的關系。一臺設備是由許多零、部件組成的，設備有兩種構成方式；串聯和并聯。

a串聯系統(tǒng)設備。這種設備工作時，其組成部分需要同時工作。在串聯設備中，任何一個零件失效，整個設備就無法工作。因此，為了使設備不出現故障，要求所有零件在同一時間內都不能出現故障。

整個設備的可靠度要由全部零件不發(fā)生故障來保證，因此整個設備的可靠R應該是構成該設備的所有零、部件的可靠度的乘積。設備的可靠度不可能高于其最差零件的可靠度，即設備的可靠度受所使用零件中可靠底最低零件的制約。舉例說明，一臺設備由n個零件組成，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，只要其中有一個零件可靠度很低，該設備的可靠度就不會高。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。隨著設備結構的復雜化，零件數量增加，整個設備的可靠度要降低。因此，可靠性技術的關鍵是提高零件的可靠度和盡量減少設備的零件數。設計人員應選用可靠度高的零件和簡化設備結構來提高設備的可靠度。

b并聯系統(tǒng)設備。只有各組成部分的零件都出現故障，整個設備才會出現故障，由于可靠度和故障率的關系是

R=1-λ

對并聯系統(tǒng)設備，設備故障率為

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，設備的可靠度大于任一構成零件的可靠度。

在設計時，只要有可能，采用并聯結構的設備有利于提高設備的可靠度。

3．可靠性設計

可靠性設計是用最少的費用，設計出可靠性高的設備。除了主要依靠設計人員外，生產、維修、質量管理及使用人員都應該對設備質量提出意見和建議。設計人員在綜合各方面有關設備性能、可靠性、安全性等技術資料的基礎上，在設計階段作好提高可靠性、發(fā)現和預防各種危險因素的工作。

設備可靠度分為固有可靠度和使用可靠度。固有可靠度是指設計時確定的目標值、預測值或用可靠性試驗確認的特征量。使用可靠度是指設備設計后，經過制造、組裝、運輸、貯存、安裝、調試、使用、維修等實際使用過程中達到的可靠度。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，設計人員必須使設計出來的設備容易操作，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行勞動，并容易維修，這是提高設備可靠性的重要條件。

使用單位最關心的是設備應具有一定的可靠性的維修性，要求設計和制造單位提供本質安全的設備，從根本上來保證安全生產。如果設備先天不足，可靠性低，要靠使用和維修中另加防護裝置或采取其他措施來預防事故，來提高使用可靠性，無論從安全方面和經濟方面來說都是事倍功半的。另加的安全裝置可能會影響或破壞設備的結構和性能。因此最好的辦法是在設計階段提高設備的可靠性。

（2）可靠性設計的主要內容。

①確定合理的安全系統(tǒng)。安全系數是指零件理論承載能力與實際承受負荷之比。為了使構件可靠地工作，理論計算強度應大于實際負荷，其余量就是由安全系數決定的。在確定安全系數時，既要考慮環(huán)境溫度、濕度振動、沖擊等條件和使用中超負荷、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濟代價是否合算。應該選擇用最低的費用就能保證設備性能的安全系數。通過選擇合理的結構形式，可以少用材料而能大大提高零件的剛性；設計合理的機構可以使零部件的負荷分布合理，以達到變形小，磨損均勻，盡量減少零件變形、磨損對設備輸出參數的影響等，都可以增加零件所允許承受的負荷。安全系數過高，不但用料多、設備重、成本增加，而且可能增加結構的復雜性。

②冗余設計（貯備設計）。冗余技術是設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）。當冗余為硬件時也稱貯備。在設計中，除必要的零、部件外，還可額外附加一套備用零件或備用機構，當設備個別零件、部件出現故障時，整個設備仍能正常工作。這種設計稱為冗余設計，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。機械的多重保險裝置都是冗余設計。

如果設備本身可靠性很高，再增加冗余設計就不合算了。但是高度危險的設備，安全是壓倒一切的因素，即使設備可靠度很高，為了防止萬一發(fā)生事故，也應采用冗余設計，如果對可靠性很高的設備，按照冗余設計并聯連接時，必須注意：

a應經常檢查起分流作用的閥、開關和管道的有效性；

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

在進行冗余設計時，要避免盲目性：

a在設備尺寸、質量有嚴格限制的場合，如果采用冗余設計，將備件勉強裝入較小的容積內，則有可能由于散熱面積減小，使溫度上升；或由于振動、沖擊、溫度等環(huán)境條件同時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降低設備的可靠性。

b必須注意冗余部分的分配不能產生差錯。如雙發(fā)動機飛機，即使有一臺發(fā)動機出現故障，飛機也不會失速或失去平衡。

③耐環(huán)境設計。為預防設備、零部件在實際使用中可能遇到的各種環(huán)境如高、低溫、潮濕、磁場、真空、粉塵、雨淋、腐蝕等因素的影響，在設計上要采取對付環(huán)境作用的措施。在設備設計、制造階段，要進行以可靠性試驗為主的耐久性、壽命、高低溫、環(huán)境、振動、沖擊等試驗。在設備上裝設特別的調節(jié)器或緩沖器，可以用來預防設備在運輸、搬運、貯存和使用中遇到的高溫、振動、沖擊等外界作用的影響。

④簡化結構和采用標準化零、部件在滿足設備功能要求的前提下，提高設備可靠性的秘訣是盡可能使用結構簡單的零件，減少零件數量和種類，采用標準零件和標準電路，概括地說，就是簡單化和標準化。標準化零件，由于有豐富的批量生產和使用經驗，能充分消除缺陷和薄弱點。標準化零件的互換性好，在維修中可加速故障的診斷和修復，市場供應充足，可減少備件的貯備，價格便宜，還可減少加工工具及測試設備的品種和數量。

在采用簡單化和標準化設計時，應注意：

a有些設計人員可能不滿足于簡單設計和使用標準零件，而想有所創(chuàng)新。應該使他們了解：采用已規(guī)范化的以及經過性能試驗或現場使用考驗過的設計和零件是提高可靠性的成功經驗。作為提高可靠性的對策與復雜化的方案相比，簡單化和標準化是比較現實的作法。

b用戶可能要求設計人員設計能在各種不常出現的最惡劣使用條件下確保其可靠性的設備，即進行極端性的極限設計。由于是預防極端情況，會使設備結構復雜化，使用的非標準零件也會增加，降低設備正常使用中的可靠性，反而不能取得理想的結果。

c設計時應考慮制造的難易程度：即采用現行的工藝；所需工藝的數量和種類；各工藝對設備性能的影響；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提高聯接部位和可動零部件和可靠度 設備的聯接部位有螺栓、焊接部位、銷子、鍵、密封器等；可動零、部件有軸和軸承、嚙合的齒輪、皮帶和皮帶輪、聯軸節(jié)等。這些部位故障率高，易誘發(fā)事故，是設計中應充分注意的重點部位，應采取措施提高其可靠度。

⑥配備必要的安全防護裝置安全防護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，故障診斷技術和自動控制技術。狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術的作用。為了使設備長期保持出廠時的精度和功能，現代設備應具有適應條件變化的功能，以及恢復喪失的工作性能和輸出參數變化的功能，可以采用自動化技術自動補償零部件的磨損量，使機械長期保持標準工作精度。自動化技術還廣泛應用自動監(jiān)測、自動報警、自動排除故障、自動停機、自動切換備用設備、自動噴水滅火等場合。

⑧充分考慮人的因素。機械是由人操作的，機械與人形成了人機系統(tǒng)。與機械出現故障一樣，人機操作不是絕對可靠的。人的可靠性一般要低于機械的可靠性。設計時應充分考慮人的特點和能影響他正確操作的因素。要根據人的正常工作能力如反應能力、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，設計合理的作業(yè)環(huán)境和操作方法。

人對各種刺激的反應時間大體范圍是：視覺信號50~225ms，聽覺信號120~180ms，溫度觸覺信號150~240ms，疼痛信號400~1000ms。由此可見，人對聽覺信號反應最快，設備采用聽覺報警信號，可以使操作者盡早引起注意。

設備的顯示器應使人容易看到和聽到，而且在長期觀察和監(jiān)聽時不易疲勞。設備操縱動作應合乎人的習慣，如手柄向上扳就是操縱運動部件向上運動。操縱力要適當，用力過小易于意外啟動或停機，用力過大，使操作者費力而容易受傷或疲勞。

控制器和顯示器要集中，數量盡可能少。人的差錯率與操作的復雜程度和工作量成正比。應盡量發(fā)揮機械控制器和傳感器對信號感覺靈敏、反應速度快，能夠準確重復完成大量規(guī)定動作等特點，減少操作者的勞動強度。

由于生理、心理、體力、疾病等因素，操作者出現誤操作是不可避免的。為了保證安全，應考慮到一旦操作失誤可能引起的后果，在設計中采取必要的預防措施。