【正文】 件。如果對(duì)象在實(shí)際使用中，不能實(shí)現(xiàn)規(guī)定的功能時(shí)，就稱為對(duì)象發(fā)生故障或功能失效，反之則稱為對(duì)象可靠，能正常工作。（3） 規(guī)定的條件 包括環(huán)境條件、維護(hù)條件及使用條件。表示產(chǎn)品總體可靠性水平高低的各種可靠性數(shù)量指標(biāo)稱為可靠性特征量。狹義可靠性、維修性和廣義可靠性三者之間存在下述關(guān)系，即：狹義可靠性十維修性＝廣義可靠性3 .固有可靠性和工作可靠性固有可靠性是設(shè)計(jì)時(shí)賦予機(jī)械或設(shè)備的內(nèi)在可靠性，是設(shè)計(jì)部門在模擬實(shí)際工作環(huán)境條件下，根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)性能要求，通過可靠性預(yù)測(cè)分配，可靠性試驗(yàn)、可靠性改進(jìn)設(shè)計(jì)所確定的可靠性。 R。為了評(píng)價(jià)柴油機(jī)機(jī)械零部件、機(jī)器、系統(tǒng)等的可靠性，必須對(duì)可靠性制定一些行之有效的指標(biāo)，并加以數(shù)量作為衡量可靠性的尺度，而且可靠性這一重要質(zhì)量指標(biāo)的數(shù)量化也是可靠性學(xué)科誕生的標(biāo)志之一。(2)具有隨機(jī)性。一般記為R，它是時(shí)間t的函數(shù)，記為R(t)，稱為可靠度函數(shù)。即： F(t) = （）. 故障率（失效率）(failure rate) 故障率系指零件、系統(tǒng)工作到t時(shí)刻后在單位時(shí)間內(nèi)失效的概率，一般記為λ,它是時(shí)間的函數(shù),記為λ(t),它反映了研究對(duì)象在任一瞬時(shí)故障概率的變化趨勢(shì)。通常是由于設(shè)計(jì)、制造、工藝缺陷或檢驗(yàn)等原因引起的，它可以通過篩選、檢驗(yàn)、強(qiáng)化試驗(yàn)等方法加以排除。該類型的失效是由零部件或系統(tǒng)的耗損與老化所引起的，一般可以通過“事前維修”采加以防止。. 可維性(Serviceability)與維修度（maintainability） 柴油機(jī)中一些簡(jiǎn)單而成本低廉的零部件，如螺釘、螺母等常作易耗品對(duì)待，不再進(jìn)行修復(fù)，但是許多部件在事故以后通過修理和更換危險(xiǎn)零件又能恢復(fù)使用。維修(service)是指為保持和恢復(fù)產(chǎn)品完成規(guī)定的功能而采取的技術(shù)和管理措施。它表征了系統(tǒng)可以正常運(yùn)行的概率。②維修技術(shù)人員水平的高低。平均修復(fù)時(shí)間是指產(chǎn)品修復(fù)時(shí)間的平均值,用MTTR(Mean Time To Repair)來表示。從提高系統(tǒng)可用性角度來看，提高M(jìn)TTR比減少故障數(shù)更為有效。它表示系統(tǒng)、機(jī)器或零部件在規(guī)定的使用條件下使用時(shí)，在任意時(shí)刻正常工作的概率。瞬時(shí)有效度(Instantaneous Availability)是指系統(tǒng)在規(guī)定的條件下使用時(shí)，在任意時(shí)期完成規(guī)定功能的概率。(importance) 重要度是指系統(tǒng)或機(jī)器的某構(gòu)成部分發(fā)生故障時(shí)、能引起系統(tǒng)或機(jī)器發(fā)生故障的概率。確定了故障模式，并不等于找到了故障部位。通常以磨損、疲勞、腐蝕、氧化、老化、衰退等形式表現(xiàn)出來。通過故障機(jī)理研究，才有可能找到從根本上提高系統(tǒng)可靠性的有效方法。(3)結(jié)果。同一故障機(jī)理，可能出現(xiàn)不同的故障模式。故障產(chǎn)生的原因，相互聯(lián)系，消除的方法和結(jié)果，都以不同的方式影響船舶的運(yùn)行。B類是由于動(dòng)力裝置損壞，使船舶短時(shí)間內(nèi)停止航行稱為重大性事故。柴油機(jī)設(shè)備及其零部件的故障，取決于許多因素，它是隨機(jī)變量。可靠性計(jì)算中隨機(jī)量典型理論分布規(guī)律及其特征分析。在一般數(shù)理統(tǒng)計(jì)用表中，均給出有標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)的數(shù)值表，利用這數(shù)值可簡(jiǎn)單計(jì)算。這些內(nèi)部損耗積累起來超過某一臨界值，產(chǎn)品就會(huì)發(fā)生故障。但對(duì)工作時(shí)間短(值小)的情況來說，元件老化對(duì)于對(duì)象可靠性的影響不是實(shí)質(zhì)性的，因此故障強(qiáng)度（故障率）遞增不大，在對(duì)象長(zhǎng)時(shí)間的使用之后，其可靠性會(huì)迅速地降低，由此也可證明預(yù)防檢修措施(更換零件技術(shù)保養(yǎng)和修理)在整個(gè)使用期間的重要性。只要確定其單一參數(shù)（失效率），可靠度函數(shù)就完全確定。其有參數(shù)單一、形式簡(jiǎn)單、平均壽命較長(zhǎng)和便于研究等優(yōu)點(diǎn)，是可靠性中適應(yīng)范圍廣、研究最深入、使用最多的主要故障分布。零件更新和預(yù)防檢修工作的進(jìn)行都不會(huì)影響工作對(duì)象的工作可靠性.威布爾分布隨機(jī)變量X分布函數(shù)（故障概率密度函數(shù)）為： ( )不可靠度函數(shù)為：F(t)= 1 ( )可靠度函數(shù)為： R(t)= 1 F(t) = ( )失效率函數(shù)為：(t)= ( )其中，m為形狀參數(shù)，t0 為尺度參數(shù)。特別常用來表示損耗故障，在疲勞破壞下的零件壽命分布，零件一次故障的工作時(shí)間，故障后的修復(fù)時(shí)間，磨合期的工作時(shí)間和排除故障的完工量等都服從于威布爾分布律。正態(tài)分布雖然應(yīng)用較廣，但由于分布規(guī)律的對(duì)稱性，往往使得它在使用中受到一定的限制，例如定應(yīng)力下材料的疲勞壽命及維修時(shí)間都不服從正態(tài)分布，即分布曲線不對(duì)稱。影響故障分布規(guī)律的因素有很多，但從實(shí)踐的積累的經(jīng)驗(yàn)來看，可以規(guī)定出船舶柴油機(jī)零部件壽命分布規(guī)律的主要因素和特征。 （ ）其中：——機(jī)械的額定載荷為了進(jìn)一步分析時(shí)使用方便，我們分別編上了數(shù)字代碼。柴油機(jī)是有許多零部件及組件等組合而成，他們通過相互作用實(shí)現(xiàn)聯(lián)系，完成一定的功能，從而構(gòu)成一系統(tǒng)。如，船舶機(jī)艙的動(dòng)力裝置。柴油機(jī)可靠性框圖是柴油機(jī)系統(tǒng)及其外圍設(shè)備中各部功能關(guān)系及其連接方式的抽象模型，是表示系統(tǒng)中各單元之間的功能關(guān)系，用簡(jiǎn)明扼要的直觀方法表現(xiàn)能使系統(tǒng)完成基本任務(wù)的可靠性要求的各種串—并—旁聯(lián)等方框的組合。這里的組合情況，可以分為三種：①串聯(lián)結(jié)構(gòu)；②并聯(lián)結(jié)構(gòu)。也就是說，只有系統(tǒng)中每種部件都正常時(shí)，系統(tǒng)才能正常工作，其中任何一個(gè)部件失效，都將引起所在部件和系統(tǒng)失效，這種結(jié)構(gòu)，即串聯(lián)結(jié)構(gòu)，如圖21所示。串聯(lián)系統(tǒng)是最常見和最簡(jiǎn)單的模型。 組成系統(tǒng)的所有單元都發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)才能發(fā)生故障，這樣的系統(tǒng)叫并聯(lián)系統(tǒng)。強(qiáng)度概率計(jì)算是疲勞強(qiáng)度可靠性分析的基礎(chǔ)。因此，工作應(yīng)力大于零件強(qiáng)度是不可能事件。圖24 (b)所建立的模型又稱為強(qiáng)度應(yīng)力干涉模型。對(duì)于大多數(shù)機(jī)械零件來說，假如強(qiáng)度與應(yīng)力服從正態(tài)分布，在計(jì)算精度上一般都可以滿足工程要求。 此外，零件的可靠性預(yù)測(cè)還為進(jìn)行系統(tǒng)的可靠性預(yù)測(cè)與分析提供基本數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)的可靠性分析與估計(jì)得以進(jìn)行。針對(duì)機(jī)械零件具體承受的外載及工作狀況或?qū)嶋H失效情況來確定失效模式及判據(jù)。 ③確定機(jī)械零件強(qiáng)度分布 機(jī)械零件的強(qiáng)度與設(shè)計(jì)中選用的材料、加工方法、熱處理工藝等直接相關(guān)。如果還有其他主要失效模式，則應(yīng)計(jì)算所有主要失效模式下零件相應(yīng)的可靠度。在零件的可靠性設(shè)計(jì)中，由于應(yīng)力及強(qiáng)度均是隨機(jī)變量。故障樹分析法(Fault Tree Analysis簡(jiǎn)稱FTA)，當(dāng)時(shí)用以評(píng)價(jià)“民兵”導(dǎo)彈發(fā)射控制系統(tǒng)的安全性，取得了成果。故障樹分析法是一種需要整體、綜合、定量地考慮系統(tǒng)異常行為的系統(tǒng)方法。故障樹就是這些初級(jí)事件以圖形的模式進(jìn)行串聯(lián)和并聯(lián)的組合。FTA把系統(tǒng)的故障與組成系統(tǒng)的部件有機(jī)地聯(lián)系在一起，通過FTA可以找出系統(tǒng)全部可能的失效狀態(tài)。最后，故障樹分析需要花費(fèi)大量的人力、物力和時(shí)間，有時(shí)也會(huì)發(fā)生遺漏和邏輯推理的失誤。以及對(duì)系統(tǒng)獲得一個(gè)總的質(zhì)量觀念。其選擇依據(jù)應(yīng)考慮致命的、高度可能的主要事件，同時(shí)也應(yīng)考慮頂事件的初始條件。例如:速度失控、不能啟動(dòng)、不能停車、不能剎車、突然停車等情況都屬致命性事件，怎樣妥善考慮這些因素也就成為頂事件確定的關(guān)鍵。換向指令不能執(zhí)行。系統(tǒng)邊界條件的確立使得故障樹不會(huì)漫無邊際地拓寬增大。而內(nèi)邊界的確定則要依賴所分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分立元件要分析到元件為止，元件內(nèi)部的具體失效模式不分析，集成電路分析到集成片為止，片內(nèi)的具體失效模式不分析。故障樹的建造雖然包含一些技巧的成分，但仍然有它的基本規(guī)則。如果它是部件失效引起的故障，則將這個(gè)事件歸為“部件故障狀態(tài)”，在這個(gè)事件下面加一個(gè)或門，并且尋找初級(jí)失效、次級(jí)失效和指令失效模式。③一個(gè)特殊故障后果的傳遞會(huì)意外地被某個(gè)完全意想不到的部件失效所止住，要做的正確假定是該部件工作正常?；疽?guī)則Ⅲ的主導(dǎo)思想就是不考慮產(chǎn)生奇跡以及阻止故障傳遞的偶然性，以免將事件的分析建立在特殊的、意外的事件發(fā)生之上。一個(gè)割集代表了系統(tǒng)故障發(fā)生的一種可能性，即—種失效模式。一個(gè)路集代表了系統(tǒng)成功的一種可能性。對(duì)故障樹進(jìn)行定性分析的主要目的是查清系統(tǒng)出現(xiàn)某種故障有多少種可能性，換言之，其目的在于確定系統(tǒng)的最小割集，以便發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的最薄弱環(huán)節(jié)。目前已開發(fā)了許多計(jì)算機(jī)算法，下面將介紹兩種常用的方法。(2)塞邁赫特（ Semanderes）算法又稱上行法，其具體過程是：對(duì)于結(jié)定的故障樹，從最下一級(jí)結(jié)果事件開始，若底事件用與門同結(jié)果事件相連，則將結(jié)果事件表示為底事件的交；若底事件用或門結(jié)果事件相連，則將結(jié)果事件表示為底事件的并。這些在工程上得到了廣泛的應(yīng)用。其失效率分布有正態(tài)分布、威布爾發(fā)布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布和極值分布等。第三章 船用柴油機(jī)可靠性分析 主要零部件的磨損分析進(jìn)行磨損分析，目的是對(duì)零、部件的缺陷進(jìn)行檢驗(yàn)并預(yù)報(bào)其壽命、確定柴油機(jī)技術(shù)使用的水平以及評(píng)價(jià)使用因素對(duì)柴油機(jī)磨損和耐久性的影響。大修時(shí)應(yīng)檢驗(yàn)所有的受磨損件和主要件的變形，如機(jī)架（曲軸箱）、氣缸體和氣缸蓋、曲軸等。 這是因?yàn)槟p速度是隨機(jī)量。磨損分析的內(nèi)容如下；保養(yǎng)時(shí)應(yīng)該測(cè)量零、部件以確定是否超過允許極限磨損定額；將實(shí)際磨損速度v與額定磨損速度v1進(jìn)行比較，確定并消除磨損速度和提高間隙增大速度的原因，確定零件的殘余壽命。分布函數(shù)單值性地為磨損速度的統(tǒng)計(jì)特征值所決定，即為平均磨損速度和平均方差所確定。間隙形成的實(shí)際的速度計(jì)算公式：式中：s為測(cè)定的間隙； 為安裝間隙。系列柴油機(jī)主要零件的磨損測(cè)定，在第一次拆修、中修和大修時(shí)進(jìn)行。鼓掌模式一般為：損壞型故障（斷裂、變型等）；退化型故障（老化、磨損、腐蝕等）；松脫型故障（松動(dòng)、脫焊）；失調(diào)型故障（間隙不當(dāng)、行程不當(dāng)、壓力不當(dāng)）；堵塞或滲漏型故障（堵塞、漏油、漏氣、漏水等）；功能性故障（功能不穩(wěn)、功能不正常等）。主要在于：1）故障率通常不是常數(shù)，其故障往往是由于耗損、疲勞和其他與應(yīng)力有關(guān)的故障機(jī)理造成的，不同失效模式之間往往是相關(guān)的。應(yīng)用布爾代數(shù)化簡(jiǎn)法，對(duì)最后結(jié)果化簡(jiǎn)，使得到最小割集。置換的具體方法是：將與門的輸入寫成一行，將或門的輸入寫成一列，直至全部置換成底事件(含省略事件)為止。對(duì)于簡(jiǎn)單的故障樹，將結(jié)構(gòu)函數(shù)展開，然后用布爾代數(shù)化簡(jiǎn)，使其稱為具有最小項(xiàng)數(shù)的積之和表達(dá)式，每一項(xiàng)之和就是一個(gè)最小割集。由于一個(gè)最小割集是包含有最少數(shù)量而又最必須的底事件的集合，而全部最小割集的完整集合則代表了給定系統(tǒng)的全部故障。路集是故障樹中一些底事件的集合。從中確定系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，采取措施，予以補(bǔ)救，如對(duì)關(guān)鍵的零部件采取故障監(jiān)測(cè)與診斷措施，以減少排除故障的時(shí)間，也可有效地提高整個(gè)系統(tǒng)的可用度?；疽?guī)則Ⅱ：可以說是整個(gè)故障樹建立過程中的核心思想。基本規(guī)則Ⅲ:又名無奇跡規(guī)則，它包括4項(xiàng)內(nèi)容:①如果一個(gè)部件正常工作傳遞了一個(gè)故障后果，那么我們假定這個(gè)部件是工作正常的。例如說“主機(jī)經(jīng)壓氣達(dá)換向轉(zhuǎn)速后不能噴油”而不說“主機(jī)不能噴油” 。例如:在分析主機(jī)遙控系統(tǒng)時(shí)，船舶電站、啟動(dòng)空氣都應(yīng)屬邊界條件之外的因素。首先，邊界條件的范圍應(yīng)在頂事件內(nèi)容所包含的范圍內(nèi)。③速度失控，它又包括2個(gè)子子樹頂事件:主機(jī)飛車。在頂事件下包括3個(gè)子樹頂事件:①由于遙控系統(tǒng)本身的故障，導(dǎo)致主機(jī)較長(zhǎng)時(shí)間的速度波動(dòng)。其次，頂事件還應(yīng)能分解。頂事件的確立。目前，隨著船舶自動(dòng)化程度的提高，系統(tǒng)日趨復(fù)雜化，尤其是船用設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境較為惡劣，如潮濕、噪音、振動(dòng)、鹽霧及霉菌等因素都會(huì)不同程度地影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。當(dāng)然，F(xiàn)TA方法也有自身的缺點(diǎn)，系統(tǒng)的故障樹并不是一個(gè)包括所有可能的系統(tǒng)失效或所有系統(tǒng)失效原因的模型。故障樹分析法是眾多可靠性分析方法中的一種，比較適用于大型復(fù)雜控制系統(tǒng)的可靠性及安全性分析。該不希望發(fā)生的事件就是故障樹的頂事件。我國近些年來，可靠性技術(shù)的運(yùn)用已逐步展開，同時(shí)故障樹分析法也引起了人們的注意，尤其是在核能、化工、電子等領(lǐng)域的應(yīng)用已取得了可喜的成果?？煽啃岳碚撌墙⒃诟怕收摵蛿?shù)理統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上的，一般情況下我們所提到的材料強(qiáng)度、載荷、零部件尺寸、工作應(yīng)力等都是均值。整個(gè)過程概括如下： ①確定設(shè)計(jì)對(duì)象及內(nèi)容，并明確所包含的設(shè)計(jì)變量和參數(shù)； ⑨確定機(jī)械零件的主要失效模式； ③確定導(dǎo)致機(jī)械零件失效的載荷(應(yīng)力)統(tǒng)計(jì)和概率分布； ④確定機(jī)械零件抵抗失效的強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)和概率分布； ⑤根據(jù)要求達(dá)到的可靠度指標(biāo)值，采用應(yīng)力、強(qiáng)度“干涉”模型進(jìn)行機(jī)械零件的可靠性設(shè)計(jì)計(jì)算．獲得設(shè)計(jì)變量和參數(shù)的設(shè)計(jì)值。當(dāng)然由試驗(yàn)直接得到零件的強(qiáng)度分布則結(jié)果更準(zhǔn)確。在確定載荷、尺寸、材料物理待性、工作環(huán)境、時(shí)間等設(shè)計(jì)變量及參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系后。 ①確定機(jī)械零件失效模式的判據(jù) 機(jī)械零件可能出現(xiàn)的失效模式有斷裂、疲勞損壞、過度變形、腐蝕、磨損、振幅過大等。Z值的均值及均方差分別為： () S= ()強(qiáng)度與應(yīng)力之差Z的概率密度函數(shù)P（Z）為 ()對(duì)P（Z）在～0區(qū)間積分，可得到零件的不可靠度 ()柴油機(jī)機(jī)械零件強(qiáng)度的可靠性預(yù)測(cè)就是根據(jù)對(duì)零件所承受的工作載荷和強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，采用應(yīng)力、強(qiáng)度“干涉”模型對(duì)零件強(qiáng)度的可靠性進(jìn)行預(yù)估，獲得其可靠性大小。令強(qiáng)度與應(yīng)力差為 ： Z= 由于、S均為隨機(jī)變量，所以強(qiáng)度差Z也是隨機(jī)變量，零件的不可靠度顯然等于Z小于零的概率，即F（Z〈 0〉如果已知強(qiáng)度的概率密度函數(shù)f（s）及應(yīng)力的概率密度函數(shù)g()，可得到強(qiáng)度與應(yīng)力差值Z的概率密度函數(shù)P（Z）。圖24（b）為兩概率密度函數(shù)曲線有相互重疊的部分，此時(shí)，雖然工作應(yīng)力的平均值遠(yuǎn)小于零件強(qiáng)度的平均值，但不能保證工作應(yīng)力在任何情況下都不大于零件強(qiáng)度，即零件強(qiáng)度大于工作應(yīng)力的概率是小于1的正數(shù)，此正數(shù)是機(jī)械零件不發(fā)生破壞的概率，即可靠度。強(qiáng)度計(jì)算中所遇到的強(qiáng)度