设备寿命周期

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什么是设备寿命周期

  设备寿命周期指设备从开始投入使用时起,一直到因设备功能完全丧失而最终退出使用的总的时间长度。衡量设备最终退出使用的一个重要指标是可靠性

  可靠性是指设备在规定条件下和规定时间内,完成规定功能的能力。规定条件是指使用条件与环境条件,具体条件如负荷、温度、湿度、压力、振动、冲击、噪音、电磁场等,此外还包括使用、操作、维修方式以及维修水平等有关方面。规定时间是指系统失效的经济寿命期,即在考虑到陈旧老化期和经济磨损期的条件下,能正常发挥功能的总时间。在实际中,规定的时间可指某一时间段或使用的次数等。规定功能是指设备系统的预期功能,即设备所应实现的使用目的。对不同类型的设备要有相应的具体规定,对于失效也应确切给定。

设备寿命的类型

  从不同角度可以将设备寿命划分为物资寿命、经济寿命、技术寿命和折旧寿命

  一、物资寿命

  物资寿命,是根据设备的物资磨损而确定的使用寿命,即从设备投入使用到因物资磨损使设备老化损坏,直到报废拆除为止的年限。

  二、经济寿命

  经济寿命,是指设备的使用费处于合理界限之内的设备寿命。在设备物资寿命的后期,因设备故障频繁而引起的损失急剧增加。购置设备后,使用的年数越多,每年分摊的投资越少,设备的保养和操作费用却越多。在使用期最适宜的年分内设备总成本最低,这即经济寿命的含义。

  三、技术寿命

  技术寿命,是指由于科学技术的发展,不断出现技术上更先进、经济上更合理的替代设备,使现有设备在物资寿命或经济寿命尚未结束之前就提前报废。这种从设备投入使用到因技术进步而使其丧失使用价值所经历的时间称为设备的技术寿命

  四、折旧寿命

  折旧寿命,是指按国家有关部门规定或企业自行规定的折旧率,把设备总值扣除残值后的余额,折旧到接近于零时所经历的时间。折旧寿命的长短取决于国家或企业所采取的政策和方针。

  设备的寿命通常是设备进行更新和改造的重要决策依据。设备更新改造通常是为提高产品质量,促进产品升级换代,节约能源而进行的。其中,设备更新也可以是从设备经济寿命来考虑,设备改造有时也是从延长设备的技术寿命、经济寿命的目的出发的。

设备寿命周期的故障率曲线

  长期的统计表明,任何设备从出厂之日起,其故障发生率并不是一成不变的。由多种零部件构成的设备系统,其故障率曲线如图1所示。图中坐标纵轴表示故障率,横轴表示经历的时间,从时间变化看,曲线明显呈现3个不同的区段。

  设备寿命周期

  1、初期故障期:在设备开始使用的A 阶段,一般故障率较高,但随着设备使用时间的延续,故障率将明显降低,此阶段称初期故障期,又称磨合期。这个期间的长短随设备系统的设计与制造质量而异。

  2、偶发故障期:设备使用进入B阶段,故障率大致趋于稳定状态,趋于一个较低的定值,表明设备进入稳定的使用阶段。在此期间,故障发生一般是随机突发的,并无一定规律,故称此阶段为偶发故障期。

  3、损耗故障期:设备使用进入后期C 阶段,经过长期使用,故障率再一次上升,且故障带有普遍性和规模性,设备的使用寿命接近终了,此阶段称损耗故障期。在此期间,设备零部件经长时间的频繁使用,逐渐出现老化、磨损以及疲劳现象,设备寿命逐渐衰竭,因而处于故障频发状态。

  可见,故障率特性曲线实际上是描述设备从开始使用到退出使用的故障率随时间变化而变化的规律,即描述设备从出厂、投入使用、退出使用的全部生命周期。

设备寿命周期的系统管理、维护与故障诊断

系统管理

  在初期故障期(A 段)发生的故障,主要是由设计、制造上的缺陷,安装、调整或使用环境的不当所造成的。此期间出现的故障,一般都是不可预见的,但它对日后设备的维护、维修等工作起着重要的作用,所以在维修各种不同类型的设备,研究发生故障的机理和原因时,要根据设备的使用、管理及维修等相关工作的信息,建立完备的数据库系统,详细记录,以便了解设备的性能指标、使用环境、故障率、维修费用等。设备管理系统的E-R如图2所示。

  设备寿命周期

  图2中各环节的属性如下:

  1、设备:机身号、型号、品牌、类型、记录格式、购买日期、价格。

  2、部门:机身号、使用部门、型号、使用环境、使用状态、备注。

  3、维修单:送修日期、送修部门、型号、机身号、故障现象、处理内容、更换零件、修理日期、修理人员、备注。4、详细修理:故障原因、系统故障、单元故障、检测方法、机理分析、改进措施、备注。

  只有通过长期的使用和经验积累,总结出这些最基本的数据,并对这些数据进行分类和统计,才能对设备的系统综合性和整体性有全面的了解和评价。例如,将众多不同的生产厂家、品牌、型号,以及记录格式、机械系统、信号处理方式等信息进行分类,统计出它们的故障率、价格、性能、稳定性及维护费用等数据,进而分析各品牌、型号、机械系统的优缺点,让数据说话是最有说服力的。

系统维护

  在偶发故障期(B段),设备系统都保持稳定的、较低的故障率,这也是设备与系统的最佳状态期和正常工作期。设备系统的可靠性通常是以这一时期的水平为代表的,因而称这一期间的长度为设备的有效寿命期。偶发故障期的故障多起因于可靠性设计中的隐患、使用不当以及维修保养不力。除了要提高产品可靠性设计水平外,良好的设备管理与维护保养对于降低故障率起着重要的作用。

  定期维护保养主要是对设备进行必要的监测,根据使用的时间记录,对易损的电路元件和机械磨损件进行更换及相关的调整工作,并做好设备的维修记录。工作环境的温度、湿度、粉尘及使用媒体等都将对零件的老化磨损产生不同程度的影响,定期更换易损件,防止由于电路元件老化和机械磨损而造成的不良影响,以保证设备性能的稳定,为正常运行提供条件,也使不同设备间保持良好的兼容性。同时,在更换零件时需要考虑基准问题。例如,一台设备的机械部分是由许多零件组成的结合体,各个零件的位置都保持着一定的平衡,一旦零件更换后这种平衡即被打破,这会使机器失去兼容性,或出现异常磨损等故障。一台设备经过长时间的运行,虽然各个零件磨损得较严重,但各个零件之间经过磨合后还是能够保持稳定的平衡状态的,当其中一定数量的易损件被更换后,这种平衡状态反而被打破,机器的磨损情况将更加严重,因此定期更换零件后的调整显得尤其重要。经过调整可使设备内各零件在运行中重新达到一种新的动态平衡,以延长机器的使用寿命。

  设备寿命周期

  如图3所示,1线表示没有实行定期维修保养的设备,2线表示实行维修保养的设备。当设备运行到t2时,设备故障率λ将逐渐升高,这时若不进行维护保养,故障率λ将很快上升到上限值,则设备不能维持正常的运行,如1线所示。若设备运行到t2时,对设备进行定期的维修保养,可以使设备故障率下降,并保持在一定的低水平范围内,如2线所示。通过对设备的定期维修保养,可以延长设备的偶发故障期,即延长设备稳定运行的时间,从而使设备保持良好的机械兼容性和电气兼容性。

故障诊断

  随着时间的推移,设备的使用进入到损耗故障期(C段)。虽然良好的设备通过定期维护保养可降低一段时间内的故障率、延长设备稳定运行的时间,但随着使用时间的延长,设备的零部件逐渐老化、磨损、失效,系统设备将不可避免地发生故障,要准确、快速地确定故障原因,找出故障源,有赖于科学的故障诊断技术。

  设备故障诊断是指根据出现的故障现象(包括测量值)进行分析判断故障原因,确定故障部位。设备的维修主要指排除故障的过程。国内外许多资料表明,故障诊断和维修的经济效益是明显的。

  日常工作中所接触的任何设备都是由各种各样的零部件构成的,这些零部件同时也构成了设备的不同子系统,这些系统之间既相互独立又相互联系,如录像机中的视服系统、视频系统、机械系统等;还有由各类相关设备组成的各种系统,如摄录系统包括摄像机、录像机和调音台、信号发生器等。各子系统或设备都有各自的特性与功能,只有构成系统的全部相关设备及子系统都完全正常工作,系统才能良好地发挥其应有的功效。对于故障的诊断,除应了解各子系统和设备的共性之外,更要了解各子系统的特性或相异之处,进一步理清系统功能与结构之间的关系及系统结构的失效与故障对系统功能的影响。故障诊断是验证性的科学,不了解系统是无法诊断系统的。只有对系统了如指掌,对系统故障诊断有丰富的经验和理论知识,并以系统、深入、细致的检测与实验为依据,才能准确地完成故障诊断。

  在实际故障诊断工作中,当面对一台有故障的设备,首先要做的事不是急于把它拆开,而是要先对设备的故障现象、说明书和图纸进行研究,先对设备的结构与功能进行一定的了解,然后再对症分析故障可能发生的原因和部位,制定出诊断的逻辑过程和实施方案,最后再进一步拆开设备进行检查。在分析故障原因时,既要注意微观上的因素,又要注意宏观上的因素。例如,某录像机的压带轮经常损坏且频繁发生,从微观检查是由于零件磨损过度造成的,而进一步检查则发现是由于安装不当引起的。为了避免“只见树木,不见森林”的故障诊断方式,故障诊断人员应全面掌握设备的工作原理,运用综合分析的方法来思考故障发生的原因。另外,还应注意到一个关于各零件寿命的同步性问题。所谓同步性就是从优化和整体的角度来考虑零部件的设计。这个同步性原则反映到故障的表现是,有些设备的每个部件和子系统局部均未发生失效或存在缺陷,然而整体系统的功能却达不到要求,这反映出设备装配与调整的缺陷或设计上的不合理性。这类故障往往不能用简单地更换零部件的办法来解决问题,而应通过整体的调整和设计上的修改或设备的改造来解决。

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