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1、现代设备管理,第七章 设备的可靠性管理,第一节 系统可靠度计算公式 第二节 平均寿命和常用的故障分布函数 第三节 设备可靠性设计 第四节 设备维修性,第一节 系统可靠度计算公式,一、串联系统的可靠度 二、并联系统的可靠度 三、混联系统的可靠度,一、串联系统的可靠度,我们假定设备系统中各元素的可靠性是独立的，即这台设备的状态不会影响另一台设备的状态；这一构件的功能是否正常，也与另一零件是否失效无关。按照数学中概率论的方法，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,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
2、能，则系统就能保持工作状态。这种情况相当于概率论中所说事件的“并集”(或和)。 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(1-R1)(1-R2)(1-Rn)。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,三、混联系统的可靠度,例7-3 解：,图7-1 混联系统,三、混联系统的可靠度,三、混联系统的可靠度,第二节 平均寿命和常用的故障分布函数,一、平均寿命() 二、几种常用的故障分布函数,对于可修复系统或设备来说，平均故障间隔期(MTBF，mean time between failures)是它的平均寿命。 式中 ti设备在第i次故障前的无故障工作时间，
3、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设备发生的总的故障次数。 对于不可修复系统或机件来说，失效前平均时间(MTTF，mean time to failure)是它的平均寿命，即从开始使用到失效报废的平均时间。,一、平均寿命(),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,一、平均寿命(),二、几种常用的故障分布函数,1.指数分布 2.正态分布 .威布尔分布,1.指数分布,指数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
4、出设备的可靠度函数，即,2.正态分布,正态分布是数理统计中的经典分布，是双参数连续分布。下面用正态分布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 2=1/(n-1)(ti-)2 =1/(n-1)(ti2-n2) 对于标准正态分布N(0，1)，如把标准离差u作为变量，则u的定义为u=(t-)/则uN(0，1) 于是可靠度函数即可换成 式中(u)称为正态概率积分，其值可查附录正态分布表得到。,.威布尔分布,威布尔分布是常用故障中较为复杂的一种，是三参数的连续分布，它是指数分布和正态分布的补充。 可靠度函数(t)用威布尔表示为 对应的故障分布密度函数(
5、t)和故障率函数Z(t)别为 a形状参数，a0; b尺度参数，b0; c位置参数，且ct。 当a=1时，(t)=1/b威布尔分布蜕化为指数分布，当a=34时，威布尔分布密度曲线与正态分布密度曲线极为近似。其他参数的变化，这里不作进一步讨论。,第三节 设备可靠性设计,一、可靠性设计的内容、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,第三节 设备可靠性设计,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R0=R1R2 R2是指设备在使用过程中，受环境条件、操作、维修、储运等因素的影响。R1是指设备在设计、制造时内在的可靠度，这
6、是设备可靠度最基本、最重要的方面，其中以设计技术所占的比重最大。所以设备在设计过程中就必须研究“可靠性设计”，然后考虑制造、使用、维修直到报废的整个寿命周期的“可靠性管理”。,一、可靠性设计的内容、原则和基本程序,1.内容 2.原则 3.基本程序,1.内容,设备可靠性设计是决定设备可靠性好坏的关键。可靠性设计的内容包括：对系统、设备的可靠性进行预测，对系统、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。,2.原则,1) 元器件、零部件的选择要注意标准化、系列化，这样，一方面提高了元器件、零配件的互换性，另一方面，这些元件的可靠性数据也比较容易收集。 2) 尽量采用行之有效的标准结构
7、和典型线路，使整个设备结构简单化、标准化、积木化、插件化，在保证完成设备规定功能的情况下，设计能使组装容易、维修方便、提高可靠性。 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。,3.基本程序,1) 设备可靠性指标的论证与确定。 2) 设备可靠性预测和可靠度分配。 3) 设备可靠性的改善。 4) 设备可靠性设计定型。,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。,三、冗余性设计,冗余性设计是提高系统和
8、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，但整个系统和设备却仍能正常工作的一种设计。 采用冗余性设计时，附加手段与原有手段虽然功能相同，但有关故障的发生必须是独立的。因此，往往设法使它们的工作原理不一样，例如，一种采用电力制动，另一种采用液压制动。 显然，冗余性是能够提高设备可靠度的，但为了达到这一目的，有储备系统势必要增加设备的重量、体积和成本，而维修性却可能会降低。因此，为了使结构的冗余性合理，在设计时要对有关设计参数进行综合研究。,四、可靠度分配,可靠度分配的基本原则如下： 对关键的分系统(或部件
9、)，分配的可靠度应高一些；对比较复杂的分系统(或部件)，分配的可靠度应低一些；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。 为便于分析大型、复杂的工业成套设备，可以按照功能和结构等特点，把其中的设备、部件和零件排成一个有不同层次的结构体系，例如，成套设备级、设备级、部件级、零件级。在每一功能等级上，它们既可串联、并联，也可混联。这样，可先测算所有零件的平均故障率或平均无故障工作时间，然后按层次上推分析，最后算出成套设备的可靠度。,第四节 设备维修性,一、维修性的特征量 二、有效度
10、 三、绿色维修的重要性,一、维修性的特征量,1.维修度 2.修复率 3.平均修复时间,1.维修度,维修度M(t)，是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) m(t)=dM(t)/dt 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。 与维修度(t)相反的概念是不可维修度，也就是修不好的可能性，用(t)表示 G(t)=1-M(t),2.修复率,修复率u(t)，就是修理时间已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,3.平均
11、修复时间,(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。,二、有效度,三、绿色维修的重要性,绿色维修就是在设备管理和维修领域要考虑可持续发展，把发展的“可持续性”理论融入到工业维修之中。在工业维修过程中，很重要的问题是要控制废物的排放，其中包括过程排放和意外排放，企业应加强这方面的管理，包括采用设备先进的制造技术和设备及零部件新型的维修技术，以保护人类的生存环境不要再进一步恶化。,
