Engineering 工程
电力设备可靠性分析
魏燕
(陕西省延安市供电局，陕西延安716000)
摘要：随着经济的快速发展，人们的生活水平得到显著提高，电力已经成为生活与生产之中重要的组成部分。因此，电力系统是否正常运行，直接关系到正常的生活生产。而电力设备工作的稳定性又会对电力系统的稳定性造成直接的影响。所以，针对电力设备做好相应的可靠性检验与维护，对于设备的运行非常重要。本文在分析电力系统电力设备可靠性基本 概念的基础上，分析电力设备的可靠性，然后通过具体的评估，提升电力设备可靠性，为电力系统的整体稳定运行奠定基础。
关键词：电力设备；可靠性；评估
中图分类号：TM732 文献标识码：A 文章编号：1671-0711 (2017) 03 (下）-0137-02
现今社会是一个高速发展的时代，这也要求电力行业能够保持稳定的上升趋势。针对电力设备，就需要进行可靠而有效的实验，并做好后续的评估与管理，这样才能够确保电力行业快速稳定的发展。所以，为了推动电力行业的可持续发展，分析电力 设备运行的可靠;性尤为重要。
1电力系统与设备可靠性的基本概念
电力系统主要包含了发电机、输电线路、变压 器以及开关等元件，在进行电力系统和电力设备的可靠性评估的研究之中，一般都会将电力系统划分成为三个部分，即发电系统、配电系统和输电系统。
对于电力系统可靠性进行简单的介绍，其主要 是电力系统根据可以接受的质量标准以及所需要的实际的数量，向电力用户不间断供应电力的一种量度。
具体来说，主要包含了安全性和充裕度两个方面的内容。安全性指的是电力系统与电力设备承受突然出现的扰动，相对于静态的可靠性，也可以将 其称之为动态可靠性，指的是在动态条件之下，电 力设备突然承受到扰动，并且不间断地为电力用户提供电能量的一种能力。充裕度指的是电力系统可以连续性的提供用户总电力的需求，同时总电能量 还可以持续的维持。同时，考虑到电力设备的计划停运以及非计划之中的合理停运，也可以将其称之为静态的可靠性，也就是在静态的条件下，电力系 统满足用户电能量需求的能力。
2电力设备的可靠性
电力设备的可靠性也就是在电力系统产品和设备的预定时间以及条件之下，电力系统可以完成既 定的功率传输能力。电力设备的可靠性主要包含了耐用性、可靠性、有效性等多个方面的特点。在具 体的可靠性研究之中，就应该针对下述几个方面进行，以确保电力设备的可靠性可以满足电力系统的基本要求。
首先，可靠性设计指的是产品设计过程中需要满足可靠性的要求，对于设计阶段可能出现的危害与故障进行研究，就可以做好针对性的预防，做好 相应的处理。
其次，开展可靠性实验。也就是通过电力设备来开展试验与验证处理，这样才可以提升电力产品本身的可靠性。同时，试验中还可以确保时间、空 间以及经费都能够满足最佳的效果要求。
最后，生产可靠性，也就是生产环节中，要确 保电力设备本身的可靠性。在制造电力设备的时候，一旦出现故障或者是偏差，都可以进行最有效的控制处理。这样就可以实现整体的目标，以设计来满 足设备的可靠性要求。
3电力系统设备可靠性评估
针对电力系统设备可靠性的评估，首先我们要明白评估的具体目标，然后分析其评估的过程，最 后针对具体系统进行评估，以便为电力系统设备的 可靠性评估奠定基础支撑。希望通过电力系统设备的可靠性评估，能够对设备的可靠性有更深入的认识，进而让研究更为彻底。
3.1评估目标
从最初的规划到设计，都应该对电力设备进行可靠性的深入研究。
第一，长期的可靠性的估计，这样就可以为今后的电力系统提出发展规划。第二，短期的可靠性预测，这样就可以针对电力系统以及电力设备做好曰运行计划和周运行计划。
为了确保电力系统的可靠性能够达到预期水平，
中国设备工程2017.03(下）137
编订：__________________ 审核：__________________ 单位：__________________ 机械可靠性设计发展及现 状 Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑
文件编号：KG-AO-1230-100 机械可靠性设计发展及现状 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 随着科学技术的发展和对产品质量要求的不断提高，产品的可靠性也越来越成为产品竞争的焦点。产品的可靠性是设计出来的，生产出来的，管理出来的。可靠性设计是使产品的可靠性要求在设计中得以落实的技术。可靠性设计决定了产品的固有可靠性。 所谓可靠性是指“产品在规定时间内，在规定的使用条件下，完成规定功能的能力或性质”。可靠性的概率度量称为可靠度。长期以来，随着电子技术的发展和电子产品可靠性理论的成熟，电子产品可靠性的相对稳定，电子产品的可靠性试验技术已经发展的相对成熟；机械可靠性试验技术则由于存在理论难题而发展相对较慢。为了机械可靠性的切实发展，美国可靠性分析中心一直坚持鼓励其组织机构广泛收集机械产品可靠性数据。同时美国可靠性分析中心在提到的
零件的可靠性预测的内在关系 可靠性学科是研究产品时效规律的学科。由于影响失效的因素非常复杂，有时甚至是不可捉摸的，因而产品的寿命（即产品的失效时间）只能是随机的。只能用大量的试验和统计办法来摸索它的统计规律，然后根据这个依据来进行研究工作。 零件的可靠性预测，就像天气预报那样，是根据对零件以往的失效调查，或对零件进行寿命试验所得的数据，将它们整理分析出一定的统计规律；然后，运用该规律对同种零件在相同的工作环境中的可靠度进行估计的一种方法。 可靠性的定义为：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。这里的产品是广义的，它包括零件、设备、装置和系统；规定条件是指产品的使用条件、环境条件、运输和保管条件；规定时间指产品的预期寿命；规定功能指产品的功能指标；能力用概率表示，即可靠度。 可靠性预测的目的： 1.检验本设计是否满足给定的可靠性目标，预测产品的可靠度； 2.协调设参数及性能指标，以提高产品的可靠性； 3.比较不同设计方案的特点及可靠度，选择最佳的设计方案； 4.发现影响产品可靠性的主要因素，找出薄弱环节，采取必要的措施，降低产品的失效率，提高其可靠性。。 5.单元可靠性预测是系统可靠行预测的基础，预测单元的可靠度，首先要确定单元的失效率，课通过从手册、资料中查得。 一般而言，零件的可靠性设计都采用应力—强度干涉模型。我们将施加于零件的物理量，如应力、压力、温度、湿度、冲击等导致失效的任何因素，统称为应力，用σ表示；而零件能够承受这种应力的程度，即阻止失效发生的任何因素，统称为强度，用δ表示。所有的可靠性指标、参数的来源皆源于σ-δ的计算，这就需要掌握理论力学、材料力学的力学学科的相关知识。 零件的可靠性指标体系不管多么复杂，归纳起来不外乎有R（Reliability：可靠性）、M （Maintainability：维修度）、A（Availability：可用度）三大指标。对于不可能维修的非修复系统或失效后不必维修的产品来讲，只采用R指标体系就可以了，但对于大多数机械产品的可维修系统，光有R指标体系就不够了，这是因为不可维修系统只考虑环境应力的作用，而可维修系统除此之外还应考虑改善与控制环境应力作用的“修复”因素，因此就提出了可用度和可维修度。 零件的可靠性预测有这几个重要函数：失效积累分布函数、或者称不可靠度函数F(t)；可靠度函数R(t)；失效概率密度函数f(t)；期望寿命E(t);故障率函数h(t)；维修度函数M(t)；平均维修时间MTTR；维修率m；失效率（故障率）λ(t)；平均寿命（平均无故障工作时间）MTBF；平均可用度A。 这些函数存在着内在的联系。零件的实效概率为F(t),它与可靠度函数存在着互补关系，则可靠度函数R(t)=1-F(t);而失效概率密度f(t) 又与F（t）存在着关系，F(t)是f(t)的积分，f(t)又可用λ(t)来表示，由此可推导出可靠度函数R(t)。 零件的期望寿命E(t)与是小概率密度函数f(t)存在着关系，E(t)是f(t)对时间的积分，E(t)= ∫tf(t)dt;由此又可推导出零件的期望寿命与可靠度之间的关系：即E(t)= ∫R(t)dt。 MTTF是指那些发生故障后就不能再用的不可修零件的正常运行时间的平均值。MTBF 指的是那些失效之后还可修复的零件的故障间隔平均时间。MTBF中的“零”修理的平均时间就是MTTF。MTTF与λ存在着倒数关系，MTTF=1/λ=E(t)。 某一时间段的故障率为h(t)，h(t)=单位时间内的失效数/提供可能失效的零件数，在这里
通用的可靠性设计分析方法 1.识别任务剖面、寿命剖面和环境剖面 在明确产品的可靠性定性定量要求以前，首先要识别产品的任务剖面、寿命剖面和环境剖面。 （1）任务剖面“剖面”一词是英语profile的直译，其含义是对所发生的事件、过程、状态、功能及所处环境的描述。显然，事件、状态、功能及所处环境都与时间有关，因此，这种描述事实上是一种时序的描述。 任务剖面的定义为：产品在完成规定任务这段时间内所经历的事件和环境的时序描述。它包括任务成功或致命故障的判断准则。 对于完成一种或多种任务的产品，均应制定一种或多种任务剖面。任务剖面一般应包括：1）产品的工作状态； 2）维修方案； 3）产品工作的时间与程序； 4）产品所处环境（外加有诱发的）时间与程序。 任务剖面在产品指标论证时就应提出，它是设计人员能设计出满足使用要求的产品的最基本的信息。任务剖面必须建立在有效的数据的基础上。 图1表示了一个典型的任务剖面。 （2）寿命剖面寿命剖面的定义为：产品从制造到寿命终结或退出使用这段时间内所经历的全部事件和环境的时序描述。寿命剖面包括任务剖面。 寿命剖面说明产品在整个寿命期经历的事件，如：装卸、运输、储存、检修、维修、任务剖面等以及每个事件的持续时间、顺序、环境和工作方式。 寿命剖面同样是建立产品技术要求不可缺少的信息。 图2表示了寿命剖面所经历的事件。
（3）环境剖面环境剖面是任务剖面的一个组成部分。它是对产品的使用或生存有影响的环境特性，如温度、湿度、压力、盐雾、辐射、砂尘以及振动冲击、噪声、电磁干扰等及其强度的时序说明。 产品的工作时间与程序所对应的环境时间与程序不尽相同。环境剖面也是寿命剖面和任务剖面的一个组成部分。 2.明确可靠性定性定量要求 明确产品的可靠性要求是新产品开发过程中首先要做的一件事。产品的可靠性要求是进行可靠性设计分析的最重要的依据。 可靠性要求可以分为两大类：第一类是定性要求，即用一种非量化的形式来设计、分析以评估和保证产品的可靠性；第二类是定量要求，即规定产品的可靠性指标和相应的验证方法。 可靠性定性要求通常以要求开展的一系列定性设计分析工作项目表达。常用的可靠性定性设计工作项目见表1。
可靠性设计与分析作业 学号：071130123 姓名：向正平一、指数分布的概率密度函数、分布函数、可靠度函数曲线 （1）程序语言 t=(0:0.01:20); Array m=[0.3,0.6,0.9]; linecolor=['r','b','y']; for i=1:length(m); f=m(i)*exp(-m(i)*t); F=1-exp(-m(i)*t); R=exp(-m(i)*t); color=linecolor(i); subplot(3,1,1); title('指数函数概率密度函数曲线'); plot(t,f,color); hold on subplot(3,1,2); title('指数函数分布函数函数曲线'); plot(t,F,color); hold on subplot(3,1,3); title('指数指数分布可靠度函数曲线 plot(t,R,color); hold on end （3）指数分布的分析 在可靠性理论中，指数分布是最基本、最常用的分布，适合于失效率为常数 的情况。指数分布不但在电子元器件偶然失效期普遍使用，而且在复杂系统和整 机方面以及机械技术的可靠性领域也得到使用。 有图像可以看出失效率函数密度f(t)随着时间的增加不断下降，而失效率随 着时间的增加在不断的上升，可靠度也在随着时间的增加不断地下降，从图线的 颜色可以看出，随着m的增加失效率密度函数下降越快，而可靠度的随m的增加 而不断的增加，则失效率随m的增加减小越快。 在工程运用中，如果某零件符合指数分布，那么可以适当增加m的值，使零 件的可靠度会提升，增加可靠性。 二、正态分布的概率密度函数、分布函数、可靠性函数、失效率函数曲线 （1）程序语言 t=-10:0.01:10; m=[3,6,9]; n=[1,2,3]; linecolor=['r','b','y'];
第一章国外织机的发展概况及卷取机构的应用 第一节全球织机发展的几个阶段 织布生产技术有着悠久的历史，其发展过程经历了原始手工织布、手工急切织布、普通机器织造、自动织机织造和无梭织机织造五个阶段！在原始手工织布阶段，人们采用简单的工具，将经、纬纱交织成织物，所采用的工具都由人工直接赋予动作。原始手工织布方法经历了漫长的历史演变后，出现了由原动机件、传动机件和工作机件三个部分组成的手织机，这种手织机为近代的传动机器进行大工业生产创造了条件。 进入18世纪后，织布技术游乐较快的发展，1785年英国人Ｅ．卡特赖特制造出能完成开口、透梭和卷布三个基本动作的动力织机，这是第一台用动力传动的织机，从那时候起织布技术进入了工业化织造时代。 用动力传动的有梭织机可以分为两大类：一类是需要人工补纬的普通织机，另一类是由机构自动完成补纬的自动织机。人们为使普通织机的补纬自动化，经历了一个多世纪的努力，直到1892年，美国人Ｊ．诺斯勒普首先发明了自动换纡，当纬管上的纬纱用完时，通过换纡机构将满纡子换入梭，同时排出空纬管。而自动换梭的补纬方法是在1926年由日本人韦田佐吉发明的，当自动换梭机纬管上的纬纱用完时，通过换梭机构将装有满纡子的梭子换入梭箱，同时排出纡子已空的梭子，至自动换梭织机问世，织造技术进入了自动织机织造的新时代。 普通织机及其后来的自动织机所采用的引纬原理，在本质上与手工机器织布相同，即都是用传统的梭子作载纬器。但凡采用传统梭子引纬的织机被成为有梭织机。有梭织机的引纬具有三个特征：一是引纬器为体积大、质量大的投射器，二是该投射器容有纬纱卷装，三是引纬器被反复投射。
有梭织机引纬的特征是梭口尺寸特别大，以避免梭子进出梭口时与经纱产生过分的挤压致使经纱受损。即使在较低的车速和入纬率下，投梭加速过程和制梭减速过程仍然十分激烈，因此，织机的零部件耗损多，机器震动大，噪音高达100-105DB，工人的劳动环境差，劳动强度大。有梭织机的这些缺点限制了车速和入纬率的进一步提高。 从20世纪初开始，人们不再采用笨重梭子引纬的传动原理，提出了由引纬器直接从固定筒子上将纬纱引入梭口的新型引纬原理，并陆续获得成功。但凡采用这种原理形成机织物的织机，统称为无梭织机或新型织机。目前，已经得到了广泛应用的无梭织机有片梭织机、剑杆织机、喷气织机和喷水织机四大类型。此外，还有一些新的织造技术问世，如多相织机，它可以取得更高的入纬率，但是所生产的织物品种有较大的局限性，故尚未在生产中得到大量应用。 无梭织机飞速发展的20世纪，可以说是个辉煌的一百年，在这期间，织造技术取得了飞速的发展。著名的krause教授把这方面的技术发展归纳为织机的生产率的极大提高。如今，无梭织机已经在世界围得到普遍应用，今后10年，世界纺织工业的原料结构将从以棉、毛、丝、麻等天然纤维为主，逐渐转化为以化纤为主。因此，将特别适宜织造化纤织物的喷水织机将有更加广阔的应用前景。 第二节我国国产无梭织机发展现状 随着我国纺织工业的水平提高和产品出口的增长，无梭织机的需求量与日俱增，仅今年上半年我国进口各类无梭织机就在18000台左右，这为我国纺织企业的技术升级和改造奠定了基础。从国外无梭织机技术发展看，在机电一体化、速度、选择等技术上，都发生了巨大变化，而国产设备与国外相比还有很大差距，还亟待提高。为此，专家就国外无梭织机的先进技术和我国无梭织机现状进行了
1．判断题（共20分，每题2分，答错倒扣1分） (1)（）系统可靠性与维修性决定了系统的可用性和可信性。 (2)（）为简化故障树，可将逻辑门之间的中间事件省略。 (3)（）在系统寿命周期的各阶段中，可靠性指标是不变的。 (4)（）如果规定的系统故障率指标是每单位时间0.16，考虑分配余量，可以按每单位时间0.2 进行可靠性分配。 (5)（）MTBF和MFHBF都是基本可靠性参数。 (6)（）电子元器件的质量等级愈高，并不一定表示其可靠性愈高。 (7)（）事件树的后果事件指由于初因事件及其后续事件的发生或不发生所导致的不良结果。 (8)（）对于大多数武器装备，其寿命周期费用中的使用保障费用要比研制和生产费用高。 (9)（）所有产品的故障率随时间的变化规律，都要经过浴盆曲线的早期故障阶段、偶然故障 阶段和耗损故障阶段。 (10)（）各种产品的可靠度函数曲线随时间的增加都呈下降趋势。 2．填空题（共20分，每空2分） (1)MFHBF的中文含义为。 (2)平均故障前时间MTTF与可靠度R(t)之间的关系式是。 (3)与电子、电器设备构成的系统相比，机械产品可靠性特点一是寿命不服从分 布，二是零部件程度低。 (4)在系统所处的特定条件下，出现的未预期到的通路称为。 (5)最坏情况容差分析法中，当网络函数在工作点附近可微且变化较小、容差分析精度要求不 高、设计参数变化围较小时，可采用；当网络函数在工作点可微且变化较大，或容差分析精度要求较高，或设计参数变化围较大时，可采用。 (6)一般地，二维危害性矩阵图的横坐标为严酷度类别，纵坐标根据情况可选下列三项之一： 、 或。
3．简要描述故障树“三早”简化技术的容。（10分）
机械设备可靠性分析摘要：机械的可靠性设计在机械设计中具有重要的作用，它对机械是否能够稳定的工作起决定性的作用。本文主要介绍了机械可靠性设计的特点，机械可靠性设计的流程，以及在机械可靠性设计中的常用的可靠性分析方法和设计技术，最后结合最近的机械可靠性的发展，介绍了机械可靠性设计的发展趋势，从而对可靠性技术在机械领域的应用和发展有一个全面的、客观的认识。 引言：随着科学技术的发展，对产品的要求不断提高，不仅要具有好的性能，更要具有高的可靠性水平。采用可靠性设计弥补了常规设计的不足，使得设计方案更加贴近生产实际。所谓可靠性是指“产品在规定时间内，在规定的使用条件下，完成规定功能的能力或性质”。可靠性的概率度量称为可靠度。可靠性工程的诞生已近半个世纪的历史, 以电子产品可靠性设计为先导的可靠性工程迄今发展得比较成熟, 已形成一门独立的学科。相比之下, 机械产品的可靠性设计与研究则起步较晚。所谓机械可靠性，是指机械产品在规定的使用条件下、规定的时间内完成规定功能的能力。由于工程材料特性的离散性以及测量、加工、制造和安装误差等因素的影响，使机械产品的系统参数具有固有的不确定性，因此考虑这种固有随机性的可靠性设计技术至关重要。据有关方面统计，产品设计对产品质量的贡献率可达70%～80%，可见设计决定了产品的固有质量特性(如：功能、性能、寿命、安全性和可靠性等)，赋予了产品“先天优劣”的本质特性。上世纪60年代, 对机械可靠性问题引起了广泛的重视并开始对其进行了系统研究。虽然国内外都投入了研究力量, 取得了一定的进展，但终因机械产品可靠性涉及的领域太多、可靠性研究的范围大、基础性数据缺乏等原因，机械可靠性设计在工程实际中应用得并不广泛。本文简要介绍了可靠性技术在机械领域中的应用，主要介绍了一些在机械产品设计中应用的较为成熟的可靠性技术和可靠性设计方法，并且结合当今可靠性工程学科的发展，指出了可靠性技术在机械领域中的发展和趋势。 正文：机械产品的可靠性要受到诸多因素的影响，从产品的设计、制造、试验，到产品使用和维护，都会涉及到可靠性间题，也就是说它贯穿于产品的整个寿命周期之内。如何使产品在整个寿命周期内失效率最小，有效度高，维修性好，经济效益大，经济寿命长，是我们对产品进行可靠性设计的根本目的。机械产品的可靠性设计并不是一种崭新的设计方法, 而是在传统机械设计的基础上引入以概率论和数理统计为基础的可靠性设计方法。这样的设计可以更科学合理地获得较小的零件尺寸、体积和重量, 同时也可使所设计的零件具有可预测的寿命和失效率, 从而使产品的设计更符合工程实际。 目前在机械工程中可靠性设计主要应用在产品的设计、制造、使用和维修等方面。现代生产的经验表明，在设计、制造和使用的三个阶段中，设计决定了产品的可靠性水平，即产品的固有可靠性，而制造和使用的任务是保证产品可靠性指标的实现。可靠性试验数据是可靠性设计的基础，但是试验不能提高产品的可靠性，只有设计才能决定产品的固有可靠性。图1所示为三者的关系。 图1 机械产品与可靠性关系框图 机械产品的设计，它包括整机产品的设计和零部件的设计。整机产品可将其作为一个系统进行设计，设计的方式主要有两种，第一种是根据零部件的可靠性预测结果，计算产品系统的可靠性指标，这就是系统的可靠性预测，其结果满足指标要求即可。如果不能满足要求，就要按第二种方式
《机械与结构系统的可靠性》课程总结 授课教师：刘电霆教授 学生姓名：王玉玺班级：机械工程15级学号：212015472 1 机械可靠性设计原理 1.1安全系数设计法与可靠性设计方法 安全系数设计法主要指的是产品的设计主要满足产品使用要求和保证机械性能要求。 机械结构在承受外在载荷后，计算得到的应力小于该结构材料的许用应力，然后计算塑性材料静强度及脆性材料静强度，最后计算疲劳强度时。 可靠性设计：结构可靠性和机构可靠性 机械可靠性设计：定性可靠性设计和定量可靠性设计 1.2应力强度干涉理论及可靠度计算 可靠性设计理论的基本任务：在故障物理学研究的基础上，结合可靠性试验以及故障数据的统计分析，提出可供实际计算的物理数学模型及方法，如图一所示。 图一 可靠度的计算方法有： 数值积分法（已知应力和强度的概率密度函数f(s)和f(S)时，进行数值积分，求出可靠度R(t)，基于Simpson法则并且利用计算机软件）； 应力——强度干涉模型法； 功能密度函数积分法； 蒙特卡洛模拟法。 2 机械系统可靠性设计 机械系统可靠性设计主要分为可靠性预测设计和可靠性分配两个方面。2.1可靠性预测设计 系统可靠性预计是在方案设计阶段为了估计产品在给定的工作条件下的可靠性而进行的工作。根据系统、部件、零件的功能、工作环境及其有关资料，推
测给系统将具有的可靠度。是一个由局部到整体、由小到大、由下到上的过程，是一种综合的过程。 实现步骤为： 1）对被预计的系统做出明确定义 2）确定分系统 3）找出影响系统可靠度的主要零件 4）确定各分系统中所用的零部件的失效率 5）计算分系统的失效率 6）定出用以修整各分系统失效率基本数值的修正系数。 7）计算系统失效率的基本数值 8）定出用以对系统失效率的基本数值进行修正的修正系数 9）计算系统的失效率 10）计算系统的可靠度 2.2可靠性分配 可靠性分配指的是把系统的可靠性指标按一定的原则合理地分配给分系统和零部件的方法。 分配基本原则为： 1）对于改进潜力大的分系统或部件，分配的指标可以高一些。 2）由于系统中关键件发生故障将会导致整个系统的功能受到严重影响，因此关键件的可靠性指标应分配得高一些。 3）在恶劣环境条件下工作的分系统或部件，可靠性指标要分配得低一些。 4）新研制的产品，采用新工艺、新材料的产品，可靠性指标也应分配的低一些。 5）易于维修的分系统或部件，可靠性指标可以分配的低一些。 6）复杂的分系统或部件，可靠性指标可以分配的低一些。 3 故障模式影响分析 3.1 故障模式影响及危害性分析 3.1.1故障模式影响及危害分析（FMECA） 通过分析系统中各个零部件的所有可能的故障模式及故障原因以及对系统的影响，并判断这种影响的危害度有多大，从而找出系统中潜在的薄弱环节和关键的零部件、采取必要的措施，以避免不必要的损失和伤亡。 3.1.2故障模式影响分析（FMEA） 只作故障模式影响分析，不作危害性分析。 3.2故障树分析 故障树分析法的步骤： 1）建立故障树 2）建立故障树的数学模型 3）进行系统可靠性的定性分析 4）进行系统可靠性的定量分析 故障树分析法的优点： 1）图文兼备，表达清晰，可读性好，便于交流 2）是工程技术人员故障分析思维流的图解，易于掌握
机械零件强度可靠性设计的简单数学分析 ---《数学文化》的读书报告 徐华超 机设8班，2009302349 摘要 我们都知道传统的设计方法是把设计变量当做确定性变量来看待。但是对于一大批同类产品总任何特定的一件来讲，许多设计变量（例如工作载荷，极限应力，零件尺寸等）都是随机变量。如果在产品的设计过程中通过概率与统计的方法来分析和处理这些随机变量，则可以更为准确的把握产品的可靠性。基于上述思想及相应的方法进行对机械零件强度可靠性设计中变量分析，可以确定产品在规定的工作条件下及规定的使用期限内完成规定功能的概率，这一概率就是反应产品可靠性的定量指标之一。 关键词 应力 概率密度函数 正态分布 引言 可靠性作为产品的一个重要的质量指标特征，它表示产品在规定的工作条件下及规定 的使用期限内完成规定功能的能力。在现实中可靠性好可以有效的在规定的时间内完成功能，对产品的安全性，口碑和性价比起到至关重要的作用！在设计产品中所遇到的各种变量采用概率和统计的方法来分析和处理，可以较为准确的把握产品的可靠性。机械零件的概率设计和相应的可靠度计算是机械可靠性设计的一项重要内容，下面就机械强度的可靠度计算方法做一阐述。 （一）基本概念及公式 如果广义的讲，可以把一切引起失效的外部作用的参数叫做应力，而把零件本身抵抗失效的能力叫做强度，则通过判断应力是否超过强度就可以判断零件的安全性。若将应力和强度视为随机变量，通过计算强度高于应力的概率，就得到零件的可靠度。根据这一思想建立的可靠度计算模型成为应力-强度干涉模型，这也是进行各种机械零件的概率设计的基础。 狭义的概念的应力-强度干涉模型是以零件的强度指标（例如零件的极限应力 lim δ)和作 用力σ都是随机变量的客观事实为基础的。由于它们都是随机变量，因而必然会有相应的分布规律。令g （r)表示强度指标r 的概率密度函数，p （s ）表示作用应力s 的概率密度函数。显然，零件失效的条件可以用以下两式的任一个来描述 r s <
机械可靠性设计发展及现状 随着科学技术的发展和对产品质量要求的不断提高，产品的可靠性也越来越成为产品竞争的焦点。产品的可靠性是设计出来的，生产出来的，管理出来的。可靠性设计是使产品的可靠性要求在设计中得以落实的技术。可靠性设计决定了产品的固有可靠性。 所谓可靠性是指“产品在规定时间内，在规定的使用条件下，完成规定功能的能力或性质”。可靠性的概率度量称为可靠度。长期以来，随着电子技术的发展和电子产品可靠性理论的成熟，电子产品可靠性的相对稳定，电子产品的可靠性试验技术已经发展的相对成熟；机械可靠性试验技术则由于存在理论难题而发展相对较慢。为了机械可靠性的切实发展，美国可靠性分析中心一直坚持鼓励其组织机构广泛收集机械产品可靠性数据。同时美国可靠性分析中心在提到的关于将来安全相关技术发展备选课题，在可靠性领域中把机械可靠性作为三大课题( 另外两个是加速试验和软件可靠性) 之一。机械可靠性试验技术是机械可靠性技术中一个关键的问题，因此被广泛关注。 机械可靠性试验的发展 自1946 年Freuenthal在国际上发表“结构的安全度”一文以来，可靠性问题开始引起学术界和工程界的普遍关注与重视。上世纪60 年代，对机械可靠性问题引起了各国广泛重视并开始对其进行了系统研究，其中美国、前苏联、日本、英国等国家对机械产品可靠性进行了深入研究，并在机械产品可靠性理论研究和实际应用方面取得了相当进展： 1.1.20世纪40年代，德国在V-1火箭研制中，提出了火箭系统的可靠性等于所有元器件可靠度乘积的理论，即把小样本问题转化为大样本问题进行研究。 1.2.1957年6月4日，美国的“电子设备可靠性顾问委员会”发布了《军用电子设备可靠性报告》，提出了可靠性是可建立的、可分配的及可验证的，从而为可靠性学科的发展提出了初步框架。 1.3.3.20世纪50年代至60年代，美国、苏联相继把可靠性应用于航天计划，于是机械系统的可靠性研究得到发展，如随机载荷下机械结构和零件的可靠性，机械产品的可靠性设计、试验验证等。 1.4.日本于20世纪50年代后期将可靠性技术推广到民用工业，设立了可靠性研究机构和可靠性工程控制小组，大大提高了日本产品的可靠度。 NASA 在六十年代中期便开始了机械部件的应力验证和利用应力强度干涉模型进行可靠性概率设计的研究。1974年美国和日本成立了结构可靠性分析方法研究组，澳大利亚、瑞典
机械零部件的可靠性设计分析郭丽 发表时间：2019-02-25T09:07:57.863Z 来源：《防护工程》2018年第32期作者：郭丽[导读] 可靠性设计理论在机械产品领域中的应用是提升产品可靠性的重要途径。天津中车机辆装备有限公司天津 300000 摘要：可靠性设计理论在机械产品领域中的应用是提升产品可靠性的重要途径。实际应用过程中应正视不同阶段可靠性设计理论的内涵，立足于现行可靠性设计理论的优势与不足，在未来研究中从灵敏度、优化设计以及稳健等角度对产品可靠性进行判断，以此使机械产品投入使用后获得更多的效益。本文对机械零部件的可靠性设计分析进行了探讨。 关键词：机械零部件；可靠性设计；分析 对机械零部件可靠性进行分析，需要结合其结构特点对各项影响因素进行简要研究，掌握不同因素变动对零部件可靠性的影响。选择合适的可靠性计算方法，来确定机械零部件可靠度，然后对其进行可靠性设计，对传统设计方法中存在的保守性以及不合理性进行优化，减少零部件在服务寿命中出现的失效次数，提高零部件使用有效性，在根本上来提高其加工综合效率。 1 机械零部件可靠性设计理论 在进行机械零部件可靠性设计的时候，最初的理论依据是概率论，具有较大的不确定性，后来又逐渐出现了以模糊理论为基础的模糊可靠性，但是在利用这两种可靠性模型进行计算的时候，都会涉及到较多的数据，计算任务较重，可靠性设计难度较高。为了简化可靠性设计过程，减轻计算任务，对可靠性设计经过不断改良、优化，将结构概率、模糊以及非概率设计理论优点相结合，形成了一套更加实用的可靠性设计理念。通过利用三种相结合的可靠性设计理念，可以利用少量数据完成模型的构建，减轻了计算任务，提高了数据利用率，能够更加真实的将机械零部件的应用性能表现出来，使得可靠性设计理论日渐完善、成熟，为机械零部件提供了更加准确、可靠的理论依据以及数据支持，对新产品的设计及开发具有重要的参考作用 2 可靠性设计理论的研究现状 在机械零件设计领域中，关于可靠性设计的相关理论不断完善，但实际用于设计过程中的理论仍表现出一定的局限性，应用较为普遍的主要以概率可靠性、模糊可靠性分析为主。这两种分析方式可有效判断设计中存在的不确定性因素，然而由于在参数概率定义中要求引入大量的数据，涉及的计算量极大。以概率可靠性分析为例，一旦其中的数据参数出现误差，机械产品设计中整体结构可靠性将会出现问题，所以需保证引入的数据信息更为准确。同时，应注意在可靠性分析中，随机性、模糊性二者在概念上存在明显的差异，如模糊概率分析方式，其通过可靠度值的计算与的具体的失效概率进行的可靠性设计的判断。另外，对于这种随机性、模糊性问题，有学者也提出利用区间可靠性进行概率指标的界定，但最终发现即使引入增光设计变量方式，也很难达到优化的目标。因此，当可靠性设计理论分析中既存在概率变量，也有非概率变量的情况下，应注重应用二者的混合模型，可使可靠性分析更为准确。现行较为完善的可靠性设计理论主要表现在混合可靠性模型方面，其主要由国内学者提出，充分将概率、非概率以及模糊等指标全部融入其中，使机械结构安全情况得以准确反映出来。同时，该种方式能够将机械零件投入使用的相关数据信息进行收集，并将信息存储与的可靠性数据库内，这样在产品后期设计与完善中具有相应的参考。 3 机械零部件可靠性设计分析 3.1可靠性优化设计 可靠性优化设计是指以保证机械零部件原有可靠性为首要条件，根据其工作环境以及多方面情况，对机械零部件的结构进行调整，优化其使用性能，实现更加理想的应用效果，在规定的工作环境中能够发挥更大的应用功效。在对可靠性进行优化的时候，要利用数学知识构建数学模型，以零部件强度、刚度等性能设计标准为约束条件，利用函数知识对模型进行计算、分析，得出与机械零部件相关的各种数据值，以此作为设计依据对可靠性设计方案进行调整，实现可靠性优化设计。 3.2可靠性灵敏度设计 可靠性灵敏度设计是可靠性设计中的重要组成部分，在进行可靠性灵敏度设计的时候，首先要找出机械零部件反应最为剧烈的影响因素，对这些影响因素所造成的影响效果进行评估，调整灵敏参数，降低或者消除机械零部件对这些灵敏参数的响应。在这个过程中要用到极限函数对设计参数进行求导，在利用相关数据与公式得出敏感参数具体数值，为灵敏度的设置提供更加准确、可靠的参考，将机械零部件的灵敏度对其可靠性的影响降到最低。 3.3可靠性稳健设计 通过可靠性稳健设计，能减小外界变化对低机械零部件可靠性的影响，即使是零部件发生变化，仍然能够正常工作，保证机械不会出现故障问题。因为机械零部件在投入使用后，会有很多不确定因素对其工作性能造成影响，通过降低零部件对这些因素的敏感程度，能够使其处于相对稳定的工作状态，不会因外界因素的影响而失效，能够继续发挥其作用。 3.4可靠性试验 在完成可靠性设计之后，需要进行试验，得出机械零部件工作状态下的各项运行数据，根据数据的反馈情况，检验机械零部件是否满足使用要求，找出其中存在的不足并加以调整和改善，提高零部件的生产质量，延长其使用寿命，减少维修情况。对试验过程中遇到的故障问题进行分析、研究，制定针对性的有效措施加以解决，杜绝实际使用过程中类似现象的发生。当机械零部件的设计方案出现变更的时候，需要重新试验，为了减少试验成本，提高试验效率，可以利用计算机软件进行模拟试验，也能实现良好的试验效果。 4 可靠性设计的发展方向 （1）无故障涉及和耐久性设计机械产品的可靠性设计研究的对象是产品的故障率。对不同的故障模式下损伤破坏发生的规律以及不可修产品与可修产品的差异进行研究，再根据研究的结果选取相应的设计方法。针对偶发性的故障，可对其进行无故障性设计，针对渐发性的故障可对其进行耐久性设计。因此，无故障性设计和耐久性设计将是今后可靠性设计发展的一个重要方向。（2）定性设计与定量设计相结合
零部件可靠性研究工作指引 1目的和范围 为更好地实施可靠性研究课题的立项、研究，试验数据应用、成果转化，保证零部件可靠性研究的有序、有效进行，特制定本指引。本指引适用于xxx。 2引用标准 无。 3定义 3.1产品可靠性：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。 3.1.1规定的时间：时间是可靠性的核心，即产品的可靠性是时间的递减函数，不同的递减 速度构成不同的可靠性。这里的“时间”是广义的，除时间外，还指如开关的次数等。 3.1.2 规定的功能：常用产品的诸项性能指标表示，若产品的诸项性能指标都达到规范限， 则该产品完成规定功能，若诸项性能指标中有一项或多项未能达到，则称该产品丧失规定功能。 3.1.3规定的条件：它是指产品的使用条件，如环境条件、维护条件和操作技术等。 4.工作职责 4.1品质管理部作为零部件可靠性研究的管理部门。 4.1.1零部件供方管理负责四地零部件研究项目的立项组织、过程管理、评估和考核； 4.1.2零部件供方管理参与、指导项目研究. 4.1.3体系管理负责四地研究报告的质量把关、组织、跟进物料研究成果的转化. 4.1.4品质管理部设立、分解零部件可靠性研究专项预算资金，促进可靠性研究培训、委外 试验等活动的展开. 4.2四地工厂品质部 4.2.1负责本工厂零部件可靠性研究的立项申报、项目实施和报告输出。
4.2.2提出、参与研究成果的转化。 5.工作内容 5.1项目申报 5.1.1鼓励各单位多渠道收集产品质量信息、广泛开展各类基础性研究，对各类零部件物料的特性加深认识。通过以上的基础研究，筛选出有转化价值的项目来深入、专业的分析，进行可靠性项目的申报； 5.1.2项目年度申报时间为每年的1月份和7月份，各工厂品质部应在1月20日和7月25日前把各工厂立项研究项目汇总发品质管理部，经品质管理部评定和四地工厂会签后统一下发执行（表格格式参照附件1）. 5.1.3各业务单位每月可靠性例会须根据物料信息，讨论、决议是否需增补、修正、更新可靠性研究计划所立项内容，如有修正需及时报品质管理部备案。 5.1.4各业务单位年度研究项目数量按照以下方式界定及考核：顺德工厂每季度完成研究项目不少于4个，即年度须完成不低于16个项目的可靠性研究；异地工厂每季度完成研究项目不少于1个，即年度须完成不低于4个项目的可靠性研究。 5.2研究实施 5.2.1实物研究 5.2.1.1实物故障模式分析。对零部件故障模式和质量异常的深入分析，通过失效再现、故障排除等方法来明确失效原因，提出改善措施和检讨完善现有检验方法。 5.2.1.2样品对比分析。对某一零部件的多个厂家，或多种规格，或多种结构的样品在某一种试验条件下进行比对，分析对比双方的特点，扬优改劣，促进质量提升和检验方法完善。 5.2.1.3实物可靠性、有效性分析。根据零部件使用之规定时间、规定功能、规定使用条件，通过加速寿命试验、极限试验、数理分析研究等方法研究在客户实际使用之工况下零部件的可靠性；及零部件诸项性能指标与时间、使用条件之对应关系以改善试验方法提高零部件检验有效性。 5.2.2试验方法研究
1可靠性设计发展史上的标志？ （1）二战末期，德国火箭专家R ·卢瑟(Lusser)首先提出概率乘积法则（将系统的可靠度看成其各子系统可靠度的乘积）。 （2）1957年提出了《军用电子设备可靠性报告》(AGREE 报告)该报告首次比较完整地阐述了可靠性的理论与研究方向。被公认为可靠性工程的奠基性文件。 2机械可靠性设计的主要方法： 概率设计法、故障树分析法（FTA ）、失效模式、影响及危害性分析法（FMECA ）。 3平均无故障时间：对于不可修产品指发生失效前的工作时间。 平均故障间隔时间：对于可修产品指相邻两次失效间的工作时间。 4零件可靠性设计的基本模型：应力—强度模型又称干涉模型，是零件可靠性设计的基本模型。 5机械系统的可靠度取决于哪两个因素：（1）机械零部件本身的可靠度，即组成系统的各个零部件完成所需功能的能力。（2）机械零部件组合成系统的组合方式，即组成系统各个零件之间的联系形式。 6可靠性寿命试验按照试验截止情况分为哪几类：完全寿命试验、截尾寿命试验 （定时截尾、定数截尾）。 7产品的可靠性包括哪几个方面：包括固有可靠性、使用可靠性和环境的适应性三个方面。 常用的可靠性特征量：可靠度、失效率、平均寿命、可靠寿命、中位寿命、维修度、有效度、失效概率（或不可靠度）等。 8可靠性分析中常用的分布有哪些：指数分布、正态分布、对数正态分布、威布尔分布。 9系统可靠性模型：系统可靠性模型是为预计或估算产品的可靠性所建立的可靠性框图和数学模型，它包括基本可靠性模型和任务可靠性模型。系统可靠性模型主要包括串联系统、并联系统、混联系统、贮备系统、复杂系统等。 10可靠性寿命试验分为哪几类：（1）按寿命试验的性质：贮存寿命试验、工作寿命试验、加速寿命试验 （2）按寿命试验的进行方式：完全寿命试验、截尾试验（定时截尾试验、定数截尾试验） 11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。 12可靠度：产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率。 13失效率：失效率是工作到某时刻尚未失效的产品，在该时刻后单位时间内发生失效的概率。 14变异系数：标准差/期望= C 是一个无量纲的量，表示了随机变量的相对分散程度。 15故障树分析法：以故障树为工具，分析系统发生故障的各种途径，计算各个可靠性特征量，对系统的安全性或可靠性进行评价的方法称为故障树分析法。 16故障模式影响及危害性分析：FMECA （故障模式、影响和危害性分析）是通过分析产品所有可能的失效模式，来确定每一种失效对产品的安全、性能等要求的潜在影响，并按其影响的严重程度及其发生的概率对失效模式加以分类，鉴别设计上的薄弱环节，以便采取适当措施，消除或减轻这些影响。 17路集： 路集是一些底事件的集合，当这些底事件同时不发生时，顶事件必然不发生(即系统成功)，一个路集代表了系统成功的一种可能性。 σμ=C
《机械系统可靠性与故障诊断》课程总结机械设备的检测诊断技术在现代工业生产中的作用不可忽视，随着科学技术的发展，机械设备越来越复杂，自动化水平越来越高,机械设备在现代工业生产中的作用和影响越来越大，与其有关的费用越来越高,机器运行中发生的任何故障或失效不仅会造成重大的经济损失,甚至还可能导致人员伤亡。通过对设备工况进行检测，对故障发展趋势进行早期诊断,找出故障原因，采取措施避免设备的突然损坏，使之安全经济地运转，在现代工业生产中起着重要的作用。本学期通过对《机械系统可靠性与故障诊断》这门课程的学习，了解到机械系统的可靠性和故障诊断的重要性，并对这门课程有了进一步地了解。接下来，我就针对在课程中所学到的相关内容，谈谈自己的理解和看法。 机械故障检测诊断的基本过程包含两方面内容：(1) 对设备运行状态进行检测；(2) 发现异常情况后对设备的故障进行分析、诊断。其发展也经历了从简易诊断到精密诊断，从一般诊断到智能诊断，从单机诊断到网络诊断的过程，发展速度愈来愈快。根据系统采用的特征描述和决策方法，故障检测诊断的方法概括起来分为：基于系统数学模型的故障诊断方法和基于非模型的故障诊断方法两大类。基于模型的故障检测诊断技术是通过构造观测器估计出系统输出，然后将它与输出的测量值比较，从中取得故障信息。该方法能与控制系统紧密结合，是监控、容错控制、系统修复和重构的前提；是以现代控制理论和现代优化方法为指导，以系统的数学模型为基础，利用观测器
(组) 、等价空间方程、滤波器、参数模型估计和辨识等方法产生残差，然后基于某种准则或阈值对该残差进行评价和决策。 而基于非模型的故障诊断方法主要包括以下几个方面：(1) 基于可测信号处理的故障诊断方法系统的输出在幅值、相位、频率及相关性上与故障源存在着某种关系,利用这种关系可确定系统的故障。常用的方法有谱分析、相关分析、功率谱分析和概率密度法。 (2) 基于故障诊断专家系统的诊断方法专家系统是近年来故障诊断领域最显著的成就之一,内容包括诊断知识的表达、诊断推理方法、不确定性推理以及诊断知识的获取等。随着计算机科学和人工智能的发展,基于专家系统的故障诊断方法克服了基于模型的故障诊断方法对模型的过分依赖性,成为故障检测的有效方法。 (3) 故障模式识别的故障诊断方法这是一种静态故障诊断方法,它以模式识别技术为基础,其关键是故障模式特征量的选取和提取。该方法分为离线分析和在线分析 2 个阶段。通过离线分析来确定表达系统故障状态的特征向量集和以该特征向量集所描述的故障模式向量,由此形成故障的基准模式集,并确定区分识别这些故障模式向量的判别函数,然后通过在线诊断实时提取故障的特征向量,由判别函数对故障进行分离定位。 (4) 基于故障树的故障诊断方法故障树是表示系统或设备特定事件或不希望事件与它的各子系统或各部件故障事件之间的逻辑结构图,通过结构图对系统故障形成的原因做出总体至部分按树状逐渐地详细划分。这是一种图形演绎法,把系统故障与导致该故障的各
机械零部件可靠性设计方法研究 作者：常秀旺宋晓艳 来源：《汽车世界·车辆工程技术（中）》2019年第07期 摘要：随着经济的发展以及科技的进步，人们对于机械产品的要求也越来越高。所以机械产品在满足功能性和多样性的同时，更需要满足可靠性的要求，所以本文针对机械产品的可靠性设计方面加以阐述分析。 关键词：机械零件;可靠性;设计 1 机械零部件的可靠性概述 零部件在机械设备中起到负载、部件联动、动力传输的重要作用，在设备长时间工作状态下，零部件易发生是失效现象，令机械设备产生故障。当零部件发生损毁现象时，例如老化、堵塞、松脱等，将增加联动部件的运行压力，提升零部件故障检测的难度。此外，机械设备加工工艺、工作原理存在差异性，在零部件基准参数方面难以进行统一，只有少部分密封件、阀门、泵体等零部件实现通用化、标准化。为此，在对零部件的可靠性进行设计时，零部件的荷载分布能力、材料强度等则应作为主要突破点。 2 可靠性设计方法 可靠性优化设计主要采用的方法有鲁棒设计法和降额设计法。 2.1 鲁棒设计法 鲁棒设计法，是由日本的机械设计师田口玄一首次提出，以统计分析为基础，主要是根据产品的不可用性为用户产生的损失来评判设计的可靠性。其中的损失指的是流失的可用性与合格可用性的比值，流失的可用性越大则可靠性越差，即产品合格性越差，说明产品质量不合格。因此，降低流失可用性是关键因素，也是提升产品质量的重点，可以通过严格审核产品设计、加强生产材料质量检验，优化生产加工工艺、强化产品调试试验等提升产品可靠性。 任何一种机械产品都具有不同程度的敏感性，这是因为，机械产品设计功能的实现受到制造因素、使用环境因素以及使用年限等因素的影响。产品在制造过程中如温度等可变因素有很多，使用过程中环境中的粉尘、烟雾、高温等可变因素也很多，由于产品使用的时间变长，产品的结构会发生变化，某些参数可能会发生改变，系统不可避免地会老化，以上种种因素都会使得产品变得敏感，这种设计方法正是以降低这种敏感性为主要目的。 2.2 降额设计
XX研制 可靠性、维修性设计报告编制： 审核： 批准： 工艺： 质量会签： 标准化检查： XX有限公司 2015年4月
目录 1 概述................................................... 2维修性设计.............................................. 设计目的................................................ 设计原则................................................. 维修性设计的基本内容.................................... 简化设计................................................ 互换性.................................................. 防差错设计.............................................. 检测性.................................................. 维修中人体工程设计...................................... 3 维修性分析............................................. 产品的维修项目组成...................................... 系统平均故障修复试件（MTTR）计算模型 .................... MTTR值计算.............................................. 4可靠性设计.............................................. 可靠性设计原则........................................... 可靠性设计的基本内容.................................... 简化设计................................................. 降额设计................................................. 缓冲减振设计............................................. 抗干扰措施...............................................