设备的可靠性管理

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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：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。
、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（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
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
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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。
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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 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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引言
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
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
授课者:闫洪波
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
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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
求得，即
R(t )dt tf (t )dt
0 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 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
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第七章 设备的可靠度管理
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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 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
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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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 。
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
R(t ) e
( t c ) / b
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均寿命和常用的故障分析函数
本章主要内容： 第一节 系统的可靠度计算
第二节 第三节 第四节
平均寿命和常用的故障分析函数 设备可靠性设计 设备维修性
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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 二 三 四
串联系统的可靠度 并联系统的可靠度 混联系统的可靠度 复杂系统的可靠度
§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（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
R(t ) e
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t
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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
第七章 设备的可靠度管理
§7.3 设备可靠性设计
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
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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 二 三 四
可靠度设计的内容、原则和基本程序 可靠性预测 冗余性设计 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 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。
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
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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
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：
f (t ) e t 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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§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。
MTBF
t
i 1
n
i
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。
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
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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
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 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（
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
u (t ) /
则u～N（0，1）
于是可靠度函数即可变换为：
R(t ) 1
u

1 t / 2 e dt 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
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 ）
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

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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（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
R(t ) 1 N ( , 2 )dt
0
t
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
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
实际故障率
i K i 0i
Ki：严格系数，修正系数
0i ：基本故障率
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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
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
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：
R 1 (1 Ri )
i 1
n
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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
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
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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。 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
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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：
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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(1 n)(t1 t2 tn ) (1 n)ti
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（自学）
进行分析。它的计算是以式
R Ri
i 1
n
R 1 (1 Ri )
i 1
n
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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（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
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 f (t ) (t c) e b a Z (t ) (t c) a 1 b
( t c )a a 1 b
a：形状参数；B：尺度参数；C：位置参数
RS Cnf R n f (1 R) f
f 0
nk
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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（自学）
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2015年10月22日10时44分
第七章 设备的可靠度管理