可靠性和维修性设计

可靠性和维修性设计 This manuscript was revised on November 28, 2020
第六章可靠性和维修性设计
可靠性和维修性是产品的固有属性，它们由设计所决定。

“产品的可靠性是设计出来的，生产出来的，管理出来的。

”
第一节可靠性设计
一、可靠性设计的内容或程序
1.可靠性设计：“赋予产品可靠性为目的进行的设计”或
“用最少的费用设计出所要求的可靠性，
并使其得以保持的一系列程序”
2.可靠性设计的两种情况
◇根据给定的可靠性目标值进行设计
如对可靠性有特殊要求的新产品的设计开发，
要求在设计阶段能定量地预测和评估产品的可靠性。

典型的设计程序如下图所示。

◇在原型基础上的改进设计
保留设计部分：根据原型产品使用数据和经验反馈，
针对薄弱环节应用可靠性设计方法加以改进提高，
达到可靠性增长的目的。

功能扩充部分：应重点进行可靠性的分析和预测，
以保证达到要求的可靠性指标。

二、可靠性设计方法
1.概率设计方法
应力-强度干涉模型
2.FMEA和FMECA
3.FTA
三、可靠性设计准则
1.简单化和标准化：减少零部件发生失效的概率。

◇减少零部件的规格和数量
◇简化结构
◇采用成熟或标准化的零部件或元器件
2.零部件或元器件的选择和控制
◇供应商的控制
◇使用有良好使用纪录或试验数据的零部件或元器件
◇零部件或元器件的进厂检验
◇储存环境控制
2.冗余设计：工作储备或非工作储备系统
如重要系统的备用电源、汽车的备用轮胎及两个前灯等。

◇在较低层次而非较高层次上使用硬件冗余
◇采用冗余技术时，应注意避免诸冗余硬件的共因失效
如诸冗余硬件共用一个电源或同一通信通道。

◇采用的元器件可靠性不高时，应优先考虑应用冗余技术
◇构成冗余所必需的差错比较检测器、切换装置或开关应是高可靠性的3.降额设计：使零部件或元器件的工作应力小于额定应力或
提高零部件或元器件承载能力的安全裕度，
以降低零部件或元器件的失效概率。

4.失效安全设计：当系统的一部分发生失效时，
依靠系统的自身结构而确保系统安全的设计。

如压力表的防暴塞等。

5.人机工程设计：防止误操作、误装配的设计；
事故发生时的显示；
抗误用（防愚）设计。

6.特定产品的可靠性设计准则
◇印刷电路板的可靠性设计
◇电源的可靠性设计
◇静电防护设计
◇电磁兼容设计
◇热设计
◇振动、冲击防护设计
◇防潮、防盐雾和防霉菌的“三防”设计
◇机械安装设计
第二节维修性设计一、维修性设计的内容
如何以最少的人力、物力和时间，取得最好的维修效果，包括确定：维修时间的分布，
维修度、修复率、平均修复时间，
最佳维修方针、最佳维修周期，
以及最经纪的备件数等。

二、维修性设计准则
1.简化设计
◇设计时就考虑多种简化维修性的方案，从中选优
◇降低寿命周期内的维修频率及维修的复杂性
◇降低对维修人员的技术水平、熟练程度及人员数量的要求◇减少维修所需的测试仪器、设备和工具的品种、规格和数量◇尽可能地采用标准化的零部件或元器件，
标准化的工具、设备和仪器。

◇尽可能采用“单元化设计”：将若干零部件或功能件，
组合成一个可拆装的单元。

2.互换性设计
◇互换性的类型：尺寸的互换性；
功能的互换性。

◇互换性要求：来自不同厂家的同一种零部件或元器件；
在系统不同部位完成相同功能的零部件或元器件；
改进设计时沿用老设计部分涉及的零部件或元器件；
3.可达性设计
◇用目视检查和维修时，有目视空隙并设透明窗口或可快速开启的口盖◇结构设计时考虑检测和维修对空间的需要
◇设计时考虑不经拆卸即可进行故障检测及故障定位
◇紧固件数量尽可能少，拆卸尽可能方便
4.模块化设计
◇根据需要与可能，将系统分为若干个机械、电气、电子和机电模块◇模块应能单独进行检测和调整或装拆，而不会影响系统的其它部分◇模块的设计应使其组成部分没有多余的无关功能
◇模块应设计的小而轻，便于携带
◇模块的装拆能使用标准工具
5.人机设计
◇系统的测试点、组成部分的调整和组成部分之间的连接
应便于识别与维修操作
◇维修操作应有充分的空间
◇维修场合的温、湿度应控制在规定范围内，
维修操作部位应有规定照度，
环境噪声应控制在规定水平。

◇维修操作工作点的振动应予控制
强烈振动下工作一般不可靠。

◇人的体力限度及维修操作的方便
如单人搬动的机件重量Kg 16≤，双人搬动的机件重量Kg 32≤。

人工搬运的机件应有把握。

重量超过Kg 32>的机件搬动应使用起重装置。

6.防错误设计
Murphy 定律：如果存在搞错的可能性，就肯定将会有个人搞错。

防错设计的指导思想：尽可能设计得不可能搞错；
尽可能减少出差错的可能性。

◇“能装上就装对了”和“不对就装不上”
对外形相近而功能不同的零部件，
应从结构上就能保证不能互换安装。

◇对可能出现安装错位或误装的零部件
必须有定位装置、定位标记或防错标志
7.标志设计
◇执行统一的图案、色彩、文字、符号和数码标志规定
一个产品或系统内不能有一种有几个不同意义的标志。

◇标志在产品寿命周期内应长期保持清晰耐用
◇标志的位置应能无可阻挡地充分辨识
◇常见的标志有：产品标志（铭牌），
控制器的运动方向，
系统的润滑点等。

8.其它
◇对常发、多发的维修项目进行时间研究(Timestudy),
制定出标准维修程序及标准维修时间。

◇产品设计应考虑易于维护
易于清洗、擦拭，易于填加燃料和易于补充润滑剂。

本章小结。