设备可靠性、维修性与经济性.ppt

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过程装备维护与管理过程装备维护与管理主讲：

主讲：

黄天成黄天成长江大学机械工程学院长江大学机械工程学院1设备可靠性设备可靠性2设备维修性设备维修性3设备设备经济性经济性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性在设备设计阶段应从成本、性能、效率等方面综合考在设备设计阶段应从成本、性能、效率等方面综合考虑确定可靠性目标。

设计方案完成后要进行可靠性预虑确定可靠性目标。

设计方案完成后要进行可靠性预测，将预测结果与原定的可靠性目标进行比较，作为测，将预测结果与原定的可靠性目标进行比较，作为进一步修改方案的依据。

进一步修改方案的依据。

1设备可靠性设备可靠性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性定义：

定义：

指系统、设备或零部件在指系统、设备或零部件在规定条件下规定条件下和和规定时间规定时间内内完成完成规定功能规定功能的能力。

的能力。

特点：

设备的可靠性与规定条件是分不开的。

设备的可靠性与规定时间密切相关。

设备的可靠性与规定功能有关。

一、定义一、定义1设备可靠性设备可靠性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性二、特征量二、特征量定义：

能够对设备可靠性的相应能力作出数量表示的定义：

能够对设备可靠性的相应能力作出数量表示的量。

量。

可靠度可靠度失效率失效率平均故障工作时间平均故障工作时间有效度有效度1设备可靠性设备可靠性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性

（1）可靠度与不可靠度）可靠度与不可靠度可靠度可靠度R（t）：

是指零部件、每台设备或一套装置在）：

是指零部件、每台设备或一套装置在规定条件下和规定时间规定条件下和规定时间t内完成规定功能的概率。

内完成规定功能的概率。

不可靠度不可靠度F（t）：

设备在规定时间）：

设备在规定时间t内发生故障的概率内发生故障的概率或累积故障率称为设备的不可靠度。

或累积故障率称为设备的不可靠度。

R（t）+F（t）=1其中：

其中：

二、特征量二、特征量1设备可靠性设备可靠性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性

（2）固有可靠度）固有可靠度R1指设备在设计、制造时内在的可靠度（狭义的可靠度）指设备在设计、制造时内在的可靠度（狭义的可靠度）。

设备按一定的设计图纸和工艺方法制造完成后，其。

设备按一定的设计图纸和工艺方法制造完成后，其可靠度即成为设备的固有属性，即固有可靠度。

可靠度即成为设备的固有属性，即固有可靠度。

二、特征量二、特征量1设备可靠性设备可靠性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性（3）使用可靠度）使用可靠度R2指设备在使用过程中，受环境条件、操作、维修、储指设备在使用过程中，受环境条件、操作、维修、储运等种种因素影响，对降低固有可靠度运等种种因素影响，对降低固有可靠度R1的概率。

的概率。

二、特征量二、特征量1设备可靠性设备可靠性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性（4）工作可靠度）工作可靠度R0指设备在规定的功能和条件下使用时，在规定时间内，指设备在规定的功能和条件下使用时，在规定时间内，发挥规定功能的概率，即发挥规定功能的概率，即二、特征量二、特征量1设备可靠性设备可靠性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性（5）平均寿命）平均寿命对于可修复设备、装置、零部件来说，平均无故障工对于可修复设备、装置、零部件来说，平均无故障工作时间作时间MTBF是它的平均寿命；对于不可修复装置、是它的平均寿命；对于不可修复装置、设备零部件来说，失效前平均时间设备零部件来说，失效前平均时间MTTF是它的平均寿是它的平均寿命，或平均失效时间。

命，或平均失效时间。

二、特征量二、特征量1设备可靠性设备可靠性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性（6）平均无故障工作时间）平均无故障工作时间MTBF指相邻两故障间正常工作的平均值。

平均无故障时间越指相邻两故障间正常工作的平均值。

平均无故障时间越长，设备可靠度越高。

长，设备可靠度越高。

系统的系统的MTBF的计算，如果是对可修复系统（一个系统的计算，如果是对可修复系统（一个系统或多个相同系统）只要有足够的累积工作时间与故障发或多个相同系统）只要有足够的累积工作时间与故障发生次数的原始数据，就可求出它们的比值；如果已知系生次数的原始数据，就可求出它们的比值；如果已知系统的可靠度函数或者故障分布密度函数，可以通过积分统的可靠度函数或者故障分布密度函数，可以通过积分处理求得系统的处理求得系统的MTBF。

二、特征量二、特征量1设备可靠性设备可靠性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性（7）失效前平均时间）失效前平均时间MTTF对于不可修复系统，可用失效前平均时间作为对于不可修复系统，可用失效前平均时间作为其可靠性的数量度量。

其可靠性的数量度量。

MTTF是系统从开始工是系统从开始工作到失效这一段时间的平均值。

作到失效这一段时间的平均值。

二、特征量二、特征量1设备可靠性设备可靠性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性（8）失效（故障）率）失效（故障）率失效率是指工作到某时刻尚未失效的系统在该失效率是指工作到某时刻尚未失效的系统在该时刻以后单位时间内发生失效的概率。

对可修时刻以后单位时间内发生失效的概率。

对可修复的系统通常也称为故障率。

复的系统通常也称为故障率。

二、特征量二、特征量1设备可靠性设备可靠性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性三、常用的故障分布函数三、常用的故障分布函数可靠度是设备使用到某时间时无故障的概率，故可靠可靠度是设备使用到某时间时无故障的概率，故可靠度也可以用以时间度也可以用以时间t为随机变量的分布函数为随机变量的分布函数R（t）来表）来表示：

示：

可靠度函数可靠度函数故障分布密度函数故障分布密度函数故障分布函数故障分布函数1设备可靠性设备可靠性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性三、常用的故障分布函数三、常用的故障分布函数1设备可靠性设备可靠性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性三、常用的故障分布函数三、常用的故障分布函数故障函数为：

故障函数为：

或：

积分：

平均寿命：

1设备可靠性设备可靠性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性三、常用的故障分布函数三、常用的故障分布函数分布密度函数：

分布密度函数：

故障密度函数：

平均寿命：

1设备可靠性设备可靠性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性三、常用的故障分布函数三、常用的故障分布函数

（1）指数分布）指数分布可靠度函数为：

可靠度函数为：

1设备可靠性设备可靠性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性三、常用的故障分布函数三、常用的故障分布函数

（1）指数分布）指数分布1设备可靠性设备可靠性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性三、常用的故障分布函数三、常用的故障分布函数例：

某设备经例：

某设备经7000h的观察，发生了的观察，发生了10次故障，故障次故障，故障发生的时间是随机的。

假设故障的分布服从指数分布，发生的时间是随机的。

假设故障的分布服从指数分布，试求该设备的平均寿命以及从开机到工作试求该设备的平均寿命以及从开机到工作1000h后的后的可靠度。

可靠度。

解：

按照指数分布的特点，平均寿命为解：

按照指数分布的特点，平均寿命为工作工作1000h后的可靠度为后的可靠度为

某系统由三个分系统串联组成，系统和分系统故例：

某系统由三个分系统串联组成，系统和分系统故障分布均为指数分布时，若各系统的障分布均为指数分布时，若各系统的MTBF分别为分别为200h、80h、300h，则整个系统的，则整个系统的MTBF是多少？

是多少？

解：

故：

（1）指数分布）指数分布1设备可靠性设备可靠性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性三、常用的故障分布函数三、常用的故障分布函数

（2）正态分布）正态分布故障分布密度：

故障分布密度：

故障分布函数：

可靠度函数：

令：

1设备可靠性设备可靠性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性三、常用的故障分布函数三、常用的故障分布函数

（2）正态分布）正态分布故障分布密度：

故障分布密度：

故障分布函数：

可靠度函数：

其中：

标准正态分布标准正态分布N（0，1）1设备可靠性设备可靠性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性三、常用的故障分布函数三、常用的故障分布函数

（2）正态分布）正态分布例：

从某批仪器中抽取例：

从某批仪器中抽取5台仪器进行寿命试验，各台台仪器进行寿命试验，各台仪器到发生故障的时间为仪器到发生故障的时间为10.5h，11.0h，11.2h，12.5h，12.8h，。

求该批仪器故障服从正。

求该批仪器故障服从正态分布时的平均寿命态分布时的平均寿命及其方差及其方差22，并求，并求tt=12=12时的可时的可靠度。

靠度。

解：

1设备可靠性设备可靠性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性三、常用的故障分布函数三、常用的故障分布函数

（2）正态分布）正态分布1设备可靠性设备可靠性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性三、常用的故障分布函数三、常用的故障分布函数（3）威布尔分布）威布尔分布威布尔分布是常用故障分布函数中较为复杂的一种，是威布尔分布是常用故障分布函数中较为复杂的一种，是三参数的连续分布，它是指数分布和正态分布的补充。

三参数的连续分布，它是指数分布和正态分布的补充。

可靠度函数、故障分布密度函数、故障率函数分别为：

形状参数形状参数特征寿命特征寿命保证寿命保证寿命1设备可靠性设备可靠性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性三、常用的故障分布函数三、常用的故障分布函数（3）威布尔分布）威布尔分布形状参数形状参数是决定威布尔分布密度曲线形状的，在可靠是决定威布尔分布密度曲线形状的，在可靠性寿命研究中，形状参数表示系统寿命的离散情况，它性寿命研究中，形状参数表示系统寿命的离散情况，它是威布尔分布具有实质意义的参数。

是威布尔分布具有实质意义的参数。

当当=1=1时，时，（t）=1/（t）=1/,威布尔分布蜕化为指数分布。

威布尔分布蜕化为指数分布。

当当=3=3时，威布尔分布密度曲线与正态分布密度曲时，威布尔分布密度曲线与正态分布密度曲线极为近似。

线极为近似。

1设备可靠性设备可靠性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性三、常用的故障分布函数三、常用的故障分布函数（3）威布尔分布）威布尔分布当当1时，威布尔分布所对应的故障率时，威布尔分布所对应的故障率（t）有单调增加有单调增加的倾向；的倾向；当当1时，威布尔分布所对应的故障率时，威布尔分布所对应的故障率（t）有单调减小有单调减小的倾向。

的倾向。

1设备可靠性设备可靠性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性三、常用的故障分布函数三、常用的故障分布函数（3）威布尔分布）威布尔分布1设备可靠性设备可靠性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性三、常用的故障分布函数三、常用的故障分布函数（3）威布尔分布）威布尔分布1设备可靠性设备可靠性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性三、常用的故障分布函数三、常用的故障分布函数（3）威布尔分布）威布尔分布为特征寿命，当为特征寿命，当=（t-t0）时，时，R（t）=e-1=0.37,即当使用时即当使用时间达到间达到（+t0）时，预期有时，预期有37%的零件完好，的零件完好，63%的零件的零件发生故障。

发生故障。

t0为故障发生期的阈值或保证寿命。

在许多为故障发生期的阈值或保证寿命。

在许多耗损故障中，只有经过时间耗损故障中，只有经过时间t0后，才会出现第一次故障。

后，才会出现第一次故障。

在威布尔分布函数中，时间度量总是以间隔期在威布尔分布函数中，时间度量总是以间隔期（t-t0）的形的形式出现。

式出现。

第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性2设备维修性设备维修性定义：

在规定条件下使用的设备，在规定时间内，按定义：

在规定条件下使用的设备，在规定时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到能完成规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到能完成规定功能的能力。

规定功能的能力。

维修性是设备的一种设计与装配的特性。

一、定义一、定义维修性与可靠性之间的关系：

维修性与可靠性之间的关系：

可靠性与系统的维修效果有关。

从系统效能观点看，可靠性与维修性相结合，能够保从系统效能观点看，可靠性与维修性相结合，能够保证系统的有效度。

证系统的有效度。

从费用观点看，采用有效的设计方法来保证可靠性与从费用观点看，采用有效的设计方法来保证可靠性与维修性，能够减少维修费用。

维修性，能够减少维修费用。

在规定条件下，设备的可靠性和维修性都应相当稳定。

第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性2设备维修性设备维修性一、定义一、定义第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性2设备维修性设备维修性二、特征量二、特征量定义：

能够对设备维修性的相应能力作出数量表示的定义：

能够对设备维修性的相应能力作出数量表示的量。

量。

维修度；维修度；修复率；修复率；平均修复时间。

平均修复时间。

第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性2设备维修性设备维修性二、特征量二、特征量

（1）维修度）维修度M（t）由于故障发生的原因、部位以及设备所处的环境等条件由于故障发生的原因、部位以及设备所处的环境等条件有所不同，故维修所需要的时间通常是一个随机变量，有所不同，故维修所需要的时间通常是一个随机变量，与可靠度的情况相同，给出一个描述维修时间概率规律与可靠度的情况相同，给出一个描述维修时间概率规律的尺度，称为的尺度，称为“维修度维修度”。

定义：

在规定条件下使用的设备，在规定时间内按照规定义：

在规定条件下使用的设备，在规定时间内按照规定的程序和方式进行维修时，保持和恢复到完成规定功定的程序和方式进行维修时，保持和恢复到完成规定功能状态的概率。

能状态的概率。

第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性2设备维修性设备维修性二、特征量二、特征量规定程序和方法：

规定程序和方法：

预防维修或事后维修等方式的选定。

故障检测方法及装置的选定。

维修标准和技术资料等的准备。

维修用零部件、工具材料的准备。

维修作业环境的规定。

维修操作规则的规定。

维修人员技术等级的要求。

第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性2设备维修性设备维修性二、特征量二、特征量

（2）修复率）修复率修复率是指修理时间已达到某个时刻尚未修复设备，在修复率是指修理时间已达到某个时刻尚未修复设备，在该时刻后的单位时间内完成修复的概率。

该时刻后的单位时间内完成修复的概率。

第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性2设备维修性设备维修性二、特征量二、特征量

（2）平均修复时间）平均修复时间MTTR平均修复时间是指修复时间的平均值，设备的修理时间平均修复时间是指修复时间的平均值，设备的修理时间通常包括下列各项时间消耗。

通常包括下列各项时间消耗。

故障诊断时间。

修理准备时间。

修理实施时间。

第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性2设备维修性设备维修性三、维修度函数三、维修度函数维修分布维修分布密度函数密度函数维修度维修度第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性2设备维修性设备维修性维修度函数、维修分布密度函数和修复率之间的关系维修度函数、维修分布密度函数和修复率之间的关系三、维修度函数三、维修度函数维修度函数形式同样可以按指数分布、正态分布、对数维修度函数形式同样可以按指数分布、正态分布、对数分布等来表示。

分布等来表示。

第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性2设备维修性设备维修性三、维修度函数三、维修度函数指数分布的维修度函数：

指数分布的维修度函数：

第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性2设备维修性设备维修性三、维修度函数三、维修度函数第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性2设备维修性设备维修性三、维修度函数三、维修度函数例例1：

某设备过去的平均修复时间为：

某设备过去的平均修复时间为20h，现在该设备，现在该设备又发生了故障，假设维修条件不变，试估算该设备在又发生了故障，假设维修条件不变，试估算该设备在12h、24h和和48h时的修复的维修度。

时的修复的维修度。

第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性2设备维修性设备维修性三、维修度函数三、维修度函数例例2：

根据维修日志，某电子计算机在一个月内，发：

根据维修日志，某电子计算机在一个月内，发生生15次故障，共停机次故障，共停机1200min。

根据正常运行研究分。

根据正常运行研究分析，假设故障分布函数服从指数分布。

按要求故障停析，假设故障分布函数服从指数分布。

按要求故障停机时间不能超过机时间不能超过100min。

因此，用。

因此，用100min作为规定作为规定修复时间，试求其维修度。

修复时间，试求其维修度。

估算修复率：

维修度：

第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性2设备维修性设备维修性四、有效度四、有效度A定义：

定义：

可修复可修复的系统、设备或零部件等在某特定时间内的系统、设备或零部件等在某特定时间内具有或维持其规定功能的概率。

具有或维持其规定功能的概率。

有效度有效度使用时间使用时间停歇时间停歇时间第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性2设备维修性设备维修性四、有效度四、有效度A使用时间平均值使用时间平均值停歇时间平均值停歇时间平均值第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性2设备维修性设备维修性四、有效度四、有效度A3设备设备经济性经济性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性3设备设备经济性经济性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性一、寿命周期费用曲线一、寿命周期费用曲线3设备设备经济性经济性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性二、寿命周期费用的估算二、寿命周期费用的估算费用构成费用构成3设备设备经济性经济性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性二、寿命周期费用的估算二、寿命周期费用的估算费用构成费用构成3设备设备经济性经济性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性二、寿命周期费用的估算二、寿命周期费用的估算费用分解结构应符合的要求费用分解结构应符合的要求必须考虑到设备费用中的所有各个组成部分；必须考虑到设备费用中的所有各个组成部分；各项费用类目通常是用一个明显的活动等级或硬件各项费用类目通常是用一个明显的活动等级或硬件的某个重要部分来表示；的某个重要部分来表示；在考虑费用结构及其类目的名称符号时，应使对所在考虑费用结构及其类目的名称符号时，应使对所要求的各个具体领域进行分析时与其他领域无关；要求的各个具体领域进行分析时与其他领域无关；3设备设备经济性经济性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性二、寿命周期费用的估算二、寿命周期费用的估算费用分解结构应符合的要求费用分解结构应符合的要求各项费用可以在不同的水平上加以累计，具体要求各项费用可以在不同的水平上加以累计，具体要求取决于所关心的领域和所要求的深细程度；取决于所关心的领域和所要求的深细程度；当涉及一项具体的计划时，费用结构应该同此项计当涉及一项具体的计划时，费用结构应该同此项计划的工作程序结构和管理部门所用的财会程序协调一划的工作程序结构和管理部门所用的财会程序协调一致；致；费用结构应该能够鉴别出那些需要严格的监督和控费用结构应该能够鉴别出那些需要严格的监督和控制的特定部分。

制的特定部分。

3设备设备经济性经济性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性二、寿命周期费用的估算二、寿命周期费用的估算费用估算依据费用估算依据费用估算：

费用估算：

是对设计制造或购置某项设备工程时所发是对设计制造或购置某项设备工程时所发生的预期费的估计或判断。

依据如下：

生的预期费的估计或判断。

依据如下：

已知费用指标或估算比率。

各种估算函数或关系式。

专家意见。

所估算所估算的费用的费用3设备设备经济性经济性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性费用估算依据费用估算依据二、寿命周期费用的估算二、寿命周期费用的估算常见的费用估算关系式：

常见的费用估算关系式：

简单的线性函数简单的线性函数某一某一常量常量变量变量3设备设备经济性经济性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性费用估算依据费用估算依据二、寿命周期费用的估算二、寿命周期费用的估算常见的费用估算关系式：

常见的费用估算关系式：

非线性函数非线性函数所估算所估算的费用的费用某一某一常量常量行使行使距离距离3设备设备经济性经济性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性费用估算依据费用估算依据二、寿命周期费用的估算二、寿命周期费用的估算常见的费用估算关系式：

常见的费用估算关系式：

多变量函数多变量函数所估算所估算的费用的费用某一某一常量常量各个各个变量变量3设备设备经济性经济性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性费用估算依据费用估算依据二、寿命周期费用的估算二、寿命周期费用的估算估算程序估算程序3设备设备经济性经济性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性费用估算依据费用估算依据二、寿命周期费用的估算二、寿命周期费用的估算估算程序估算程序3设备设备经济性经济性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性费用估算依据费用估算依据估算程序估算程序二、寿命周期费用的估算二、寿命周期费用的估算3设备设备经济性经济性第二章第二章设备的可靠性、维修性与经济性设备的可靠性、维修性与经济性费用估算依据费用估算依据估算程序估

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