都是重要的特征时间。,规定条件 汽车产品的工作条件 气候、道路状况、地理位置等环境条件 汽车产品的运用条件 载荷性质、载运种类、行驶速度 汽车产品的维修条件 维修方式、维修水平、保养制度 汽车产品的管理条件 存放环境、管理水平、驾驶员技术水平,规定功能 汽车设计任务书、使用说明书、订货合同以及国家标准规定的各种功能、性能和要求。,故障或失效 汽车不能完成规定的功能就是不可靠，称为发生了故障或失效。1）硬故障：使汽车停驶的完全性故障 2）间隙故障：不能正常工作 3）软故障：性能逐渐下降到最低规定限度而不能正常使用的衰退性故障，如制动性能、动力性能等,4.汽车可靠性四大要素,汽车的可靠性从定义出发，由产品、条件、时间、功能四因素构成。从另一个角度，汽车可靠性由四大要素构成，即可靠性、维修性、耐久性和安全性。可靠性：指产品固有的质量属性，汽车能够不中断地按照驾驶员的控制而运动的性质。维修性：产品在规定的使用条件下，在规定的时间内完成维修的能力。,耐久性：汽车经过长时间工作后，不丧失其正确的技术状态而继续工作的能力；可以用汽车第一次大修里程的长短以及汽车从启用至报废的寿命长短来度量。安全性：汽车在行驶中不危及生命财产安全的能力。,汽车产品的更新换代，从技术上不断改进、完善，从总体上可靠性水平将会逐渐提高。无论是汽车的开发者还是制造者，无论在哪个阶段或哪个部门，汽车可靠性的增长都会处于PDCA循环当中，即汽车质量的保证体系可以简单地表达为四个阶段、八个步骤。PDCA循环的四个阶段 计划(Plan)阶段；实施阶段（Do）；检查阶段（Check）；处理阶段（Action）。,5.（汽车）可靠性增长机制,PDCA循环有以下三特点：1）PDCA循环按照循环顺序不停地旋转只要产品一直生产，这种循环就不会停止。2）PDCA是一个综合性的循环，在企业总体PDCA循环指导下，各级、各部门以及 生产的各个环节、各个阶段，都有各自的小循环，形成 大循环套小循环。3）PDCA循环在循环中前进 和提高。,PDCA循环的八个步骤,找出问题,查明原因,抓住要害,研究措施（围绕6方面开展）,贯彻执行,检查效果,总结经验,继续提高,6.我国汽车可靠性工程的状况 从1983年到1984年，汽车行业开展了汽车可靠性试验，试验车53台，里程36万km；开展了以“汽车可靠性考核与试验方法研究”为中心的科研活动，取得了大量的成果：获得了我国汽车产品的可靠性现状；使行业重视可靠性；将可靠性评价列入“汽车产品质量评定方法”。,五、一个关于汽车可靠性的调查,世界汽车2002年第2期“汽车可靠性发展趋势调查报告”美国“消费者之声”（Consumer Reports）杂志是对美国市场的消费品进行调查并做出评估报告的一家杂志，具有较大的影响力。该杂志2001年以“今天的汽车更可靠吗？”为题，发表了美国汽车市场汽车可靠性发展趋势调查报告。这篇调查报告虽然是针对美国市场的汽车，但对中国汽车消费者而言也是有一定的参考价值。该项调查向250万汽车用户发放调查表，汽车用户在调查表中指出他们在正常驾驶中亲身体验到的汽车真实缺陷。调查对象是新的汽车，通常是指使用时间6个月以内或行驶里程4830公里以内的汽车，涉及美国汽车市场上2000种车型。,汽车技术的发展促进了汽车可靠性的提高 据调查报告列举的1980一2000年20年来调查的结果，发现汽车可靠性有了很大的进步，每100辆新车的缺陷数平均值，从1980年的88个降低到2000年的20个，降幅达77。运动型多功能车（SUV）和皮卡（Pick Up的新车缺陷数平均值从1980年的99个降低到2000年的20个。这是由于 20年来，机械加工、材料、电子、化工、装配等技术和管理方式都有了不同程度的发展发展，导致汽车整体质量比过去有了很大的提高，尤其是燃油电喷代替化油器的划时代的技术突破，令汽车发动机运行的可靠性有了一个飞跃。,调 查 结 果,电子技术的发展促进汽车可靠性的提高 据调查报结果，1990一1995年，新车缺陷数平均值停滞在30个左右，没有什么降低。这是因为当时汽车上装备的一些计算机系统工作不可靠，抵消了其它系统可靠性方面的改进。随后，专用的汽车计算机系统被开发出来并投放汽车市场，使20世纪的最后五年汽车可靠性提高，2000年新车缺陷数平均值降到20个，降幅30。,汽车流行型的可靠性程度高 由于运动型多功能车（SUV）和皮卡车在美国市场上由粗放实用型转变为乘用主流型，因此，汽车厂商重视这两种类型汽车，因此这两类型汽车可靠性的进步比轿车更明显。福特皮卡车的进步最惊人。1980年，福特皮卡新车最容易出故障的。经过技术改造，2000年福特皮卡车位居丰田之后名列第二，福特有16个缺陷，丰田只有13个缺陷。福特F150在1980年是所有汽车中最不可靠的车型之一，转变为2000年福特产品中最可靠的一个车型。通用的缺陷数从107个降到26个，克莱斯勒皮卡车从40个降到20个。,日本汽车质量最好 据调查报告数据，比较美、日、欧三地品牌汽车，日本品牌的汽车，无论是在日本制造还是在北美制造的，都是最可靠的。欧洲品牌的汽车排列第二位，美国品牌的汽车，在过去的20年中，缺陷数最多。1980年，美国品牌的运动型多功能车每100辆新车平均有138个缺陷，1990年降到49个，2000年再降到23个；日本品牌的运动型多功能车，1990年缺陷只有16个，2000年降到9个。日本品牌的运动型多功能车优于日本品牌的轿车。本田、富士和丰田汽车自使用初期就可靠，并且在使用中保持可靠的良好状态。宝马、梅赛德斯一奔驰和日产汽车使用初期也相当好，保持始终如一。克莱斯勒和通用汽车使用初期和5年终了都有中等数量的缺陷。2001年的年度调查中，本田CR一V是最可靠的汽车。,5年老车毛病变多 据调查数据，在多数情况下，汽车使用1至5年的可靠性保持不变。但也有例外，1995年三菱新车是最不可靠的，但使用5年的老车，可靠性排位居中。1995年大众新车有34个缺陷，使用5年的老车，在同组中最差，达到148个缺陷。这也可以看出，汽车在使用五、六年，就会出现毛病要进行修理了。车身、结构硬件和电器投诉最多 近年来投诉最多的是3个方面：整车车身、结构硬件和电器。发动机和空调已经没有大的缺陷。车身锈蚀几乎已经消失。操纵、燃油泵、油漆和内饰方面的缺陷已大为减少。电器故障一向以来都是车上各种故障中最多的，也是最烦人的问题。,谢谢大家！,