設(shè)備可靠性維修性與經(jīng)濟(jì)性課件

1、過(guò)程裝備維護(hù)與管理主講： 黃天成長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院1 設(shè)備可靠性2 設(shè)備維修性3 設(shè)備經(jīng)濟(jì)性 第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性在設(shè)備設(shè)計(jì)階段應(yīng)從成本、性能、效率等方面綜合考慮確定可靠性目標(biāo)。設(shè)計(jì)方案完成后要進(jìn)行可靠性預(yù)測(cè)，將預(yù)測(cè)結(jié)果與原定的可靠性目標(biāo)進(jìn)行比較，作為進(jìn)一步修改方案的依據(jù)。1 設(shè)備可靠性第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性定義：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。特點(diǎn)：設(shè)備的可靠性與規(guī)定條件是分不開(kāi)的。設(shè)備的可靠性與規(guī)定時(shí)間密切相關(guān)。設(shè)備的可靠性與規(guī)定功能有關(guān)。一、定義1 設(shè)備可靠性第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性二、特征量定義：能夠?qū)υO(shè)備可靠

2、性的相應(yīng)能力作出數(shù)量表示的量。 可靠度 失效率 平均故障工作時(shí)間 有效度1 設(shè)備可靠性第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性（1）可靠度與不可靠度可靠度R（t）：是指零部件、每臺(tái)設(shè)備或一套裝置在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間t內(nèi)完成規(guī)定功能的概率。不可靠度F（t）：設(shè)備在規(guī)定時(shí)間t內(nèi)發(fā)生故障的概率或累積故障率稱為設(shè)備的不可靠度。R（t）+F（t）=1其中：二、特征量1 設(shè)備可靠性第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性（2）固有可靠度R1指設(shè)備在設(shè)計(jì)、制造時(shí)內(nèi)在的可靠度（狹義的可靠度）。設(shè)備按一定的設(shè)計(jì)圖紙和工藝方法制造完成后，其可靠度即成為設(shè)備的固有屬性，即固有可靠度。二、特征量1 設(shè)備可靠性第二章 設(shè)備的

3、可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性（3）使用可靠度R2指設(shè)備在使用過(guò)程中，受環(huán)境條件、操作、維修、儲(chǔ)運(yùn)等種種因素影響，對(duì)降低固有可靠度R1的概率。二、特征量1 設(shè)備可靠性第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性（4）工作可靠度R0指設(shè)備在規(guī)定的功能和條件下使用時(shí)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，發(fā)揮規(guī)定功能的概率，即二、特征量1 設(shè)備可靠性第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性（5）平均壽命對(duì)于可修復(fù)設(shè)備、裝置、零部件來(lái)說(shuō)，平均無(wú)故障工作時(shí)間MTBF是它的平均壽命；對(duì)于不可修復(fù)裝置、設(shè)備零部件來(lái)說(shuō)，失效前平均時(shí)間MTTF是它的平均壽命，或平均失效時(shí)間。二、特征量1 設(shè)備可靠性第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性（6）平均無(wú)故障工

4、作時(shí)間MTBF指相鄰兩故障間正常工作的平均值。平均無(wú)故障時(shí)間越長(zhǎng)，設(shè)備可靠度越高。系統(tǒng)的MTBF的計(jì)算，如果是對(duì)可修復(fù)系統(tǒng)（一個(gè)系統(tǒng)或多個(gè)相同系統(tǒng)）只要有足夠的累積工作時(shí)間與故障發(fā)生次數(shù)的原始數(shù)據(jù)，就可求出它們的比值；如果已知系統(tǒng)的可靠度函數(shù)或者故障分布密度函數(shù)，可以通過(guò)積分處理求得系統(tǒng)的MTBF。二、特征量1 設(shè)備可靠性第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性（7）失效前平均時(shí)間MTTF對(duì)于不可修復(fù)系統(tǒng)，可用失效前平均時(shí)間作為其可靠性的數(shù)量度量。MTTF是系統(tǒng)從開(kāi)始工作到失效這一段時(shí)間的平均值。二、特征量1 設(shè)備可靠性第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性（8）失效（故障）率失效率是指工作到某時(shí)刻

5、尚未失效的系統(tǒng)在該時(shí)刻以后單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的概率。對(duì)可修復(fù)的系統(tǒng)通常也稱為故障率。二、特征量1 設(shè)備可靠性第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性三、常用的故障分布函數(shù)可靠度是設(shè)備使用到某時(shí)間時(shí)無(wú)故障的概率，故可靠度也可以用以時(shí)間t為隨機(jī)變量的分布函數(shù)R（t）來(lái)表示：可靠度函數(shù)故障分布密度函數(shù)故障分布函數(shù)1 設(shè)備可靠性第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性三、常用的故障分布函數(shù)1 設(shè)備可靠性第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性三、常用的故障分布函數(shù)故障函數(shù)為：或：積分：平均壽命：1 設(shè)備可靠性第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性三、常用的故障分布函數(shù)分布密度函數(shù)：故障密度函數(shù)：平均壽命：1 設(shè)備可

6、靠性第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性三、常用的故障分布函數(shù)（1）指數(shù)分布可靠度函數(shù)為：1 設(shè)備可靠性第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性三、常用的故障分布函數(shù)（1）指數(shù)分布1 設(shè)備可靠性第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性三、常用的故障分布函數(shù)例：某設(shè)備經(jīng)7000h的觀察，發(fā)生了10次故障，故障發(fā)生的時(shí)間是隨機(jī)的。假設(shè)故障的分布服從指數(shù)分布，試求該設(shè)備的平均壽命以及從開(kāi)機(jī)到工作1000h后的可靠度。解：按照指數(shù)分布的特點(diǎn)，平均壽命為工作1000h后的可靠度為（1）指數(shù)分布1 設(shè)備可靠性第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性三、常用的故障分布函數(shù)例：某系統(tǒng)由三個(gè)分系統(tǒng)串聯(lián)組成，系統(tǒng)和分系統(tǒng)故障

7、分布均為指數(shù)分布時(shí)，若各系統(tǒng)的MTBF分別為200h、80h、300h，則整個(gè)系統(tǒng)的MTBF是多少？解：故：（1）指數(shù)分布1 設(shè)備可靠性第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性三、常用的故障分布函數(shù)（2）正態(tài)分布故障分布密度：故障分布函數(shù)：可靠度函數(shù)：令：1 設(shè)備可靠性第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性三、常用的故障分布函數(shù)（2）正態(tài)分布故障分布密度：故障分布函數(shù)：可靠度函數(shù)：其中：標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布N（0，1）1 設(shè)備可靠性第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性三、常用的故障分布函數(shù)（2）正態(tài)分布例：從某批儀器中抽取5臺(tái)儀器進(jìn)行壽命試驗(yàn)，各臺(tái)儀器到發(fā)生故障的時(shí)間為10.5h，11.0h，11.2h，1

8、2.5h，12.8h， 。求該批儀器故障服從正態(tài)分布時(shí)的平均壽命及其方差2，并求t=12時(shí)的可靠度。解：1 設(shè)備可靠性第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性三、常用的故障分布函數(shù)（2）正態(tài)分布1 設(shè)備可靠性第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性三、常用的故障分布函數(shù)（3）威布爾分布威布爾分布是常用故障分布函數(shù)中較為復(fù)雜的一種，是三參數(shù)的連續(xù)分布，它是指數(shù)分布和正態(tài)分布的補(bǔ)充?？煽慷群瘮?shù)、故障分布密度函數(shù)、故障率函數(shù)分別為：形狀參數(shù)特征壽命保證壽命1 設(shè)備可靠性第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性三、常用的故障分布函數(shù)（3）威布爾分布形狀參數(shù)是決定威布爾分布密度曲線形狀的，在可靠性壽命研究中，形狀參

9、數(shù)表示系統(tǒng)壽命的離散情況，它是威布爾分布具有實(shí)質(zhì)意義的參數(shù)。當(dāng)=1時(shí)，(t)=1/,威布爾分布蛻化為指數(shù)分布。當(dāng)=3時(shí)，威布爾分布密度曲線與正態(tài)分布密度曲線極為近似。1 設(shè)備可靠性第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性三、常用的故障分布函數(shù)（3）威布爾分布當(dāng)1時(shí)，威布爾分布所對(duì)應(yīng)的故障率(t)有單調(diào)增加的傾向；當(dāng)1時(shí)，威布爾分布所對(duì)應(yīng)的故障率(t)有單調(diào)減小的傾向。1 設(shè)備可靠性第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性三、常用的故障分布函數(shù)（3）威布爾分布1 設(shè)備可靠性第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性三、常用的故障分布函數(shù)（3）威布爾分布1 設(shè)備可靠性第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性三、常用

10、的故障分布函數(shù)（3）威布爾分布為特征壽命，當(dāng)=(t-t0)時(shí)，R(t)=e-1=0.37,即當(dāng)使用時(shí)間達(dá)到(+t0)時(shí)，預(yù)期有37%的零件完好，63%的零件發(fā)生故障。t0為故障發(fā)生期的閾值或保證壽命。在許多耗損故障中，只有經(jīng)過(guò)時(shí)間t0后，才會(huì)出現(xiàn)第一次故障。在威布爾分布函數(shù)中，時(shí)間度量總是以間隔期(t-t0)的形式出現(xiàn)。第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性2 設(shè)備維修性定義：在規(guī)定條件下使用的設(shè)備，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，按規(guī)定的程序和方法進(jìn)行維修時(shí)，保持或恢復(fù)到能完成規(guī)定功能的能力。維修性是設(shè)備的一種設(shè)計(jì)與裝配的特性。一、定義維修性與可靠性之間的關(guān)系：可靠性與系統(tǒng)的維修效果有關(guān)。從系統(tǒng)效能觀點(diǎn)看，可靠

11、性與維修性相結(jié)合，能夠保證系統(tǒng)的有效度。從費(fèi)用觀點(diǎn)看，采用有效的設(shè)計(jì)方法來(lái)保證可靠性與維修性，能夠減少維修費(fèi)用。在規(guī)定條件下，設(shè)備的可靠性和維修性都應(yīng)相當(dāng)穩(wěn)定。第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性2 設(shè)備維修性一、定義第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性2 設(shè)備維修性二、特征量定義：能夠?qū)υO(shè)備維修性的相應(yīng)能力作出數(shù)量表示的量。維修度；修復(fù)率；平均修復(fù)時(shí)間。第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性2 設(shè)備維修性二、特征量（1）維修度M（t）由于故障發(fā)生的原因、部位以及設(shè)備所處的環(huán)境等條件有所不同，故維修所需要的時(shí)間通常是一個(gè)隨機(jī)變量，與可靠度的情況相同，給出一個(gè)描述維修時(shí)間概率規(guī)律的尺度，稱為“維修

12、度”。定義：在規(guī)定條件下使用的設(shè)備，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)按照規(guī)定的程序和方式進(jìn)行維修時(shí)，保持和恢復(fù)到完成規(guī)定功能狀態(tài)的概率。第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性2 設(shè)備維修性二、特征量規(guī)定程序和方法：預(yù)防維修或事后維修等方式的選定。故障檢測(cè)方法及裝置的選定。維修標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)資料等的準(zhǔn)備。維修用零部件、工具材料的準(zhǔn)備。維修作業(yè)環(huán)境的規(guī)定。維修操作規(guī)則的規(guī)定。維修人員技術(shù)等級(jí)的要求。第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性2 設(shè)備維修性二、特征量（2）修復(fù)率修復(fù)率是指修理時(shí)間已達(dá)到某個(gè)時(shí)刻尚未修復(fù)設(shè)備，在該時(shí)刻后的單位時(shí)間內(nèi)完成修復(fù)的概率。第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性2 設(shè)備維修性二、特征量（2）平均修

13、復(fù)時(shí)間MTTR平均修復(fù)時(shí)間是指修復(fù)時(shí)間的平均值，設(shè)備的修理時(shí)間通常包括下列各項(xiàng)時(shí)間消耗。故障診斷時(shí)間。修理準(zhǔn)備時(shí)間。修理實(shí)施時(shí)間。第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性2 設(shè)備維修性三、維修度函數(shù)維修分布密度函數(shù)維修度第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性2 設(shè)備維修性維修度函數(shù)、維修分布密度函數(shù)和修復(fù)率之間的關(guān)系三、維修度函數(shù)維修度函數(shù)形式同樣可以按指數(shù)分布、正態(tài)分布、對(duì)數(shù)分布等來(lái)表示。第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性2 設(shè)備維修性三、維修度函數(shù)指數(shù)分布的維修度函數(shù)：第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性2 設(shè)備維修性三、維修度函數(shù)第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性2 設(shè)備維修性三、維修度函

14、數(shù)例1：某設(shè)備過(guò)去的平均修復(fù)時(shí)間為20h，現(xiàn)在該設(shè)備又發(fā)生了故障，假設(shè)維修條件不變，試估算該設(shè)備在12h、24h和48h時(shí)的修復(fù)的維修度。第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性2 設(shè)備維修性三、維修度函數(shù)例2：根據(jù)維修日志，某電子計(jì)算機(jī)在一個(gè)月內(nèi)，發(fā)生15次故障，共停機(jī)1200min。根據(jù)正常運(yùn)行研究分析，假設(shè)故障分布函數(shù)服從指數(shù)分布。按要求故障停機(jī)時(shí)間不能超過(guò)100min。因此，用100min作為規(guī)定修復(fù)時(shí)間，試求其維修度。估算修復(fù)率：維修度：第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性2 設(shè)備維修性四、有效度A定義：可修復(fù)的系統(tǒng)、設(shè)備或零部件等在某特定時(shí)間內(nèi)具有或維持其規(guī)定功能的概率。有效度使用時(shí)間

15、停歇時(shí)間第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性2 設(shè)備維修性四、有效度A使用時(shí)間平均值停歇時(shí)間平均值第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性2 設(shè)備維修性四、有效度A3 設(shè)備經(jīng)濟(jì)性 第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性3 設(shè)備經(jīng)濟(jì)性 第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性一、壽命周期費(fèi)用曲線3 設(shè)備經(jīng)濟(jì)性 第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性二、壽命周期費(fèi)用的估算費(fèi)用構(gòu)成3 設(shè)備經(jīng)濟(jì)性 第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性二、壽命周期費(fèi)用的估算費(fèi)用構(gòu)成3 設(shè)備經(jīng)濟(jì)性 第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性二、壽命周期費(fèi)用的估算費(fèi)用分解結(jié)構(gòu)應(yīng)符合的要求必須考慮到設(shè)備費(fèi)用中的所有各個(gè)組成部分；各項(xiàng)費(fèi)用類目通

16、常是用一個(gè)明顯的活動(dòng)等級(jí)或硬件的某個(gè)重要部分來(lái)表示；在考慮費(fèi)用結(jié)構(gòu)及其類目的名稱符號(hào)時(shí)，應(yīng)使對(duì)所要求的各個(gè)具體領(lǐng)域進(jìn)行分析時(shí)與其他領(lǐng)域無(wú)關(guān)；3 設(shè)備經(jīng)濟(jì)性 第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性二、壽命周期費(fèi)用的估算費(fèi)用分解結(jié)構(gòu)應(yīng)符合的要求各項(xiàng)費(fèi)用可以在不同的水平上加以累計(jì)，具體要求取決于所關(guān)心的領(lǐng)域和所要求的深細(xì)程度；當(dāng)涉及一項(xiàng)具體的計(jì)劃時(shí)，費(fèi)用結(jié)構(gòu)應(yīng)該同此項(xiàng)計(jì)劃的工作程序結(jié)構(gòu)和管理部門(mén)所用的財(cái)會(huì)程序協(xié)調(diào)一致；費(fèi)用結(jié)構(gòu)應(yīng)該能夠鑒別出那些需要嚴(yán)格的監(jiān)督和控制的特定部分。3 設(shè)備經(jīng)濟(jì)性 第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性二、壽命周期費(fèi)用的估算費(fèi)用估算依據(jù)費(fèi)用估算： 是對(duì)設(shè)計(jì)制造或購(gòu)置某項(xiàng)設(shè)備工程

17、時(shí)所發(fā)生的預(yù)期費(fèi)的估計(jì)或判斷。依據(jù)如下：已知費(fèi)用指標(biāo)或估算比率。各種估算函數(shù)或關(guān)系式。專家意見(jiàn)。所估算的費(fèi)用3 設(shè)備經(jīng)濟(jì)性 第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性費(fèi)用估算依據(jù)二、壽命周期費(fèi)用的估算常見(jiàn)的費(fèi)用估算關(guān)系式：簡(jiǎn)單的線性函數(shù) 某一常量變量3 設(shè)備經(jīng)濟(jì)性 第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性費(fèi)用估算依據(jù)二、壽命周期費(fèi)用的估算常見(jiàn)的費(fèi)用估算關(guān)系式：非線性函數(shù) 所估算的費(fèi)用某一常量行使距離3 設(shè)備經(jīng)濟(jì)性 第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性費(fèi)用估算依據(jù)二、壽命周期費(fèi)用的估算常見(jiàn)的費(fèi)用估算關(guān)系式：多變量函數(shù) 所估算的費(fèi)用某一常量各個(gè)變量3 設(shè)備經(jīng)濟(jì)性 第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性費(fèi)用估算

18、依據(jù)二、壽命周期費(fèi)用的估算估算程序 3 設(shè)備經(jīng)濟(jì)性 第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性費(fèi)用估算依據(jù)二、壽命周期費(fèi)用的估算估算程序 3 設(shè)備經(jīng)濟(jì)性 第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性費(fèi)用估算依據(jù)估算程序 二、壽命周期費(fèi)用的估算3 設(shè)備經(jīng)濟(jì)性 第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性費(fèi)用估算依據(jù)估算程序 二、壽命周期費(fèi)用的估算3 設(shè)備經(jīng)濟(jì)性 第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性三、設(shè)備綜合效率綜合效率設(shè)備的總輸入一生的總輸出設(shè)備一生的總輸出：指全部的PQCDSM。即應(yīng)當(dāng)在滿足S和M，并達(dá)到規(guī)定的Q、C和D的條件下，輸出P。系統(tǒng)效率 可以采用年平均量、技術(shù)成果、可靠性、維修性、維修作業(yè)效率等來(lái)表示。3 設(shè)備經(jīng)濟(jì)性 第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性四、費(fèi)用效率3 設(shè)備經(jīng)濟(jì)性 第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性四、費(fèi)用效率例：現(xiàn)有三種可供選擇的設(shè)備A、B、C，其壽命周期費(fèi)用分別為120萬(wàn)元、110萬(wàn)元和100萬(wàn)元，生產(chǎn)效率分別為1620噸/日、1510噸/日和1410噸/日。試求三種設(shè)備的費(fèi)用效率。3 設(shè)備經(jīng)濟(jì)性 第二章 設(shè)備的可靠性、維修性與經(jīng)濟(jì)性五、設(shè)備壽命周期的收益分析1、收益方程式壽命周期費(fèi)用（設(shè)備一生的總輸入）：總輸入原始購(gòu)入價(jià)格每年維護(hù)費(fèi)使用年限3 設(shè)備經(jīng)濟(jì)性 第二章 設(shè)備的可靠