設(shè)備的可靠性管理

*1內(nèi)蒙古科技大學機械工程學院InnerMongoliaUniversityofscienceandtechnology

CollegeofMechanicalandEngineering第七章設(shè)備的可靠性管理授課者:閆洪波內(nèi)蒙古科技大學機械工程學院《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。可靠性指標則不能用儀表測定，要想衡量設(shè)備的可靠性，必須進行可靠性研究、試驗和分析，才有可能作出正確的估計和評定。引言第七章設(shè)備的可靠性管理*3可靠性是衡量設(shè)備好壞的一個重要指標。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題：如何來保證設(shè)備的可靠性呢？（設(shè)計＋使用）設(shè)備的可靠性如何來估算？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)的可靠度四復雜系統(tǒng)的可靠度§7.1系統(tǒng)可靠度計算第七章設(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立的。此設(shè)備的狀態(tài)不會影響另一臺設(shè)備的狀態(tài)；（實際上設(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)的可靠度在由幾個元素組成的并聯(lián)系統(tǒng)中，只要有一個元素在發(fā)揮其功能則系統(tǒng)就能保待工作狀態(tài)。這種情況相當于概率論中所說事件的“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）。因為可靠度與不可靠度之和為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)可靠度的計算沒有一成不變的公式，而需對串、并聯(lián)的具體方式進行分析。它的計算是以式§7.1系統(tǒng)可靠度計算第七章設(shè)備的可靠性管理*9四復雜系統(tǒng)的可靠度（了解）討論：一組設(shè)備內(nèi)有n個相同的獨立的系統(tǒng)，每個系統(tǒng)的可靠度為R，在這n個系統(tǒng)中，有k個以上系統(tǒng)正常工作的概率RS§7.1系統(tǒng)可靠度計算第七章設(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的故障分布函數(shù)（自學）§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*11一平均壽命命對于可修復系系統(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次故障前的無無故障工作時時間，可用兩兩次大修間的的正常工作時時間T代替（如果每每次故障后進進行修理的話話）；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*12一平均壽命命對于不可修復復系統(tǒng)或機件件來說，失效效前平均時間間（MTTF）是它的平均均壽命，即從從開始使用到到失效報廢的的平均時間。。一般來說系統(tǒng)統(tǒng)的MTTF是通過試驗得得到的，特殊殊情況下，如如不可修復系系統(tǒng)的可靠度度函數(shù)R（t）為指數(shù)分布布時，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*13二幾種常見見的故障分布布函數(shù)（自學）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。應用一個簡單的指數(shù)分布函數(shù)，便可推導出設(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*15二幾種常見見的故障分布布函數(shù)（自學）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*16二幾種常見見的故障分布布函數(shù)（自學）2、正態(tài)分布布正態(tài)分布是是數(shù)理統(tǒng)計計中的經(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)來表示示故障分布布密度的可可靠度函數(shù)數(shù)兩個參數(shù)，，母體平均均值的估計計值θ和母體方差差的估計值值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*17二幾種常常見的故障障分布函數(shù)數(shù)（自學）2、正態(tài)分布布對于標準正正態(tài)分布N（0，1），如果把把標準離差差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*18二幾種常常見的故障障分布函數(shù)數(shù)（自學）3、威布爾分分布(了解)威布爾是常常用故障中中較為復雜雜的一種，，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*19二幾種常常見的故障障分布函數(shù)數(shù)（自學）3、威布爾分分布（了解解）對應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)備實際工工作時的可可靠度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)計和設(shè)備備整個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)計計出來的、、是制造出出來的、是是管理出來來的！設(shè)計生產(chǎn)管理§7.3設(shè)備可靠性性設(shè)計第七章設(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)計四可靠度分配§7.3設(shè)備可靠性性設(shè)計第七章設(shè)設(shè)備的可靠靠度管理*23一可靠度度設(shè)計的內(nèi)內(nèi)容、原則則和基本程程序1內(nèi)容可靠性設(shè)計計：為實現(xiàn)現(xiàn)產(chǎn)品可靠靠性指標而而進行的設(shè)設(shè)計?？煽啃栽O(shè)計計的內(nèi)容包包括：對系系統(tǒng)、設(shè)備備的可靠性性進行預測測，對系統(tǒng)統(tǒng)、設(shè)備的的可靠度進進行分配，，進行技術(shù)術(shù)設(shè)計，進進行可靠性性評審等工工作。預測分分配技技術(shù)設(shè)設(shè)計評評審§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)計計的的內(nèi)內(nèi)容容、、原原則則和和2內(nèi)容包括以下幾個方面：

l）產(chǎn)品有很多部分組成，理論上每個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)計包括一些列旨在提高產(chǎn)品可靠性的設(shè)計技術(shù)管理方法（冗余設(shè)計、全壽命設(shè)計、人機工程設(shè)計）；

4）可靠性設(shè)計管理是可靠性設(shè)計的根本保證，包括：可靠性管理規(guī)劃、可靠性設(shè)計規(guī)范標準法規(guī)、可靠性信息系統(tǒng)。5）維修性設(shè)計§7.3設(shè)備備可可靠靠性性設(shè)設(shè)計計第七七章章設(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)計計的的內(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準結(jié)構(gòu)和典型線路，使整個設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單化、標準化、積木化、插件化；

3）盡量采用成熟的工藝規(guī)程和習慣的操作方法；

4）在可靠性技術(shù)設(shè)計時，采用新的設(shè)計方法，提高設(shè)計水平?！?.3設(shè)備備可可靠靠性性設(shè)設(shè)計計第七七章章設(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)計計的的內(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)））簡化化設(shè)設(shè)計計及早早發(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、、項項目目留有有余余量量（（冗冗余余設(shè)設(shè)計計））降低低故故障障率率設(shè)計計優(yōu)優(yōu)化化維修修性性設(shè)設(shè)計計防錯錯設(shè)設(shè)計計§7.3設(shè)備備可可靠靠性性設(shè)設(shè)計計第七七章章設(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)計計的的內(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標的的論論證證與與確確定定設(shè)備備可可靠靠性性預預測測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)計計定定型型§7.3設(shè)備備可可靠靠性性設(shè)設(shè)計計第七七章章設(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預測測當系系統(tǒng)統(tǒng)、、設(shè)設(shè)備備的的設(shè)設(shè)計計方方案案初初步步確確定定以以后后，，這這時時尚尚無無生生產(chǎn)產(chǎn)方方案案，，則則不不能能對對設(shè)設(shè)備備進進行行可可靠靠性性試試驗驗，，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)來來預預測測系系統(tǒng)統(tǒng)、、設(shè)設(shè)備備實實際際工工作作可可能能達達到到的的可可靠靠性性，，這這就就稱稱作作可可靠靠性性預預測測。。§7.3設(shè)備備可可靠靠性性設(shè)設(shè)計計第七章設(shè)備備的可靠度管管理*29二可靠性預預測可靠性預測的的方法有兩種種：1）根據(jù)故障率率或平均無故故障工作時間間，估計零部部件、分系統(tǒng)統(tǒng)或系統(tǒng)可能能達到的可靠靠度；2）計算系統(tǒng)在在特定的應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)計第七章設(shè)備備的可靠度管管理*30二可靠性預預測實際故障率Ki：嚴格系數(shù)，，修正系數(shù)：基本故障率率§7.3設(shè)備可靠性設(shè)設(shè)計第七章設(shè)備備的可靠度管管理*31三冗余性設(shè)設(shè)計冗余性設(shè)計是是提高系統(tǒng)和和設(shè)備可靠性性的一種有效效的技術(shù)設(shè)計計方法。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，但整個個系統(tǒng)和設(shè)備備卻仍能正常常工作的一種種設(shè)計。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)的的可靠度目標標，合理調(diào)配配各分系統(tǒng)的的可靠度指標標。可靠性預測是是由元器件、、零配件、部部件、分系統(tǒng)統(tǒng)到系統(tǒng)，自自下而上進行行?？煽慷确址峙湔孟喾捶?，一般是由由系統(tǒng)、分系系統(tǒng)、部件、、零配件到元元器件進行分分配。§7.3設(shè)備可靠性設(shè)設(shè)計第七章設(shè)備備的可靠度管管理*33可靠度分配的的基本原則：：對關(guān)鍵的分系系統(tǒng)（或部件件），分配的的可靠度應高高一些；對比較復雜的的分系統(tǒng)（部部件）分配的的可靠度應低低一些；對環(huán)境、使用用條件不好的的分系統(tǒng)（或或部件》，分配的可靠靠度應低一些些；對于維修性好好的分系統(tǒng)（（或部件），，分配的可靠靠度應低一些些。應用這些原則則還需根據(jù)各各種因素進行行平衡協(xié)調(diào)。?！?.3設(shè)備可靠性設(shè)設(shè)計第七章設(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)定時時間內(nèi)，按規(guī)規(guī)定的程序和和方法進行維維修時保持或或恢復到能完完成規(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，，可以以通過過維修修恢復復其功功能，，重新新建立立起來來可靠靠度。?！?.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)計計（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：：維修度度修復率率平均修修復時時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?！?.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)定定時間間內(nèi)按按照規(guī)規(guī)定的的程序序和方方法進進行維維修時時，保保持和和恢復復到能能完成成規(guī)定定功能能狀態(tài)態(tài)的概概率。。維修度度M（t）對于于時間間的導導數(shù)，，稱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刻刻t，設(shè)備備系統(tǒng)統(tǒng)或零零部件件可能能修復復的瞬瞬時概概率。?！?.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率率修復率率u(t)，是修修理時時間己己達到到某個個時刻刻但尚尚未修修復設(shè)設(shè)備，，在該該時刻刻后的的單位位時間間內(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、對對數(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時時間平均修修復時時間MTTR：修復復時間間的平平均值值。當維修修度M（t）按指指數(shù)分分布時時，如如果平平均修修復時時間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時時間設(shè)備的修理理時間通常常包括下列列各項時間間消耗：1）故障（失效效）診斷時時間：包括測試發(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時間；2）修理準備時時間：包括備件、、材料準備備，修理場場所準備，，工具、試試驗裝置準準備，技術(shù)術(shù)資料準備備，修理人人員的配備備所需的時時間；3）修理實施時時間：包括解體、、修理、拆拆卸、更換換零件、裝裝配、換油油、調(diào)整、、驗收等所所需的時間間。§7.4設(shè)備的維修修性第七章設(shè)設(shè)備的可靠靠