设备工程与管理ch2设备的可靠性与维修性机自10

§2.1 基本概念
1）离散情况 若设备的寿命T是一个离散型的随机变量，则常用统计 方法，通过寿命试验，获得一系列寿命数据，再经过整 理以求得平均寿命。 假定从一批设备（零件）中随机抽取N个进行试验，从 t＝0开始，在t1，t2，t3，，tn时刻，分别有r1，r2，r3 ，，rn个失效，则这批设备（零件）的平均寿命为
§2.1 基本概念
4、故障的发生机理 形成故障源的原因； 诱发零部件、设备系统发生故障的物理、化学、电学与 机械学过程； 设备的某种故障在达到表面化之前，其内部的演变过程 及其因果原理。 1）设计错误 应力过高，应力集中，材料、配合、润滑方式选用不当 ，对使用条件、环境影响考虑不周。
§2.1 基本概念
§2.1 基本概念
3、故障率增加型（IFR型） 故障率(t)随时间的增加而升高，说明设备经过一段比 较稳定的运行之后到达磨损老化阶段，若不采取维修措 施，故障率随时间的延长，不断升高，最后导致全部损 坏。 故障密度函数多数f(t)多半近似正态分布。
§2.1 基本概念
五、设备故障发生的规律及其描述★ 1、设备故障发生的规律 ——浴盆曲线（设备寿命特性曲线）
§2.1 基本概念
明显非使用性故障 ——对使用能力或完成作业任务没有不利的直接影响的 故障。 隐蔽安全性故障 ——同另一故障（明显功能故障）结合后会危及作业安 全的隐蔽功能故障。 隐蔽经济性故障 ——同另一故障（明显功能故障）结合后不会产生安全 性后果，但有经济性后果影响的故障。
§2.1 基本概念
3、设备故障的典型模式 1）故障模式含义 故障的主要特征即故障的表现形式。 2）常见的故障模式 异常振动、磨损、疲劳、裂纹、破裂、过度变形、腐蚀 、剥离、渗漏、堵塞、松弛、熔融、蒸发、绝缘劣化、 异常声响、油质劣化、材质劣化、粘合及其他。 回转机械的主要故障模式：异常振动、磨损、异常声响 、裂纹、疲劳。 静止设备的主要故障模式：腐蚀、裂纹、渗漏。
b.连续值
lim lim (t)
n(t) 1 F(tt)F(t)
t0 Nn(t) t t0 R(t)t
dF(t) f(t) R(t)dt R(t)
(t) dR(t)
R(t)dt
t(t)d t td(R t)lnR(t)
0
0 R(t)
t
t
R(t) e0(t)dt F(t)1e0(t)dt
f(t)R(t)(t)(t)e0 t(t)dt
f
(t)
1
t
e t0
t0
六、设备的各项寿命及其指标★
1、平均寿命 一批零件（设备）从它们开始使用到发生故障时的平均 工作时间，是用来标志设备平均能工作多长时间的特征 量。 不可修复（失效后无法修复或不修复而进行替换）的设 备， 平均寿命是指设备发生故障前的平均工作时间MTTF（ mean time to failure）； 可修复设备， 其平均寿命是指设备故障间平均工作时间MTBF（ mean time between failure）。
§2.1 基本概念
2、可靠度——表示可靠性的尺度 用来表示设备在规定的时间内，规定的条件下，毫无故 障地执行其规定功能的概率。 简单说，就是研究对象在一定条件下不发生故障的概率 。 可靠度一般以时间函数来表示，称为可靠度函数R(t)。 Y=R(t)曲线称为可靠度曲线。 R(t)=P(T>t) 0R(t)1 T——设备的实际寿命 t——某一规定的时间（规定寿命）
§2.1 基本概念
理解：可靠度和不可靠度的估计值 设t＝0时刻有N个完好设备（零部件）在工作，到达t 时刻，有n(t)个设备（零部件）出现故障而失效，那么尚 有N-n(t)个设备（零部件）在继续工作，则
F(t)nN(t)10
t 0 t
R(t)NNn(t)10
t0 t
§2.1 基本概念
3、故障密度函数f(t) 累积故障密度F(t)的导数
§2.1 基本概念
2、设备的寿命周期 1）早期故障期 ——设备安装调试过程至移交生产使用阶段（故障率趋 于减少的时间） 在构成设备的众多零部件中有少数在设计和制造阶段就 有缺陷的零部件，它们在开始使用后的早期内，就往往 承受不了应力而发生故障。 缩短这一段时间，应在设备投入运行以前进行试车、试 运转，以便及时发现，修正和排除缺陷，尽可能设法来 加速失效率下降过程。
某期间的总故障数
总工作时间
2）瞬时故障率(t) 一批设备（或零部件），在已正常工作到t时刻的条件 下，在下一段时间（t＋t）内将要发生故障的条件概率 。
§2.1 基本概念
a.估计值
假定t＝0时刻，有N个完好设备（零部件）在工作，到
t时刻有n(t)个设备（零部件）失效，尚有N-n(t)个设备
（零部件）在继续工作，再让这些设备（零部件）工作
f (t)
t f (t)dt
§2.1 基本概念
四、设备故障分布的基本类型 1、故障率减小型（DFR型） 故障率(t)随时间单调降低，也就是说，设备或零部件 在开始使用时故障率高，随后逐渐降低。 故障发生的原因：设备的结构、制造工艺、装配质量和 材料上的某些缺陷。
§2.1 基本概念
2、故障率恒定型（CFR型） 故障率(t)＝＝常数，可靠度函数R(t)呈简单的指数 分布。 故障发生的原因：随机性，使用不当、操作上的疏忽或 润滑密封、散热通风及类似维护条件不良等偶然原因。
f(t)d(F t)d(1R (t))d(tR )
dt dt
dt
t
F(t)0 f (t)dt
t
R(t)1F(t)10f(t)dt
t f (t)dt
§2.1 基本概念
4、设备的故障率（失效率、危险率、故障强度） 工作到某一时间的系统、设备、零部件等，在接着到来 的单位时间内发生故障的概率。 1）平均故障率
设备工程与管理ch2设备的可靠性与维修性机自10
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第二章 设备的可靠性和维修性
强调设备的可靠性和维修性是基于现代化生产的需要， 原因有二：
一是现代化设备性能高、构造复杂，确保可靠性的必要 性显著增加；
二是随着设备向自动化方向发展，新技术被不断地采用 和推广，进行设备可靠性的研究有了可能。
一小段时间t，则在tt＋t时间内又有n(t)=n(t＋
t)-n(t)个设备（零部件）失效，则在t的时间内，设备
（零部件）失效的概率为 n(t) n(tt)n(t) Nn(t) Nn(t)
(t) n(t) 1
Nn(t) t
那么在t时刻之后，每一单位时间内所发生的失效概率
即为失效率。
§2.1 基本概念
F(t)
f(t)
(t)
R(t)
1-F(t)
f (t)dt
e t
t
(t )dt
0
F(t)
1-R(t)
t
t
f (t)dt
0
1 e0(t )d t
f(t) -dR(t) /dt dF(t)/dt
t
(t) e0(t )d t
(t)
1 dR(t) R(t) dt
1 dF(t) 1F(t) dt
fj
N fj N
§2.1 基本概念
例2-1 对一批设备（90台）进行故障统计，其具体数 据如表所示，试求这批设备的平均寿命。
顺序号
区间距 t（h）
tN所有零 零件 件（ （设 设 工 备 备 作 ） ） 时 ＝ 总 的 N 1间 数 i n1总 tiri
§2.1 基本概念
有时为了统计的方便，一般取一个时间区间进行统计
tNN 1 jn1tjNfj
n
tj
j1
fj
N—总的设备台数；
tj—j区间的时间中间值 Nfj——在j区间发生故障的设备数 fj—相应的故障频率
§2.1 基本概念
2）偶发故障期 ——故障率基本为一常数的延续时间 故障的发生是随机的，不可预测，对应设备的实际使用 期，称正常工作期、有效寿命、使用寿命。 延长这一段时间，就是希望在容许的费用内延长使用寿 命。
§2.1 基本概念
3）耗损故障期 ——故障率上升的时间 设备中的某些零部件已经老化磨损，寿命衰竭。 推迟这一阶段的到来，应通过可靠性预测，事先估计， 及时修复或更换，使趋向上升的故障率又降下来，延长 设备的有效寿命。
设备可靠性、维修性三大影响因素：
1、固有因素
设备本身在设计、制造时已经决定了内在的、固有的可
靠性和维修性 2、人为因素 设备在使用、维修过程中，操作人员与维修人员对设备
可靠性，维修性有所影响 3、环境因素 设备所处的环境条件对设备可靠性、维修性的影响。
§2.1 基本概念
一、设备可靠性 1、可靠性 设备在规定的时间内，规定的条件下，完成规定动能的 性能（能力）。 规定的条件主要包括三种： 1）环境条件：温度、湿度、腐蚀性灰尘和气体、振动 、冲击、地理等 2）使用条件：连续生产、间断生产和满载、轻载等 3）维护保养条件：操作者的技术熟练程度 规定的功能：明确的功能指标，明确的发生故障或不能 正常工作的界限。
dt
t0
f(t)m(t)m1
(t)m
e t0
t0
§2.1 基本概念
m—形状参数，决定故障分布密度曲线的基本形状；
m＝1，构成恒定型，即指数分布型
m>1，构成上升型，即正态分布型
m<1，构成下降型，即超指数分布型
—位置参数，表示故障密度加大的位置，韦布尔分布
函数用作可靠度函数时，一般从开始使用就存在着故障
§2.1 基本概念
2）按故障发生的后果分类 功能故障 ——设备不能继续完成自己规定功能的故障。 往往由于个别零件损坏造成。 参数故障 ——设备的工作参数不能保持在允许范围内的故障。 属渐发性的，一般不妨碍设备的运转，但影响产品的加 工质量。