可靠性与维修性理论概述

第七章可靠性与维修性理论概述第一节可靠性概念一个机械系统、一台机械设备，不管其原理如何先进，功能如何全面，精度如何高级，若故障频繁、可靠程度很差，不能在规定时间内可靠地工作，那么它的使用价值就低，经济效果就差。

从设计规划、制造安装、使用维护到修理报废，可靠性始终是系统和机械设备的灵魂。

其中设计制造决定固有可靠性，而使用维护保持使用可靠性。

可靠性是评价系统和机械设备好坏的主要指标之一。

它是研究系统和机械设备的质量指标随时间变化的一门科学。

随着科学技术的发展，机械设备的功能由单一转向多能，结构日趋复杂；采用新材料、新工艺、新技术后使不可靠的因素增多，可靠性水平降低；新机械设备又要考虑更恶劣的使用条件，增加了保证其使用可靠性的难度；一旦发生故障带来的危害往往很严重，维修费用很高。

基于以上原因，必须对可靠性进行深入研究。

一、定义可靠性是指系统、机械设备或零部件在规定的工作条件下和规定的时间内保持与完成规定功能的能力。

由于可靠性不能用仪表测定，所以衡量可靠性必须进行研究、试验和分析，从而做出正确的估计和评定。

二、评定可靠性应注意的问题（一）可靠性与规定条件分不开所谓规定条件是指机械设备在使用时的环境条件、使用条件、维护保养条件等。

例如：载荷、速度、温度、冲击、振动、润滑、环境、湿度、气压、风沙、含尘量、连续或间断工作等。

同样的机械设备在各种使用条件下，其可靠性是不相同的。

通常条件愈恶劣，可靠性愈低。

（二）可靠性与规定时间密切相关所谓规定时间是指机械设备工作的期限，用时间或相应的指标表示。

例如，滚动轴承用小时或百万转，车辆用公里。

规定时间根据实际情况可以是长期的，如若干年；也可以是短暂的，如若干小时。

通常工作时间愈长，可靠性降低。

（三）可靠性与规定功能有关所谓规定功能是指机械设备应具有的主要技术指标。

例如：承载能力、工作寿命、工作精度、机械特性、运动特性、经济指标等。

第二节可靠性理论在维修中的应用一、提高系统和零部件的可靠性在串联系统中，串联的单元愈多，可靠性愈差；反之，愈简单的机械愈可靠。

因此，机械上可有可无的零部件应尽量不要，尽可能把几个零件合并成一个零件。

在并联系统中，并联的单元愈多，可靠性愈好。

一般来说，非工作储备系统的可靠度高于工作储备系统。

不论串联或并联，提高其中任何一个零件的可靠度都能提高系统的可靠度。

提高可靠性的主要措施有：1．设计上应力求结构简单，传动链短、零件数少、调整环节少，联接可靠。

2．设法提高系统中最低可靠度零件的可靠度。

3．尽量选用可靠度高的标准件。

4．避免采用容易出现疏忽、维护和操作错误的结构。

5．结构布置要能直接检查和修理，如油面指示器位置应便于观察油面、要设置检查孔等。

6．合理规定维修期，维修期过长，可靠度下降，如润滑油变质、配合间隙过大。

7．必要时增加备用系统，如双列滚动轴承、重要的液体动压滑动轴承备有两套系统。

8．设置监测系统，及时报警故障，如进行温度监测、微裂纹监测。

9．增加过载保护装置和自动停机装置。

二、根据可靠性规律制定相应的维修制度故障率呈正指数型的机械设备有明显的耗损故障期，应在它到来之前及时进行维修，这就是维修行业历来采用的定期检修制。

没有耗损故障期的机械设备，不仅没有必要定期检修，而且每次检修后出现早期故障反而降低了可靠性，像飞机这样的可修复的复杂系统没有耗损故障，因此不用定期检修。

故障率呈常数型的机械设备，其可靠性只受随机因素影响，定期检修不能预防随机故障。

通过分析随机因素，尽量减少随机因素的发生概率或采用并联系统，就能够避免故障的产生。

第三节维修性概述维修贯穿于机械设备的整个寿命周期，即由规划、设计、试制、生产、销售、安装、使用、改造直至报废的全过程。

做好维修需要三个条件，又称维修三要素，即（1）机械设备的维修性；（2）维修人员的素质和技术；（3）维修的保障系统，包括人力、技术、测试装置、工具、备件、材料供应等。

一、定义机械设备在规定的条件下，在规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到规定状态的能力称维修性。

所谓规定的条件，是指选定了合理的维修方式、准备了维修用的测试仪器及装备和相应的备件、标准、技术资料，由一定技术水平和良好劳动情绪的维修人员进行操作。

所谓规定的时间，是指机械设备从寻找、识别故障开始，直至检查、拆卸、清洗、修理或更换、安装、调试、验收，最后达到完全恢复正常功能为止的全部时间。

维修与维修性是两个不同的概念。

维修是指维护或修理进行的一切活动，包括保养、修理、改装、翻修、检查等。

而维修性是指机械设备在维修方面具有的特性或能力；反映发生故障后进行维修的难易程度；是维修需要付出的工作量大小、人员多少、费用高低以及维修设施先进或落后的综合体现；是由设计、制造等因素决定的一种固有属性，直接关系到机械设备的可靠性、经济性、安全性和有效性；是机械设备三项基本性能参数之一，它和使用性能一样重要。

二、评定指标（一）维修度它是定量地评定维修性的尺度。

可修复的机械系统、设备和零部件等，在规定的条件下进行维修，在规定的时间内恢复到正常状态完成的修复概率，称维修度，用M（t）表示。

由于维修时间有很大的随机性，它是随故障发生的原因、部位和程度的不同而不同，因此维修的定量化只能用概率表示。

设t为规定的维修时间，τ为实际维修所用的时间，是随机变量，则维修度M（t）就是在τ≤t时间内完成维修的概率，即M（t）=P（τ≤t）。

维修度M（t）对时间的导数称维修概率密度函数，记为m（t），即m（t）=d M(t)/d t。

它表示在某一时刻t，可能修复的瞬时概率。

当t=0时，处于故障状态，尚未进行维修，M （0）=0；当t→∞时，表明已修好，M（t）=1。

具体的维修时间是遵循一定的分布规律，它与m（t）有关。

在一定的时间内，M（t）大，说明维修的速度快；反之，维修速度慢。

（二）延续时间指标主要有：1．平均事后维修时间故障发生后，整个维修过程所需要的时间即为事后维修时间。

平均事后维修时间则是多次事后维修时间的平均值.。

2．平均预防维修时间它是完成预防维修项目所用的平均延续时间，即预防维修总时间与预防维修次数的比值。

3．平均维修时间包括事后维修和预防维修所需要的平均延续时间，即维修总时间与维修次数的比值。

4．后勤保障延误时间它是因等待备件、材料、运输等所延误的时间。

5．行政管理延误时间由于行政管理性质的原因使维修工作不能按时进行而延误的时间。

6．维修停机时间它是发生故障所需要的停机修复时间，包括平均维修时间、后勤保障延误时间和行政管理延误时间。

（三）工时指标包括机械设备或零部件每工作一小时、一个月、一个周期所用的维修工时，以及每项维修措施所用的维修工时。

（四）维修频率指标它关系到能否使机械设备对维修的要求减少到最低限度。

可靠性特征量中的故障率λ（t）和平均故障间隔时间（MTBF）是确定事后维修频率的依据。

1．平均维修间隔时间它是各类维修活动（事后、预防）之间的平均工作时间，是确定机械设备在某一特定的瞬间维持其正常功能的概率，即有效度的主要参数。

2．平均更换间隔时间它表示某零部件或总成更换的间隔平均时间，是确定备件需要量的一个重要参数。

（五）维修费用指标机械设备的寿命周期费用是一项综合性的货币形态价值预测指标，可分解为购置费（原值）、使用费、维修费和停机损失费等四大项。

维修费在寿命周期费用中所占的比例很大。

维修性设计的最终目标是以最低的费用完成维修工作。

它包括：l．每项任务、每项维修措施的费用。

2．行一小时、一个月、一年的维修费用。

3．维修效益=生产量/维修费用4．综合效益=机械设备寿命周期内的输出/机械设备寿命周期费用（六）有效度由于机械设备维修需要占用一定时间，使它在保有期内不能得到充分利用，为衡量其充分利用的程度，引入有效度即可利用率的概念。

有效度还可用式A（t）=μ/（λ+μ）表示，其中μ是修复率，λ是故障率，它们同时影响利用率。

若要提高有效度，必须降低λ或提高μ。

一台高度可靠的机械，若故障十分稀少，而维修性不好，其利用率降低。

第四节影响维修性的主要因素和提高途径一、影响维修性的主要因素影响维修性的因素，主要有设计方面、维修保养方针和体制、维修保养人员的水平和劳动情绪等，见表7—1。

表7—1 影响维修性的主要因素二、提高维修性的主要途径从上述影响维修性的主要因素中，不难找到提高维修性的主要途径。

其中特别要注意以下几点：（一）简化结构，便于拆装结构简单的机械设备不仅故障少，一旦发生故障，检查、判断、修复也容易。

大量采用标准件、各种类型的机械设备零部件之间能够通用，均可减少停机维修时间。

（二）提高可达性故障发生后，维修人员在检查、拆卸和修理中，应能用眼睛直接看到、用手接触操作部位；应有足够的操作空间，并符合工程心理学和人机工程规定的标准；取出零件时应有适当的通道。

（三）保证维修操作安全维修人员在操作时，应没有被锐边、突起划伤。

被重物砸伤的可能，也没有被电击的危险，以提高效率。

（四）按规定使用和维修要按使用说明书规定的内容进行使用、润滑、调试、保养；按编制的维修技术指南和维修标准进行维修；按机械设备本身的特点采取最合理的维修工艺、材料和方法，取得最好的维修效果。

（五）部件和联接件易拆易装采用整体式安装单元（模块化），设置定位装置和识别标志，配备适合的专用拆装工具等，都有利于实现易拆易装。

（六）零部件的无维修设计可靠性、维修性的理想极限是无维修设计，即不需要维修的零部件。

目前主要有：不需润滑的固定关节、自润滑轴承、塑料轴承等；不需调整的，利用弹簧张力或液压等自调刹车闸等；将零部件设计为具有一定寿命，到时就予以报废处理。

第五节维修思想维修思想是指导维修实践的理论，又称维修理论、维修原理、维修观念、维修哲学等。

维修思想是人们对维修的客观规律的正确反映，是对维修工作总体的认识，其正确与否直接影响维修工作的全局。

维修思想的确立取决于当时的生产水平、维修对象、维修人员的素质、维修手段和条件等客观基础。

一、“事后维修为主”的维修思想事后维修属于非计划性维修，它以机械设备出现功能性故障为基础，有了故障才去维修，往往处于被动地位，准备工作不可能充分，难以取得完善的维修效果。

在产业革命初期都以此为指导思想。

二、“以预防为主”的维修思想这是一种以定期全面检修为主的维修思想。

它以机件的磨损规律为基础，以磨损曲线中的第三阶段起点作为维修的时间界限，其实质是根据量变到质变的发展规律，把故障消灭在萌芽状态，防患于未然。

通过对故障的预防，把维修工作做在故障发生之前，使机械设备经常处于良好的技术状态。

定期维修成为预防性维修的基本方式；拆卸分解成为预防性维修的主要方法。

几十年来，我国机械设备维修的各种技术规定和制度，都是在这种维修思想指导下建立和发展起来的。