机械设备结构可靠性设计重点分析

1、维修性设计【大纲考试内容要求】 ：1、熟悉维修性设计、机械设备结构可靠性设计要点。2、了解人机信息与能量交换系统模型，人的可靠性分析。3、熟悉人机系统、人机功能分配。【教材内容】：四、维修性设计（一）维修及维修性 所谓维修是指使产品保持在正常使用和运行状态，以及为排除故 障或缺陷所采取的一切措施，包括设备运行过程中的维护保养、 设备状态监测与故障诊断以及故障检修、 调整和最后的验收试验 等直至恢复正常运行等一系列工作。 简言之， 为保持或恢复产品 规定功能采取的技术措施叫做维修。维修性是指对故障产品修复的难易程度， 即在规定条件和规定时 刻内，完成某种产品维修任务的难易程度。（二）产品结构的维

2、修性设计维修性设计是指产品设计时， 设计师应从维修的观点动身， 保证 当产品一旦出故障， 能容易地发觉故障， 易拆、易检修、 易安装，1 / 112 / 11即可维修度要高。 维修度是产品的固有性质， 它属于产品固有可 靠性的指标之一。 维修度的高低直接阻碍产品的维修工时、 维修 费用，阻碍产品的利用率。 下面就维修性设计中应考虑的要紧问 题做简要介绍。1可达性 所谓可达性是指检修人员接近产品故障部位进行检查、修理操作、插人工具和更换零件等维修作业的难易程度。 可达性设计应 从以下3方面考虑：1）安装场所的可达性 检修人员在从事检修作业，如拆装故障零件时，需要有一个足够 的检修活动空间，使维修

3、人员能够在舒服的姿态下进行维修作 业，如“坐”、“蹲”、“跪”、“躺”等作业姿势。2）设备外部的可达性复杂产品往往是由几个部件或单元组成， 而这些部件或单元装在 一个箱体或壳体内， 为了装入或取出这些部件或单元， 或检查及 观看它们的工作状况需要在箱体或壳体壁上开口， 设计时就需要 考虑开口部分的结构（有面板、 盖或门）及其固定方式， 做到既可 靠，又易打开。3）设备内部的可达性 从易检查易维修的角度动身， 在设计内部零件时，要考虑其结构 形状， 考虑各零组部件之间的合理布局和安装空间等。2 零组部件的标准化与互换性 产品设计时应力求选用标准件，以提高互换性，这将会给产品的 使用维修带来专门大

4、方便。因为标准化零件质量有保证，品种和 规格大大减少， 因此就能够减少备件库存和资金积压， 既能保证 供应，又简化治理。3维修人员的安全 产品在结构设计时除考虑操作工人的安全外， 还必须考虑维修人 员的安全，而这后一项工作往往最容易被人们忽视。3 / 11（三）可靠性设计与维修性设计的关系 可靠性设计和维修性设计是从不同的角度来保证产品的可靠性。 前者着重从保证产品的工作性能动身，力求不出故障或少出故 障，是解决本质安全问题， 在方案设计和结构设计时期就设法消 除危险与有害因素； 后者则是从维修的角度考虑， 一旦产品发生 故障，其本身就能自动及时发觉故障， 同时显示故障或发出警报 信号，并能自

5、动排除故障或中止故障的扩展。人机系统4 / 11第五节 人 机 系 统一、人机信息及能量交换系统模型人机系统的任何活动实质上是信息及能量的传递和交换。人机之间在进行信息及能量的传递和交换中，首先是人的感受器官（眼、耳等）从显示装置上感受到机器及环境作用于人的信息，经大脑中枢神经的综合、 分析、推断做岀决策，然后命令运动器官（手或脚）向机器的操纵器发岀 操纵信息，即操纵机器相应的执行机构（手柄或按钮等）完成各种相应的运动机能 （移动或转动）,且将操纵的效果反映在显示器上，构成一个信息及能量传递的闭环系统。到此，人机系统完成了一次功能循环，如图 4 4 7 7 所示。Affl.图 4-74-7人机

6、系统模型在那个循环过程中，人机系统完成了人所希望的功能，达到人的预期目的。二、人机系统在人机系统中，人与机器为完成一定功能，各自发挥自己的作用， 又必须相互联系，相互配合，二者之间有着相互依存、相互阻碍、又相互制约的关系， 而且这些关系随系统自动化程度的变化而变化。为了取得人机系统的最佳效果，对人和机分不提岀“人适应于机”、“机适宜于人”的不同要求，即“人适机”与“机宜人”。所谓“机宜人”是指机器作为人从事生产和生活活动的工 具，要求设计、制造5 / 11岀来的机器应尽量满足使用者的体格、生理、心理等条件的要求，做到显示的信息便于同意、推断，操纵系统的尺寸、力度、位置、结构、形式等均应适合操作

7、者的生理要 求，工具、器具及用品等的使用得心应手， 人所处的作业空间安全舒适， 达到有利于人的身心健 康，有利于发挥劳动者的效能和效率。人适机是指使人去适应机器的要求。机器的结构决定了其客观的运动规律，其操作环境也 会因各种因素在时刻和空间上受到某种限制， 如经济上的可行性、 技术上的可能性、 机器本身性 能要求的条件以及使用机器时的外界环境条件( ( 如高温、高压作业 ) )等。为了适应机器的这些情况，就需要对人的因素予以限制，对人进行教育、训练，同时尽量发挥人的因素， 利用有一定可塑性这一特点。在人机系统中，机宜人与人适机是相对的。机适宜于人是以人的因素为条件的，而人的因 素是比较复杂的，

8、而且是变化的，有的是随时代的进步而变化，有的是因时、因地、因性不、因 年龄等不同而变化；人的因素有的可量化，有的则难以准确量化。 机器本身也在不断进展， 自动 化程度越来越高， 操纵系统智能化， 因此机适宜于人的程度也在不断提高。 而人适应于机的程度 是有限的， 因为尽管人的因素有一定的可塑性， 然而怎么讲有一定的限度。 解决的方法是通过学 习和训练， 提高人的文化和技术素养， 或采取必要的辅助措施 ( ( 如使用劳保用品等 ) )去适应机器的 要求。三、人机功能分配在人机系统中，人与机完成各自的功能，只有二者合理配合，协调一致，才能使人机系统 达到最佳效果。为此，需要深入了解和研究人机各自的

9、特征，进行比较，扬长避短，充分发挥各 自的特长。 ( ( 一 ) ) 人在人机系统中的要紧功能人在人机系统中要紧有 3 3 种功能：(1)(1) 传感功能。 通过人体感受器官的看、 听、摸等感知外界环境的刺激信息， 如物体、 事件、 机器、显示器、环境或工作过程等，将这些刺激信息作为输入传递给人的中枢神经。(2)(2) 信息处理功能。大脑对感知的信息进行检索、加工、推断、评价，然后做出决策。(3)(3) 操纵功能。将信息处理的结果作为指令，指挥人的行动，即人对外界的刺激作出反应，5 / 117 / 11如操纵操纵器、使用工具、处理材料等，最后达到人的预期目的，如机器被开动运转、零件被加 工成形

10、、机器的故障已被排除、缺陷零件已被修复或者更换等。（二）人机特性的比较人体本身确实是一部复杂的、专门的机器。人与机器的特性包括许多内容，但就从人机系统中信息及能量的同意、传递、转换过程来讲，我们能够归纳为以下4 4 个方面来比较，即信息感受、信息处理和决策、操作反应、工作能力等，详见表4 4 2 2。由表 4 4 2 2 可见，人优于机器的能力要紧有：信号检测、图像识不、灵活性、随机应变、归纳、推理、推断、制造性等；机器优于人的能力要紧有反应、操作速度快，精确性高，输表 4 4 2 2人与机器的特性比较能力种类人的特 性机器的特性言息感受范围有限能在人不能感受的领域里工作，在感受感受能感受微小

11、刺激，敏感性高，绝对域低线、超声波、电磁波等）工作对刺激反应时刻较长，最小值为200ms200ms没有像人那样低的感受阈限，敏感性比能在高噪声环境下检出需要的信号反应时刻可达微秒级抗干扰性低，有主观倾向性较难检岀噪声掩盖下的信号识不图形的能力强抗干扰性高，重复性好能阅读和冋意口头指令，灵活性专门强识不图形的能力弱同意信息只能单通道学习能力较低，灵活性专门差能够多通道同时同意信息言息计算速度慢，易出差错计算速度快，且准确、重复性好，但可处理能实现大容量的、长期的经历，并能实现同时和误与决几个对象联系，但短时经历相对较差能进行大容量短期的数据经历和取岀策有随机应变的能力，可利用不同的方法达到相同无

12、随机应变的能力，但对常规重复机能8 / 11的目的4有归纳思维的能力，但不易得到战略的最佳效果5有制造能力，对尚未接触的事物可诱发进入决策6能处理完全出乎预料之外的紧急事件，适应性强，有一定的预测能力7难以监控偶然发生的事件可靠性4只能理解特定的事物，但能用程序使事件得到最佳 方案5没有自发的制造推理能力，只能作岀是与否的简单 决策6只能处理已知的事件，适应性弱，预测能力有专门 大的局限性7监控能力强操作超周密重复操作差，可靠性较低能连续进行超周密重复操作和按程序进行常规操能力能够进行复杂的艺术性工作，有从经验中发觉规作，可靠性较高律、利用经验改变操作的能力只能进行特定的工作，不能利用经验数据

13、易疲劳，对简单的重复动作厌烦，不能容忍长时不疲劳，可不厌其烦地重复简单或复杂动作，能胜刻、大负荷的操作任长时刻、大负荷的操作输出功率有限，效率低，但能做精细调整输出功率可大可小，效率高，但较难进行精细调整通用性强缺乏通用性，有的只能专用要求环境舒适，但对特定的环境能专门快适应可在恶劣环境下工作，但不能随意改变工作条件工短期内可在超负荷下坚持工作，但耐久性差，易耐久性好，维持保养良好时，可长期使用作皮劳在保证设计质量、材料、加工质量等情况下，一般能技术水平、熟练程度、生理状态、心理状态等的比人可靠力不稳定性均会阻碍可靠性岀功率大，耐久力强，重复性好，短期经历，能同时完成多种操作、演绎推理以及能在恶劣环境下工作等。（三）人机功能分配原则依照人机特性的比较，为了充分发挥各自的优点，人机功能合理分配的原则应该是：笨重 的、快速的、持久的、可靠性高的、精度高的、规律性的、单调的、高价运算的、操作复杂的、 环境条件差的工作，适合于机器来做；而研究、制