安全管理——技術(shù)講義作業(yè)-技術(shù)34-可靠性定義及其度量指標(biāo)(doc 8)

1、編號：時間：2021年x月x日書山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟頁碼：第8頁 共8頁可靠性定義及其度量指標(biāo)【大綱考試內(nèi)容要求】：1、了解機械失效三個階段和維修度、有效度、平均無故障工作時間；2、熟悉可靠性、故障率、可靠性預(yù)計、人機界面設(shè)計要點。【教材內(nèi)容】：第四節(jié)機械的可靠性設(shè)計與維修性設(shè)計一、可靠性定義及其度量指標(biāo)(一)可靠性定義所謂可靠性是指系統(tǒng)或產(chǎn)品在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。這里所說的規(guī)定條件包括產(chǎn)品所處的環(huán)境條件(溫度、濕度、壓力、振動、沖擊、塵埃、雨淋、日曬等)、使用條件(載荷大小和性質(zhì)、操作者的技術(shù)水平等)、維修條件(維修方法、手段、設(shè)備和技術(shù)水平等)。在不同規(guī)定

2、條件下，產(chǎn)品的可靠性是不同的。規(guī)定時間是指產(chǎn)品的可靠性與使用時間的長短有密切關(guān)系，產(chǎn)品隨著使用時間或儲存時間的推移，性能逐漸劣化，可靠性降低。所以，可靠性是時間的函數(shù)。這里所規(guī)定的時間是廣義的，可以是時間，也可以用距離或循環(huán)次數(shù)等表示。(二)可靠性度量指標(biāo)1可靠度可靠度是可靠性的量化指標(biāo)，即系統(tǒng)或產(chǎn)品在規(guī)定條件和規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率?？煽慷仁菚r間的函數(shù)，常用R(t)表示，稱為可靠度函數(shù)。產(chǎn)品出故障的概率是通過多次試驗中該產(chǎn)品發(fā)生故障的頻率來估計的。例如，取N個產(chǎn)品進行試驗，若在規(guī)定時間t內(nèi)共有Nf(t)個產(chǎn)品出故障，則該產(chǎn)品可靠度的觀測值可用下式近似表示：R(t)NNf(t)N

3、0;   (47)與可靠度相反的一個參數(shù)叫不可靠度。它是系統(tǒng)或產(chǎn)品在規(guī)定條件和規(guī)定時間內(nèi)未完成規(guī)定功能的概率，即發(fā)生故障的概率，所以也稱累積故障概率。不可靠度也是時間的函數(shù)，常用F(t)表示。同樣對N個產(chǎn)品進行壽命試驗，試驗到瞬間的故障數(shù)為Nf(t)，則當(dāng)N足夠大時，產(chǎn)品工作到t 瞬間的不可靠度的觀測值(即累積故障概率)可近似表示為：F(t)Nf(t)N    (48)可靠度數(shù)值應(yīng)根據(jù)具體產(chǎn)品的要求來確定，一般原則是根據(jù)故障發(fā)生后導(dǎo)致事故的后果和經(jīng)濟損失而定。2故障率(或失效率)故障率是指工作到t 時刻尚未發(fā)生故障的產(chǎn)品，在該時刻后單位時間內(nèi)發(fā)

4、生故障的概率。故障率也是時間的函數(shù)，記為(t)，稱為故障率函數(shù)。產(chǎn)品的故障率是一個條件概率，它表示產(chǎn)品在工作到t 時刻的條件下，單位時間內(nèi)的故障概率。它反映t 時刻產(chǎn)品發(fā)生故障的速率，稱為產(chǎn)品在該時刻的瞬時故障率且(t)，習(xí)慣稱故障率。故障率的觀測值等于N個產(chǎn)品在t時刻后單位時間內(nèi)的故障產(chǎn)品數(shù)Nf(t)t與在t時刻還能正常工作的產(chǎn)品數(shù)Ns(t)之比，即：(t)Nf(t)Ns(t)·t    (49)故障率(失效率)的常用單位為(1106h)。產(chǎn)品在其整個壽命期間內(nèi)各個時期的故障率是不同的，其故障率隨時間變化的曲線稱為壽命的曲線，也稱浴盆曲線，如圖46所示

5、。由圖可見，產(chǎn)品的失效過程可分為以下3個階段：(1)早期故障期。產(chǎn)品在使用初期，由于材質(zhì)、設(shè)計、制造、安裝及調(diào)整等環(huán)節(jié)造成的缺陷，或檢驗疏忽等原因存在的固有缺陷陸續(xù)暴露出來，此期間故障率較高，但經(jīng)過不斷的調(diào)試和排除故障，加之相互配合件之間的磨合，使故障率較快地降下來，并逐漸趨于穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。(2)偶發(fā)故障期。這個期間的故障率降到最低，且趨向常數(shù)，表示產(chǎn)品處于正常工作狀態(tài)。這段時間較長，是產(chǎn)品的最佳工作期。這時發(fā)生的故障是隨機的，是偶然原因引起應(yīng)力增加，當(dāng)應(yīng)力超過設(shè)計規(guī)定的額定值時，就可能發(fā)生故障。(3)磨損故障期。這個時期的故障迅速上升，因為產(chǎn)品經(jīng)長期使用后，由于磨損和老化，大部分零組部件將接近或

6、達(dá)到固有壽命期，所以故障率較高。3平均壽命(或平均無故障工作時間)對非維修產(chǎn)品稱平均壽命，其觀測值為產(chǎn)品發(fā)生失效前的平均工作時間，或所有試驗產(chǎn)品都觀察到壽命終了時，它們壽命的算術(shù)平均值；對于維修產(chǎn)品來說，稱平均無故障工作時間或平均故障間隔時間，其觀測值等于在使用壽命周期內(nèi)的某段觀察期間累積工作時間與發(fā)生故障次數(shù)之比。4維修度維修度是指維修產(chǎn)品發(fā)生故障后，在規(guī)定條件(備件貯備、維修工具、維修方法及維修技術(shù)水平等)和規(guī)定時間內(nèi)能修復(fù)的概率，它是維修時間的函數(shù)，用M()表示，稱為維修度函數(shù)。5有效度狹義可靠度R(t)與維修度M(f)的綜合稱為有效度，也稱廣義可靠度。其定義是，對維修產(chǎn)品，在規(guī)定的條件

7、下使用，在規(guī)定維修條件下修理，在規(guī)定的時間內(nèi)具有或維持其規(guī)定功能處于正常狀態(tài)的概率。二、系統(tǒng)或產(chǎn)品的可靠性預(yù)計產(chǎn)品的可靠性預(yù)計是根據(jù)零組部件的可靠性數(shù)據(jù)來預(yù)算產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)，如可靠度、故障率或平均壽命等。可靠性預(yù)計的目的是為可靠性設(shè)計選擇最佳設(shè)計方案提供可靠依據(jù)，且在產(chǎn)品定型投產(chǎn)之前就可以對新產(chǎn)品的可靠性做出估計，若達(dá)不到預(yù)定指標(biāo)，就可以針對發(fā)現(xiàn)的問題及時進行改進設(shè)計，從而取得事半功倍的效果。(一)串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性預(yù)計串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性表示系統(tǒng)中所有單元均正常時，系統(tǒng)才能正常工作。串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性有如下特點：(1)串聯(lián)系統(tǒng)中單元數(shù)越多，則系統(tǒng)的可靠性越低；各單元本身的可靠性越低，則系統(tǒng)的可靠性

8、越低。(2)串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性Rs(t)總是小于系統(tǒng)中可靠度最低單元的可靠性Rimin，而且其壽命取決于該單元的壽命。(二)并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性預(yù)計并聯(lián)系統(tǒng)可靠性表示系統(tǒng)中只要有一個單元能正常工作，系統(tǒng)就能正常工作。并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度好像鋼絲繩的可靠性，只有當(dāng)所有鋼絲繩均斷裂，鋼絲繩才能完全斷開。當(dāng)然，當(dāng)斷絲數(shù)達(dá)到一定數(shù)量就得降級使用或報廢。鋼絲繩的壽命是由壽命最長的那股鋼絲決定的，故并聯(lián)系統(tǒng)又稱繩索模型。(三)串并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性預(yù)計任何一個串一并聯(lián)系統(tǒng)總可以看成是由一些串聯(lián)式和并聯(lián)式子系統(tǒng)組合而成。在進行串一并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性預(yù)計時，只要用上述方法分別求出各子系統(tǒng)的可靠度，就可以使系統(tǒng)可靠性框圖逐步簡

9、化，最后總可以簡化成一個簡單的串聯(lián)系統(tǒng)或并聯(lián)系統(tǒng)，于是可求出整個系統(tǒng)的可靠度。機械設(shè)備結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計要點三、機械設(shè)備結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計要點(一)確定零件合理的安全系數(shù)安全系數(shù)是指零件在理論上計算的承載能力與實際所能承擔(dān)的負(fù)荷之比值。確定安全系數(shù)時應(yīng)考慮以下幾個因素：(1)環(huán)境條件的影響如溫度、濕度、沖擊、振動等；(2)使用中發(fā)生超負(fù)荷或誤操作時的后果；(3)為提高安全系數(shù)所付出的經(jīng)濟代價是否合算等。安全系數(shù)的提高應(yīng)通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計來達(dá)到，而不是簡單地通過增加構(gòu)件尺寸、增加重量或增加費用等方法來實現(xiàn)。(二)貯備設(shè)計(冗余設(shè)計)貯備設(shè)計是指將若干功能相同的零組部件作為備用機構(gòu)，當(dāng)其中某個零組部件出現(xiàn)故

10、障時，備用機構(gòu)馬上啟動工作，使機器仍能保持正常工作。例如，滾動軸承中的雙排滾珠，當(dāng)其中一排損壞時，另一排仍可以維持正常工作。采用貯備設(shè)計的產(chǎn)品，一般是有劇毒的化工設(shè)備、故障率較高的設(shè)備、流水生產(chǎn)線上的關(guān)鍵設(shè)備或一旦出現(xiàn)事故損失較大的設(shè)備。貯備設(shè)計的目的在于提高可靠性，如果盲目采用，或設(shè)計不當(dāng)將會因增加體積、重量和費用而導(dǎo)致相反的效果。(三)耐環(huán)境設(shè)計在產(chǎn)品設(shè)計時要考慮環(huán)境條件的影響，應(yīng)進行耐機械應(yīng)力(振動、沖擊等)設(shè)計和抗氣候條件(高溫、低溫、潮濕、雨淋、日曬、風(fēng)化、腐蝕等)設(shè)計。設(shè)計時就應(yīng)預(yù)計產(chǎn)品實際使用的環(huán)境條件，并采取相應(yīng)的耐環(huán)境措施。為此，在設(shè)計、試制階段要進行實驗室模擬或現(xiàn)場作預(yù)計環(huán)

11、境條件下的可靠性試驗，如耐久性試驗、壽命試驗、環(huán)境試驗、可靠性測定和可靠性驗證等試驗。(四)簡單化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計產(chǎn)品簡單化和標(biāo)準(zhǔn)化是提高可靠性的關(guān)鍵，即產(chǎn)品在滿足功能要求的前提下，其結(jié)構(gòu)越簡單越好，因為這時零件數(shù)少了，發(fā)生故障的機會就少了。在簡單化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計中應(yīng)注意如下幾點：(1)應(yīng)避免單純追求高水平及復(fù)雜化，盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件。(2)要處理好極限設(shè)計，設(shè)計時應(yīng)考慮并保證產(chǎn)品在各種惡劣條件下工作的可靠性，可以通過保險機構(gòu)、連鎖機構(gòu)等安全裝置或安全措施來解決。(五)提高結(jié)合部的可靠性機械產(chǎn)品都是由若干零部件組成，故零部件間的結(jié)合部位很多。結(jié)合部位的配合性質(zhì)有相對靜止的，也有相對運動的，還有要求密封的

12、，所以相應(yīng)的有各種連接方式，如有螺栓螺母連接、焊接連接、銷子或鍵連接、齒輪齒條連接、滑板與導(dǎo)軌連接或主軸與軸承連接以及法蘭、密封圈與轉(zhuǎn)軸或箱體連接等。這些結(jié)合部位的故障率一般都比較高，所以極易誘發(fā)其他故障的發(fā)生。為此，在可靠性設(shè)計時應(yīng)特別注意設(shè)法提高結(jié)合部位的可靠度，即保證結(jié)合部的連接強度、剛度及配合精度和密封要求等。(六)結(jié)構(gòu)安全設(shè)計在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要做到結(jié)構(gòu)合理，從根本上消除危險與有害因素，使操作者徹底從危險部位或危險狀態(tài)下解脫出來，是提高產(chǎn)品可靠性和安全性的根本出路。例如，鐵路上兩節(jié)車廂之間的聯(lián)接器，傳統(tǒng)的方法用的是連桿插銷聯(lián)接器，工人在脫開或連接兩節(jié)車廂時，必須接近兩節(jié)車廂之間進行拔出或

13、插入銷子的操作，這時工人就處于可能被兩節(jié)車廂撞擊或擠傷的危險部位中，隨時都可能被撞傷。而現(xiàn)在使用的車輛自動聯(lián)接器，不需工人到兩節(jié)車廂之間直接操作，而是利用低速相碰觸自動連接。因為根除了危險因素，當(dāng)然也就不會發(fā)生被車廂撞傷的事故了。(七)設(shè)置齊全的安全裝置作為可靠性較高的現(xiàn)代化機械設(shè)備，已具備也必須具備必要的安全裝置，以便用來防止超載、超行程、超溫、超壓、誤操作、誤接觸、外部環(huán)境突變(如停電、停氣等)而引起的事故以及限制事故的擴大。一般都是通過在線監(jiān)測儀器及時捕捉異常信號的變化，當(dāng)超限時立即發(fā)出警報信號、故障顯示或自動停機等。這是設(shè)計、制造部門應(yīng)完成的任務(wù)，絕不應(yīng)把危險與有害因素等事故隱患留給用

14、戶。(八)人機界面設(shè)計人機界面是人與機器交換信息的環(huán)節(jié)，如果人機界面設(shè)計不當(dāng)，人與機器相接觸造成能量逸出，將直接會導(dǎo)致事故發(fā)生。所以在人機界面設(shè)計時，即人機工程設(shè)計時，必須考慮人的生理、心理因素，考慮人機協(xié)調(diào)關(guān)系，如人的正常生理能力和允許限度。要求所設(shè)計的顯示器，長時間觀察或監(jiān)聽而不易疲勞；操縱機構(gòu)應(yīng)設(shè)計成在操作時需要用的操作力不大，有“手感”而不沉重；控制器和顯示器應(yīng)盡量少而集中，配置合理，避免操作失誤；且設(shè)有連鎖保護裝置，做到即使誤操作某一控制器也不會引起事故。一、單選題: 1、 在（），機器的故障率降到最低，且趨向常數(shù)，這段時間較長，這時發(fā)生的故障是隨機的，是偶然原因引起應(yīng)力增加，當(dāng)應(yīng)力

15、超過設(shè)計規(guī)定的額定值時，就可能發(fā)生故障。A. 早期故障期B. 偶發(fā)故障期C. 正常工作期D. 磨損故障期 A B C D 你的答案： 標(biāo)準(zhǔn)答案：b 本題分?jǐn)?shù)： 16.67 分，你答題的情況為 錯誤 所以你的得分為 0 分 解析： - 2、 （）是系統(tǒng)或產(chǎn)品在規(guī)定條件和規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率。A. 可靠性B. 成功率C. 完成率D. 可靠度 A B C D 你的答案： 標(biāo)準(zhǔn)答案：d 本題分?jǐn)?shù)： 16.67 分，你答題的情況為 錯誤 所以你的得分為 0 分 解析： - 3、 故障率是指工作到t 時刻尚未發(fā)生故障的產(chǎn)品，在該時刻后（）時間內(nèi)發(fā)生故障的概率。A. 一定B. 單位C. 相同D. 較

16、短 A B C D 你的答案： 標(biāo)準(zhǔn)答案：b 本題分?jǐn)?shù)： 16.67 分，你答題的情況為 錯誤 所以你的得分為 0 分 解析： - 4、 以下有關(guān)串并聯(lián)系統(tǒng)說法正確的是（）A.串聯(lián)系統(tǒng)中單元數(shù)越多，則系統(tǒng)的可靠性越高B.串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性總是大于系統(tǒng)中可靠度最低單元的可靠性C.并聯(lián)系統(tǒng)可靠性表示系統(tǒng)中所有單元都能正常工作，系統(tǒng)才能正常工作。D. 任何一個串一并聯(lián)系統(tǒng)總可以看成是由一些串聯(lián)式和并聯(lián)式子系統(tǒng)組合而成 A B C D 你的答案： 標(biāo)準(zhǔn)答案：d 本題分?jǐn)?shù)： 16.67 分，你答題的情況為 錯誤 所以你的得分為 0 分 解析： - 5、 現(xiàn)在使用的車輛自動聯(lián)接器，不需工人到兩節(jié)車廂之間直接操作，而是利用低速相碰觸自動連接，從而不會發(fā)生被車廂撞傷的事故，這是應(yīng)用了（）。A. 耐環(huán)境設(shè)計B. 結(jié)構(gòu)安全設(shè)計C. 簡單化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計D. 提高結(jié)合部的可靠性 A B C D 你的答案： 標(biāo)準(zhǔn)答案：b 本題分?jǐn)?shù)： 16.67 分，你答題的情況為 錯誤 所以你的得分為 0 分 解析： - 二、多選題: 6、 安全系數(shù)是指零件在理論上計算的承載能力與實際所能承擔(dān)的負(fù)荷之比值。確定安全系數(shù)時應(yīng)考慮的因素有：（）