2015年安全工程師《技術》復習資料：安全人機工程

　　機械的可靠性設計與維修性設計

　　主要內容：機械的可靠性度量指標，可靠性設計，維修設計。

　　可靠性的度量指標

　　1. 可靠度

　　1 可靠度數(shù)值應根據(jù)具體產品的要求來確定， 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)生故障的產品， 在該時刻后單位時間內發(fā)生故障的概率。故障率也是時間的函數(shù)， 記為λ（t），稱為故障率函數(shù)。

　　產品在其整個壽命期間內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。

　　3個階段：

　　⑴早期故障期。產品在使用初期，由于材質、設計、制造、安裝及調整等環(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，但經過不斷的調試和排除故障，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。

　　⑵偶發(fā)故障期。這個期間的故障率降到最低，且趨向常數(shù)，表示產品處于正常工作狀 態(tài)。這段時間較長，是產品的最佳工作期。這時發(fā)生的故障是隨機的，是偶然原因引起應力增加，當應力超過設計規(guī)定的額定值時，就可能發(fā)生故障。

　?、悄p故障期。這個時期的故障迅速上升， 因為產品經長期使用后， 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）

　　對非維修產品稱平均壽命， 其觀測值為產品發(fā)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，們壽命的算術平均值3于維修產品來說， 稱平均無故障工作時間或平均故障問隔時間， 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(fā)生故障次數(shù)之比。

　　4. 維修度

　　維修度是指維修產品發(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水平等 ） 和規(guī)定時間內能修復的概率， 它是維修時間 r 的函數(shù)， 用 M（z）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 （τ ） 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(guī)定的條件下使用， 在規(guī)定維修條件下修理， 在規(guī)定的時間內具有或維持其規(guī)定功能處于正常狀態(tài)的概率。

　　品的可靠性預計

　　產品的可靠性預計是根據(jù)零組部件的可靠性數(shù)據(jù)來預算產品的可靠性指標 ， 如可靠度、故障率或平均壽命等。

　　可靠性預計的目的是為可靠性設計選擇最佳設計方案提供可靠依據(jù)， 且在產品定型投產之前就可以對新產品的可靠性做出估計， 若達不到預定指標， 就可以針對發(fā)現(xiàn)的問題及時進行改進設計， 從而取得事半功倍的效果。

　　一）串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性預計

　　串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性表示系統(tǒng)中所有單元均正常時， 系統(tǒng)才能正常工作。 串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性有如下特點：

　?、?串聯(lián)系統(tǒng)中單元數(shù)越多， 則系統(tǒng)的可靠性越低；各單元本身的可靠性越低， 則系統(tǒng)的可靠性越低。

　　⑵ 串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性Rs（t） 總是小于系統(tǒng)中可靠度最低單元的可靠性Rimin， 而且其壽命取決于該單元的壽命。

　　二）并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性預計

　　并聯(lián)系統(tǒng)可靠性表示系統(tǒng)中只要有一個單元能正常工作， 系統(tǒng)就能正常工作。 并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度好像鋼絲繩的可靠性， 只有當所有鋼絲繩均斷裂， 鋼絲繩才能完全斷開。當然， 當斷絲數(shù)達到一定數(shù)量就得降級使用或報廢。鋼絲繩的壽命是由壽命最長的那股鋼絲決定的， 故并聯(lián)系統(tǒng)又稱繩索模型。

　　三）串并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性預計

　　任何一個串—并聯(lián)系統(tǒng)總可以看成是由一些串聯(lián)式和并聯(lián)式子系統(tǒng)組合而成。在進行串一并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性預計時， 只要用上述方法分別求出各子系統(tǒng)的可靠度， 就可以使系統(tǒng)可靠性框圖逐步簡化， 最后總可以簡化成一個簡單的串聯(lián)系統(tǒng)或并聯(lián)系統(tǒng)， 于是可求出整個系統(tǒng)的可靠度。

　?。ㄒ唬?確定零件合理的安全系數(shù)安全系數(shù)是指零件在理論上計算的承載能力與實際所能承擔的負荷之比值。確定安全系數(shù)時應考慮以下幾個因素：

　　（1） 環(huán)境條件的影響如溫度、濕度、沖擊、振動等；

　?。?） 使用中發(fā)生超負荷或誤操作時的后果；

　?。?） 為提高安全系數(shù)所付出的經濟代價是否合算等。安全系數(shù)的提高應通過優(yōu)化結構設計來達到， 而不是簡單地通過增加構件尺寸、增加重量或增加費用等方法來實現(xiàn)。

　?。?二 ） 貯備設計 （ 冗余設計 ）

　　（三）其他設計

　?。ㄒ唬?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(tài)， 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(yǎng)、設備狀態(tài)監(jiān)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(guī)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(guī)定條件和規(guī)定時間內， 完成某種產品維修任務的難易程度。

　?。ǘ┊a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(fā)， 保證當產品一旦出故障， 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。維修性設計中應考慮的主要問題有可達性、零組部件的標準化和互換性等內容。

　?。ㄈ┛煽啃栽O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(fā)， 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(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。

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