第七章 设备的可靠性管理.ppt

1、2019年3月16日9时9分,1,内蒙古科技大学机械工程学院 Inner Mongolia University of science and technology College of Mechanical and Engineering,第七章 设备的可靠性管理,授课者:闫洪波,内蒙古科技大学机械工程学院现代设备管理,2019年3月16日9时9分,2,可靠性：是指系统、设备或零部件在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。 设备的可靠性能用可靠度表示。可靠性指标则不能用仪表测定，要想衡量设备的可靠性，必须进行可靠性研究、试验和分析，才有可能作出正确的估计和评定。,引言,第七章 设备的可

2、靠性管理,2019年3月16日9时9分,3,可靠性是衡量设备好坏的一个重要指标。 卫星、宇航设备、航空航天设备、飞行器要求极高的可靠性 交通工具、电力设备、水电站等也要求很高的可靠性问题： 如何来保证设备的可靠性呢？（设计使用） 设备的可靠性如何来估算？ 设备的寿命和故障如何分布？,引言,第七章 设备的可靠性管理,2019年3月16日9时9分,4,本章主要内容： 第一节 系统的可靠度计算 第二节 平均寿命和常用的故障分析函数 第三节 设备可靠性设计 第四节 设备维修性,目录,第七章 设备可靠性管理,2019年3月16日9时9分,5,本节主要讲授内容: 一 串联系统的可靠度 二 并联系统的可靠度

3、 三 混联系统的可靠度 四 复杂系统的可靠度,7.1 系统可靠度计算,第七章 设备的可靠性管理,2019年3月16日9时9分,6,一 串联系统的可靠度 假定设备系统中各元素的可靠性是独立的。 此设备的状态不会影响另一台设备的状态；（实际上设备之间是存在相互影响的，即密感性） 这一构件的功能是否正常，也与另一零件是否失效无关。 系统的串联就是事件的“交集”（或积）。 设串联元素的可靠度分别为R1、R2、Rn，则系统的可靠度为,7.1 系统可靠度计算,第七章 设备的可靠性管理,2019年3月16日9时9分,7,二 并联系统的可靠度 在由几个元素组成的并联系统中，只要有一个元素在发挥其功能则系统就能

4、保待工作状态。这种情况相当于概率论中所说事件的“并集”（和） 设并联元素的可靠度分别为R1、R2、Rn，则此系统处于故障状态的概率为（1R1）（lR2）（1Rn）。因为可靠度与不可靠度之和为 1所以，并联系统的可靠度为：,7.1 系统可靠度计算,第七章 设备的可靠性管理,2019年3月16日9时9分,8,三 混联系统的可靠度 混联系统可靠度的计算没有一成不变的公式，而需对串、并联的具体方式进行分析。它的计算是以式,7.1 系统可靠度计算,第七章 设备的可靠性管理,2019年3月16日9时9分,9,四 复杂系统的可靠度（了解） 讨论：一组设备内有n个相同的独立的系统，每个系统的可靠度为R，在这n

5、个系统中，有k个以上系统正常工作的概率RS,7.1 系统可靠度计算,第七章 设备的可靠性管理,2019年3月16日9时9分,10,本节主要讲授内容: 一 平均寿命 二 几种常见的故障分布函数（自学）,7.2 平均寿命和常用的故障分析函数,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,11,一 平均寿命 对于可修复系统或设备，平均故障间隔期（MTBF）是它的平均寿命。式中： 为设备在第i次故障前的无故障工作时间，可用两次大修间的正常工作时间T代替（如果每次故障后进行修理的话）；n为设备发生的总的故障次数。,7.2 平均寿命和常用的故障分析函数,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月1

6、6日9时9分,12,一 平均寿命 对于不可修复系统或机件来说，失效前平均时间（MTTF）是它的平均寿命，即从开始使用到失效报废的平均时间。 一般来说系统的MTTF是通过试验得到的，特殊情况下，如不可修复系统的可靠度函数R（t）为指数分布时，系统的MTTF也可利用分布积分求得，即,7.2 平均寿命和常用的故障分析函数,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,13,二 几种常见的故障分布函数（自学） 指数分布 正态分布 威布尔分布,7.2 平均寿命和常用的故障分析函数,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,14,二 几种常见的故障分布函数（自学） 1、指数分布指数

7、分布是设备可靠性中最广泛的一种分布，是连续单参数分布。应用一个简单的指数分布函数，便可推导出设备的可靠度函数，即,7.2 平均寿命和常用的故障分析函数,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,15,二 几种常见的故障分布函数（自学） 1、指数分布 指数分布的故障分布密度函数f(t)、故障率函数Z（t）和平均寿命分别服从下列公式：在这种情况下，平均寿命也就是其分布参数的倒数，且MTBF与MTTF相等。,7.2 平均寿命和常用的故障分析函数,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,16,二 几种常见的故障分布函数（自学） 2、正态分布 正态分布是数理统计中的经典分布

8、，是双参数连续分布。用正态函数来表示故障分布密度的可靠度函数两个参数，母体平均值的估计值和母体方差的估计值2分别为,7.2 平均寿命和常用的故障分析函数,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,17,二 几种常见的故障分布函数（自学） 2、正态分布 对于标准正态分布N（0，1），如果把标准离差u作为变量，则u的定义则uN（0，1） 于是可靠度函数即可变换为：,7.2 平均寿命和常用的故障分析函数,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,18,二 几种常见的故障分布函数（自学） 3、威布尔分布(了解) 威布尔是常用故障中较为复杂的一种，是三参数的连续分布，它是指数

9、分布和正态分布的补充。 可靠度函数R(t)可用威布尔表示为,7.2 平均寿命和常用的故障分析函数,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,19,二 几种常见的故障分布函数（自学） 3、威布尔分布（了解） 对应的故障分布密度函数f(t)和故障率函数Z(t)分别为：式中： a：形状参数；B：尺度参数；C：位置参数,7.2 平均寿命和常用的故障分析函数,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,20,设备实际工作时的可靠度R0，除受固有可靠度R1影响外，还受到使用可靠度R2的影响，这三者之间关系为：,7.3 设备可靠性设计,第七章 设备的可靠度管理,要求工程技术人员从可

10、靠性设计和设备整个寿命周期的可靠性管理，两方面提高设备的可靠度,2019年3月16日9时9分,21,设备的可靠性是设计出来的、是制造出来的、是管理出来的！设计 生产 管理,7.3 设备可靠性设计,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,22,本节主要讲授内容: 一 可靠度设计的内容、原则和基本程序 二 可靠性预测 三 冗余性设计 四 可靠度分配,7.3 设备可靠性设计,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,23,一 可靠度设计的内容、原则和基本程序 1 内容 可靠性设计：为实现产品可靠性指标而进行的设计。 可靠性设计的内容包括：对系统、设备的可靠性进行预测，对

11、系统、设备的可靠度进行分配，进行技术设计，进行可靠性评审等工作。预测 分配 技术设计 评审,7.3 设备可靠性设计,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,24,一 可靠度设计的内容、原则和基本程序 2 内容包括以下几个方面：l）产品有很多部分组成，理论上每个部分的可靠性都可以提高；2）提高产品的可靠性主要是提高薄弱环节的可靠性；3）可靠性设计包括一些列旨在提高产品可靠性的设计技术管理方法（冗余设计、全寿命设计、人机工程设计）；4）可靠性设计管理是可靠性设计的根本保证，包括：可靠性管理规划、可靠性设计规范标准法规、可靠性信息系统。5）维修性设计,7.3 设备可靠性设计,第七章

12、设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,25,一 可靠度设计的内容、原则和基本程序 2 原则l）元器件、零部件的选择要注意标准化、系列化；2）尽量采用行之有效的标准结构和典型线路，使整个设备结构简单化、标准化、积木化、插件化；3）尽量采用成熟的工艺规程和习惯的操作方法；4）在可靠性技术设计时，采用新的设计方法，提高设计水平。,7.3 设备可靠性设计,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,26,一 可靠度设计的内容、原则和基本程序 2 原则（总结） 简化设计 及早发现确定可靠性关键部件、零件、项目 留有余量（冗余设计） 降低故障率 设计优化 维修性设计 防错设计,7.3

13、 设备可靠性设计,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,27,一 可靠度设计的内容、原则和基本程序 3 基本程序 设备可靠性指标的论证与确定 设备可靠性预测和可靠度分配 设备可靠性的改善 设备可靠性设计定型,7.3 设备可靠性设计,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,28,二 可靠性预测 当系统、设备的设计方案初步确定以后，这时尚无生产方案，则不能对设备进行可靠性试验，但可以利用设备的零部件或系统的各组成单元的失效率数据来预测系统、设备实际工作可能达到的可靠性，这就称作可靠性预测。,7.3 设备可靠性设计,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时

14、9分,29,二 可靠性预测 可靠性预测的方法有两种： 1）根据故障率或平均无故障工作时间，估计零部件、分系统或系统可能达到的可靠度；2）计算系统在特定的应用中符合性能和可靠性要求的概率。,7.3 设备可靠性设计,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,30,二 可靠性预测 实际故障率Ki：严格系数，修正系数：基本故障率,7.3 设备可靠性设计,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,31,三 冗余性设计 冗余性设计是提高系统和设备可靠性的一种有效的技术设计方法。它是为了保证完成系统和设备规定的功能而额外附加一些部件或手段，即使系统和设备中的某一部分发生故障，但整

15、个系统和设备却仍能正常工作的一种设计。 如:钢铁生产设备中的安全装置，增大安全系数等,7.3 设备可靠性设计,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,32,四 可靠度分配 可靠度分配是根据系统的可靠度目标，合理调配各分系统的可靠度指标。可靠性预测是由元器件、零配件、部件、分系统到系统，自下而上进行。可靠度分配正好相反，一般是由系统、分系统、部件、零配件到元器件进行分配。,7.3 设备可靠性设计,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,33,可靠度分配的基本原则： 对关键的分系统（或部件），分配的可靠度应高一些； 对比较复杂的分系统（部件）分配的可靠度应低一些；

16、对环境、使用条件不好的分系统（或部件，分配的可靠度应低一些； 对于维修性好的分系统（或部件），分配的可靠度应低一些。应用这些原则还需根据各种因素进行平衡协调。,7.3 设备可靠性设计,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,34,维修性：在规定条件下使用的设备，在规定时间内，按规定的程序和方法进行维修时保持或恢复到能完成规定功能的能力。注意：绝大多数设备是可以维修的，即在设备发生故障时，可以通过维修恢复其功能，重新建立起来可靠度。,7.4 设备的维修性,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,35,本节主要讲授内容: 一 维修性的特征量 二 有效度 三 维修性设

17、计（新增加）,7.4 设备的维修性,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,36,一 维修性的特征量 维修性的特征量主要有三个： 维修度 修复率 平均修复时间任一特征量只能表示维修性的某特征方面。,7.4 设备的维修性,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,37,一 维修性的特征量 维修度 维修度M（t），在规定条件下使用的设备，在规定时间内按照规定的程序和方法进行维修时，保持和恢复到能完成规定功能状态的概率。 维修度M（t）对于时间的导数，称为维修密度函数，记为m（t）维修密度函数表示在某一时刻t，设备系统或零部件可能修复的瞬时概率。,7.4 设备的维修性,

18、第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,38,一 维修性的特征量 修复率 修复率u(t)，是修理时间己达到某个时刻但尚未修复设备，在该时刻后的单位时间内完成修理的概率，即,7.4 设备的维修性,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,39,一 维修性的特征量 维修性函数： 维修度M（t） 维修密度函数m（t） 修复率u(t) 维修性函数符合正态分布、对数分布或威布尔分布。,7.4 设备的维修性,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,40,一 维修性的特征量 平均修复时间 平均修复时间MTTR：修复时间的平均值。 当维修度M（t）按指数分布时，如

19、果平均修复时间t=1/u，则维修度,7.4 设备的维修性,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,41,一 维修性的特征量 平均修复时间 设备的修理时间通常包括下列各项时间消耗：1）故障（失效）诊断时间：包括测试发生故障的分系统、部位、诊断、查找、确定故障发生的真正原因所需的时间；2）修理准备时间：包括备件、材料准备，修理场所准备，工具、试验装置准备，技术资料准备，修理人员的配备所需的时间；3）修理实施时间：包括解体、修理、拆卸、更换零件、装配、换油、调整、验收等所需的时间。,7.4 设备的维修性,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,42,二 有效度 有效度

20、A是把可靠度R(t)和维修度M(t)综合起来考虑的一种尺度，有效度有时称为有效利用率。 有效度：可修复的系统、设备或零部件等在某特定时间内具有或维持其规定功能的概率。,7.4 设备的维修性,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,43,二 有效度 有效度A可定义为：式中：MTBF平均无故障工作时间（未计算非工作状态时间），衡量可靠性的尺度；MTTR平均修复时间，衡量维修性的尺度。,7.4 设备的维修性,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,44,三 维修性设计 维修性设计：旨在提高设备维修性能的设计。 目的：在达到产品技术指标的前提下，配合产品的可靠性设计，价

21、值工程设计，尽可能降低产品的寿命周期总费用（维修费用占其中很大部分） 手段：缩短产品故障的修复时间，提高可用性，降低修复费用。,7.4 设备的维修性,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,45,三 维修性设计 维修性设计原则： 易于进行设备故障的检测和定位 保证维修人员迅速达到需要维修的部位 保证维修人员在维修过程中的安全性 降低实施维修的平均时间，维修快速性 按照人机工程即工程心理学的进行维修设计 降低维修费用,7.4 设备的维修性,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,46,作业2：计算下面混联系统的可靠度？,作业,第七章 设备的可靠度管理,2019年3月16日9时9分,47,This is End,END,第七章 设备的可靠度管理,