設(shè)備的可靠性管理

*1內(nèi)蒙古科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院InnerMongoliaUniversityofscienceandtechnology

CollegeofMechanicalandEngineering第七章設(shè)備的可靠性管理授課者:閆洪波內(nèi)蒙古科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院《現(xiàn)代設(shè)備管理》*2可靠性：是指系統(tǒng)、設(shè)備或零部件在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。設(shè)備的可靠性能用可靠度表示。可靠性指標(biāo)則不能用儀表測(cè)定，要想衡量設(shè)備的可靠性，必須進(jìn)行可靠性研究、試驗(yàn)和分析，才有可能作出正確的估計(jì)和評(píng)定。引言第七章設(shè)備的可靠性管理*3可靠性是衡量設(shè)備好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。衛(wèi)星、宇航設(shè)備、航空航天設(shè)備、飛行器要求極高的可靠性交通工具、電力設(shè)備、水電站等也要求很高的可靠性問(wèn)題：如何來(lái)保證設(shè)備的可靠性呢？（設(shè)計(jì)＋使用）設(shè)備的可靠性如何來(lái)估算？設(shè)備的壽命和故障如何分布？引言第七章設(shè)備的可靠性管理*4本章主要內(nèi)容：第一節(jié)系統(tǒng)的可靠度計(jì)算第二節(jié)平均壽命和常用的故障分析函數(shù)第三節(jié)設(shè)備可靠性設(shè)計(jì)第四節(jié)設(shè)備維修性§目錄第七章設(shè)備可靠性管理*5本節(jié)主要講授內(nèi)容:一串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度二并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度三混聯(lián)系統(tǒng)的可靠度四復(fù)雜系統(tǒng)的可靠度§7.1系統(tǒng)可靠度計(jì)算第七章設(shè)備的可靠性管理*6一串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度假定設(shè)備系統(tǒng)中各元素的可靠性是獨(dú)立的。此設(shè)備的狀態(tài)不會(huì)影響另一臺(tái)設(shè)備的狀態(tài)；（實(shí)際上設(shè)備之間是存在相互影響的，即密感性）這一構(gòu)件的功能是否正常，也與另一零件是否失效無(wú)關(guān)。系統(tǒng)的串聯(lián)就是事件的“交集”（或積）。設(shè)串聯(lián)元素的可靠度分別為R1、R2、…、Rn，則系統(tǒng)的可靠度為§7.1系統(tǒng)可靠度計(jì)算第七章設(shè)備的可靠性管理*7二并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度在由幾個(gè)元素組成的并聯(lián)系統(tǒng)中，只要有一個(gè)元素在發(fā)揮其功能則系統(tǒng)就能保待工作狀態(tài)。這種情況相當(dāng)于概率論中所說(shuō)事件的“并集”（和）設(shè)并聯(lián)元素的可靠度分別為R1、R2、…、Rn，則此系統(tǒng)處于故障狀態(tài)的概率為（1－R1）×（l－R2）×…×（1－Rn）。因?yàn)榭煽慷扰c不可靠度之和為1所以，并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度為：§7.1系統(tǒng)可靠度計(jì)算第七章設(shè)備的可靠性管理*8三混聯(lián)系統(tǒng)的可靠度混聯(lián)系統(tǒng)可靠度的計(jì)算沒(méi)有一成不變的公式，而需對(duì)串、并聯(lián)的具體方式進(jìn)行分析。它的計(jì)算是以式§7.1系統(tǒng)可靠度計(jì)算第七章設(shè)備的可靠性管理*9四復(fù)雜系統(tǒng)的可靠度（了解）討論：一組設(shè)備內(nèi)有n個(gè)相同的獨(dú)立的系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)的可靠度為R，在這n個(gè)系統(tǒng)中，有k個(gè)以上系統(tǒng)正常工作的概率RS§7.1系統(tǒng)可靠度計(jì)算第七章設(shè)備的可靠性管理*10本節(jié)主要講授內(nèi)容:一平均壽命二幾種常見(jiàn)的故障分布函數(shù)（自學(xué)）§7.2平均壽命和常用的故障分析函數(shù)第七章設(shè)備的可靠度管理*11一平均壽命命對(duì)于可修復(fù)系系統(tǒng)或設(shè)備，，平均故障間間隔期（MTBF）是它的平均均壽命。式中：為為設(shè)備備在第i次故障前的無(wú)無(wú)故障工作時(shí)時(shí)間，可用兩兩次大修間的的正常工作時(shí)時(shí)間T代替（如果每每次故障后進(jìn)進(jìn)行修理的話(huà)話(huà)）；n為設(shè)備發(fā)生的的總的故障次次數(shù)。§7.2平均壽命和常常用的故障分分析函數(shù)第七章設(shè)備備的可靠度管管理*12一平均壽命命對(duì)于不可修復(fù)復(fù)系統(tǒng)或機(jī)件件來(lái)說(shuō)，失效效前平均時(shí)間間（MTTF）是它的平均均壽命，即從從開(kāi)始使用到到失效報(bào)廢的的平均時(shí)間。。一般來(lái)說(shuō)系統(tǒng)統(tǒng)的MTTF是通過(guò)試驗(yàn)得得到的，特殊殊情況下，如如不可修復(fù)系系統(tǒng)的可靠度度函數(shù)R（t）為指數(shù)分布布時(shí)，系統(tǒng)的的MTTF也可利用分布布積分求得，，即§7.2平均壽命和常常用的故障分分析函數(shù)第七章設(shè)備備的可靠度管管理*13二幾種常見(jiàn)見(jiàn)的故障分布布函數(shù)（自學(xué)）指數(shù)分布正態(tài)分布威布爾分布§7.2平均壽命和常常用的故障分分析函數(shù)第七章設(shè)備備的可靠度管管理*14二幾種常見(jiàn)1、指數(shù)分布指數(shù)分布是設(shè)備可靠性中最廣泛的一種分布，是連續(xù)單參數(shù)分布。應(yīng)用一個(gè)簡(jiǎn)單的指數(shù)分布函數(shù)，便可推導(dǎo)出設(shè)備的可靠度函數(shù)，即§7.2平均壽命和常常用的故障分分析函數(shù)第七章設(shè)備備的可靠度管管理*15二幾種常見(jiàn)見(jiàn)的故障分布布函數(shù)（自學(xué)）1、指數(shù)分布指數(shù)分布的故故障分布密度度函數(shù)f(t)、故障率函數(shù)數(shù)Z（t）和平均壽命命θ分別服從下列列公式：在這種情況下下，平均壽命命也就是其分分布參數(shù)λ的倒數(shù)，且MTBF與MTTF相等?！?.2平均壽命和常常用的故障分分析函數(shù)第七章設(shè)備備的可靠度管管理*16二幾種常見(jiàn)見(jiàn)的故障分布布函數(shù)（自學(xué)）2、正態(tài)分布布正態(tài)分布是是數(shù)理統(tǒng)計(jì)計(jì)中的經(jīng)典典分布，是是雙參數(shù)連連續(xù)分布。。用正態(tài)函函數(shù)來(lái)表示示故障分布布密度的可可靠度函數(shù)數(shù)兩個(gè)參數(shù)，，母體平均均值的估計(jì)計(jì)值θ和母體方差差的估計(jì)值值σ2分別為§7.2平均壽命和和常用的故故障分析函函數(shù)第七章設(shè)設(shè)備的可靠靠度管理*17二幾種常常見(jiàn)的故障障分布函數(shù)數(shù)（自學(xué)）2、正態(tài)分布布對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)正正態(tài)分布N（0，1），如果把把標(biāo)準(zhǔn)離差差u作為變量，，則u的定義則u～N（0，1）于是可靠度度函數(shù)即可可變換為：：§7.2平均壽命和和常用的故故障分析函函數(shù)第七章設(shè)設(shè)備的可靠靠度管理*18二幾種常常見(jiàn)的故障障分布函數(shù)數(shù)（自學(xué)）3、威布爾分分布(了解)威布爾是常常用故障中中較為復(fù)雜雜的一種，，是三參數(shù)數(shù)的連續(xù)分分布，它是是指數(shù)分布布和正態(tài)分分布的補(bǔ)充充。可靠度函數(shù)數(shù)R(t)可用威布爾爾表示為§7.2平均壽命和和常用的故故障分析函函數(shù)第七章設(shè)設(shè)備的可靠靠度管理*19二幾種常常見(jiàn)的故障障分布函數(shù)數(shù)（自學(xué)）3、威布爾分分布（了解解）對(duì)應(yīng)的故障障分布密度度函數(shù)f(t)和故障率函函數(shù)Z(t)分別為：式中：a：形狀參數(shù)數(shù)；B：尺度參數(shù)數(shù)；C：位置參數(shù)數(shù)§7.2平均壽命和和常用的故故障分析函函數(shù)第七章設(shè)設(shè)備的可靠靠度管理*20設(shè)備實(shí)際工工作時(shí)的可可靠度R0，除受固有有可靠度R1影響外，還還受到使用用可靠度R2§7.3設(shè)備可靠性性設(shè)計(jì)第七章設(shè)設(shè)備的可靠靠度管理要求工程技技術(shù)人員從從可靠性設(shè)設(shè)計(jì)和設(shè)備備整個(gè)壽命命周期的可可靠性管理理，兩方面面提高設(shè)備備的可靠度度*21設(shè)備的可靠靠性是設(shè)計(jì)計(jì)出來(lái)的、、是制造出出來(lái)的、是是管理出來(lái)來(lái)的！設(shè)計(jì)生產(chǎn)管理§7.3設(shè)備可靠性性設(shè)計(jì)第七章設(shè)設(shè)備的可靠靠度管理*22本節(jié)主要講講授內(nèi)容:一可靠度度設(shè)計(jì)的內(nèi)內(nèi)容、原則則和基本程程序二可靠三冗余性設(shè)計(jì)四可靠度分配§7.3設(shè)備可靠性性設(shè)計(jì)第七章設(shè)設(shè)備的可靠靠度管理*23一可靠度度設(shè)計(jì)的內(nèi)內(nèi)容、原則則和基本程程序1內(nèi)容可靠性設(shè)計(jì)計(jì)：為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)產(chǎn)品可靠靠性指標(biāo)而而進(jìn)行的設(shè)設(shè)計(jì)。可靠性設(shè)計(jì)計(jì)的內(nèi)容包包括：對(duì)系系統(tǒng)、設(shè)備備的可靠性性進(jìn)行預(yù)測(cè)測(cè)，對(duì)系統(tǒng)統(tǒng)、設(shè)備的的可靠度進(jìn)進(jìn)行分配，，進(jìn)行技術(shù)術(shù)設(shè)計(jì)，進(jìn)進(jìn)行可靠性性評(píng)審等工工作。預(yù)測(cè)分分配技技術(shù)設(shè)設(shè)計(jì)評(píng)評(píng)審§7.3設(shè)備可靠性第七七章章設(shè)設(shè)備備的的可可靠靠度度管管理理*24一可可靠靠度度設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)的的內(nèi)內(nèi)容容、、原原則則和和2內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：

l）產(chǎn)品有很多部分組成，理論上每個(gè)部分的可靠性都可以提高；

2）提高產(chǎn)品的可靠性主要是提高薄弱環(huán)節(jié)的可靠性；

3）可靠性設(shè)計(jì)包括一些列旨在提高產(chǎn)品可靠性的設(shè)計(jì)技術(shù)管理方法（冗余設(shè)計(jì)、全壽命設(shè)計(jì)、人機(jī)工程設(shè)計(jì)）；

4）可靠性設(shè)計(jì)管理是可靠性設(shè)計(jì)的根本保證，包括：可靠性管理規(guī)劃、可靠性設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)、可靠性信息系統(tǒng)。5）維修性設(shè)計(jì)§7.3設(shè)備備可可靠靠性性設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)第七七章章設(shè)設(shè)備備的的可可靠靠度度管管理理*25一可可靠靠度度設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)的的內(nèi)內(nèi)容容、、原原則則和和基基本本程程序序2原則則l）元元器器件件、、零零部部件件的的選選擇

2）盡量采用行之有效的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)和典型線(xiàn)路，使整個(gè)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化、標(biāo)準(zhǔn)化、積木化、插件化；

3）盡量采用成熟的工藝規(guī)程和習(xí)慣的操作方法；

4）在可靠性技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，采用新的設(shè)計(jì)方法，提高設(shè)計(jì)水平。§7.3設(shè)備備可可靠靠性性設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)第七七章章設(shè)設(shè)備備的的可可靠靠度度管管理理*26一可可靠靠度度設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)的的內(nèi)內(nèi)容容、、原原則則和和基基本本程程序序2原則則（總總結(jié)結(jié)））簡(jiǎn)化化設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)及早早發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)確確定定可可靠靠性性關(guān)關(guān)鍵鍵部部件件、、零零件件、、項(xiàng)項(xiàng)目目留有有余余量量（（冗冗余余設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)））降低低故故障障率率設(shè)計(jì)計(jì)優(yōu)優(yōu)化化維修修性性設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)防錯(cuò)錯(cuò)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)§7.3設(shè)備備可可靠靠性性設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)第七七章章設(shè)設(shè)備備的的可可靠靠度度管管理理*27一可可靠靠度度設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)的的內(nèi)內(nèi)容容、、原原則則和和基基本本程程序序3基本本程程序序設(shè)備備可可靠靠性性指指標(biāo)標(biāo)的的論論證證與與確確定定設(shè)備備可可靠靠性性預(yù)預(yù)測(cè)測(cè)和和可可靠靠度度分分配配設(shè)備備可可靠靠性性的的改改善善設(shè)備備可可靠靠性性設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)定定型型§7.3設(shè)備備可可靠靠性性設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)第七七章章設(shè)設(shè)備備的的可可靠靠度度管管理理*28二可可靠靠性性預(yù)預(yù)測(cè)測(cè)當(dāng)系系統(tǒng)統(tǒng)、、設(shè)設(shè)備備的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)方方案案初初步步確確定定以以后后，，這這時(shí)時(shí)尚尚無(wú)無(wú)生生產(chǎn)產(chǎn)方方案案，，則則不不能能對(duì)對(duì)設(shè)設(shè)備備進(jìn)進(jìn)行行可可靠靠性性試試驗(yàn)驗(yàn)，，但但可可以以利利用用設(shè)設(shè)備備的的零零部部件件或或系系統(tǒng)統(tǒng)的的各各組組成成單單元元的的失失效效率率數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)來(lái)來(lái)預(yù)預(yù)測(cè)測(cè)系系統(tǒng)統(tǒng)、、設(shè)設(shè)備備實(shí)實(shí)際際工工作作可可能能達(dá)達(dá)到到的的可可靠靠性性，，這這就就稱(chēng)稱(chēng)作作可可靠靠性性預(yù)預(yù)測(cè)測(cè)。。§7.3設(shè)備備可可靠靠性性設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)第七章設(shè)備備的可靠度管管理*29二可靠性預(yù)預(yù)測(cè)可靠性預(yù)測(cè)的的方法有兩種種：1）根據(jù)故障率率或平均無(wú)故故障工作時(shí)間間，估計(jì)零部部件、分系統(tǒng)統(tǒng)或系統(tǒng)可能能達(dá)到的可靠靠度；2）計(jì)算系統(tǒng)在在特定的應(yīng)用用中符合性能能和可靠性要要求的概率。?！?.3設(shè)備可靠性設(shè)設(shè)計(jì)第七章設(shè)備備的可靠度管管理*30二可靠性預(yù)預(yù)測(cè)實(shí)際故障率Ki：嚴(yán)格系數(shù)，，修正系數(shù)：基本故障率率§7.3設(shè)備可靠性設(shè)設(shè)計(jì)第七章設(shè)備備的可靠度管管理*31三冗余性設(shè)設(shè)計(jì)冗余性設(shè)計(jì)是是提高系統(tǒng)和和設(shè)備可靠性性的一種有效效的技術(shù)設(shè)計(jì)計(jì)方法。它是是為了保證完完成系統(tǒng)和設(shè)設(shè)備規(guī)定的功功能而額外附附加一些部件件或手段，即即使系統(tǒng)和設(shè)設(shè)備中的某一一部分發(fā)生故故障，但整個(gè)個(gè)系統(tǒng)和設(shè)備備卻仍能正常常工作的一種種設(shè)計(jì)。如:鋼鐵生產(chǎn)設(shè)備備中的安全裝裝置，增大安安全系數(shù)等§7.3設(shè)備可靠性設(shè)設(shè)計(jì)第七章設(shè)備備的可靠度管管理*32四可靠度分分配可靠度分配是是根據(jù)系統(tǒng)的的可靠度目標(biāo)標(biāo)，合理調(diào)配配各分系統(tǒng)的的可靠度指標(biāo)標(biāo)?？煽啃灶A(yù)測(cè)是是由元器件、、零配件、部部件、分系統(tǒng)統(tǒng)到系統(tǒng)，自自下而上進(jìn)行行。可靠度分分配正好相反反，一般是由由系統(tǒng)、分系系統(tǒng)、部件、、零配件到元元器件進(jìn)行分分配?！?.3設(shè)備可靠性設(shè)設(shè)計(jì)第七章設(shè)備備的可靠度管管理*33可靠度分配的的基本原則：：對(duì)關(guān)鍵的分系系統(tǒng)（或部件件），分配的的可靠度應(yīng)高高一些；對(duì)比較復(fù)雜的的分系統(tǒng)（部部件）分配的的可靠度應(yīng)低低一些；對(duì)環(huán)境、使用用條件不好的的分系統(tǒng)（或或部件》，分配的可靠靠度應(yīng)低一些些；對(duì)于維修性好好的分系統(tǒng)（（或部件），，分配的可靠靠度應(yīng)低一些些。應(yīng)用這些原則則還需根據(jù)各各種因素進(jìn)行行平衡協(xié)調(diào)。?！?.3設(shè)備可靠性設(shè)設(shè)計(jì)第七章設(shè)備備的可靠度管管理*34維修性：在規(guī)定條件下下使用的設(shè)備備，在規(guī)定時(shí)時(shí)間內(nèi)，按規(guī)規(guī)定的程序和和方法進(jìn)行維維修時(shí)保持或或恢復(fù)到能完完成規(guī)定功能能的能力。注意：絕大多多數(shù)設(shè)設(shè)備是是可以以維修修的，，即在在設(shè)備備發(fā)生生故障障時(shí)，，可以以通過(guò)過(guò)維修修恢復(fù)復(fù)其功功能，，重新新建立立起來(lái)來(lái)可靠靠度。?！?.4設(shè)備的的維修修性第七章章設(shè)設(shè)備的的可靠靠度管管理*35本節(jié)主主要講講授內(nèi)內(nèi)容:一維維修性性的特特征量量二有有效度度三維維修性性設(shè)計(jì)計(jì)（新新增加加）§7.4設(shè)備的的維修修性第七章章設(shè)設(shè)備的的可靠靠度管管理*36一維維修性性的特特征量量維修性性的特特征量量主要要有三三個(gè)：：維修度度修復(fù)率率平均修修復(fù)時(shí)時(shí)間任一特特征量量只能能表示示維修修性的的某－－特征征方面面。§7.4設(shè)備的的維修修性第七章章設(shè)設(shè)備的的可靠靠度管管理*37一維維修性性的特特征量量維修度度維修度度M（t），在在規(guī)定定條件件下使使用的的設(shè)備備，在在規(guī)定定時(shí)間間內(nèi)按按照規(guī)規(guī)定的的程序序和方方法進(jìn)進(jìn)行維維修時(shí)時(shí)，保保持和和恢復(fù)復(fù)到能能完成成規(guī)定定功能能狀態(tài)態(tài)的概概率。。維修度度M（t）對(duì)于于時(shí)間間的導(dǎo)導(dǎo)數(shù)，，稱(chēng)為為維修修密度度函數(shù)數(shù)，記記為m（t）維修密密度函函數(shù)表表示在在某一一時(shí)刻刻t，設(shè)備備系統(tǒng)統(tǒng)或零零部件件可能能修復(fù)復(fù)的瞬瞬時(shí)概概率。。§7.4設(shè)備的的維修修性第七章章設(shè)設(shè)備的的可靠靠度管管理*38一維維修性性的特特征量量修復(fù)率率修復(fù)率率u(t)，是修修理時(shí)時(shí)間己己達(dá)到到某個(gè)個(gè)時(shí)刻刻但尚尚未修修復(fù)設(shè)設(shè)備，，在該該時(shí)刻刻后的的單位位時(shí)間間內(nèi)完完成修修理的的概率率，即即§7.4設(shè)備的的維修修性第七章章設(shè)設(shè)備的的可靠靠度管管理*39一維維修性性的特特征量量維修性性函數(shù)數(shù)：維修度度M（t）維修密密度函函數(shù)m（t）修復(fù)率率u(t)維修性性函數(shù)數(shù)符合合正態(tài)態(tài)分布布、對(duì)對(duì)數(shù)分分布或或威布布爾分分布。?！?.4設(shè)備的的維修修性第七章章設(shè)設(shè)備的的可靠靠度管管理*40一維維修性性的特特征量量平均修修復(fù)時(shí)時(shí)間平均修修復(fù)時(shí)時(shí)間MTTR：修復(fù)復(fù)時(shí)間間的平平均值值。當(dāng)維修修度M（t）按指指數(shù)分分布時(shí)時(shí)，如如果平平均修修復(fù)時(shí)時(shí)間t=1/u，則維修度度§7.4設(shè)備的維修修性第七章設(shè)設(shè)備的可靠靠度管理*41一維修性性的特征量量平均修復(fù)時(shí)時(shí)間設(shè)備的修理理時(shí)間通常常包括下列列各項(xiàng)時(shí)間間消耗：1）故障（失效效）診斷時(shí)時(shí)間：包括測(cè)試發(fā)發(fā)生故障的的分系統(tǒng)、、部位、診診斷、查找找、確定故故障發(fā)生的的真正原因因所需的時(shí)時(shí)間；2）修理準(zhǔn)備時(shí)時(shí)間：包括備件、、材料準(zhǔn)備備，修理場(chǎng)場(chǎng)所準(zhǔn)備，，工具、試試驗(yàn)裝置準(zhǔn)準(zhǔn)備，技術(shù)術(shù)資料準(zhǔn)備備，修理人人員的配備備所需的時(shí)時(shí)間；3）修理實(shí)施時(shí)時(shí)間：包括解體、、修理、拆拆卸、更換換零件、裝裝配、換油油、調(diào)整、、驗(yàn)收等所所需的時(shí)間間?！?.4設(shè)備的維修修性第七章設(shè)設(shè)備的可靠靠