设备的可靠性管理

2019年10月4日2时5分1内蒙古科技大学机械工程学院InnerMongoliaUniversityofscienceandtechnologyCollegeofMechanicalandEngineering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10月4日2时5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靠性管理2019年10月4日2时5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10月4日2时5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10月4日2时5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10月4日2时5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。①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）②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1niiRR2019年10月4日2时5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（1－R1）×（l－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：§7.1系统可靠度计算第七章设备的可靠性管理11(1)niiRR2019年10月4日2时5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1niiRR11(1)niiRR2019年10月4日2时5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0(1)nkfnffSnfRCRR2019年10月4日2时5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10月4日2时5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1niitMTBFnit2019年10月4日2时5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00()()Rtdttftdt2019年10月4日2时5分13二几种常见的故障分布函数（自学）1.指数分布2.正态分布3.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10月4日2时5分14二几种常见的故障分布函数（自学）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()tRte2019年10月4日2时5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θ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λ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()()()1tfteZt常数＝2019年10月4日2时5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，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θ和母体方差的估计值σ2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20()1(,)tRtNdt12(1)()(1)nintttnt2222[1(1)]()[1(1)]()iintntn2019年10月4日2时5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u～N（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()/ut/21()12utRtedt2019年10月4日2时5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()/()tcbRte2019年10月4日2时5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()11()()()()atcabaafttcebaZttcb2019年10月4日2时5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012RRR要求工程技术人员从可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10月4日2时5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10月4日2时5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10月4日2时5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10月4日2时5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设备的可靠度管理2019年10月4日2时5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10月4日2时5分26一可靠度设计的内容、原则和基本程序2原则（总结）①简化设计②及早发现确定可靠性关键部件、零件、项目③留有余量（冗余设计）④降低故障率⑤设计优化⑥维修性设计⑦防错设计§7.3设备可靠性设计第七章设备的可靠度管理2019年10月4日2时5分27一可靠度设计的内容、原则和基本程序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§7.3设备可靠性设计第七章设备的可靠度管理2019年10月4日2时5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10月4日2时5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10月4日2时5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0iiiK0i2019年10月4日2时5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10月4日2时5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10月4日2时5分33可靠度分配的基本原则：①对关键的分系统（或部件），分配的可靠度应高一些；②对比较复杂的分系统（部件）分配的可靠度应低一些；③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；④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10月4日2时5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10月4日2时5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10月4日2时5分36一维修性的特征量维修性的特征量主要有三个：1.维修度2.修复率3.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10月4日2时5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