第七章设备的可靠性管理

a：形状参数；B：尺度参数；C：位置参数
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第七章 设备的可靠度管理
§7.3 设备可靠性设计 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
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第七章 设备的可靠度管理
§7.3 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：
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
0 R(t)dt
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第七章 设备的可靠度管理
§7.2 平均寿命和常用的故障分析函数 二 几种常见的故障分布函数
1. 指数分布 2. 正态分布 3. 威布尔分布
修复率
修复率u(t)，就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
u(t) m(t) dM (t) 1 1 M (t) dt 1 M (t)
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第七章 设备的可靠度管理
§7.4 设备的维修性 一 维修性的特征量
平均修复时间
平均修复时间MTTR，就是修复时间的平均值。当维修度M（t）按指数分
预测
分配
技术设计
评审
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第七章 设备的可靠度管理
§7.3 设备可靠性设计
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。
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第七章 设备的可靠性管理
引言
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。
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第七章 设备的可靠性管理
引言
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。
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第七章 设备的可靠度管理
§7.4 设备的维修性 一 维修性的特征量
§7.2 平均寿命和常用的故障分析函数
二 几种常见的故障分布函数 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
R(t) 1 t N ( , 2 )dt 0
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
(1 n)(t1 t2 K tn) (1 n) ti
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第七章 设备的可靠性管理
§7.1 系统可靠度计算 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
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第七章 设备的可靠性管理
§7.1 系统可靠度计算
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
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。
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第七章 设备的可靠度管理
§7.3 设备可靠性设计 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
R0 R1R2
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
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第七章 设备的可靠度管理
§7.3 设备可靠性设计
一 可靠度设计的内容、原则和基本程序
1 内容 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。
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
于是可靠度函数即可变换为：
u
R(t) 1
1 et / 2dt
2
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第七章 设备的可靠度管理
§7.2 平均寿命和常用的故障分析函数
二 几种常见的故障分布函数 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
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第七章 设备的可靠度管理
§7.3 设备可靠性设计 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。
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内蒙古科技大学机械工程学院《现代设备管理》
第七章 设备的可靠性管理
授课教师:石炜
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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
相互影响的，即敏感性） 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
n
R Ri i 1
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第七章 设备的可靠性管理
§7.1 系统可靠度计算
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 ）
n
ti
MTBF i1
n
式中：ti 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。
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第七章 设备的可靠度管理
§7.2 平均寿命和常用的故障分析函数
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。
nk
RS Cnf Rn f (1 R) f f 0
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第七章 设备的可靠度管理
§7.2 平均寿命和常用的故障分析函数 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
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第七章 设备的可靠度管理
§7.2 平均寿命和常用的故障分析函数
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。
§7.2 平均寿命和常用的故障分析函数
二 几种常见的故障分布函数
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：
f (t) et
Z (t) (常数)
＝
1
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。
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第七章 设备的可靠度管理
应用这些原则还需根据各种因素进行平衡协调。
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第七章 设备的可靠度管理
§7.4 设备的维修性
一 维修性的特征量 二 有效度
本节主要讲授内容:
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第七章 设备的可靠度管理
§7.4 设备的维修性
维修性：是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。
第七章 设备的可靠度管理
§7.3 设备可靠性设计
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。
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第七章 设备的可靠度管理
§7.3 设备可靠性设计 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
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第七章 设备的可靠度管理
§7.3 设备可靠性设计 二 可靠性预测
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
n
R Ri i 1
n
R 1 (1 Ri ) i 1
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第七章 设备的可靠性管理
§7.1 系统可靠度计算 四 复杂系统的可靠度
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
R(t) e(tc)/b
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第七章 设备的可靠度管理
§7.2 平均寿命和常用的故障分析函数
二 几种常见的故障分布函数
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：
f
(t)
a
(t
c) e a1
(t c )a b
b
式中：
Z (t) a (t c)a1 b
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：
n
R 1 (1 Ri ) i 1
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第七章 设备的可靠性管理
§7.1 系统可靠度计算
三 混联系统的可靠度
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第七章 设备的可靠度管理
§7.2 平均寿命和常用的故障分析函数 二 几种常见的故障分布函数
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
R(t) et
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第七章 设备的可靠度管理
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。
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第七章 设备的可靠度管理
§7.3 设备可靠性设计 三 冗余性设计（略）
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祛。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。
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？
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第七章 设备可靠性管理
§目录
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
2 [1 (n 1)] (ti )2 [1 (n 1)]( ti2 n 2)
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第七章 设备的可靠度管理
§7.2 平均寿命和常用的故障分析函数
二 几种常见的故障分布函数
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）
u (t ) /
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第七章 设备的可靠度管理
§7.4 设备的维修性 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。
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第七章 设备的可靠度管理
§7.4 设备的维修性
维修度
一 维修性的特征量
维修度M（t），是在规定条件下使用的Leabharlann Baidu备，在规定时间内按照规定的程
布时，如果平均修复时间t=1/u，则维修度 M (1/ u) 0.632 。
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第七章 设备的可靠度管理
§7.4 设备的维修性
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