可靠性和维修性设计 Prepared on 22 November 2020
第六章可靠性和维修性设计
可靠性和维修性是产品的固有属性，它们由设计所决定。
“产品的可靠性是设计出来的，生产出来的，管理出来的。”
第一节可靠性设计
一、可靠性设计的内容或程序
1.可靠性设计：“赋予产品可靠性为目的进行的设计”或
“用最少的费用设计出所要求的可靠性，
并使其得以保持的一系列程序”
2.可靠性设计的两种情况
◇根据给定的可靠性目标值进行设计
如对可靠性有特殊要求的新产品的设计开发，
要求在设计阶段能定量地预测和评估产品的可靠性。
典型的设计程序如下图所示。
◇在原型基础上的改进设计
保留设计部分：根据原型产品使用数据和经验反馈，
针对薄弱环节应用可靠性设计方法加以改进提高，
达到可靠性增长的目的。
功能扩充部分：应重点进行可靠性的分析和预测，
以保证达到要求的可靠性指标。
二、可靠性设计方法
1.概率设计方法
应力-强度干涉模型
和FMECA
三、可靠性设计准则
1.简单化和标准化：减少零部件发生失效的概率。
◇减少零部件的规格和数量
◇简化结构
◇采用成熟或标准化的零部件或元器件
2.零部件或元器件的选择和控制
◇供应商的控制
◇使用有良好使用纪录或试验数据的零部件或元器件
◇零部件或元器件的进厂检验
◇储存环境控制
2.冗余设计：工作储备或非工作储备系统
如重要系统的备用电源、汽车的备用轮胎及两个前灯等。
◇在较低层次而非较高层次上使用硬件冗余
◇采用冗余技术时，应注意避免诸冗余硬件的共因失效
如诸冗余硬件共用一个电源或同一通信通道。
◇采用的元器件可靠性不高时，应优先考虑应用冗余技术
◇构成冗余所必需的差错比较检测器、切换装置或开关应是高可靠性的3.降额设计：使零部件或元器件的工作应力小于额定应力或
提高零部件或元器件承载能力的安全裕度，
以降低零部件或元器件的失效概率。
4.失效安全设计：当系统的一部分发生失效时，
依靠系统的自身结构而确保系统安全的设计。
如压力表的防暴塞等。
5.人机工程设计：防止误操作、误装配的设计；
事故发生时的显示；
抗误用（防愚）设计。
6.特定产品的可靠性设计准则
◇印刷电路板的可靠性设计
◇电源的可靠性设计
◇静电防护设计
◇电磁兼容设计
◇热设计
◇振动、冲击防护设计
◇防潮、防盐雾和防霉菌的“三防”设计
◇机械安装设计
第二节维修性设计一、维修性设计的内容
如何以最少的人力、物力和时间，取得最好的维修效果，包括确定：维修时间的分布，
维修度、修复率、平均修复时间，
最佳维修方针、最佳维修周期，
以及最经纪的备件数等。
二、维修性设计准则
1.简化设计
◇设计时就考虑多种简化维修性的方案，从中选优
◇降低寿命周期内的维修频率及维修的复杂性
◇降低对维修人员的技术水平、熟练程度及人员数量的要求◇减少维修所需的测试仪器、设备和工具的品种、规格和数量◇尽可能地采用标准化的零部件或元器件，
标准化的工具、设备和仪器。
◇尽可能采用“单元化设计”：将若干零部件或功能件，
组合成一个可拆装的单元。
2.互换性设计
◇互换性的类型：尺寸的互换性；
功能的互换性。
◇互换性要求：来自不同厂家的同一种零部件或元器件；
在系统不同部位完成相同功能的零部件或元器件；
改进设计时沿用老设计部分涉及的零部件或元器件；
3.可达性设计
◇用目视检查和维修时，有目视空隙并设透明窗口或可快速开启的口盖◇结构设计时考虑检测和维修对空间的需要
◇设计时考虑不经拆卸即可进行故障检测及故障定位
◇紧固件数量尽可能少，拆卸尽可能方便
4.模块化设计
◇根据需要与可能，将系统分为若干个机械、电气、电子和机电模块◇模块应能单独进行检测和调整或装拆，而不会影响系统的其它部分◇模块的设计应使其组成部分没有多余的无关功能
◇模块应设计的小而轻，便于携带
◇模块的装拆能使用标准工具
5.人机设计
◇系统的测试点、组成部分的调整和组成部分之间的连接
应便于识别与维修操作
◇维修操作应有充分的空间
◇维修场合的温、湿度应控制在规定范围内，
维修操作部位应有规定照度，
环境噪声应控制在规定水平。
◇维修操作工作点的振动应予控制
强烈振动下工作一般不可靠。
◇人的体力限度及维修操作的方便
如单人搬动的机件重量Kg 16≤，双人搬动的机件重量Kg 32≤。
人工搬运的机件应有把握。
重量超过Kg 32>的机件搬动应使用起重装置。
6.防错误设计
Murphy 定律：如果存在搞错的可能性，就肯定将会有个人搞错。 防错设计的指导思想：尽可能设计得不可能搞错；
尽可能减少出差错的可能性。
◇“能装上就装对了”和“不对就装不上”
对外形相近而功能不同的零部件，
应从结构上就能保证不能互换安装。
◇对可能出现安装错位或误装的零部件
必须有定位装置、定位标记或防错标志
7.标志设计
◇执行统一的图案、色彩、文字、符号和数码标志规定
一个产品或系统内不能有一种有几个不同意义的标志。
◇标志在产品寿命周期内应长期保持清晰耐用
◇标志的位置应能无可阻挡地充分辨识
◇常见的标志有：产品标志（铭牌），
控制器的运动方向，
系统的润滑点等。
8.其它
◇对常发、多发的维修项目进行时间研究(Timestudy),
制定出标准维修程序及标准维修时间。
◇产品设计应考虑易于维护
易于清洗、擦拭，易于填加燃料和易于补充润滑剂。
本章小结
可靠性和维修性设计 This manuscript was revised on November 28, 2020
第六章可靠性和维修性设计 可靠性和维修性是产品的固有属性，它们由设计所决定。 “产品的可靠性是设计出来的，生产出来的，管理出来的。” 第一节可靠性设计 一、可靠性设计的内容或程序 1.可靠性设计：“赋予产品可靠性为目的进行的设计”或 “用最少的费用设计出所要求的可靠性， 并使其得以保持的一系列程序” 2.可靠性设计的两种情况 ◇根据给定的可靠性目标值进行设计 如对可靠性有特殊要求的新产品的设计开发， 要求在设计阶段能定量地预测和评估产品的可靠性。 典型的设计程序如下图所示。 ◇在原型基础上的改进设计 保留设计部分：根据原型产品使用数据和经验反馈， 针对薄弱环节应用可靠性设计方法加以改进提高， 达到可靠性增长的目的。 功能扩充部分：应重点进行可靠性的分析和预测， 以保证达到要求的可靠性指标。
二、可靠性设计方法 1.概率设计方法 应力-强度干涉模型 2.FMEA和FMECA 3.FTA 三、可靠性设计准则 1.简单化和标准化：减少零部件发生失效的概率。 ◇减少零部件的规格和数量 ◇简化结构 ◇采用成熟或标准化的零部件或元器件 2.零部件或元器件的选择和控制 ◇供应商的控制 ◇使用有良好使用纪录或试验数据的零部件或元器件 ◇零部件或元器件的进厂检验 ◇储存环境控制 2.冗余设计：工作储备或非工作储备系统 如重要系统的备用电源、汽车的备用轮胎及两个前灯等。 ◇在较低层次而非较高层次上使用硬件冗余 ◇采用冗余技术时，应注意避免诸冗余硬件的共因失效 如诸冗余硬件共用一个电源或同一通信通道。 ◇采用的元器件可靠性不高时，应优先考虑应用冗余技术 ◇构成冗余所必需的差错比较检测器、切换装置或开关应是高可靠性的3.降额设计：使零部件或元器件的工作应力小于额定应力或 提高零部件或元器件承载能力的安全裕度， 以降低零部件或元器件的失效概率。 4.失效安全设计：当系统的一部分发生失效时， 依靠系统的自身结构而确保系统安全的设计。 如压力表的防暴塞等。
电子设备的可靠性与可维护性引言： - 电子设备在现代生活中扮演着重要的角色，如手机、电脑等已经成为人们生 活中不可或缺的一部分。 - 然而，随着电子设备的普及，人们对其可靠性和可维护性的要求也越来越高。 一、可靠性的意义和重要性： - 可靠性是指电子设备持续工作的能力，也是其能够正常发挥作用的基本保证。 - 可靠性对于用户来说至关重要，一个不可靠的设备会给用户带来很多困扰和 不便。 二、提高电子设备可靠性的措施： 1. 选用高品质的零部件： - 选择优质的零部件是提高设备可靠性的基础，因为高品质的零部件通常具有 更长的使用寿命和更低的故障率。 - 在生产过程中，采购商应该与供应商建立长期稳定的合作关系，确保提供的 零部件处于良好状态。 2. 进行严格的质量控制： - 生产电子设备时，制造商应确保产品符合相关的质量标准和规范。 - 通过建立严格的质量控制流程，包括原材料检测、生产过程监控和最终产品 测试等环节，以确保设备的质量和可靠性。 3. 强化产品测试：
- 在生产完成后，进行全面的产品测试是确保电子设备可靠性的重要步骤。 - 通过模拟不同使用场景和条件，对设备进行严格的功能、性能和可靠性测试，以发现潜在问题并修复。 三、可维护性的意义和重要性： - 可维护性是指电子设备在出现故障时能够方便快捷地进行维修或更换损坏的 零部件。 - 提高设备的可维护性能够降低维修成本和维修时间，提高设备的可用性和用 户体验。 四、提高电子设备可维护性的措施： 1. 设计模块化的结构： - 采用模块化的设计可以将设备的不同部分分离，使得在出现故障时只需更换 故障的模块，而无需对整个设备进行维修。 - 同时，模块化的结构还使得设备更容易进行升级和扩展，提升设备的功能和 性能。 2. 提供易于维修的接口和连接方式： - 设备的接口和连接方式应设定为易于拆卸和更换的设计，以方便维修人员进 行维护。 - 同时，提供清晰的维修手册和技术支持，以帮助维修人员正确操作和维护设备。 3. 提供维修工具和备件支持： - 制造商应提供适当的维修工具和备件支持，以确保维修人员能够高效地进行 维护工作。
控制系统可靠性设计 控制系统是现代工业中不可或缺的一环，它的主要任务是控制、调节、监测各种物理、化学和生物过程中的参数，从而实现生产 工艺的稳定和可靠。在实际应用中，控制系统出现故障或失效会 给生产带来严重的影响，因此，保证其可靠性设计是非常关键的。 一、控制系统可靠性指标 控制系统可靠性主要包括三个方面：可用性、可靠度和维修性。其中，可用性指标反映了系统在规定时间内正常工作的概率；可 靠度是指系统在规定时间内正常工作的概率；维修性是指系统发 生故障后，进行维修的便利程度。 在进行控制系统可靠性设计时，应根据实际情况合理确定可靠 性指标，并采用适当的方法来进行评估和测试。 二、控制系统可靠性设计方法
控制系统可靠性设计的方法有很多种，其中常见的包括：故障模式与影响分析（FMEA）、失效模式与影响分析（FMECA）、故障树分析（FTA）、事件树分析（ETA）等。 1. 故障模式与影响分析（FMEA） FMEA是一种常用的可靠性评估方法，其通过对各个子系统、组件和部件的故障模式进行分析，从而确定故障原因和可能的影响，以促进控制系统的可靠性设计和改进。 在进行FMEA时，首先需要对各个子系统、组件和部件进行分类，并确定其工作原理和故障模式；其次，根据故障模式对其可能的影响进行分析，确定影响的严重性和可能的后果；最后，制定相应的预防措施和修复措施，以降低控制系统的故障率和提高可靠性水平。 2. 失效模式与影响分析（FMECA）
FMECA是在FMEA基础上进一步发展而来的，其主要是通过 对各个子系统、组件和部件的失效模式进行分析，从而确定失效 原因和可能的影响，以促进控制系统的可靠性设计和改进。 在进行FMECA时，首先需要对各个子系统、组件和部件进行 分类，并确定其失效模式和可能的影响；其次，根据失效模式对 其可能的影响进行分析，确定影响的严重性和可能的后果；最后，制定相应的预防措施和修复措施，以降低控制系统的失效率和提 高可靠性水平。 3. 故障树分析（FTA） FTA是一种常用的可靠性评估方法，其通过对系统故障因果关 系的分析和模拟，从而确定故障事件的概率和可能的影响，以实 现控制系统的可靠性设计和改进。 在进行FTA时，首先需要确定故障事件的起因，然后构建与之相关的故障树，根据树的结构和概率计算规则，计算故障树的故 障率和各个事件的概率；最后，制定相应的预防措施和修复措施，以降低控制系统的故障率和提高可靠性水平。
制造工艺中的产品可靠性与维修性在制造工艺中，产品可靠性和维修性是两个重要的指标。产品可靠性是指产品在正常使用条件下能够持续工作的能力，而维修性则是指产品在出现故障时能够方便快速地维修和恢复正常工作的能力。本文将从设计、材料选择和生产过程等方面探讨如何提高产品的可靠性和维修性。 1. 设计 在产品设计阶段，考虑到产品的可靠性和维修性是非常重要的。设计师应该注重以下几个方面： 1.1 设计可靠性：在设计过程中，要充分考虑产品的功能和使用环境，选择合适的材料和组件，确保产品在正常使用条件下能够稳定可靠地工作。同时，还要进行一定的容错设计，提高产品对外界干扰和故障的抵抗能力。 1.2 维修性设计：在设计过程中，要注重产品的维修性。例如，合理安排产品的布局和结构，方便维修人员对产品进行拆装和维修。此外，标明产品各组件的接口和连接方式，方便维修人员进行故障排除和更换。 2. 材料选择 材料的选择对产品的可靠性和维修性有着重要的影响。在选择材料时，应该考虑以下几个因素：
2.1 材料的质量和可靠性：选择质量可靠的材料，能够降低产品的故障率和维修率。通过与供应商建立长期合作关系，确保材料的质量和稳定性。 2.2 材料的可维修性：选择易于维修和更换的材料，能够提高产品的维修性。例如，选择模块化设计的组件，方便维修人员对故障组件进行更换，而不需要对整个产品进行维修。 3. 生产过程 在生产过程中，严格控制工艺流程和质量管理，可以有效提高产品的可靠性和维修性。 3.1 工艺流程管理：制定详细的工艺流程和操作规范，确保每个环节都按照标准进行操作。此外，建立质量检测点，对每个生产环节进行监控和检测，及时发现并解决问题。 3.2 质量管理：建立完善的质量管理体系，包括质量管理人员的培训和技能提升，建立质量评估和反馈机制。通过不断改进和优化质量管理，提高产品的可靠性和维修性。 4. 用户培训与支持 除了以上的工艺措施，产品的用户培训和支持也是提高产品可靠性和维修性的重要环节。通过为用户提供详细的产品使用手册和操作指导，培训用户正确的使用和维护方法。同时，建立售后服务体系，提供及时的技术支持和维修服务，解决用户在使用过程中遇到的问题和故障。
3 “五性”的定义、联系及区别 3.1 可靠性 产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。可靠性的概率度量称为可靠度(GJB451-90)。 可靠性工程：为达到产品的可靠性要求而进行的一套设计、研制、生产和实验工作。 (GJB451-90) 显然，这个定义适用于各种装备、设备、系统直至零部件的各个产品层次。可靠性是产品的一种能力，持续地完成规定功能的能力，因此，它强调“在规定时间内”；同时，产品能否可靠地完成规定功能与使用条件有关，所以，必须强调“在规定的条件下”。 为了使产品达到规定的可靠性要求，需要在产品研制、使用开展一系列技术和管理活动，这些工程活动就是可靠性工程。即：可靠性工程是为了达到产品的可靠性要求而进行的一套设计、研制、生产和实验工作。(GJB451-90)。实际上，可靠性工程还应当包含产品使用、储存、维修过程中的各种保持和提高可靠性的活动。 3.1.1可靠性要求
3.1.1.1 定性要求 对产品的可靠性要求可以用定性方式来表达，满足这些要求使用中故障少、即使发生故障影响小即可靠。例如，耐环境特别是耐热设计，防潮、防盐雾、防腐蚀设计，抗冲击、振动和噪声设计，抗辐射、电磁兼容性，冗余设计、降额设计等。其中冗余设计可以在部件（单元）可靠性水平较低的情况下，使系统（设备）达到比较高的可靠性水平。比如，采用并联系统、冷储备系统等。除硬件外，还要考虑软件的可靠性。3.1.1.2 定量要求 可靠性定量要求就是产品的可靠性指标。产品的可靠性水平用可靠性参数来表达，而可靠性参数的要求值就是可靠性指标。常用的产品可靠性参数有故障率、平均故障间隔时间以及可靠度。 故障率是在规定的条件下和规定的时间内，产品的故障总数与时间（寿命单位总数）之比。即平均使用或储存一个小时（发射一次或行驶100km）发生的故障次数。 平均故障间隔时间（MTBF）是在规定的条件下和规定的时间内，产品寿命单位（时间）总数与故障总次数之比。即平均多少时间发生一次故障。通常可以用故障率的倒数表示。 可靠度R(t)是可靠性的概率表示。即在规定的条件下和规定时间内，产品完成规定功能的概率。即：
3 “五性”的定义、联系及区别 3.1可靠性 产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。可靠性的概率度量称为可靠度(GJB451-90) 。 可靠性工程：为达到产品的可靠性要求而进行的一套设计、研制、生产和实验工作。 (GJB451-90) 显然，这个定义适用于各种装备、设备、系统直至零部件的各个产品层次。可靠性是产品的一种能力，持续地完成规定功能的能力，因此，它强调“在规定时间内”；同时，产品能否可靠地完成规定功能与使用条件有关，所以，必须强调“在规定的条件下”。 为了使产品达到规定的可靠性要求，需要在产品研制、使用开展一系列技术和管理活动，这些工程活动就是可靠性工程。即：可靠性工程是为了达到产品的可靠性要求而进行的一套设计、研制、生产和实验工作。(GJB451-90) 。实际上，可靠性工程还应当包含产品使用、储存、维修过程中的各种保持和提高可靠性的活动。
3.1.1可靠性要求 3.1.1.1定性要求 对产品的可靠性要求可以用定性方式来表达，满足这些要 求使用中故障少、即使发生故障影响小即可靠。例如，耐环境特别是耐热设计，防潮、防盐雾、防腐蚀设计，抗冲击、振动和噪声设计，抗辐射、电磁兼容性，冗余设计、降额设计等。其中冗余设计可以在部件（单元）可靠性水平较低的情况下，使系统（设备）达到比较高的可靠性水平。比如，采用并联系统、冷储备系统等。除硬件外，还要考虑软件的可靠性。 3.1.1.2定量要求 可靠性定量要求就是产品的可靠性指标。产品的可靠性水 平用可靠性参数来表达，而可靠性参数的要求值就是可靠性指标。常用的产品可靠性参数有故障率、平均故障间隔时间以及可靠度。 故障率是在规定的条件下和规定的时间内，产品的故障总数与时间（寿命单位总数）之比。即平均使用或储存一个小时 （发射一次或行驶100km）发生的故障次数。 平均故障间隔时间（MTBF ）是在规定的条件下和规定的时间内，产品寿命单位（时间）总数与故障总次数之比。即平均多少时间发生一次故障。通常可以用故障率的倒数表示。 可靠度R（t）是可靠性的概率表示。即在规定的条件下和规 定时间内，产品完成规定功能的概率。即：
3 "五性〞的定义、联系及区别 3.1 可靠性 产品在规定的条件下和规定的时间完成规定功能的能力。可靠性的概率度量称为可靠度(GJB451-90)。 可靠性工程：为到达产品的可靠性要求而进展的一套设计、研制、生产和试验工作。 (GJB451-90) 显然，这个定义适用于各种装备、设备、系统直至零部件的各个产品层次。可靠性是产品的一种能力，持续地完成规定功能的能力，因此，它强调"在规定时间〞；同时，产品能否可靠地完成规定功能与使用条件有关，所以，必须强调"在规定的条件下〞。 为了使产品到达规定的可靠性要求，需要在产品研制、使用开展一系列技术和管理活动，这些工程活动就是可靠性工程。即：可靠性工程是为了到达产品的可靠性要求而进展的一套设计、研制、生产和试验工作。(GJB451-90)。实际上，可靠性工程还应当包含产品使用、储存、维修过程中的各种保持和提高可靠性的活动。 可靠性要求 3.1.1.1 定性要求
对产品的可靠性要求可以用定性方式来表达，满足这些要求使用中故障少、即使发生故障影响小即可靠。例如，耐环境特别是耐热设计，防潮、防盐雾、防腐蚀设计，抗冲击、振动和噪声设计，抗辐射、电磁兼容性，冗余设计、降额设计等。其中冗余设计可以在部件〔单元〕可靠性水平较低的情况下，使系统〔设备〕到达比较高的可靠性水平。比方，采用并联系统、冷储藏系统等。除硬件外，还要考虑软件的可靠性。 3.1.1.2 定量要求 可靠性定量要求就是产品的可靠性指标。产品的可靠性水平用可靠性参数来表达，而可靠性参数的要求值就是可靠性指标。常用的产品可靠性参数有故障率、平均故障间隔时间以及可靠度。 故障率是在规定的条件下和规定的时间，产品的故障总数与时间〔寿命单位总数〕之比。即平均使用或储存一个小时〔发射一次或行驶100km〕发生的故障次数。 平均故障间隔时间〔MTBF〕是在规定的条件下和规定的时间，产品寿命单位〔时间〕总数与故障总次数之比。即平均多少时间发生一次故障。通常可以用故障率的倒数表示。 可靠度R(t)是可靠性的概率表示。即在规定的条件下和规定时间，产品完成规定功能的概率。即： R(t)=P{T>t}
汽车设计中的车辆易维护性与维修性在汽车设计中，车辆易维护性与维修性是至关重要的因素。一辆易 于维护和修理的汽车，不仅可以减少车主的麻烦，还能提高车辆的可 靠性和使用寿命。本文将深入探讨汽车设计中的车辆易维护性与维修性，并分析其重要性以及如何在设计中考虑这些因素。 一、易维护性的重要性 易维护性是指汽车在正常使用过程中，能够轻松进行基本保养和维 修的能力。一辆易维护的汽车具有以下几个重要优点： 1. 降低维修成本：易维护的汽车通常零部件易于获得，维修简单。 这样可以降低车主的维修成本，减少因维修而产生的经济负担。 2. 增加可靠性：一辆易维护的汽车，能够及时发现并解决潜在故障，减少发生故障的概率，增加车辆的可靠性。 3. 提高安全性：易维护的汽车能够保持良好的工况，及时排除隐患，从而提高行车安全性。 以上优点不仅能够为车主提供更好的使用体验，也对汽车制造商具 有重要意义。因为易维护的汽车能够树立良好的品牌形象，增加消费 者的信任度和忠诚度。 二、维修性的重要性 维修性是指在发生故障时，汽车能够容易地进行修理和维护的能力。一辆具有良好维修性的汽车，可以带来以下几个关键优势：
1. 提高修理效率：维修性好的汽车，可以减少寻找故障原因和修复 故障所需的时间和精力。这将大大提高维修效率，减少车辆闲置时间。 2. 降低修理成本：维修性好的汽车，设计上会考虑零部件的易拆卸 性和维修判断的准确性。这些举措将有效降低维修成本，减少人工费 用和零部件更换的费用。 3. 保持二手车价值：维修性好的汽车，零部件易于更换和维修，可 以延长车辆的使用寿命，保持较高的二手车价值。 因此，考虑维修性在汽车设计中至关重要。具有良好维修性的汽车 可以节省车主的时间和金钱，提高车辆的使用寿命，同时增加车辆制 造商的声誉和市场竞争力。 三、车辆易维护性与维修性的设计考虑 为了实现良好的车辆易维护性与维修性，汽车设计师应该从以下几 个方面进行考虑： 1. 零部件可访问性：汽车设计应该考虑到各个关键零部件的容易访 问性，使得维修人员能够方便地检查和更换故障零部件。 2. 易于拆卸与组装：汽车零部件的设计应该注重易于拆卸和组装， 方便维修人员进行修理工作。 3. 维修信息的提供：车辆维修手册等必要信息的提供，可以帮助维 修人员准确判断故障，并提供维修解决方案。
机械设计中的可维护性和可维修性设计 在机械设计的过程中，提高机械设备的可维护性和可维修性是非常 重要的。这两个方面的设计可以大大降低设备的维修成本和停机时间，提高设备的使用效率和使用寿命。本文将从几个方面介绍机械设计中 的可维护性和可维修性设计的重要性以及具体的设计方法。 1. 零部件的选择和布局 在机械设计中，选择合适的零部件对于设备的可维护性和可维修性 至关重要。首先，选择具有较长寿命和高可靠性的零部件可以减少设 备出现故障的可能性。其次，在设计过程中，应该合理布局零部件， 使得需要经常维护或更换的零部件易于接近和操作，减少维护和维修 的难度。 2. 模块化设计 模块化设计可以将机械设备划分成多个相对独立的模块，每个模块 都有明确的功能和结构。这种设计方法的好处是，在设备出现故障时，可以很快确定出问题的模块，并进行快速的维修或更换。同时，模块 化设计也便于在设备需要升级或改进时对某个模块进行替换或改动， 提高设备的可维护性。 3. 标准化和通用化 采用标准化和通用化的设计可以方便维修人员使用标准的工具和零 部件进行维护和维修，减少维修时间和维修成本。例如，使用标准螺
丝、标准轴承和标准零件可以很容易地在市场上购买到，并且容易进 行更换和升级。 4. 合理的防护和封装 在机械设备设计中，合理的防护和封装可以有效地减少灰尘、湿气 等外界因素对设备的影响，延长设备的寿命。同时，防护和封装设计 也可以减少维护人员对设备内部的清洁和维护工作，提高设备的可维 护性。 5. 提供详细的维护手册和维修指导 为了提高设备的可维护性和可维修性，设计方应该提供详细的维护 手册和维修指导。维护手册应该包括设备的基本信息、维护周期、维 护内容等内容，维修指导应该包括设备的拆装方法、故障诊断方法和 维修步骤等内容。这些指导可以使维护人员更快地了解设备的结构和 工作原理，快速准确地进行维护和维修。 总结起来，机械设计中的可维护性和可维修性设计是提高设备使用 效率和使用寿命的关键。通过合适的零部件选择和布局、模块化设计、标准化和通用化、合理的防护和封装以及提供详细的维护手册和维修 指导，可以有效地降低设备的维修成本和停机时间，提高设备的可靠 性和可维护性。机械设计师应该注重这两个方面的设计，并不断改进 和优化，以满足用户对设备可靠性和可维护性的需求。
机械设计的可维修性与可维护性机械设计的可维修性与可维护性是指在机械产品的设计与制造过程中，考虑到产品在使用阶段可能会出现故障或需要维护的情况，从而 在设计阶段就考虑到了后期的维修和保养需求。可维修性和可维护性 的良好设计可以有效减少维修时间、成本和资源的浪费，提高机械产 品的可靠性、可用性和寿命。本文将从设计角度探讨机械产品的可维 修性与可维护性的重要性以及实现可维修性与可维护性的方法。 一、可维修性的重要性 可维修性是指机械产品在发生故障或需要维修时，能够方便、快速 地进行维修和更换部件的性能。良好的可维修性设计可以极大地提高 维修的效率和质量，减少停机时间和维修成本。以下是机械设计的可 维修性的重要性： 1.节约时间和成本：良好的可维修性设计能够使得维修工作更加简 便和高效，减少维修所需的时间。同时，简化的维修过程可以降低维 修成本，减少因维修而造成的停产损失。 2.提高可靠性：可维修性的良好设计可以保证维修人员在进行维修 时不会对其他部件造成意外损坏，避免维修错误对整个机械系统的影响，从而提高机械产品的可靠性和稳定性。 3.延长寿命周期：机械产品在使用过程中，由于磨损或老化等原因，会逐渐出现各种故障。而良好的可维修性设计可以使得维修和更换部 件更加方便，延长机械产品的使用寿命。
二、可维修性的设计方法 为了实现机械产品的良好可维修性，设计人员可以采取以下方法： 1.模块化设计：将机械产品拆分为多个模块，每个模块都能够独立 安装和拆卸，便于维修和更换故障部件。同时，模块化设计可以使得 制造和装配过程更加简化和高效。 2.易失性设计：在机械产品的设计中，有些部件是容易出现故障的，设计人员可以将这些易失性部件进行特殊标识，使得维修人员在维修 时能够更加关注和检查这些部件，提高发现和解决故障的效率。 3.标准化部件：选择通用标准部件进行设计和制造，有助于降低维 修和更换部件的难度。此外，标准化部件也有利于备件的储存和管理。 4.合理布局与标识：在机械产品的设计中，要合理布局各个部件和 连接，使得维修过程更加顺畅和简单。同时，在机械产品的外观上也 可以设置标识，以便维修人员快速定位和识别故障部件。 5.详细的维修手册和维修培训：提供详细的维修手册和培训，使得 维修人员能够了解机械产品的内部结构和工作原理，以及常见故障和 维修方法，从而能够快速解决问题。 通过以上设计方法的应用，可以最大程度地提高机械产品的可维修 性与可维护性，减少维修时间和成本，提高机械产品的性能和可靠性。 三、可维护性的重要性
机械设计中的可靠性与维修性设计随着科技的进步和机械设备的广泛应用，人们对机械系统的可靠性和维修性要求越来越高。在机械设计中，可靠性与维修性设计是非常重要的考虑因素之一。本文将探讨机械设计中的可靠性与维修性设计的原则和方法。 一、可靠性设计 在机械设计中，可靠性设计是指设计师采取一系列措施来确保机械设备在一定时间范围内能够正常运行的能力。可靠性设计的目标是提高机械设备的使用寿命，防止故障发生，并减少维修和更换零部件的成本。 1.1 合理选择材料和零部件 在机械设计过程中，选择合适的材料和零部件非常重要。优质的材料和零部件能够提高机械设备的可靠性，减少故障的发生。设计师应该根据机械设备的工作环境和使用要求，选择耐磨、耐腐蚀、高强度和高精度的材料和零部件。 1.2 合理布置和减少零部件数量 在机械设计中，合理的零部件布置和减少零部件数量是提高机械设备可靠性的重要手段。通过合理布置零部件，可以减少零部件之间的摩擦和磨损，降低故障的风险。同时，减少零部件数量可以降低机械设备的复杂性，提高可靠性。
1.3 强化结构设计和加强安全性 在机械设计中，强化结构设计和加强安全性是提高机械设备可靠性 的重要手段。设计师应该通过合理的结构设计和增加安全装置，增强 机械设备的抗冲击和抗压能力，防止严重故障的发生。 二、维修性设计 维修性设计是指设计师在机械设备设计过程中，考虑到维修和保养 的便利性，使得机械设备在发生故障时能够快速修复和维护。维修性 设计的目标是减少机械设备的停机时间和维修成本。 2.1 合理的维修通道和维修空间 在机械设备设计中，合理的维修通道和维修空间是维修性设计的重 要考虑因素之一。设计师应该为机械设备预留足够的空间，方便维修 人员进行检修和更换零部件。同时，维修通道的设置可以提高维修的 效率，减少停机时间。 2.2 明确的维修指导和维修手册 在机械设备设计中，明确的维修指导和维修手册对于维修性设计起 到重要的作用。设计师应该提供详细的维修指导和维修手册，包括设 备的拆装过程、维修方法和注意事项。这样可以帮助维修人员更快速、更准确地进行维修。 2.3 可更换的模块化设计
3 “五性”的定义、联系与区别 3.1 可靠性 产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。可靠性的概率度量称为可靠度(G451-90)。 可靠性工程：为达到产品的可靠性要求而进行的一套设计、研制、生产和试验工作。 (G451-90) 显然，这个定义适用于各种装备、设备、系统直至零部件的各个产品层次。可靠性是产品的一种能力，持续地完成规定功能的能力，因此，它强调“在规定时间内”；同时，产品能否可靠地完成规定功能与使用条件有关，所以，必须强调“在规定的条件下”。 为了使产品达到规定的可靠性要求，需要在产品研制、使用开展一系列技术和管理活动，这些工程活动就是可靠性工程。即：可靠性工程是为了达到产品的可靠性要求而进行的一套设计、研制、生产和试验工作。(G451-90)。实际上，可靠性工程还应当包含产品使用、储存、维修过程中的各种保持和提高可靠性的活动。 可靠性要求
3.1.1.1 定性要求 对产品的可靠性要求可以用定性方式来表达，满足这些要求使用中故障少、即使发生故障影响小即可靠。例如，耐环境特别是耐热设计，防潮、防盐雾、防腐蚀设计，抗冲击、振动和噪声设计，抗辐射、电磁兼容性，冗余设计、降额设计等。其中冗余设计可以在部件（单元）可靠性水平较低的情况下，使系统（设备）达到比较高的可靠性水平。比如，采用并联系统、冷储备系统等。除硬件外，还要考虑软件的可靠性。 3.1.1.2 定量要求 可靠性定量要求就是产品的可靠性指标。产品的可靠性水平用可靠性参数来表达，而可靠性参数的要求值就是可靠性指标。常用的产品可靠性参数有故障率、平均故障间隔时间以与可靠度。 故障率是在规定的条件下和规定的时间内，产品的故障总数与时间（寿命单位总数）之比。即平均使用或储存一个小时（发射一次或行驶100km）发生的故障次数。 平均故障间隔时间（MTBF）是在规定的条件下和规定的时间内，产品寿命单位（时间）总数与故障总次数之比。即平均多少时间发生一次故障。通常可以用故障率的倒数表示。 可靠度R(t)是可靠性的概率表示。即在规定的条件下和规定时间内，产品完成规定功能的概率。即：
产品可维修性与可靠性知识梳理 “可维修性”是指产品或系统经用户适当的努力后可以保证处于良好运行状态。这要求制造厂或特约修理部门提供所必须的服务，保证用户省一定的备件储备，以及有现成的维修零件。维修性好的产品设计往往体现在产品易于拆装、便于到达需要经常进行维修和更换零件的部位。开关、阀门、带刷的电动机、油杯等应处在易于到达的地点，并装有便于开启的盖子。对于确保“可维修性’的方案，要作“保守设计”，亦即要使用比正常功能更好的零件。这种做法减少维修工作员，但会增加生产成本。 对用户感到不满的可维修性的考虑往往是在事后进行的。虽然好的产品设计要求在设计阶段就考虑到好的维修性，但常常还要针对用户的意见修改相应的产品模型。显然，这种做法会结生产带来不利影响，因为要重新换工具、增加检验和进行某些修改以补偿维修性方面存在的缺陷。 “可靠性”可定义为：产品在规定条件下能运行一定时间的概率或可靠程度。例如，一个灯泡的可靠性可定为0.999（即在1000次试验中失败一次），但其试验必须符合以下各项条件：运行时的输入电压为直流220伏，工作次数不能超过l万次，寿命不超过三年。
如果零部件互相独立并且数量极大，那么要使这个产品达到高可靠性是非常困难的。我们可以从两个继电器串联的情况来看，首先假设二个继电器的可靠性（或概率）为80％，那么成功的概率是0.80X0.80，即64％，这个可靠性已经无法被生产所接受了。而我们实际当中见到的系统远非一个尽部件，最简单的产品也有几十甚至上百个零部件，而庞大的宇宙飞船的零部件就有成千上万个了。如果所有的零部件都是独立的，又假定在本例中所有零件都是统一独立的。要使宇航成功机会达到90％（宇航员完成任务与安全返回），则这成千上万个零件的平均可靠性必须达到0.90，对于每个零件而言，可靠性几乎要等于l。 而实际上，大部分零件的制造达不到那么高的可靠性，并且某些部件对系统的功能是很重要的，于是在设计上常常采取冗余的策略。其方法可采取并联重复组件，如增加油箱和电源装置，或者是采用多种设施，例如除自动控制装置外再增添手动的人工代用装置。 为了安全起见，很多设计人员往往不考虑按照统计上所要求的可靠性来建造某些系统，而去追求更高的可靠性。历来的传统，人们往往嘲笑工程师，特别是结构工程师，他们在设计桥梁时，花非常多时间作应力计算，直至小数点后四位，然后为了安全而计算得到一个大达四倍的安全系数，尽管是没有必要的。
3 “五性〞的定义、联系及区别 3.1 可靠性 产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。可靠性的概率度量称为可靠度(GJB451-90)。 可靠性工程：为到达产品的可靠性要求而进行的一套设计、研制、生产和试验工作。 (GJB451-90) 显然，这个定义适用于各种装备、设备、系统直至零部件的各个产品层次。可靠性是产品的一种能力，持续地完成规定功能的能力，因此，它强调“在规定时间内〞；同时，产品能否可靠地完成规定功能与使用条件有关，所以，必须强调“在规定的条件下〞。 为了使产品到达规定的可靠性要求，需要在产品研制、使用开展一系列技术和管理活动，这些工程活动就是可靠性工程。即：可靠性工程是为了到达产品的可靠性要求而进行的一套设计、研制、生产和试验工作。(GJB451-90)。实际上，可靠性工程还应当包含产品使用、储存、维修过程中的各种保持和提高可靠性的活动。 3.1.1可靠性要求
3.1.1.1 定性要求 对产品的可靠性要求可以用定性方式来表达，满足这些要求使用中故障少、即使发生故障影响小即可靠。例如，耐环境特别是耐热设计，防潮、防盐雾、防腐蚀设计，抗冲击、振动和噪声设计，抗辐射、电磁兼容性，冗余设计、降额设计等。其中冗余设计可以在部件〔单元〕可靠性水平较低的情况下，使系统〔设备〕到达比拟高的可靠性水平。比方，采用并联系统、冷储藏系统等。除硬件外，还要考虑软件的可靠性。 3.1.1.2 定量要求 可靠性定量要求就是产品的可靠性指标。产品的可靠性水平用可靠性参数来表达，而可靠性参数的要求值就是可靠性指标。常用的产品可靠性参数有故障率、平均故障间隔时间以及可靠度。 故障率是在规定的条件下和规定的时间内，产品的故障总数与时间〔寿命单位总数〕之比。即平均使用或储存一个小时〔发射一次或行驶100km〕发生的故障次数。 平均故障间隔时间〔MTBF〕是在规定的条件下和规定的时间内，产品寿命单位〔时间〕总数与故障总次数之比。即平均多少时间发生一次故障。通常可以用故障率的倒数表示。 可靠度R(t)是可靠性的概率表示。即在规定的条件下和规定时间内，产品完成规定功能的概率。即：
产品设计五性：可靠性、维修性、安全性、测试性及保 障性 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
3 “五性”的定义、联系及区别 可靠性 产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。可靠性的概率度量称为可靠度(GJB451-90)。 可靠性工程：为达到产品的可靠性要求而进行的一套设计、研制、生产和试验工作。 (GJB451-90) 显然，这个定义适用于各种装备、设备、系统直至零部件的各个产品层次。可靠性是产品的一种能力，持续地完成规定功能的能力，因此，它强调“在规定时间内”；同时，产品能否可靠地完成规定功能与使用条件有关，所以，必须强调“在规定的条件下”。 为了使产品达到规定的可靠性要求，需要在产品研制、使用开展一系列技术和管理活动，这些工程活动就是可靠性工程。即：可靠性工程是为了达到产品的可靠性要求而进行的一套设计、研制、生产和试验工作。(GJB451-90)。实际上，可靠性工程还应当包含产品使用、储存、维修过程中的各种保持和提高可靠性的活动。 可靠性要求
定性要求 对产品的可靠性要求可以用定性方式来表达，满足这些要求使用中故障少、即使发生故障影响小即可靠。例如，耐环境特别是耐热设计，防潮、防盐雾、防腐蚀设计，抗冲击、振动和噪声设计，抗辐射、电磁兼容性，冗余设计、降额设计等。其中冗余设计可以在部件（单元）可靠性水平较低的情况下，使系统（设备）达到比较高的可靠性水平。比如，采用并联系统、冷储备系统等。除硬件外，还要考虑软件的可靠性。 定量要求 可靠性定量要求就是产品的可靠性指标。产品的可靠性水平用可靠性参数来表达，而可靠性参数的要求值就是可靠性指标。常用的产品可靠性参数有故障率、平均故障间隔时间以及可靠度。 故障率是在规定的条件下和规定的时间内，产品的故障总数与时间（寿命单位总数）之比。即平均使用或储存一个小时（发射一次或行驶100km）发生的故障次数。 平均故障间隔时间（MTBF）是在规定的条件下和规定的时间内，产品寿命单位（时间）总数与故障总次数之比。即平均多少时间发生一次故障。通常可以用故障率的倒数表示。 可靠度R(t)是可靠性的概率表示。即在规定的条件下和规定时间内，产品完成规定功能的概率。即：
产品设计五性：可靠性、维修性、安全性、测试性及保障性
3 “五性”的定义、联系及区别 3.1可靠性 产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。可靠性的概率度量称为可靠度(GJB451-90)。 可靠性工程：为达到产品的可靠性要求而进行的一套设计、研制、生产和试验工作。 (GJB451-90)显然，这个定义适用于各种装备、设备、系统直至零部件的各个产品层次。可靠性是产品的一种能力，持续地完成规定功能的能力，因此，它强调“在规定时间内”；同时，产品能否可靠地完成规定功能与使用条件有关，所以，必须强调“在规定的条件下”。 为了使产品达到规定的可靠性要求，需要在产品研制、使用开展一系列技术和管理活动，这些工程活动就是可靠性工程。即：可靠性工程是为了达到产品的可靠性要求而进行的一套设计、研制、生产和试验工作。(GJB451-90)。实际上，可靠 性工程还应当包含产品使用、储存、维修过程中的各种保持和提高可靠性的活动。
3.1.1可靠性要求 3.1.1.1定性要求 对产品的可靠性要求可以用定性方式来表达，满足这些要求使用中故障少、即使发生故障影响小即可靠。例如，耐环境特别是耐热设计，防潮、防盐雾、防腐蚀设计，抗冲击、振动和噪声设计，抗辐射、电磁兼容性，冗余设计、降额设计等。其中冗余设计可以在部件（单元）可靠性水平较低的情况下，使系统（设备）达到比较高的可靠性水平。比如，采用并联系统、冷储备系统等。除硬件外，还要考虑软件的可靠性。 3.1.1.2定量要求 可靠性定量要求就是产品的可靠性指标。产品的可靠性水平用可靠性参数来表达，而可靠性参数的要求值就是可靠性指标。常用的产品可靠性参数有故障率、平均故障间隔时间以及可靠度。 故障率是在规定的条件下和规定的时间内，产品的故障总数与时间（寿命单位总数）之比。即平均使用或储存一个小时（发射一次或行驶100km）发生的故障次数。 平均故障间隔时间（MTBF ）是在规定的条件下和规定的时间内，产品寿命单位（时间）总数与故障总次数之比。即平均多少时间发生一次故障。通常可以用故障率的倒数表示。 可靠度R（t）是可靠性的概率表示。即在规定的条件下和规定
可靠性定义及其度量指标 【大纲考试容要求】： 1、了解机械失效三个阶段和维修度、有效度、平均无故障工作时间； 2、熟悉可靠性、故障率、可靠性预计、人机界面设计要点。 【教材容】： 第四节机械的可靠性设计与维修性设计 一、可靠性定义及其度量指标 (一)可靠性定义 所谓可靠性是指系统或产品在规定的条件和规定的时间，完成规定功能的能力。 这里所说的规定条件包括产品所处的环境条件(温度、湿度、压力、振动、冲击、尘埃、雨淋、日晒等)、使用条件(载荷大小和性质、操作者的技术水平等)、维修条件(维修方法、手段、设备和技术水平等)。在不同规定条件下，产品的可靠性是不同的。 规定时间是指产品的可靠性与使用时间的长短有密切关系，产品随着使用时间或储存时间的推移，性能逐渐劣化，可靠性降低。所以，可靠性是时间的函数。这里所规定的时间是广义的，可以是时间，也可以用距离或循环次数等表示。 (二)可靠性度量指标 1．可靠度 可靠度是可靠性的量化指标，即系统或产品在规定条件和规定时间完成规定功能的概率。可靠度是时间的函数，常用R(t)表示，称为可靠度函数。 产品出故障的概率是通过多次试验中该产品发生故障的频率来估计的。例如，取N个产品进行试验，若在规定时间t共有Nf(t)个产品出故障，则该产品可靠度的观测值可用下式近似表示：R(t)≈[N—Nf(t)]／N (4—7) 与可靠度相反的一个参数叫不可靠度。它是系统或产品在规定条件和规定时间未完成规定功能的
概率，即发生故障的概率，所以也称累积故障概率。 不可靠度也是时间的函数，常用F(t)表示。同样对N个产品进行寿命试验，试验到瞬间的故障数为Nf(t)，则当N足够大时，产品工作到t 瞬间的不可靠度的观测值(即累积故障概率)可近似表示为： F(t)≈Nf(t)／N (4—8) 可靠度数值应根据具体产品的要求来确定，一般原则是根据故障发生后导致事故的后果和经济损失而定。 2．故障率(或失效率) 故障率是指工作到t 时刻尚未发生故障的产品，在该时刻后单位时间发生故障的概率。故障率也是时间的函数，记为γ(t)，称为故障率函数。 产品的故障率是一个条件概率，它表示产品在工作到t 时刻的条件下，单位时间的故障概率。它反映t 时刻产品发生故障的速率，称为产品在该时刻的瞬时故障率且γ(t)，习惯称故障率。故障率的观测值等于N个产品在t时刻后单位时间的故障产品数△Nf(t)／△t与在t时刻还能正常工作的产品数Ns(t)之比，即： γ(t)＝△Nf(t)／[Ns(t)·△t](4——9) 故障率(失效率)的常用单位为(1／106h)。 产品在其整个寿命期间各个时期的故障率是不同的，其故障率随时间变化的曲线称为寿命的曲线，也称浴盆曲线，如图4—6所示。 由图可见，产品的失效过程可分为以下3个阶段：