機(jī)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)

　　1.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。

　　2.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(jìn)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)≈[N—Nf(t)]/N(1—14)

　　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(jìn)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(1—15)

　　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(jì)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)生故障的概率。故障率也是時間的函數(shù)，記為γ(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γ(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：

　　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(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τ的函數(shù)，用M(τ)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)維修性設(shè)計

　　(1)維修及維修性

　　所謂維修是指使產(chǎn)品保持在正常使用和運(yùn)行狀態(tài)，以及為排除故障或缺陷所采取的一切措施，包括設(shè)備運(yùn)行過程中的維護(hù)保養(yǎng)、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷以及故障檢修、調(diào)整和最后的驗收試驗等直至恢復(fù)正常運(yùn)行等一系列工作。簡言之，為保持或恢復(fù)產(chǎn)品規(guī)定功能采取的技術(shù)措施叫做維修。

　　維修性是指對故障產(chǎn)品修復(fù)的難易程度，即在規(guī)定條件和規(guī)定時間內(nèi)，完成某種產(chǎn)品維修任務(wù)的難易程度。

　　(2)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的維修性設(shè)計

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

　　1.可達(dá)性

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

　　2.零組部件的標(biāo)準(zhǔn)化與互換性

　　產(chǎn)品設(shè)計時應(yīng)力求選用標(biāo)準(zhǔn)件，以提高互換性，這將會給產(chǎn)品的使用維修帶來很大方便。因為標(biāo)準(zhǔn)化零件質(zhì)量有保證，品種和規(guī)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(yīng)，又簡化管理。

　　3.維修人員的安全

　　產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)設(shè)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。

　　(3)可靠性設(shè)計與維修性設(shè)計的關(guān)系

　　可靠性設(shè)計和維修性設(shè)計是從不同的角度來保證產(chǎn)品的可靠性。前者著重從保證產(chǎn)品的工作性能出發(fā)，力求不出故障或少出故障，是解決本質(zhì)安全問題，在方案設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計階段就設(shè)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(chǎn)品發(fā)生故障，其本身就能自動及時發(fā)現(xiàn)故障，并且顯示故障或發(fā)出警報信號，并能自動排除故障或中止故障的擴(kuò)展。