的關(guān)系。一臺(tái)設(shè)備是由許多零、部件組成的，設(shè)備有兩種構(gòu)成方式；串聯(lián)和并聯(lián)。

a串聯(lián)系統(tǒng)設(shè)備。這種設(shè)備工作時(shí)，其組成部分需要同時(shí)工作。在串聯(lián)設(shè)備中，任何一個(gè)零件失效，整個(gè)設(shè)備就無(wú)法工作。因此，為了使設(shè)備不出現(xiàn)故障，要求所有零件在同一時(shí)間內(nèi)都不能出現(xiàn)故障。

整個(gè)設(shè)備的可靠度要由全部零件不發(fā)生故障來(lái)保證，因此整個(gè)設(shè)備的可靠R應(yīng)該是構(gòu)成該設(shè)備的所有零、部件的可靠度的乘積。設(shè)備的可靠度不可能高于其最差零件的可靠度，即設(shè)備的可靠度受所使用零件中可靠底最低零件的制約。舉例說(shuō)明，一臺(tái)設(shè)備由n個(gè)零件組成，則其可靠度為

R=R＜sub＞1＜/sub＞R＜sub＞2＜/sub＞R＜sub＞3＜/sub＞……R＜sub＞n＜/sub＞

由上式可見，不管使用的其他零件可靠度多高，只要其中有一個(gè)零件可靠度很低，該設(shè)備的可靠度就不會(huì)高。即使所有零件的可靠度都很高，也只能接近1，不可能等于1。隨著設(shè)備結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，零件數(shù)量增加，整個(gè)設(shè)備的可靠度要降低。因此，可靠性技術(shù)的關(guān)鍵是提高零件的可靠度和盡量減少設(shè)備的零件數(shù)。設(shè)計(jì)人員應(yīng)選用可靠度高的零件和簡(jiǎn)化設(shè)備結(jié)構(gòu)來(lái)提高設(shè)備的可靠度。

b并聯(lián)系統(tǒng)設(shè)備。只有各組成部分的零件都出現(xiàn)故障，整個(gè)設(shè)備才會(huì)出現(xiàn)故障，由于可靠度和故障率的關(guān)系是

R=1-λ

對(duì)并聯(lián)系統(tǒng)設(shè)備，設(shè)備故障率為

λ=λ＜sub＞1＜/sub＞λ＜sub＞2＜/sub＞λ＜sub＞3＜/sub＞……λ＜sub＞n＜/sub＞

R =1-（1-λ＜sub＞1＜/sub＞）（1-λ＜sub＞2＜/sub＞）（1 -λ＜sub＞3＜/sub＞）……（1 -λ＜sub＞n＜/sub＞）

由于可靠度<1，上式表明，設(shè)備的可靠度大于任一構(gòu)成零件的可靠度。

在設(shè)計(jì)時(shí)，只要有可能，采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)的設(shè)備有利于提高設(shè)備的可靠度。

3．可靠性設(shè)計(jì)

可靠性設(shè)計(jì)是用最少的費(fèi)用，設(shè)計(jì)出可靠性高的設(shè)備。除了主要依靠設(shè)計(jì)人員外，生產(chǎn)、維修、質(zhì)量管理及使用人員都應(yīng)該對(duì)設(shè)備質(zhì)量提出意見和建議。設(shè)計(jì)人員在綜合各方面有關(guān)設(shè)備性能、可靠性、安全性等技術(shù)資料的基礎(chǔ)上，在設(shè)計(jì)階段作好提高可靠性、發(fā)現(xiàn)和預(yù)防各種危險(xiǎn)因素的工作。

設(shè)備可靠度分為固有可靠度和使用可靠度。固有可靠度是指設(shè)計(jì)時(shí)確定的目標(biāo)值、預(yù)測(cè)值或用可靠性試驗(yàn)確認(rèn)的特征量。使用可靠度是指設(shè)備設(shè)計(jì)后，經(jīng)過(guò)制造、組裝、運(yùn)輸、貯存、安裝、調(diào)試、使用、維修等實(shí)際使用過(guò)程中達(dá)到的可靠度。由于受各種條件的制約，使用可靠度要低于固有可靠度。

（1）提高使用可靠度。為了保證必要的使用可靠度，設(shè)計(jì)人員必須使設(shè)計(jì)出來(lái)的設(shè)備容易操作，最大限度地減輕操作者的體力和腦力消耗以及精神緊張狀況，使操作者能以充沛的精力進(jìn)行勞動(dòng)，并容易維修，這是提高設(shè)備可靠性的重要條件。

使用單位最關(guān)心的是設(shè)備應(yīng)具有一定的可靠性的維修性，要求設(shè)計(jì)和制造單位提供本質(zhì)安全的設(shè)備，從根本上來(lái)保證安全生產(chǎn)。如果設(shè)備先天不足，可靠性低，要靠使用和維修中另加防護(hù)裝置或采取其他措施來(lái)預(yù)防事故，來(lái)提高使用可靠性，無(wú)論從安全方面和經(jīng)濟(jì)方面來(lái)說(shuō)都是事倍功半的。另加的安全裝置可能會(huì)影響或破壞設(shè)備的結(jié)構(gòu)和性能。因此最好的辦法是在設(shè)計(jì)階段提高設(shè)備的可靠性。

（2）可靠性設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。

①確定合理的安全系統(tǒng)。安全系數(shù)是指零件理論承載能力與實(shí)際承受負(fù)荷之比。為了使構(gòu)件可靠地工作，理論計(jì)算強(qiáng)度應(yīng)大于實(shí)際負(fù)荷，其余量就是由安全系數(shù)決定的。在確定安全系數(shù)時(shí)，既要考慮環(huán)境溫度、濕度振動(dòng)、沖擊等條件和使用中超負(fù)荷、誤操作的后果，保證零部件在使用中不發(fā)生永久變形、疲勞損傷、蠕變等缺陷，還要考慮所付出的經(jīng)濟(jì)代價(jià)是否合算。應(yīng)該選擇用最低的費(fèi)用就能保證設(shè)備性能的安全系數(shù)。通過(guò)選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，可以少用材料而能大大提高零件的剛性；設(shè)計(jì)合理的機(jī)構(gòu)可以使零部件的負(fù)荷分布合理，以達(dá)到變形小，磨損均勻，盡量減少零件變形、磨損對(duì)設(shè)備輸出參數(shù)的影響等，都可以增加零件所允許承受的負(fù)荷。安全系數(shù)過(guò)高，不但用料多、設(shè)備重、成本增加，而且可能增加結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。

②冗余設(shè)計(jì)（貯備設(shè)計(jì)）。冗余技術(shù)是設(shè)備所包含的為完成規(guī)定功能所必不可少的組成部分元件的成分（包括硬件或軟件）。當(dāng)冗余為硬件時(shí)也稱貯備。在設(shè)計(jì)中，除必要的零、部件外，還可額外附加一套備用零件或備用機(jī)構(gòu)，當(dāng)設(shè)備個(gè)別零件、部件出現(xiàn)故障時(shí)，整個(gè)設(shè)備仍能正常工作。這種設(shè)計(jì)稱為冗余設(shè)計(jì)，所增加的元件，零部件稱為冗余元件。如雙排滾珠軸承中有一排損壞，另一排照常工作。機(jī)械的多重保險(xiǎn)裝置都是冗余設(shè)計(jì)。

如果設(shè)備本身可靠性很高，再增加冗余設(shè)計(jì)就不合算了。但是高度危險(xiǎn)的設(shè)備，安全是壓倒一切的因素，即使設(shè)備可靠度很高，為了防止萬(wàn)一發(fā)生事故，也應(yīng)采用冗余設(shè)計(jì)，如果對(duì)可靠性很高的設(shè)備，按照冗余設(shè)計(jì)并聯(lián)連接時(shí)，必須注意：

a應(yīng)經(jīng)常檢查起分流作用的閥、開關(guān)和管道的有效性；

b應(yīng)采取措施保證那些很少使用但可能使用的冗余設(shè)備經(jīng)常處于完好待用狀態(tài)。

在進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)時(shí)，要避免盲目性：

a在設(shè)備尺寸、質(zhì)量有嚴(yán)格限制的場(chǎng)合，如果采用冗余設(shè)計(jì)，將備件勉強(qiáng)裝入較小的容積內(nèi)，則有可能由于散熱面積減小，使溫度上升；或由于振動(dòng)、沖擊、溫度等環(huán)境條件同時(shí)使用于冗余部分而失去了排除故障的能力；由于冗余部分平時(shí)不用，因疏忽大意而采用了可靠度差的零件。上述種種原因反而會(huì)降低設(shè)備的可靠性。

b必須注意冗余部分的分配不能產(chǎn)生差錯(cuò)。如雙發(fā)動(dòng)機(jī)飛機(jī)，即使有一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障，飛機(jī)也不會(huì)失速或失去平衡。

③耐環(huán)境設(shè)計(jì)。為預(yù)防設(shè)備、零部件在實(shí)際使用中可能遇到的各種環(huán)境如高、低溫、潮濕、磁場(chǎng)、真空、粉塵、雨淋、腐蝕等因素的影響，在設(shè)計(jì)上要采取對(duì)付環(huán)境作用的措施。在設(shè)備設(shè)計(jì)、制造階段，要進(jìn)行以可靠性試驗(yàn)為主的耐久性、壽命、高低溫、環(huán)境、振動(dòng)、沖擊等試驗(yàn)。在設(shè)備上裝設(shè)特別的調(diào)節(jié)器或緩沖器，可以用來(lái)預(yù)防設(shè)備在運(yùn)輸、搬運(yùn)、貯存和使用中遇到的高溫、振動(dòng)、沖擊等外界作用的影響。

④簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)和采用標(biāo)準(zhǔn)化零、部件在滿足設(shè)備功能要求的前提下，提高設(shè)備可靠性的秘訣是盡可能使用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的零件，減少零件數(shù)量和種類，采用標(biāo)準(zhǔn)零件和標(biāo)準(zhǔn)電路，概括地說(shuō)，就是簡(jiǎn)單化和標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化零件，由于有豐富的批量生產(chǎn)和使用經(jīng)驗(yàn)，能充分消除缺陷和薄弱點(diǎn)。標(biāo)準(zhǔn)化零件的互換性好，在維修中可加速故障的診斷和修復(fù)，市場(chǎng)供應(yīng)充足，可減少備件的貯備，價(jià)格便宜，還可減少加工工具及測(cè)試設(shè)備的品種和數(shù)量。

在采用簡(jiǎn)單化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意：

a有些設(shè)計(jì)人員可能不滿足于簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)和使用標(biāo)準(zhǔn)零件，而想有所創(chuàng)新。應(yīng)該使他們了解：采用已規(guī)范化的以及經(jīng)過(guò)性能試驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)使用考驗(yàn)過(guò)的設(shè)計(jì)和零件是提高可靠性的成功經(jīng)驗(yàn)。作為提高可靠性的對(duì)策與復(fù)雜化的方案相比，簡(jiǎn)單化和標(biāo)準(zhǔn)化是比較現(xiàn)實(shí)的作法。

b用戶可能要求設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)能在各種不常出現(xiàn)的最惡劣使用條件下確保其可靠性的設(shè)備，即進(jìn)行極端性的極限設(shè)計(jì)。由于是預(yù)防極端情況，會(huì)使設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，使用的非標(biāo)準(zhǔn)零件也會(huì)增加，降低設(shè)備正常使用中的可靠性，反而不能取得理想的結(jié)果。

c設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮制造的難易程度：即采用現(xiàn)行的工藝；所需工藝的數(shù)量和種類；各工藝對(duì)設(shè)備性能的影響；是否需要開發(fā)新工藝等。采用成熟的制造工藝，有利于提高可靠度。

⑤提高聯(lián)接部位和可動(dòng)零部件和可靠度 設(shè)備的聯(lián)接部位有螺栓、焊接部位、銷子、鍵、密封器等；可動(dòng)零、部件有軸和軸承、嚙合的齒輪、皮帶和皮帶輪、聯(lián)軸節(jié)等。這些部位故障率高，易誘發(fā)事故，是設(shè)計(jì)中應(yīng)充分注意的重點(diǎn)部位，應(yīng)采取措施提高其可靠度。

⑥配備必要的安全防護(hù)裝置安全防護(hù)裝置可以防止誤操作、超載和外部環(huán)境突變，如停電而引起的故障和事故，或控制故障和事故的影響范圍。

⑦采用狀態(tài)監(jiān)測(cè)，故障診斷技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)。狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)的作用。為了使設(shè)備長(zhǎng)期保持出廠時(shí)的精度和功能，現(xiàn)代設(shè)備應(yīng)具有適應(yīng)條件變化的功能，以及恢復(fù)喪失的工作性能和輸出參數(shù)變化的功能，可以采用自動(dòng)化技術(shù)自動(dòng)補(bǔ)償零部件的磨損量，使機(jī)械長(zhǎng)期保持標(biāo)準(zhǔn)工作精度。自動(dòng)化技術(shù)還廣泛應(yīng)用自動(dòng)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)排除故障、自動(dòng)停機(jī)、自動(dòng)切換備用設(shè)備、自動(dòng)噴水滅火等場(chǎng)合。

⑧充分考慮人的因素。機(jī)械是由人操作的，機(jī)械與人形成了人機(jī)系統(tǒng)。與機(jī)械出現(xiàn)故障一樣，人機(jī)操作不是絕對(duì)可靠的。人的可靠性一般要低于機(jī)械的可靠性。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮人的特點(diǎn)和能影響他正確操作的因素。要根據(jù)人的正常工作能力如反應(yīng)能力、接受信息和處理信息的能力、耐疲勞性、容許限度、人的局限性等，設(shè)計(jì)合理的作業(yè)環(huán)境和操作方法。

人對(duì)各種刺激的反應(yīng)時(shí)間大體范圍是：視覺信號(hào)50~225ms，聽覺信號(hào)120~180ms，溫度觸覺信號(hào)150~240ms，疼痛信號(hào)400~1000ms。由此可見，人對(duì)聽覺信號(hào)反應(yīng)最快，設(shè)備采用聽覺報(bào)警信號(hào)，可以使操作者盡早引起注意。

設(shè)備的顯示器應(yīng)使人容易看到和聽到，而且在長(zhǎng)期觀察和監(jiān)聽時(shí)不易疲勞。設(shè)備操縱動(dòng)作應(yīng)合乎人的習(xí)慣，如手柄向上扳就是操縱運(yùn)動(dòng)部件向上運(yùn)動(dòng)。操縱力要適當(dāng)，用力過(guò)小易于意外啟動(dòng)或停機(jī)，用力過(guò)大，使操作者費(fèi)力而容易受傷或疲勞。

控制器和顯示器要集中，數(shù)量盡可能少。人的差錯(cuò)率與操作的復(fù)雜程度和工作量成正比。應(yīng)盡量發(fā)揮機(jī)械控制器和傳感器對(duì)信號(hào)感覺靈敏、反應(yīng)速度快，能夠準(zhǔn)確重復(fù)完成大量規(guī)定動(dòng)作等特點(diǎn)，減少操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。

由于生理、心理、體力、疾病等因素，操作者出現(xiàn)誤操作是不可避免的。為了保證安全，應(yīng)考慮到一旦操作失誤可能引起的后果，在設(shè)計(jì)中采取必要的預(yù)防措施。