三機械的可靠性設計與維修性設計

　　(一)可靠性定義及其度量指標

　　1.可靠性定義

　　所謂可靠性是指系統或產品在規定的條件和規定的時間內，完成規定功能的能力。

　　這里所說的規定條件包括產品所處的環境條件(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、操作者的技術水平等)、維修條件(維修方法、手段、設備和技術水平等)。在不同規定條件下，產品的可靠性是不同的。

　　規定時間是指產品的可靠性與使用時間的長短有密切關系，產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。這里所規定的時間是廣義的，可以是時間，也可以用距離或循環次數等表示。

　　2.可靠性度量指標

　　1.可靠度

　　可靠度是可靠性的量化指標，即系統或產品在規定條件和規定時間內完成規定功能的概率�？煽慷仁菚r間的函數，常用R(t)表示，稱為可靠度函數。

　　產品出故障的概率是通過多次試驗中該產品發生故障的頻率來估計的。例如，取N個產品進行試驗，若在規定時間t內共有Nf(t)個產品出故障，則該產品可靠度的觀測值可用下式近似表示：

　　R(t)≈[N—Nf(t)]/N(1—14)

　　與可靠度相反的一個參數叫不可靠度。它是系統或產品在規定條件和規定時間內未完成規定功能的概率，即發生故障的概率，所以也稱累積故障概率。

　　不可靠度也是時間的函數，常用F(t)表示。同樣對N個產品進行壽命試驗，試驗到瞬間的故障數為Nf(t)，則當N足夠大時，產品工作到 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(1—15)

　　可靠度數值應根據具體產品的要求來確定，一般原則是根據故障發生后導致事故的后果和經濟損失而定。

　　2.故障率(或失效率)

　　故障率是指工作到 t 時刻尚未發生故障的產品，在該時刻后單位時間內發生故障的概率。故障率也是時間的函數，記為γ(t)，稱為故障率函數。

　　產品的故障率是一個條件概率，它表示產品在工作到 t 時刻的條件下，單位時間內的故障概率。它反映 t 時刻產品發生故障的速率，稱為產品在該時刻的瞬時故障率且γ(t)，習慣稱故障率。

　　故障率的觀測值等于N個產品在t時刻后單位時間內的故障產品數△Nf(t)/△t與在t時刻還能正常工作的產品數Ns(t)之比，即：

　　γ(t)=△Nf(t)/[Ns(t)•△t](1—16)

　　故障率(失效率)的常用單位為(1/106h)。

　　3.平均壽命(或平均無故障工作時間)

　　對非維修產品稱平均壽命，其觀測值為產品發生失效前的平均工作時間，或所有試驗產品都觀察到壽命終了時，它們壽命的算術平均值;

　　對于維修產品來說，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的某段觀察期間累積工作時間與發生故障次數之比。

　　4.維修度

　　維修度是指維修產品發生故障后，在規定條件(備件貯備、維修工具、維修方法及維修技術水平等)和規定時間內能修復的概率，它是維修時間τ的函數，用M(τ)表示，稱為維修度函數。

　　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，對維修產品，在規定的條件下使用，在規定維修條件下修理，在規定的時間內具有或維持其規定功能處于正常狀態的概率。

　　二、維修性設計

　　(一)維修及維修性

　　所謂維修是指使產品保持在正常使用和運行狀態，以及為排除故障或缺陷所采取的一切措施，包括設備運行過程中的維護保養、設備狀態監測與故障診斷以及故障檢修、調整和最后的驗收試驗等直至恢復正常運行等一系列工作。簡言之，為保持或恢復產品規定功能采取的技術措施叫做維修。

　　維修性是指對故障產品修復的難易程度，即在規定條件和規定時間內，完成某種產品維修任務的難易程度。

　　(二)產品結構的維修性設計

　　維修性設計是指產品設計時，設計師應從維修的觀點出發，保證當產品一旦出故障，能容易地發現故障，易拆、易檢修、易安裝，即可維修度要高。維修度是產品的固有性質，它屬于產品固有可靠性的指標之一。維修度的高低直接影響產品的維修工時、維修費用，影響產品的利用率。下面就維修性設計中應考慮的主要問題做簡要介紹。

　　1.可達性

　　所謂可達性是指檢修人員接近產品故障部位進行檢查、修理操作、插入工具和更換零件等維修作業的難易程度

　　2.零組部件的標準化與互換性

　　產品設計時應力求選用標準件，以提高互換性，這將會給產品的使用維修帶來很大方便。因為標準化零件質量有保證，品種和規格大大減少，于是就可以減少備件庫存和資金積壓，既能保證供應，又簡化管理。

　　3.維修人員的安全

　　產品在結構設計時除考慮操作工人的安全外，還必須考慮維修人員的安全，而這后一項工作往往最容易被人們忽視。

　　(三)可靠性設計與維修性設計的關系

　　可靠性設計和維修性設計是從不同的角度來保證產品的可靠性。前者著重從保證產品的工作性能出發，力求不出故障或少出故障，是解決本質安全問題，在方案設計和結構設計階段就設法消除危險與有害因素;后者則是從維修的角度考慮，一旦產品發生故障，其本身就能自動及時發現故障，并且顯示故障或發出警報信號，并能自動排除故障或中止故障的擴展。

　　【例題】40.下列項目中，不屬于機械產品結構維修性設計的是()。07

　　A.可達性

　　B.零組部件的標準化與互換性

　　C.維修人員的安全

　　D.耐環境設計

　　【答案】D

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