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)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率。

可靠度表示為時間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間。

工作可靠度R0:產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(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

瞬時故障率λ(t):

到某一時刻t為止尚未發(fā)生故障的產(chǎn)品在隨后的dt

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

平均故障間隔期常用來表示可修復(fù)系統(tǒng)的可靠性。

5.平均壽命MTTF

(MeanTimeToFailure):

產(chǎn)品從開始使用到失效為止使用時間的平均值。

平均壽命常用來表示不可修復(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)及勞動情緒、社會化協(xié)作條件等。

3.平均修理時間MTTR(MeanTimeToRepair)：

經(jīng)多次故障修理而得到的修理時間的平均值。

相同條件下，平均修理時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):

通過維修得到的有效度增量。

對于不可修復(fù)的系統(tǒng)，產(chǎn)品的有效度就是其可靠度；對于可修復(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)品在某段時間內(nèi)無故障運(yùn)行的概率，故可靠度可以用時間t為隨機(jī)變量的分布函數(shù)R(t)來表示。

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

對于指數(shù)分布來說，故障是隨機(jī)發(fā)生的，因而每個相同時間間隔內(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)工作時間t等于平均故障間隔期時，此時產(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，其故障前的工作時間分別為30、70、110、120、140、250、320、360、400、450小時，試求其平均壽命、故障率、工作300小時無故障的可靠度及可靠度為99%時的工作時間。解：平均壽命故障率=0.044

工作300小時的可靠度

=0.263=26.3%

R=0.99時的工作時間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臺進(jìn)行壽命試驗(yàn)，各臺儀器到發(fā)生故障的時間分別為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，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時為正態(tài)分布）；m=1時，曲線呈指數(shù)分布。對于威布爾分布，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

兩邊取自然對數(shù)，得：

將其變形為：

兩邊再取對數(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F(t)=63.2%和

3）縱主軸：垂直于橫主軸，過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)測數(shù)據(jù)（或按某時段的統(tǒng)計(jì)數(shù)）求累積故障概率F(t),不同時間內(nèi)的累積故障率為：

式中：Ki—到時間ti時的故障累計(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m值估算點(diǎn)，從通過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，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)公式求解任意時間的可靠度參數(shù)。a00at241-169

例題：某企業(yè)有100臺設(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。美國宇航局NASA所屬的維修指導(dǎo)小組于1968、1978、1985以及1993年通過對民航飛機(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)備的故障率隨時間下降到一個恒定值或故障率隨時間的增加非常緩慢。

301-169

對民航飛機(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：除非有一個支配性的與時間相關(guān)的故障模型,否則使用時間對于復(fù)雜設(shè)備的可靠性影響甚微。在此前提下，定期維修將會給其他穩(wěn)定系統(tǒng)帶來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)備使用時間對故障的影響

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)備故障與使用時間一般沒有直接關(guān)系，定時計(jì)劃維修不一定好。

2、對故障的認(rèn)識

傳統(tǒng)維修：沒有考慮到某些設(shè)備潛在的故障。

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

3、預(yù)防性維修對設(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、對維修功能的認(rèn)識傳統(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的七個基本問題

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)會發(fā)生什么故障。RCM的方法從兩個層面來做此項(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)生過的事件。361-169通過現(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別并恰當(dāng)?shù)靥幚?。同樣重要的是充分識別各種故障的原因以保證處理時不會浪費(fèi)時間和精力。4、故障發(fā)生時會出現(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、故障模式如何對故障后果產(chǎn)生影響？

常見的故障模式有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)時間和資金來修復(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有,則除基本清潔和潤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

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

如果故障會造成人員傷亡,則帶來安全后果；如果故障破壞了企業(yè)、地方、國家或國際環(huán)境標(biāo)準(zhǔn),則帶來環(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。這樣有助于將安全和環(huán)保融合于維護(hù)管理中。

后果評估過程重視對結(jié)構(gòu)性能最有效果的維護(hù)活動,避免作用很小或沒有作用的維護(hù)工作。同時更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間相關(guān)的故障模式,否則使用時間對于復(fù)雜設(shè)備的可靠性影響甚微。在此前提下，定期維修將會給其他穩(wěn)定系統(tǒng)帶來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零部件或設(shè)備進(jìn)行重新修復(fù),無論此時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,無論此時其條件怎樣。

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、無法確定合適的預(yù)防性維修時怎么辦？在無法有效地進(jìn)行預(yù)防工作時，通過檢測維修、改進(jìn)性維修、修復(fù)性維修對故障進(jìn)行處理。檢測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，而是通過硬件改造或程序的改變來改進(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的管理時首先要確定設(shè)備的重要性，在出現(xiàn)故障時是否會威脅人身安全及環(huán)保，是否會造成重大經(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重要性加以確定。對重要設(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

時間延遲型

檢查

狀態(tài)參數(shù)可測？

改造

狀態(tài)監(jiān)測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)故障效果評價歷史數(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)備時間縮短了40%；維修停機(jī)時間減少79.1%。需要說明的是，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)，與時間無關(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

對于恒定型故障來說，故障形成的原因完全是隨機(jī)的，沒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)生故障的時機(jī)難以預(yù)測，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，不受運(yùn)行時間影響而隨機(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)時間的長短。501-169B0B1B2ⅡⅠⅢλ0λλ1λ2λ3T0T1T2對于進(jìn)入磨損故障期的設(shè)備，應(yīng)及時進(jìn)行修理或改裝，以延長設(shè)備的使用壽命。故障發(fā)生的三階段分別對應(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浴盆曲線組成。

由于大修未改變原設(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)中只要有一個子系統(tǒng)發(fā)生故障，將造成整個系統(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)算時應(yīng)首先將系統(tǒng)中的并聯(lián)部分簡化為等效的串聯(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)，因而對主要生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)確定其工作可靠度的目標(biāo)值。可靠度目標(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)的維修能力及社會化協(xié)作的外部條件；（2）設(shè)備在企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營中所起的作用；（3）經(jīng)濟(jì)性。

例

某生產(chǎn)車間現(xiàn)有維修人員三名,每班工作時間為8h,負(fù)責(zé)20臺設(shè)備的維修工作。統(tǒng)計(jì)資料表明,每臺設(shè)備的平均修理時間MTTR=6h,輔助時間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,每修一臺所需時間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)備臺數(shù)

Em

即每天允許發(fā)生故障設(shè)備的臺數(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可供使用，當(dāng)一種手段發(fā)生故障時，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).工作儲備工作儲備即并聯(lián)儲備。在工作儲備中，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，系統(tǒng)的可靠度為：601-169如λ1=λ2=λ，則有

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

2).非工作儲備：當(dāng)一個子系統(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)接及故障檢測裝置100%可靠，其系統(tǒng)可靠度為：

非工作儲備中，并聯(lián)子系統(tǒng)平時不工作，因而系統(tǒng)可靠度要高于工作儲備系統(tǒng)。當(dāng)非工作儲備系統(tǒng)中的一個并聯(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)的可靠度的過程，即可靠度計(jì)算的逆過程。

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個子系統(tǒng)在ti

時的可靠度Ri

(ti)為：

第i個子系統(tǒng)平均壽命：641-169

ＲS：系統(tǒng)可靠度目標(biāo)值；

ti：第i個子系統(tǒng)需要工作的時間；

ni：

第i個子系統(tǒng)組件數(shù)；

N:系統(tǒng)的基本組件數(shù)，。

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

相對故障率分配法的步驟：651-169

a.確定系統(tǒng)故障率λS：

對于故障率服從指數(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)定時間內(nèi)完成維修的概率。如以M(τ)表示維修度，即在時間τ內(nèi)完成維修的概率為M(τ)。相同時間τ內(nèi)，越容易維修的系統(tǒng)，其M(τ)值越大，M(τ)為時間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)品的工作時間遠(yuǎn)大于其維修時間時，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)備的修理時間已達(dá)到某個時刻尚未修復(fù)，在隨后的單位時間內(nèi)完成修理工作的概率。修復(fù)率：

M(t)為時間t的單調(diào)遞增函數(shù)，M(t)同樣可以用指數(shù)分布、對數(shù)分布及威布爾分布來表示。當(dāng)維修度函數(shù)服從指數(shù)分布時，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)為平均修理時間，即當(dāng)平均修理時間為時，維修度

例：根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，某設(shè)備在一個月內(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)時間不得超過100min，以此作為維修工時定額時求設(shè)備的維修度。721-169解：設(shè)備的平均修理時間為修復(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時間t0時間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)、制造過程決定的,提高可靠性就意味著設(shè)備成本的增加。據(jù)國外的統(tǒng)計(jì)資料,高可靠度設(shè)備的成本較之正?？煽慷仍O(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。一般說來，當(dāng)設(shè)備成本增加20%—50%，企業(yè)總投資增加10%—15%時，可靠性與維修性就能大幅提高，此時設(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,通過提高設(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。

在工作儲備系統(tǒng)中，無維修條件下的系統(tǒng)可靠度為0.60，有維修則為0.91；非工作儲備中無維修時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)

單位時間故障率（修復(fù)率）

指數(shù)分布下的函數(shù)及平均時間可靠度與維修度相對應(yīng)的函數(shù)：的可靠度為0.74，有維修時則為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)時間而事先采購、加工并儲備的各種零部件。備件管理：備件的生產(chǎn)、訂貨、供應(yīng)及儲備的組織與管理工作。搞好備件管理，可以減少維修停機(jī)時間，提高設(shè)備利用率；降低流動資金占用，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。一般可通過經(jīng)驗(yàn)估算法，統(tǒng)計(jì)分析法及實(shí)測法估算備件的消耗定額。二、備件儲備定額的制定經(jīng)常儲備那種備件取決于備件的使用壽命，儲備數(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。一般可采用存儲理論求得備件的經(jīng)濟(jì)訂貨批量。所謂存儲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)是采購備件時發(fā)生的各種費(fèi)