安全工程師輔導資料：機械可靠性設(shè)計(1)

　　機械的可靠性設(shè)計與維修性設(shè)計 $lesson$

　　一、可靠性定義及其度量指標

　　(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

　　1.可靠度

　　可靠度是可靠性的量化指標，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)、≈[N―Nf(t)、]/N (4―10)、

　　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 (4―11)、

　　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)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] (4――12)、

　　故障率(失效率)、的常用單位為(1/106h)、。

　　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4―8所示。

　　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達到固有壽命期，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。

　　【例題】單項選擇題

　　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，叫做( )。

　　A. 可靠度 B. 有效度 C. 維修度 D. 故障率 〖答案〗 B

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