《机械可靠性设计》课程教学大纲

《机械可靠性设计》教学大纲一、课程基本信息课程名称机械可靠性设计MechanicalReliabilityDesign课程编码MEE210221020开课院部机电工程学院课程团队机械创新设计教学团队学分2.0课内学时32讲授32实验0上机0实践0课外学时32适用专业车辆工程授课语言中文先修课程高等数学（2-1）、高等数学（2-2）、工程材料、材料力学、机械设计、概率论与数理统计课程简介（限选）机械可靠性设计是现代设计方法的重要组成部分，它是一门新兴的边缘学科，从设计的角度致力于提高产品与机械系统的可靠性。该课程属于技术基础课。本课程的目的是向高年级学生介绍可靠性的基本理论及基本设计方法，使学生了解可靠性设计的重要性，与常规设计方法的区别，建立关于可靠性的基本概念，初步掌握有关机械可靠性方面的基本知识与设计能力。本课程主要内容：一是基本概念与可靠性概率分布类型；二是机械静强度与疲劳强度可靠性计算；三是机械零件的磨损寿命与可靠性分析；四是机械零部件可靠性设计；五是机械系统可靠性设计；六是失效模式影响与严重度分析；七是故障树与事件树分析法。通过本课程的学习，学生应基本掌握可靠性设计的基本原理及方法，并能运用于机械装备部件与系统的可靠性分析与评估，掌握机械零件静强度、疲劳强度与磨损失效的可靠性计算方法，掌握机械系统可靠性分配与可靠性预测方法，能够在实际的机械设计中充分考虑产品的可靠性指标，了解机械可靠性工程理论与技术的最新发展动态及趋势，进一步拓宽视野Mechanicalreliabilitydesignisanimportantpartofmoderndesignmethod.Itisanewedgediscipline,whichiscommittedtoimprovingthereliabilityofproductsandmechanicalsystemsfromtheperspectiveofdesign.Thiscoursebelongstobasictechnologycourse.Thepurposeofthiscourseistointroducethebasictheoryanddesignmethodofreliabilitytoseniorstudents,makethemunderstandtheimportanceofreliabilitydesign,thedifferencebetweenreliabilitydesignandconventionaldesignmethod,establishthebasicconceptofreliability,andpreliminarilymasterthebasicknowledgeanddesignabilityofmechanicalreliability.Themaincontentsofthiscourseareasfollows:first,basicconceptsandprobabilitydistributiontypesofreliability;second,reliabilitycalculationofmechanicalstaticstrengthandfatiguestrength;third,wearlifeandreliabilityanalysisofmechanicalparts;fourth,reliabilitydesignofmechanicalparts;fifth,reliabilitydesignofmechanicalsystem;sixth,impactandseverityanalysisoffailuremode;seventh，faulttreeandeventtreeanalysismethod.Throughthestudyofthiscourse,studentsshouldbasicallymasterthebasicprinciplesandmethodsofreliabilitydesign,andbeabletoapplythemtothereliabilityanalysisandevaluationofmechanicalequipmentcomponentsandsystems,thereliabilitycalculationmethodsofstaticstrength,fatiguestrengthandwearfailureofmechanicalparts,thereliabilitydistributionandreliabilitypredictionmethodsofmechanicalsystems,andbeabletofullytestintheactualmechanicaldesignConsideringthereliabilityindexofproducts,wecanunderstandthelatestdevelopmenttrendofmechanicalreliabilityengineeringtheoryandtechnology,andfurtherbroadenourvision.负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点任务自选1M1目标1：了解机械可靠性设计的一些基本概念、理论、规范、标准，了解该方法与常规机械设计方法的差别。掌握可靠性设计基本原理与方法。是1.21.22M2目标2：具有应用数学、物理、力学、材料知识对机械零部件零件可靠性进行分析计算的能力、具备使用技术资料的能力是2.12.13M3目标3：能综合运用所学知识和实践技能，具有对机械零部件进行可靠性设计的能力与手段、具备解决一般实际工程问题的初步能力。是2.32.34M4目标4：能通过案例分析强化工程意识素养，强化机械产品可靠安全的价值与意义，建立正确的工程价值观，激发爱国主义情感、树立创新意识，并养成善于观察、独立思考的习惯是8.18.1三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课程目标课内学时教学方式课外学时课外环节1第一章第一章绪论本章重点：可靠性设计的有关基本概念本章难点：失效率与失效密度的差别，失效分布特征量/////21.11.1课程性质、内容和任务说出本课程的内容、性质和学习任务，掌握本课程的基本要求和学习方法；领悟机械可靠性设计的基本原理在现代机械中的应用。进行可靠性设计的必要M10.5讲授、失效案例讨论//31.21.2基本概念基本概念（可靠性定义、失效密度、失效率、累积失效概率，平均寿命、寿命方差、可靠性与维修性、可靠度、平均无故障工作时间MTBF、有效度）。失效分布特征量。M12讲授2自学41.31.3机械设备失效率曲线形象化（浴盆曲线），良好维修条件下失效率曲线的下降。M40.5启发式授课1领悟可靠性5第二章第二章可靠性概率分布类型本章重点：泊松分布、正态分布的概念与计算。本章难点：泊松分布与二项分布的差别，威布尔分布、伽马分布/////62.12.1离散型分布学习区分二项分布、泊松分布的联系与区别。使用泊松分布的条件。M21.5讲授2复习概率论与数理统计72.22.2连续型分布掌握连续分布中的指数分布、正态分布、对数正态分布。深刻理解正态分布的重要性，本课程基本以正态分布为例进行例题讲解。理解为何要将一般正态分布化为标准正态分布。一般了解威布尔分布、伽马分布特点与应用。M22.5讲授（注重例题、应用）2课后作业8第三章第三章机械静强度的可靠性设计本章重点：应力-强度干涉理论概念本章难点：应力-强度干涉理论的计/////93.13.1应力-强度干涉理论学会建立干涉模型，深刻理解干涉理论的核心意义。掌握耦合方程的建立，施加预应力措施的意义。M1,M22.5启发式授课1结合材料力学103.23.2安全系数与可靠度复习回顾传统设计的安全系数，辨析可靠性设计与传统设计中安全系数的关系，深刻理解安全系数法的缺陷。理解可靠性设计亦为概率设计的道理。M21讲授（对比传统机械设计）2.5课后作业综合分析11第四章第四章机械零部件疲劳强度可靠性设计本章重点：P-S-N曲线本章难点：P-S-N曲线的建/////124.14.1疲劳曲线复习材料力学中的疲劳曲线（S-N曲线），掌握S-N曲线的建立条件为可靠度为50%（安全系数为1）。M10.5讲授（结合材料力学）/复习材料力学134.24.2P-S-N曲线的建立掌握不用存活率下的S-N曲线，根据P-S–N曲线进行疲劳强度的可靠性设计计算。M21讲授（结合概率论）1自学领悟144.34.3疲劳强度可靠性干涉问题理解静强度与疲劳强度的干涉问题的异同点。M30.5讲授（注重工程应用）2课后作业15第五章第五章机械磨损寿命可靠性计算本章重点：机械零件磨损寿命可靠性计算本章难点：磨损量与寿命分布规律及可靠度计算依/////165.15.1概述能够对比机械零件磨损与润滑条件的关系，磨损分布规律，掌握磨损量分布特征参数的确定。M10.5讲授（结合机械设计）1复习润滑与磨损的关系175.25.2磨损寿命可靠性计算深刻理解按磨损量一定寿命分布规律和按寿命一定磨损量分布规律，进行可靠性计算的差别，优选选择哪种情况。M31.5讲授（注重实例）1领悟磨损可靠性设计原理18第六章第六章机械零部件可靠性设计本章重点：函数特征值的运算本章难点：机械零部件可靠性设计计算过/////196.16.1设计变量的获取理解设计变量的随机性，掌握可靠性设计数据来源。M40.5讲授（工程意识）1结合工程实际206.26.2函数特征值（均值与方差）求法掌握基本函数特征值的求法。掌握复杂函数特征值求法—变差系数法。深刻理解为何采用变差系数法便可简化标准差的求法。M21讲授（数学）1强化数学知识216.36.3机械零件可靠性设计举例通过例题求解过程，可以深刻理解可靠性设计与传统机械设计的联系与差别。领悟进行可靠性设计的巨大效益，但也要明确进行可靠性设计所付出的成本。M32.5启发式讲授（突出与传统机械设计的不同）2课后作业22第七章第七章系统可靠性设计本章重点：系统可靠性预测本章难点：冗余系统可靠性计算，状态枚举法、路集法进行可靠性预测/////237.17.1系统的可靠性分析学会画出可靠性框图，区别物理结构图与可靠性框图关系。理解串联系统、并联系统以及复杂系统的差别。介绍布尔代数、容斥原理、不交型算法，为可靠性计算打下基础。掌握并集、交集的运算法则。掌握相容、互斥的关系。掌握简单系统（串联、并联、串并混联）的可靠性分析。掌握储备系统(顶替系统)、表决系统可靠性分析。了解复杂网络系统可靠性分析方法：单元状态枚举法、全概率分解法、最小路集法M24.5讲授（布尔代数与机械系统的可靠性应用）3领悟系统可靠性计算方法247.27.2系统的可靠性分配辨析等同分配法与非等同分配法。了解按相对失效率分配可靠度。M31讲授2课后作业257.37.3系统的可靠性设计原则。首先明确可靠性指标，深刻理解可靠性、经济性、技术水平、安全性相互之间的制约关系。M40.5讲授、讨论1/26第八章第八章失效模式影响与危害性分析（FMECA）本章重点：失效模式影响分析本章难点：失效严重度计/////278.18.1失效分析概述清晰失效与故障的差别，辨析失效模式、失效机理、失效分析方法。了解直方图、鱼刺图、故障树、事件树分析方法的特点与应用范围M21讲授讨论（综合分析）1辨析失效分析方法288.28.2失效模式影响与危害性分析（FMECA）明确FMECA是一种归纳分析法，注意FMECA=FMEA+CA，学会分两步进行分析，先做FMEA，再做CA。掌握FMECA的目的、对象、方法（列表形式，自下而上）、步骤、应用M32讲授（逻辑推理））2强化FMECA29第九章第九章故障树与事件树分析法（FTAandETA）本章重点：故障树与事件树的建树本章难点：系统单元重要度的计/////309.19.1概述明确可靠性框图法、故障树、事件树的研究方法不同，侧重点不同，掌握可靠性框图是从系统成功入手、故障树从系统失败入手、事件树侧激发事件入手M10.5讲授讨论（力学应用）0.5理解概念319.29.2故障树分析法掌握底事件、中间事件、顶事件的联系，学会各种逻辑门的关系，特别是或门、与门关系，掌握各种事件、逻辑门的标准画法。学会建立画出系统的小型故障树。了解故障树的定性分析方法，掌握割集、最小割集的确定方法（上行法、下行法），能够应用最小割集进行故障树定性分析。了解故障树定量分析方法，会计算顶事件的发生概率。了解用最小割集法计算顶事件发生概率。。了解系统单元重要度计算，明确单元重要度计算的目的，学会单元结构重要度、概率重要度、关键重要度的计算M2,M32讲授（实际经验）2课后作业329.39.3事件树分析法掌握事件树的应用特点与范围，学会如何利用激发事件建立一棵横向事件树，学会在事件树的可靠性计算中如何利用故障树进行计算。了解如何进行评价后果事件损失及评价后果事件风险值。M31.5讲授1强化使用事件树的条件339.49.4提高系统可靠度的措施简要了解提高可靠度的措施包括：提高系统元器件可靠度、容错法设计（冗余技术）、故障诊断技术。M40.5讲授1强化提高可靠性措施四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1平时作业1、每周授课4学时，课后布置作业题目。发放作业时，进行作业点评。2、每次作业成绩采用百分制，根据作业完成准确性、是否按时上交、是否独立完成评分。3、考核学生对机械可靠性设计每个章节的基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力。题型主要有回答题、作图题、分析判断题、计算题。20%2考勤进行平常点名若干次，点名方式是发纸条，个人签名，课后上交。10%3总结报告进行全面课程总结，书写课程报告。10%4期末考试1、采用面试方式，总分100分。2、面试题目类型：图片解释、概念简答、问题回答、原理讲述、各种框图解释、公式解释、简单分析计算。考核学生对机械可靠性设计每个章节的基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力。60%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1M1平时作业40%A-独立按时完成，作图规范，解题思路清晰、步骤完整、格式合理、答案准确。B-独立按时完成，作图比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式合理、答案准确。C-独立按时完成，作图比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式比较合理、答案基本正确。D-作业抄袭，未能按时完成，作图不规范，解题思路混乱，题目结果错误。2M1期末考试60%A-图片解释、概念简答、问题回答正确、原理讲述清晰、各种框图解释合理、公式解释正确、能够简单分析计算各种问题。对机械可靠性设计每个章节的基本知识的掌握全面，综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力很强。B-图片解释、概念简答、问题回答基本全面正确、原理讲述基本清晰、各种框图解释基本合理、公式解释基本正确、基本能够简单分析计算各种问题。对机械可靠性设计每个章节的基本知识的掌握比较全面，综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力比较强。C-图片解释、概念简答、问题回答较为全面正确、原理讲述一般、各种框图解释有些合理性、公式解释一般、对部分简单问题可以分析计算。对机械可靠性设计每个章节的基本知识能够部分掌握，综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力一般。D-图片解释、概念简答、问题回答很少正确、原理讲述不清晰、各种框图解释不清、公式掌握不够、不能完整分析计算各种问题。对机械可靠性设计每个章节的基本知识的掌握较差，综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力较差。3M2平时作业40%A-独立按时完成，作图规范，解题思路清晰、步骤完整、格式合理、答案准确。B-独立按时完成，作图比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式合理、答案准确。C-独立按时完成，作图比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式比较合理、答案基本正确。D-作业抄袭，未能按时完成，作图不规范，解题思路混乱，题目结果错误。4M2期末考试60%A-图片解释、概念简答、问题回答正确、原理讲述清晰、各种框图解释合理、公式解释正确、能够简单分析计算各种问题。对机械可靠性设计每个章节的基本知识的掌握全面，综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力很强。B-图片解释、概念简答、问题回答基本全面正确、原理讲述基本清晰、各种框图解释基本合理、公式解释基本正确、基本能够简单分析计算各种问题。对机械可靠性设计每个章节的基本知识的掌握比较全面，综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力比较强。C-图片解释、概念简答、问题回答较为全面正确、原理讲述一般、各种框图解释有些合理性、公式解释一般、对部分简单问题可以分析计算。对机械可靠性设计每个章节的基本知识能够部分掌握，综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力一般。D-图片解释、概念简答、问题回答很少正确、原理讲述不清晰、各种框图解释不清、公式掌握不够、不能完整分析计算各种问题。对机械可靠性设计每个章节的基本知识的掌握较差，综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力较差。5M3平时作业40%A-独立按时完成，作图规范，解题思路清晰、步骤完整、格式合理、答案准确。B-独立按时完成，作图比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式合理、答案准确。C-独立按时完成，作图比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式比较合理、答案基本正确。D-作业抄袭，未能按时完成，作图不规范，解题思路混乱，题目结果错误。6M3总结报告20%A-独立完成，内容丰富正确，逻辑性很强，总结全面到位，书写规范清晰。B-独立完成，内容较为丰富无错误，逻辑性较强，总结较为全面，书写比较规范。C-存在抄袭，内容不够丰富，存在个别错误，逻辑性不强，总结不全面，书写规范性不高。D-抄袭严重，内容简单，存在错误，逻辑性很差，总结支离破碎，书写潦草。7M3期末考试40%A-图片解释、概念简答、问题回答正确、原理讲述清晰、各种框图解释合理、公式解释正确、能够简单分析计算各种问题。对机械可靠性设计每个章节的基本知识的掌握全面，综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力很强。B-图片解释、概念简答、问题回答基本全面正确、原理讲述基本清晰、各种框图解释基本合理、公式解释基本正确、基本能够简单分析计算各种问题。对机械可靠性设计每个章节的基本知识的掌握比较全面，综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力比较强。C-图片解释、概念简答、问题回答较为全面正确、原理讲述一般、各种框图解释有些合理性、公式解释一般、对部分简单问题可以分析计算。对机械可靠性设计每个章节的基本知识能够部分掌握，综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力一般。D-图片解释、概念简答、问题回答很少正确、原理讲述不清晰、各种框图解释不清、公式掌握不够、不能完整分析计算各种问题。对机械可靠性设计每个章节的基本知识的掌握较差，综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力较差。8M4平时作业40%A-独立按时完成，作图规范，解题思路清晰、步骤完整、格式合理、答案准确。B-独立按时完成，作图比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式合理、答案准确。C-独立按时完成，作图比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式比较合理、答案基本正确。D-作业抄袭，未能按时完成，作图不规范，解题思路混乱，题目结果错误。9M4考勤10%A-考勤次数全到。B-考勤欠到次数很少。C-考勤歉到次数较少。D-考勤歉到次数很多10M4总结报告10%A-独立完成，内容丰富正确，逻辑性很强，总结全面到位，书写规范清晰。B-独立完成，内容较为丰富无错误，逻辑