可靠性工程在設(shè)備維修中的應(yīng)用

第一節(jié)基本概念

一.設(shè)備的可靠性

1.可靠性定義：產(chǎn)品在規(guī)定條件、規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。

規(guī)定條件：環(huán)境條件、使用條件、維護(hù)保養(yǎng)條件；可靠性工程在設(shè)備維修中的應(yīng)用11-169

2.可靠度R(t)：產(chǎn)品在規(guī)定條件下和在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率。

可靠度表示為時(shí)間t的函數(shù)，其值在0～1之間。

固有可靠度R1：產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、制造過(guò)程中形成的可靠度；使用可靠度R2：操作及維護(hù)保養(yǎng)條件降低固有可靠度的概率；

規(guī)定時(shí)間：通常指經(jīng)濟(jì)壽命（ELT,EconomicLifeTime);

規(guī)定功能：設(shè)備應(yīng)有的技術(shù)性能。

21-169

4.平均故障間隔期MTBF(MeanTimeBetweenFailures):可修復(fù)系統(tǒng)相鄰兩次故障之間正常工作的平均時(shí)間。

工作可靠度R0:產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率。

R0=R1×R2

不可靠度（累積故障概率）F(t)：產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)不能完成規(guī)定功能的概率。

R(t)+F(t)=1R(0)=1,R(∞)=0;F(0)=0,F(∞)=1.31-169

瞬時(shí)故障率λ(t):

到某一時(shí)刻t為止尚未發(fā)生故障的產(chǎn)品在隨后的dt

時(shí)間內(nèi)可能發(fā)生故障的條件概率；平均故障率λ：產(chǎn)品單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的次數(shù)。。

平均故障間隔期常用來(lái)表示可修復(fù)系統(tǒng)的可靠性。

5.平均壽命MTTF

(MeanTimeToFailure):

產(chǎn)品從開(kāi)始使用到失效為止使用時(shí)間的平均值。

平均壽命常用來(lái)表示不可修復(fù)系統(tǒng)的可靠性。6.故障率：產(chǎn)品壽命期內(nèi)發(fā)生故障的概率。41-169

2.維修度M(t):產(chǎn)品在規(guī)定時(shí)間及規(guī)定條件下完成維修任務(wù)的概率。維修度即以概率表示的產(chǎn)品進(jìn)行維修時(shí)的難易程度。

二.設(shè)備的維修性

1.維修性定義：給定條件下產(chǎn)品進(jìn)行維修時(shí)的性能。

維修性是一項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)，維修則是其結(jié)果。維修性是通過(guò)可達(dá)性、易置換性、易拆卸性、易調(diào)節(jié)性等產(chǎn)品的內(nèi)在特性加以實(shí)現(xiàn)的。維修性取決于：產(chǎn)品的規(guī)劃設(shè)計(jì)、維修管理。51-169

三.設(shè)備的有效度A(t)

1.定義：產(chǎn)品在規(guī)定時(shí)間內(nèi)履行其功能的概率。

規(guī)定條件：備件及維修用設(shè)備、工具的準(zhǔn)備、維修策略的選擇、維修標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)技術(shù)資料的準(zhǔn)備、維修人員的專業(yè)素質(zhì)及勞動(dòng)情緒、社會(huì)化協(xié)作條件等。

3.平均修理時(shí)間MTTR(MeanTimeToRepair)：

經(jīng)多次故障修理而得到的修理時(shí)間的平均值。

相同條件下，平均修理時(shí)間越短則維修性越好。61-169

2.可靠度、維修度與有效度的關(guān)系

A(t,τ）=R(t)+［1－R(t)］×M(τ)=R(t)+F(t)×M(τ)=R(t)+△M(t,τ)

△M(t,τ):

通過(guò)維修得到的有效度增量。

對(duì)于不可修復(fù)的系統(tǒng)，產(chǎn)品的有效度就是其可靠度；對(duì)于可修復(fù)系統(tǒng)，產(chǎn)品有效度則是其可靠度與維修度的統(tǒng)一表現(xiàn)形式。

提高可靠度，MTBF→∞，A→1;

提高維修度，MTTR→0,A→1。71-169第二節(jié)可靠度函數(shù)

一.可靠度的基本函數(shù)式

由于可靠度是產(chǎn)品在某段時(shí)間內(nèi)無(wú)故障運(yùn)行的概率，故可靠度可以用時(shí)間t為隨機(jī)變量的分布函數(shù)R(t)來(lái)表示。

1.故障概率密度函數(shù)

2.累計(jì)故障概率密度函數(shù)81-169

f(t)F(t)R(t)0tti

二.可靠性工程中常用的概率分布

1.指數(shù)分布可靠度函數(shù)由不同的故障形式而服從不同的分布規(guī)律。機(jī)械設(shè)備中最常見(jiàn)的失效形式隨機(jī)故障服從于指數(shù)分布規(guī)律。3.可靠度函數(shù)上式可用右圖加以表示。

4.故障率函數(shù)91-169

對(duì)于指數(shù)分布來(lái)說(shuō)，故障是隨機(jī)發(fā)生的，因而每個(gè)相同時(shí)間間隔內(nèi)出現(xiàn)故障的幾律是相等的，即指數(shù)分布中的故障率λ是一個(gè)常數(shù)。

指數(shù)分布條件下，故障率λ與平均故障間隔期MTBF互為倒數(shù)，即：

指數(shù)分布下的可靠度函數(shù):故障概率密度函數(shù)：f(t)=λe－λt累計(jì)故障概率密度函數(shù)：F(t)=1－e－λt可靠度函數(shù)：101-169

f(t)

f(t)=λe-λe

t(a)0t

0.632F(t)=1－e-λeF(t)

0t

t(b)

R(t)

0.368R(t)=1-e－λe0tt(c)

當(dāng)工作時(shí)間t等于平均故障間隔期時(shí)，此時(shí)產(chǎn)品的可靠度為0.368，相應(yīng)的不可靠度為0.632。即：

不同的檢修周期將使使用中的產(chǎn)品具有不同的可靠度，檢修周期越短，產(chǎn)品的可靠度越高。

111-169

例題：故障遵從指數(shù)分布的產(chǎn)品有10件，其故障前的工作時(shí)間分別為30、70、110、120、140、250、320、360、400、450小時(shí)，試求其平均壽命、故障率、工作300小時(shí)無(wú)故障的可靠度及可靠度為99%時(shí)的工作時(shí)間。解：平均壽命故障率=0.044

工作300小時(shí)的可靠度

=0.263=26.3%

R=0.99時(shí)的工作時(shí)間121-169

θ:隨機(jī)變量t平均值的估計(jì)值；

σ:隨機(jī)變量t方差的估計(jì)值。

2.正態(tài)分布

正態(tài)分布又稱高斯分布。在數(shù)理統(tǒng)計(jì)的各種分布中居于首位。設(shè)備管理中主要用于描述磨損階段的故障特性，軸承、齒輪、密封件等磨損件的壽命分布大多服從正態(tài)分布。

故障概率密度函數(shù)：131-169

…

一般用N(θ,σ2)表示正態(tài)分布。參數(shù)θ表示曲線對(duì)稱軸距縱軸的距離，參數(shù)σ則決定曲線的形狀，數(shù)值越大曲線越呈扁平狀。如圖示：

f(t)0θt141-169

參數(shù)θ=0、σ=1的正態(tài)分布，即N（0，1）稱為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，其故障概率密度為：

標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布N（0，1）隨機(jī)變量的標(biāo)準(zhǔn)離差u定義為：

標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的可靠度函數(shù)：151-169

例題：從某批故障服從正態(tài)分布的儀器中抽取5臺(tái)進(jìn)行壽命試驗(yàn)，各臺(tái)儀器到發(fā)生故障的時(shí)間分別為10.5、11、11.2、12.5、12.8（103h），試求該批儀器工作12×103h時(shí)的可靠度。解：

161-169

求正態(tài)分布下的可靠度，只需求出參數(shù)θ、σ并據(jù)此求出參數(shù)u即可查表求出φ（u）值，在此基礎(chǔ)上計(jì)算可靠度的數(shù)值。

3.威布爾分布

威布爾分布是對(duì)指數(shù)分布和正態(tài)分布的擴(kuò)展，指數(shù)分布是威布爾分布的一種特殊情況，正態(tài)分布則可運(yùn)用威布爾分布作近似計(jì)算。對(duì)于疲勞和磨損而失效的系統(tǒng)，威布爾分布是最好的描述。威布爾分布的可靠度函數(shù)：

171-169

故障概率密度函數(shù)：

故障率函數(shù)：

m:形狀參數(shù)；

t0:

尺度參數(shù)。m=1m=4m=3m=2f(t)0t

形狀參數(shù)有改變威布爾曲線形狀的作用，如f(t)曲線。當(dāng)m=2～4時(shí)，威布爾分布的故障概率密度曲線形狀接近于正態(tài)分布（m=3.3086時(shí)為正態(tài)分布）；m=1時(shí)，曲線呈指數(shù)分布。對(duì)于威布爾分布，改變m即可得到其它故障形式的函數(shù)式。181-169

只需求出參數(shù)m、t0

即可計(jì)算產(chǎn)品的可靠度。實(shí)際應(yīng)用中一般是通過(guò)威布爾概率紙加以估算。（1）威布爾概率紙的結(jié)構(gòu)原理：將式

兩邊取自然對(duì)數(shù)，得：

將其變形為：

兩邊再取對(duì)數(shù)：

令、、

使其具有直線方程的形式，即：Y=AX+B

191-169

（2）.威布爾概率紙的結(jié)構(gòu)：

1）兩組坐標(biāo)：

X軸和Y軸構(gòu)成的直角坐標(biāo)系。X軸：概率紙上邊線，lnt；Y軸：概率紙右邊線

t軸和F(t)軸構(gòu)成的威布爾坐標(biāo)系。t軸：概率紙下邊線，對(duì)數(shù)坐標(biāo)刻度；F(t)軸：概率紙左邊線，威布爾刻度。

2）橫主軸：平行t軸，過(guò)F(t)=63.2%和

3）縱主軸：垂直于橫主軸，過(guò)t=1和lnt=0點(diǎn)。

4）形狀參數(shù)m值估算點(diǎn)：位于X軸（1）和Y軸（0）點(diǎn)。

201-169

211-169

（3）威布爾概率紙的應(yīng)用程序

1）計(jì)算累積故障率從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（或按某時(shí)段的統(tǒng)計(jì)數(shù)）求累積故障概率F(t),不同時(shí)間內(nèi)的累積故障率為：

式中：Ki—到時(shí)間ti時(shí)的故障累計(jì)數(shù)；

n—設(shè)備或零件數(shù)。求出F(ti)后，將不同的t值及相應(yīng)的F（t）值列表如下：t

t1t2t3tiF(t)

F(t1)F(t2)F(t3)F(ti)221-169321ttt<<it<縱主軸威布爾直線m值估算點(diǎn)橫主軸m值Y軸表中：

b.描點(diǎn)：將與時(shí)間t相應(yīng)的F(t)值標(biāo)在威布爾概率紙上并將各點(diǎn)擬合成為一條直線，即為威布爾直線。

c.估算各參數(shù)值：形狀參數(shù)m值的估算：將威布爾直線平移，使之通過(guò)m值估算點(diǎn)，從通過(guò)m點(diǎn)的直線與縱主軸的交點(diǎn)右引水平線與Y軸相交，交點(diǎn)刻度的絕對(duì)值即m值。231-169

尺度參數(shù)的估算：從威布爾直線與縱主軸交點(diǎn)右引水平線與Y軸相交，將該交點(diǎn)所示刻度的絕對(duì)值移至X軸刻度上，向下作垂線與t軸相交所顯示的刻度即t0值，如圖所示。

應(yīng)用威布爾概率紙時(shí)，求出形狀參數(shù)m后，可大致判斷故障分布類型并可據(jù)此運(yùn)用相應(yīng)公式求解任意時(shí)間的可靠度參數(shù)。a00at241-169

例題：某企業(yè)有100臺(tái)設(shè)備，按1～10月份的故障統(tǒng)計(jì)，每月故障數(shù)和累積故障數(shù)如下表所示：試用威布爾概率紙求m、t0、λ（10）、R(10)的值。

月份故障數(shù)累積故障數(shù)累積故障率F(t)月份故障數(shù)累積故障數(shù)累積故障率F(t)

1333%622222%2366%783030%341010%823232%451515%984040%552020%1024242%251-169261-169

解：將表中數(shù)據(jù)描在威布爾概率紙上，將各點(diǎn)擬合成一條直線，如圖所示，可求得：形狀參數(shù)：m=1.35

尺度參數(shù)：t0=38.5

271-169

第三節(jié)以可靠性為中心的維修（RCM）

需要指出的是，以上關(guān)于維修間隔與故障率之間關(guān)系的結(jié)論正在受到挑戰(zhàn)。按照可靠性為中心的維修理論（RCM），如果設(shè)備本身沒(méi)有一種支配性的故障模式，那么設(shè)備越復(fù)雜，故障率就越高，隨機(jī)性也就越大。此時(shí)如果采用定期檢修的方式并不能有效地降低設(shè)備故障率。美國(guó)宇航局NASA所屬的維修指導(dǎo)小組于1968、1978、1985以及1993年通過(guò)對(duì)民航飛機(jī)及發(fā)電設(shè)備的四次大規(guī)模調(diào)研，分析出六種故障概率曲線，如圖所示:281-169

第一種是典型的“浴盆”曲線;一二三四五六291-169第二種曲線表明狀態(tài)恒定或故障條件可能性逐漸增加；

第三種曲線表明發(fā)生故障的可能性緩慢增加，沒(méi)有明顯的磨損區(qū)；

第四種曲線表明新設(shè)備使用后故障率迅速增加到一個(gè)恒定值；

第五種曲線表明設(shè)備的故障率一直保持恒定，也就是隨機(jī)故障；

第六種曲線表明設(shè)備的故障率隨時(shí)間下降到一個(gè)恒定值或故障率隨時(shí)間的增加非常緩慢。

301-169

對(duì)民航飛機(jī)進(jìn)行的研究表明；4%的設(shè)備屬于第一種類型；2%屬于第二種；5%屬于第三種；7%屬于第四種；14%屬于第五種；屬于第六種類型的不少于68%。

上述研究與傳統(tǒng)的維修理念是不一致的。RCM的理論認(rèn)為：除非有一個(gè)支配性的與時(shí)間相關(guān)的故障模型,否則使用時(shí)間對(duì)于復(fù)雜設(shè)備的可靠性影響甚微。在此前提下，定期維修將會(huì)給其他穩(wěn)定系統(tǒng)帶來(lái)不良影響而增加總故障率。311-169

一、RCM的定義：

一種用于確保任何設(shè)備在現(xiàn)有使用條件下保持其設(shè)計(jì)功能的狀態(tài)所必須活動(dòng)的方法。

RCM是一種用于確定設(shè)備在其運(yùn)行環(huán)境下維修需求的方法。二、RCM與傳統(tǒng)維修在理念上的區(qū)別1、設(shè)備使用時(shí)間對(duì)故障的影響

傳統(tǒng)維修：設(shè)備故障的發(fā)生和發(fā)展與使用時(shí)間有直接關(guān)系，定期計(jì)劃維修可以降低故障發(fā)生的概率。

321-169

RCM：設(shè)備故障與使用時(shí)間一般沒(méi)有直接關(guān)系，定時(shí)計(jì)劃維修不一定好。

2、對(duì)故障的認(rèn)識(shí)

傳統(tǒng)維修：沒(méi)有考慮到某些設(shè)備潛在的故障。

RCM:設(shè)備的許多故障具有一定潛伏期，可通過(guò)現(xiàn)代各種手段檢測(cè)到。

3、預(yù)防性維修對(duì)設(shè)備可靠度的影響傳統(tǒng)維修：預(yù)防性維修能提高設(shè)備的固有可靠度。

RCM:預(yù)防性維修不能提高設(shè)備的固有可靠度。331-1694、設(shè)備維修的主體

傳統(tǒng)維修：由維修部門的專業(yè)人員進(jìn)行。

RCM：由設(shè)備操作人員與維修人員共同完成。5、對(duì)維修功能的認(rèn)識(shí)傳統(tǒng)維修：維修的目標(biāo)是在費(fèi)用優(yōu)化的前提下提高設(shè)備的可靠度。

RCM：維修不僅影響可靠度和費(fèi)用，還對(duì)環(huán)保、能源效率、質(zhì)量和售后服務(wù)產(chǎn)生影響。三、RCM的七個(gè)基本問(wèn)題

1、

在具體的操作條件下,設(shè)備的功能和相關(guān)的性能標(biāo)準(zhǔn)是什么?

341-169

RCM方法的第一步就是明確每臺(tái)設(shè)備在運(yùn)行條件下的功能以及相關(guān)的性能指標(biāo)。(1)基本功能:包括速度、輸出、處理或儲(chǔ)存能力、產(chǎn)品質(zhì)量和用戶服務(wù)。(2)第二類功能：在安全控制、兼容性、舒適性、結(jié)構(gòu)緊湊、經(jīng)濟(jì)性、保護(hù)、效率、環(huán)境友好甚至設(shè)備外觀等方面的要求。

多數(shù)設(shè)備可通過(guò)維護(hù)使其持續(xù)發(fā)揮用戶要求的作用。設(shè)備的用戶通常最了解設(shè)備的功能，因此，他們應(yīng)參與到RCM的管理中。351-169

2、什么情況下設(shè)備無(wú)法履行其功能？

可能使設(shè)備不能履行其功能要求的是故障。在采用合適的故障管理方法之前,要確認(rèn)會(huì)發(fā)生什么故障。RCM的方法從兩個(gè)層面來(lái)做此項(xiàng)工作:

首先，確定故障達(dá)到什么狀態(tài)；然后，找出設(shè)備發(fā)生故障的原因。3、引起功能性故障的原因是什么？

一旦功能故障被識(shí)別后,下一步是設(shè)法找出導(dǎo)致故障狀態(tài)的故障模式。故障模式包括那些在相同或類似的設(shè)備在相同的運(yùn)行條件下發(fā)生過(guò)的事件。361-169通過(guò)現(xiàn)有維護(hù)制度預(yù)防的故障,以及至今仍未發(fā)生,但考慮到在運(yùn)行條件下存在著發(fā)生的可能性的故障。

大多數(shù)傳統(tǒng)的故障模式包含了由于性能衰減或正常磨損而造成的故障，設(shè)備故障的所有可能的原因都能被識(shí)別并恰當(dāng)?shù)靥幚怼Ｍ瑯又匾氖浅浞肿R(shí)別各種故障的原因以保證處理時(shí)不會(huì)浪費(fèi)時(shí)間和精力。4、故障發(fā)生時(shí)會(huì)出現(xiàn)什么情況？故障發(fā)生后的跡象；故障發(fā)生后的停機(jī)時(shí)間；371-169故障發(fā)生后造成的危害；為排除故障所做的工作。

5、故障模式如何對(duì)故障后果產(chǎn)生影響？

常見(jiàn)的故障模式有3000—10000種，這些不同的故障模式可能影響操作,也可能影響產(chǎn)品質(zhì)量、用戶服務(wù)、安全或環(huán)境。所發(fā)生的故障需要耗費(fèi)時(shí)間和資金來(lái)修復(fù)。如果故障產(chǎn)生嚴(yán)重后果，應(yīng)采取有效措施加以避免。如果故障后果較小或沒(méi)有,則除基本清潔和潤(rùn)滑外不采取其它維護(hù)措施。

RCM的理念并不是避免故障本身,而是消除或減381-169輕故障的后果。這些故障后果涉及：

(1)故障后果隱患

故障后果隱患會(huì)使系統(tǒng)出現(xiàn)多種故障并帶來(lái)嚴(yán)重甚至是災(zāi)難性的后果。(2)安全與環(huán)境后果

如果故障會(huì)造成人員傷亡,則帶來(lái)安全后果；如果故障破壞了企業(yè)、地方、國(guó)家或國(guó)際環(huán)境標(biāo)準(zhǔn),則帶來(lái)環(huán)境后果。

(3)操作后果

故障直接影響了生產(chǎn),則產(chǎn)生操作后果。391-169(4)非操作后果

故障既不影響安全,也不影響生產(chǎn),僅造成維護(hù)方面的直接經(jīng)濟(jì)損失。

RCM方法將這些分類作為確定是否需要維護(hù)的指導(dǎo)原則。按照上述分類對(duì)各種故障模式的后果進(jìn)行考察,將操作、環(huán)境和安全維護(hù)目標(biāo)組合起來(lái)。這樣有助于將安全和環(huán)保融合于維護(hù)管理中。

后果評(píng)估過(guò)程重視對(duì)結(jié)構(gòu)性能最有效果的維護(hù)活動(dòng),避免作用很小或沒(méi)有作用的維護(hù)工作。同時(shí)更401-169關(guān)注故障管理的不同方式,而不是專注于僅僅防止故障。6、如何才能預(yù)防故障？如前所述，除非有一種支配性的與時(shí)間相關(guān)的故障模式,否則使用時(shí)間對(duì)于復(fù)雜設(shè)備的可靠性影響甚微。在此前提下，定期維修將會(huì)給其他穩(wěn)定系統(tǒng)帶來(lái)不良影響而增加總故障率。

在故障發(fā)生之前進(jìn)行，包括傳統(tǒng)的預(yù)防維護(hù)等。RCM將預(yù)防工作分為三種不同的類型：

計(jì)劃恢復(fù)任務(wù)：為使設(shè)備達(dá)到額定壽命極限或在此之前對(duì)零部件或設(shè)備進(jìn)行重新修復(fù),無(wú)論此時(shí)411-169其條件怎樣。

計(jì)劃放棄任務(wù)：在達(dá)到額定壽命極限之前棄置設(shè)備,無(wú)論此時(shí)其條件怎樣。

這兩類任務(wù)一般稱為預(yù)防性維護(hù)。但根據(jù)RCM的理念，其應(yīng)用范圍較前小得多。

條件性任務(wù)：RCM中，故障管理技術(shù)主要依據(jù)大多數(shù)故障發(fā)生前都有先兆的事實(shí)。這些先兆稱為潛在故障,是可識(shí)別的物理?xiàng)l件,表明功能性故障將要發(fā)生或正在發(fā)生。故障管理技術(shù)包括所有形式的預(yù)防性維護(hù)、基于狀態(tài)的維修和故障診斷。

421-169

7、無(wú)法確定合適的預(yù)防性維修時(shí)怎么辦？在無(wú)法有效地進(jìn)行預(yù)防工作時(shí)，通過(guò)檢測(cè)維修、改進(jìn)性維修、修復(fù)性維修對(duì)故障進(jìn)行處理。檢測(cè)維修是定期查找故障，以確定設(shè)備是否正常運(yùn)行，保證在故障前進(jìn)行維修；改進(jìn)性維修（重新設(shè)計(jì)）仍是由維修人員負(fù)責(zé)，但它不是一般意義上的維修活動(dòng)，而是通過(guò)硬件改造或程序的改變來(lái)改進(jìn)設(shè)備的最初設(shè)計(jì)功能及其狀態(tài)；修復(fù)性維修或事后維修是指設(shè)備發(fā)生故障后，才對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修或零部件的更換。431-169四、RCM的應(yīng)用

RCM的管理時(shí)首先要確定設(shè)備的重要性，在出現(xiàn)故障時(shí)是否會(huì)威脅人身安全及環(huán)保，是否會(huì)造成重大經(jīng)濟(jì)損失。就設(shè)備系統(tǒng)而言，則可根據(jù)前述的重要度因子對(duì)重要性加以確定。對(duì)重要設(shè)備可依據(jù)以下邏輯圖進(jìn)行故障管理。

故障模式

改善維修

故障率低？故障后果是否輕微周期性預(yù)防維修故障率增加很大？

漸發(fā)型故障

時(shí)間延遲型

檢查

狀態(tài)參數(shù)可測(cè)？

改造

狀態(tài)監(jiān)測(cè)YYNNYYNNYNYN441-169

功能分解

描述維修行為

選擇維修策略定義維修任務(wù)/周期

安排維修程序

維修程序的確定

記錄維修歷史

資源特性

分析維修歷史

調(diào)整維修程序

新設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)劃

設(shè)計(jì)改造以可靠性為中心的維修資料維修歷史數(shù)據(jù)故障效果評(píng)價(jià)歷史數(shù)據(jù)維修管理系統(tǒng)周期優(yōu)化基本維修方案運(yùn)行和維修的策略和目標(biāo)合理的運(yùn)行需求451-169美國(guó)民航飛機(jī)依據(jù)RCM的理念進(jìn)行維修管理所取得的成效如下：

維修工時(shí)節(jié)省50%；間隔期從3年延到5年；檢查項(xiàng)目取消55%；飛機(jī)準(zhǔn)備時(shí)間縮短了40%；維修停機(jī)時(shí)間減少79.1%。需要說(shuō)明的是，目前RCM尚未形成完全成熟的理論體系，是否具有普適性還有待驗(yàn)證。RCM的方法目前也只是在航空航天業(yè)及部分流程工業(yè)（如核電業(yè)）中得到應(yīng)用。461-169

第四節(jié)設(shè)備故障分布的規(guī)律

一.設(shè)備故障分布的基本類型

故障：產(chǎn)品喪失其規(guī)定功能的現(xiàn)象。

1.故障率遞減型：故障率λ(t)隨時(shí)間增加而單調(diào)降低，出現(xiàn)于產(chǎn)品的磨合階段。

2.故障率恒定型：故障率λ(t)=常數(shù)，與時(shí)間無(wú)關(guān)，出現(xiàn)于產(chǎn)品的正常使用階段。

3.故障率遞增型：故障率λ(t)隨時(shí)間增加而逐步上升，出現(xiàn)于產(chǎn)品使用后期的磨損階段。在遞減型中，故障的出現(xiàn)通常是由于產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、制造工藝、裝配質(zhì)量及材料上的缺陷造成的；471-169

對(duì)于恒定型故障來(lái)說(shuō)，故障形成的原因完全是隨機(jī)的，沒(méi)有一種特定的故障機(jī)理在起主要作用。故障密度函數(shù)呈指數(shù)分布。故障是由使用不當(dāng)、操作疏忽、維護(hù)不良造成的，由于發(fā)生故障的時(shí)機(jī)難以預(yù)測(cè)，因而事前更換零部件的意義不大。遞增型的故障是由產(chǎn)品耗損及老化引起的，故障一般集中在某一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生，其故障密度函數(shù)近似于正態(tài)分布。三種類型的λ(t)、f(t)曲線形態(tài)如圖示：f(t)f(t)f(t)Λ(t)Λ(t)Λ(t)ttt遞增型遞減型恒定型000481-169

二.設(shè)備故障發(fā)生的規(guī)律

1.浴盆曲線：故障率變化三階段：初期故障期、偶發(fā)故障期、磨損故障期。偶發(fā)故障期初期故障期磨損故障期Λ(t)t0

1）初期故障期：發(fā)生于設(shè)備投產(chǎn)前的調(diào)整或試運(yùn)轉(zhuǎn)階段。故障較多，故障率較高，隨著磨合及故障的排除，故障率逐步降低并趨于穩(wěn)定。491-169

2）偶發(fā)故障期：發(fā)生于設(shè)備正常使用階段。故障率較低，為一常量。故障不可預(yù)測(cè)，不受運(yùn)行時(shí)間影響而隨機(jī)發(fā)生。

3）磨損故障期：發(fā)生于設(shè)備使用后期。由于機(jī)械磨損、化學(xué)腐蝕及物理性質(zhì)的變化，設(shè)備故障率開(kāi)始上升。初期故障期的故障形態(tài)反映了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造及安裝的技術(shù)質(zhì)量水平，也與調(diào)整、操作有直接關(guān)系。對(duì)于大修及改造的設(shè)備，初期故障率則反映了大修或改造的質(zhì)量。偶發(fā)故障期是設(shè)備的最佳工作期，即設(shè)備的有效壽命。除設(shè)備本身質(zhì)量外，管理在很大程度上決定了這一階段持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短。501-169B0B1B2ⅡⅠⅢλ0λλ1λ2λ3T0T1T2對(duì)于進(jìn)入磨損故障期的設(shè)備，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修理或改裝，以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。故障發(fā)生的三階段分別對(duì)應(yīng)于故障率遞減型、故障率恒定型及故障率遞增型。

2.設(shè)備全壽命周期特性曲線：Λ*t0511-169

設(shè)備全壽命周期特性曲線由若干個(gè)浴盆曲線組成。

由于大修未改變?cè)O(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，也未提高其固有可靠度；

大修僅更換了磨損嚴(yán)重的零部件，其余未經(jīng)更換的某些零部件繼續(xù)使用將容易造成損壞；

大修的各項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)一般低于制造廠家的制造標(biāo)準(zhǔn)，因而大修設(shè)備質(zhì)量及可靠性要低于新設(shè)備。

大修后浴盆曲線的變化：

最高及最低故障率

偶發(fā)故障期

521-169

如按固定的大修周期安排大修計(jì)劃，將造成前期維修過(guò)剩，后期維修不足。因此應(yīng)按設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)科學(xué)、合理地制定大修計(jì)劃。第五節(jié)

設(shè)備的可靠性管理

一.設(shè)備系統(tǒng)的可靠度計(jì)算

1.串聯(lián)系統(tǒng)設(shè)備系統(tǒng)中只要有一個(gè)子系統(tǒng)發(fā)生故障，將造成整個(gè)系統(tǒng)的故障。

…

大修周期531-169

并聯(lián)系統(tǒng)中，系統(tǒng)可靠度大于任意子系統(tǒng)的可靠度。并聯(lián)系統(tǒng)在液壓、自動(dòng)化及電子設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。

3.串、并聯(lián)系統(tǒng)

串聯(lián)系統(tǒng)中，系統(tǒng)可靠度小于任意子系統(tǒng)的可靠度。機(jī)械設(shè)備中如減速器、變速箱等都是典型的串聯(lián)系統(tǒng)。

2.并聯(lián)系統(tǒng)設(shè)備系統(tǒng)中，只要一個(gè)子系統(tǒng)在起作用就能維持系統(tǒng)的功能。541-169

串、并聯(lián)系統(tǒng)由串聯(lián)部分子系統(tǒng)及并聯(lián)部分子系統(tǒng)組成。計(jì)算時(shí)應(yīng)首先將系統(tǒng)中的并聯(lián)部分簡(jiǎn)化為等效的串聯(lián)部分，然后再按串聯(lián)系統(tǒng)加以計(jì)算。

二.可靠度目標(biāo)值的確定與分配企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃的完成在很大程度上取決于生產(chǎn)設(shè)備的有效度(可利用率)，而有效度又是可靠度與維修度的函數(shù)，因而對(duì)主要生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)確定其工作可靠度的目標(biāo)值?？煽慷饶繕?biāo)值可以是MTBF、MTTF、λ等可靠性特征值。

1.可靠度目標(biāo)值確定的依據(jù)551-169

（1）企業(yè)的維修能力及社會(huì)化協(xié)作的外部條件；（2）設(shè)備在企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中所起的作用；（3）經(jīng)濟(jì)性。

例

某生產(chǎn)車間現(xiàn)有維修人員三名,每班工作時(shí)間為8h,負(fù)責(zé)20臺(tái)設(shè)備的維修工作。統(tǒng)計(jì)資料表明,每臺(tái)設(shè)備的平均修理時(shí)間MTTR=6h,輔助時(shí)間ta=2h,試根據(jù)上述情況確定可靠度目標(biāo)值。

解:按發(fā)生一次故障就修理一次計(jì)算,每修一臺(tái)所需時(shí)間561-169維修人員的日維修能力

由以上計(jì)算可知,維修人員每天能修理的設(shè)備臺(tái)數(shù)

Em

即每天允許發(fā)生故障設(shè)備的臺(tái)數(shù)，由此可知

每天允許的不可靠度為：可靠度為：571-169又如這些設(shè)備每天工作6h，在可靠度目標(biāo)值為0.85的條件下，其λ、MTBF值也可據(jù)此求出。由可知又由可知MTBF=37h

以上計(jì)算的實(shí)際是設(shè)備的工作可靠度,因而要求其固有可靠度指標(biāo)必須高于計(jì)算值,否則目標(biāo)值是難以實(shí)現(xiàn)的。581-1692.冗余性設(shè)計(jì)的概念為使設(shè)備達(dá)到規(guī)定功能，如使其具有兩種以上的手段，且其中任何一種都是隨時(shí)可供使用，當(dāng)一種手段發(fā)生故障時(shí)，另一種還可使設(shè)備履行規(guī)定的功能。冗余性設(shè)計(jì)的原理：并聯(lián)系統(tǒng)可靠度大于其組成子系統(tǒng)的可靠度。冗余性設(shè)計(jì)的兩手段功能相同，故障的發(fā)生必須獨(dú)立，即其工作原理必須不一樣或空間布置不一樣。591-169

1).工作儲(chǔ)備工作儲(chǔ)備即并聯(lián)儲(chǔ)備。在工作儲(chǔ)備中，只要不是所有子系統(tǒng)都發(fā)生故障，系統(tǒng)即可履行規(guī)定功能。工作儲(chǔ)備可靠度：

RS=R1+R2－R1R2R1R2

設(shè)兩子系統(tǒng)故障率分布為λ1、λ2，當(dāng)子系統(tǒng)故障率服從指數(shù)分布時(shí)，系統(tǒng)的可靠度為：601-169如λ1=λ2=λ，則有

由于在單個(gè)子系統(tǒng)中，平均壽命為，因此工作儲(chǔ)備系統(tǒng)的平均壽命為子系統(tǒng)的1.5倍。

2).非工作儲(chǔ)備：當(dāng)一個(gè)子系統(tǒng)發(fā)生故障，相同功能的另一子系統(tǒng)接續(xù)工作，使系統(tǒng)功能得以維持。611-169R1R2C

如子系統(tǒng)相同，轉(zhuǎn)接及故障檢測(cè)裝置100%可靠，其系統(tǒng)可靠度為：

非工作儲(chǔ)備中，并聯(lián)子系統(tǒng)平時(shí)不工作，因而系統(tǒng)可靠度要高于工作儲(chǔ)備系統(tǒng)。當(dāng)非工作儲(chǔ)備系統(tǒng)中的一個(gè)并聯(lián)子系統(tǒng)發(fā)生故障，另一并聯(lián)子系統(tǒng)立即投入運(yùn)行的轉(zhuǎn)接裝置可靠度為Rk，則系統(tǒng)可靠度為：

系統(tǒng)的平均壽命：621-169

3.可靠度的分配可靠度分配：將設(shè)備或系統(tǒng)的可靠度目標(biāo)值轉(zhuǎn)換為其零部件或子系統(tǒng)的可靠度的過(guò)程，即可靠度計(jì)算的逆過(guò)程。

1)等分法：使各子系統(tǒng)具有相同的可靠度分?jǐn)傊?/p>

由于Rk≤1，因此轉(zhuǎn)接裝置如發(fā)生故障將導(dǎo)致系統(tǒng)可靠度的降低。

并聯(lián)系統(tǒng)：

串聯(lián)系統(tǒng)：631-169

等分法無(wú)法反映各子系統(tǒng)之間的差別，在實(shí)際中較少采用。

2).加權(quán)分配法：根據(jù)子系統(tǒng)的重要程度分配可靠度。重要度：

加權(quán)后，第i個(gè)子系統(tǒng)在ti

時(shí)的可靠度Ri

(ti)為：

第i個(gè)子系統(tǒng)平均壽命：641-169

ＲS：系統(tǒng)可靠度目標(biāo)值；

ti：第i個(gè)子系統(tǒng)需要工作的時(shí)間；

ni：

第i個(gè)子系統(tǒng)組件數(shù)；

N:系統(tǒng)的基本組件數(shù)，。

3).相對(duì)故障率分配法：將系統(tǒng)預(yù)計(jì)的故障率分配到各子系統(tǒng)。對(duì)于串聯(lián)系統(tǒng)：

相對(duì)故障率分配法的步驟：651-169

a.確定系統(tǒng)故障率λS：

對(duì)于故障率服從指數(shù)分布的系統(tǒng)：

b.確定各子系統(tǒng)的預(yù)計(jì)故障率

c.計(jì)算各子系統(tǒng)加權(quán)系數(shù)Wi

d.將λS分配致各子系統(tǒng)

λi=WiλS661-169

例題：設(shè)有一由三臺(tái)設(shè)備串聯(lián)組成的系統(tǒng)，設(shè)備1、2、3的預(yù)計(jì)故障率分別為

,

根據(jù)需要，系統(tǒng)運(yùn)行100h后可靠度RS(t)=0.70，試將其分別分配到設(shè)備1、2、3上。

解：系統(tǒng)故障率：

系統(tǒng)預(yù)計(jì)故障率：

各系統(tǒng)的加權(quán)系數(shù)：

671-169

子系統(tǒng)1、2、3的故障率分別為：

當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行100h后，各子系統(tǒng)的可靠度為：681-169第六節(jié)設(shè)備的維修度

一.維修度函數(shù)

維修度是表征設(shè)備在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成維修的概率。如以M(τ)表示維修度，即在時(shí)間τ內(nèi)完成維修的概率為M(τ)。相同時(shí)間τ內(nèi)，越容易維修的系統(tǒng)，其M(τ)值越大，M(τ)為時(shí)間τ的單調(diào)遞增函數(shù)。

1.維修的概率密度函數(shù)m(τ)

m(τ)表示某一時(shí)刻τ設(shè)備的修復(fù)概率。

691-169

3.指數(shù)分布中的維修度函數(shù)維修度函數(shù)可以是按正態(tài)分布、指數(shù)分布或威布爾分布。當(dāng)產(chǎn)品的工作時(shí)間遠(yuǎn)大于其維修時(shí)間時(shí)，維修度函數(shù)一般服從指數(shù)分布。

2.維修度函數(shù)M(τ)701-169

修復(fù)率是指待修設(shè)備的修理時(shí)間已達(dá)到某個(gè)時(shí)刻尚未修復(fù)，在隨后的單位時(shí)間內(nèi)完成修理工作的概率。修復(fù)率：

M(t)為時(shí)間t的單調(diào)遞增函數(shù)，M(t)同樣可以用指數(shù)分布、對(duì)數(shù)分布及威布爾分布來(lái)表示。當(dāng)維修度函數(shù)服從指數(shù)分布時(shí)，其表達(dá)式為：指數(shù)分布中711-169與可靠性指標(biāo)中的平均故障間隔期一樣，指數(shù)分布條件下修復(fù)率的倒數(shù)為平均修理時(shí)間，即當(dāng)平均修理時(shí)間為時(shí)，維修度

例：根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，某設(shè)備在一個(gè)月內(nèi)發(fā)生10次故障，共停機(jī)檢修800min，設(shè)故障服從指數(shù)分布。如果要求設(shè)備故障停機(jī)時(shí)間不得超過(guò)100min，以此作為維修工時(shí)定額時(shí)求設(shè)備的維修度。721-169解：設(shè)備的平均修理時(shí)間為修復(fù)率為即100min內(nèi)該設(shè)備的維修度為0.714。731-169

3.維修度與可靠度的比較100%

F(t)

R(t)0時(shí)間t0時(shí)間τ100%M(τ)

兩者之間的比較如圖所示。

4.有效度與可靠度、維修度的關(guān)系：

741-169

5.可靠性與維修性的關(guān)系

高可靠性意味著高費(fèi)用。提高設(shè)備的維修性可以彌補(bǔ)其可靠性的不足，相比之下較之單純提高設(shè)備的可靠性更為經(jīng)濟(jì)。

可靠度高的設(shè)備,其維修頻度必然較低,相應(yīng)的維修時(shí)間及維修費(fèi)用也將減少,設(shè)備得以保持較高的有效度。但是設(shè)備的可靠度很大程度上是由設(shè)計(jì)、制造過(guò)程決定的,提高可靠性就意味著設(shè)備成本的增加。據(jù)國(guó)外的統(tǒng)計(jì)資料,高可靠度設(shè)備的成本較之正常可靠度設(shè)備的成本高出50%—100%,甚至更多，因而

751-169片面強(qiáng)調(diào)可靠性并不一定是經(jīng)濟(jì)的。一般說(shuō)來(lái)，當(dāng)設(shè)備成本增加20%—50%，企業(yè)總投資增加10%—15%時(shí)，可靠性與維修性就能大幅提高，此時(shí)設(shè)備投資的經(jīng)濟(jì)性便可得以改善。此外,由于有效度是由可靠度和維修度共同決定的,在有效度要求一定時(shí),通過(guò)提高設(shè)備的維修度可以彌補(bǔ)可靠度的不足,而提高維修度要比通過(guò)提高可靠度在費(fèi)用上更為經(jīng)濟(jì)。

例如：當(dāng)設(shè)備的

,

，t=100h。

在工作儲(chǔ)備系統(tǒng)中，無(wú)維修條件下的系統(tǒng)可靠度為0.60，有維修則為0.91；非工作儲(chǔ)備中無(wú)維修時(shí)761-169函數(shù)名稱可靠度維修度分布函數(shù)可靠度函數(shù):R(t)不可靠度函數(shù):F(t)1-M(t)維修度函數(shù):M(t)分布密度函數(shù)

單位時(shí)間故障率（修復(fù)率）

指數(shù)分布下的函數(shù)及平均時(shí)間可靠度與維修度相對(duì)應(yīng)的函數(shù)：的可靠度為0.74，有維修時(shí)則為0.96；非冗余性設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的可靠度僅為0.37。771-169謝謝！781-169六、備件管理

備件：設(shè)備維修中為減少停機(jī)時(shí)間而事先采購(gòu)、加工并儲(chǔ)備的各種零部件。備件管理：備件的生產(chǎn)、訂貨、供應(yīng)及儲(chǔ)備的組織與管理工作。搞好備件管理，可以減少維修停機(jī)時(shí)間，提高設(shè)備利用率；降低流動(dòng)資金占用，提高資金利用率。一、備件消耗定額的確定備件消耗定額是一定條件下，生產(chǎn)單位產(chǎn)值或單位產(chǎn)量合理消耗備件的數(shù)量標(biāo)準(zhǔn)，如萬(wàn)元產(chǎn)值備件資金（或重量）。所謂一定條件是指影響消耗定額的791-169各種因素，如管理人員的素質(zhì)，企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理狀況，生產(chǎn)技術(shù)條件，自然條件及備件質(zhì)量等。一般可通過(guò)經(jīng)驗(yàn)估算法，統(tǒng)計(jì)分析法及實(shí)測(cè)法估算備件的消耗定額。二、備件儲(chǔ)備定額的制定經(jīng)常儲(chǔ)備那種備件取決于備件的使用壽命，儲(chǔ)備數(shù)量則取決于備件的消耗量，本企業(yè)的維修能力及備件的供應(yīng)周期。一般可采用存儲(chǔ)理論求得備件的經(jīng)濟(jì)訂貨批量。所謂存儲(chǔ)理論就是在備件資料（如月平均消耗量、訂801-169貨周期、費(fèi)用、備件保管條件等）的統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上，建立反映其變化規(guī)律的數(shù)學(xué)模型與公式，據(jù)此以系統(tǒng)費(fèi)用（由備件建立費(fèi)，存儲(chǔ)費(fèi)，備件短缺損失費(fèi)組成）最低的原則求得經(jīng)濟(jì)訂貨批量。這里的備件建立費(fèi)是采購(gòu)備件時(shí)發(fā)生的各種費(fèi)