10.16638/jki.1671-7988.2021.011.061
关联方法研究
范禅金，许彪，种晖
（陕西重型汽车有限公司，陕西西安710200）
摘要：文章阐述了重型卡车可靠性开发的重要意义、基本概念，以某重型卡车推力杆为研究对象，研究了如何利用指数分布进行可靠性指标分配，并利用载荷谱进行里程可靠性指标与疲劳寿命指标的关联。
关键词：可靠性概念；可靠性指标分配；指标关联
中图分类号：U461.7 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)11-191-03
Research on Distribution and Association of Reliability Index of
Heavy Truck Metal Parts
Fan Shanjin, Xu Biao, Chong Hui
（Shaanxi Heavy Vehicle Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200 )
Abstract: This paper mainly expounds the significance of reliability development in heavy truck and basic concepts of reliability. We takes thrust rod of heavy truck as the research object to discuss the distribution of reliability index based on exponential distribution and the association between mileage life and fatigue life with load spectrums.
Keywords: Reliability concepts; Distribution of reliability index; Association of reliability index
CLC NO.: U461.7 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)11-191-03
前言
汽车行业的不断发展对汽车零部件的可靠性提出了更高的要求，特别是对重型汽车，可靠性直接影响用户运营安全与效益，同时也影响企业的品牌形象。可靠性贯穿于商用车整车设计、制造、验证、评价等各方面，整车可靠性由零部件的可靠性保证，开展零部件可靠性设计方法研究显得尤为重要。目前国内已对可靠性进行了一定研究并制定了可靠性评价标准体系[1]。国外对可靠性研究较早，已经建立了从产品开发过程到产品维修数据的全生命周期可靠性数据管理，积累了大量数据，形成了系统且完善的可靠
性设计流程与管理体系[2]。可靠性指标的分配与转化是零部件可靠性设计过程中的关键环节，本文聚焦于可靠性指标基本概念、指标分配方法及指标关联方法，为零件可靠性的后续设计提供一定基础。
1 可靠性概念
从基本概念上讲，其定义为：产品在规定的条件下和规定的时间（里程）内，完成规定功能的能力。该定义明确了可靠性开发的基本要素：规定条件（工况）、规定时间（考察点）、规定功能（功能定义）、能力（规定条件下完成规定功能的程度）。
2 可靠性指标
汽车的可靠性水平需要用可靠性指标来进行量化评价，评价其能够多大程度地在规定的条件下实现其规定功能。本
作者简介：范禅金，男，工程师，就职于陕西重型汽车有限公司，
主要从事汽车可靠性设计。
191
192 文主要利用可靠度、不可靠度、故障概率密度、平均故障间隔里程等概念进行汽车可靠性指标评价。 2.1 可靠度
可靠度是用来描述产品在特定时间内完成规定功能的概率，系统有较高的可靠度，其运行时间或里程就越长，可靠度是一种概率度量。
可靠度的取值范围：
（1）
可靠度指标一般用于整车寿命评价，例如，B10寿命。 2.2 不可靠度
不可靠度能够体现产品丧失功能的概率，系统有较高的不可靠度，其运行时间或里程就越短，也是衡量产品可靠性的指标之一。
不可靠度的取值范围：
（2）
不可靠度有时称为故障分布函数，即在规定的条件下，在某一时刻或里程发生故障的累积概率。可靠度与不可靠度的关系：
（3）
2.3 故障概率密度
故障概率密度是指单位时间或里程内发生故障的概率，用来描述故障分布的形态，若故障分布函数是连续可导的，其关系式为：
（4） 2.4 平均故障间隔里程
除了可靠度以外，平均故障间隔里程（MTBF ）通常作
为整车或系统的可靠性指标，相邻故障间隔的平均里程称为
平均故障间隔里程[3]。对于非长寿命且非关键件通常使用
MTBF 进行指标的分配。
3 可靠性常用分布模型
图1 可靠性常用分布模型
[4]
因车辆的故障里程是随机变量，其数值范围通常服从一
定的统计分布。常用的分布模型有正态分布、指数分布、威布尔分布等，其对应的故障概率密度函数、可靠度函数、故障率表达式如图1所示。
4 零部件可靠性指标分配方法
重型汽车在可靠性正向开发流程中，零部件可靠性指标由整车自上而下分配得到。以某重型卡车悬架推力杆为例介绍可靠性指标分配方法在产品可靠性开发中的应用。悬架系统由包括推力杆在内的多个零件组成，只要其中一个零件发生故障，则系统发生故障。系统与各零件的关系可用串联模型描述。其悬架系统可靠性框图如图2所示，其对应的数学表达形式如式（5）所示。
图2 串联模型可靠性框图
（5）
假设悬架系统与各零件服从指数分布（里程可靠性指标的分配即为确定分布参数），其故障概率密度函数表达式为：
（6）
悬架系统可靠度函数和平均故障间隔里程（由唯一分布参数λs 确定）为：
（7）
（8）
因悬架系统与各零件服从指数分布，且为串联模型，故
系统与各零件的可靠度关系式为：
（9）
将式（7）代入式（9），进一步得到：
（10）
其中，λs 和λi 分别为悬架系统和各零件的指数分布参数。
若没有约束条件，式（10）有无数个解。考虑到相似产
品的设计具有继承性，可采用等比例分配法确定新开发零件
的MTBF 。基于当前可靠性水平，将悬架系统的每个零件按照等比例进行分配，则每个零件新的分布参数为：
（11）
将悬架系统可靠性提升幅度及当前推力杆分布参数代入式（11），即可得到推力杆新的指数分布参数，进一步得到其MTBF 提升指标。
5 里程可靠性指标与疲劳寿命指标的关联
完成里程可靠性指标分配后，为了便于进一步进行可靠性设计，需将里程可靠性指标转化为疲劳寿命指标，即进行
两者的关联。
将推力杆载荷谱数据进行雨流计数及等效处理，得到如图3所示的谱块。 （下转第204页）
204 效的提升维修行业整体的运用效果。在运用3D 维修技术时，需要相关的汽车维修人员根据3D 打印技术的特点，针对不同的车型进行处理，保证整体的运用率。此外，在汽修人员使用3D 打印技术时，需要采用科学有效的操作方法，减少使用中的不良行为，避免使用风险。 3.3 采用增材加工的方法
近年来，随着我国工业的飞速发展，对环境的污染引起了社会各界的广泛重视，因此，我国开展了“绿出行，低碳环保”的治理措施。为了深度贴合国家的发展需求，实现3D 打印技术的全面发展，需要相关的汽车维修人员将3D 技术有效运用到实际的汽车零部件的维修中，积极使用增材制造的方法，节约维修汽车时所需要的原材料。在维修中，使汽车自身零部件得到相应的强化，保证汽车维修行业的精简化，综合有效的促进汽车维修行业的科学化发展以及资源保护工作。
4 结束语
综上所述，在汽车维修行业中运用先进的3D 打印技术，将对整体的汽车发展行业起到极为重要的实际运用效果。通
过引进3D 技术，并制定一系列的培训加强计划，改进企业内部的维修措施，保证整体的实际运用。在推广3D 技术的同时，加强企业内部对3D 维修技术的重视，合理有效的选择3D 打印技术，降低相应的维修成本，保证整体维修运用的综合有效。在3D 打印技术的加持下，我国汽车维修行业将得到高速发展，提升国际竞争力。
参考文献
[1] 曾庆吉.3D 打印技术在汽车制造与维修领域应用研究[J].内燃机
与配件,2018,000(003):241-242.
[2] 赵毓锋.汽车维修中3D 打印技术的应用研究[J].时代汽车,2018,
000(005):152-153.
[3] 焦可如，鑫龙.3D 打印技术在汽车制造中的应用研究[J].计算机产
品与流通,2018,000(004):168-168.
[4] 柯晔伟.3D 打印技术在汽车钣金维修领域的应用分析[J].汽车维
修,2019(4):2-3.
[5] 周训国，晁国胜，刘华.3D 打印技术在武警车辆应急维修中的应用
[J].科技创新与应用,2019,259(03):165-166+169.
（上接第192页）
该谱块具有里程和载荷分布信息。假设推力杆分配所得
MTBF 为L ，谱块对应里程为l ，则推力杆的疲劳寿命K 为：
（12） 式（12）表示该推力杆在特定谱块下的循环周次为K 。谱块和疲劳寿命K 作为输入，用于后续的可靠性设计。
图3 基于雨流计数处理的谱块
6 结论与展望
本文以某重型卡车悬架推力杆为研究对象，研究了可靠
性指标的分配方法，以及里程可靠性指标与疲劳寿命指标的
关联模型，为后续的可靠性设计提供了输入。本文提出的方
法对重型卡车及其零件的可靠性设计具有借鉴意义，但重型
卡车是一个复杂装备系统，不同零部件特性亦有差异。可靠性指标设定与分配方法仍需进一步优化，以反映不同零部件的差异性，提高指标分配的合理性。
参考文献
[1] 宋年秀，陈立辉.国产轻型客车的整车可靠性评价[J].青岛建筑工
程学院学报,2004(01):71-73.
[2] 宰玉，张代胜.基于综合分析法的车辆可靠性分析[J].北京汽车,
2018(03):29-32+46.
[3] 滕云.国产汽车使用可靠性评价研究[D].西安：长安大学,2010. [4] 曾声奎.可靠性设计与分析[M].北京：国防工业出版社,2013.
发布评论