机械系统的可靠性与哪些因素有关

A. 1. 什么是机械设备的可靠性设计和维修性设计,两者各自的特点和关系是什么

所谓可靠性来是指系统或产品在规定的自条件和规定的时间内，完成规定功能的能力。
这里所说的规定条件包括产品所处的环境条件(温度、湿度、压力、振动、冲击、尘埃、雨淋、日晒等)、、使用条件(载荷大小和性质、操作者的技术水平等)、、维修条件(维修方法、手段、设备和技术水平等)、。在不同规定条件下，产品的可靠性是不同的。
维修性设计是指产品设计时，设计师应从维修的观点出发，保证当产品一旦出故障，能容易地发现故障，易拆、易检修、易安装，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。维修度的高低直接影响产品的维修工时、维修费用，影响产品的利用率。
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出发，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阶段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现故障，并且显示故障或发出警报信号，并能自动排除故障或中止故障的扩展。

B. 机械设计的题

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摘要 机械设计（machine design），根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。
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2对各阶段分别加…
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机械设计（machine design），根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。

机械设计是机械工程的重要组成部分，是决定机械性能的最主要因素。由于各产业对机械的性能要求不同而有许多专业性的机械设计，如纺织机械设计、矿山机械设计、农业机械设计、船舶设计、汽车设计、机床设计、压缩机设计、内燃机设计、汽轮机设计、泵设计等专业性的机械设计分支学科。

机械设计大体可分为 ：

①新型设计（开发性设计）。应用成熟的科学技术或经过实验证明可行的新技术，设计未曾有过的新型机械，主要包括功能设计和结构设计。

②继承设计。根据使用经验和技术发展对已有的机械设计更新，以提高性能、降低制造成本或减少运行费用。

③变型设计。为适应新的需要对已有的机械作部分的修改或增删，从而发展出不同于标准型的变型产品。

机械设计的主要程序为：

①根据用户订货、市场需要和新科研成果制定设计任务。

②初步设计。包括确定机械的工作原理和基本结构形式，进行运动设计、结构设计并绘制初步总图以及初步审查。

③技术设计。包括修改设计（根据初审意见）、绘制全部零部件和新的总图以及第二次审查。

④工作图设计。包括最后的修改（根据二审意见）、绘制全部工作图（如零件图、部件装配图和总装配图等）、制定全部技术文件（如零件表、易损件清单、使用说明等）。

⑤定型设计。用于成批或大量生产的机械。对于某些设计任务比较简单（如简单机械的新型设计、一般机械的继承设计或变型设计等）的机械设计可省去初步设计程序。

所讨论的设计过程仅指狭义的技术性的设计过程。它是一个创造性的工作过程，同时也是一个尽可能多地利用已有的成功经验的工作。要很好地把继承与创新结合起来，才能设计出高质量的机器。作为一部完整的机器，它是一个复杂的系统。要提高设计质量，必须有一个科学的设计程序。虽然不可能列出一个在任何情况下都有效的惟一程序，但是，根据人们设计机器的长期经验，一部机器的设计程序基本上可以如表2 -1所示。


编辑本段对各阶段分别加以简要说明
（一）计划阶段

在根据生产或生活的需要提出所要设计的新机器后，计划阶段只是一个预备阶段。此时，对所要设计的机器仅有一个模糊的概念。

在计划阶段中，应对所设计的机器的需求情况做充分的调查研究和分析。通过分析，进一步明确机器所应具有的功能，并为以后的决策提出由环境、经济、加工以及时限等各方面所确定的约束条件。在此基础上，明确地写出设计任务的全面要求及细节，最后形成设计任务书，作为本阶段的总结。设计任务书大体上应包括：机器的功能，经济性及环保性的估计，制造要求方面的大致估计，基本使用要求，以及完成设计任务的预计期限等。此时，对这些要求及条件一般也只能给出一个合理的范围，而不是准确的数字。例如可以用必须达到的要求、最低要求、希望达到的要求等方式予以确定。

（二）方案设计阶段

本阶段对设计的成败起关键的作用。在这一阶段中也充分地表现出设计工作有多个解（方案）的特点。

机器的功能分析，就是要对设计任务书提出的机器功能中必须达到的要求、最低要求及希望达到的要求进行综合分析，即这些功能能否实现，多项功能间有无矛盾，相互间能否替代等。最后确定出功能参数，作为进一步设计的依据。在这一步骤中，要恰当处理需要与可能、理想与现实、发展目标与当前目标等之间可能产生的矛盾问题。

确定出功能参数后，即可提出可能的解决办法，亦即提出可能采用的方案。寻求方案时，可按原动部分、传动部分及执行部分分别进行讨论。，较为常用的办法是先从执行部分开始讨论。

讨论机器的执行部分时，首先是关于工作原理的选择问题。例如，设计制造螺钉的机器时，其工作原理既可采用在圆柱形毛坯上用车刀车削螺纹的办法，也可采用在圆柱形毛坯上用滚丝模滚压螺纹的办法。这就提出了两种不同的工作原理。工作原理不同，当然所设计出的机器就会根本不同。特别应当强调的是，必须不断地研究和发展新的工作原理。这是设计技术发展的重要途径。

根据不同的工作原理，可以拟定多种不同的执行机构的具体方案。例如仅以切削螺纹来说，既可以采用工件只作旋转运动而刀具作直线运动来切削螺纹（如在普通车床上切削螺纹），也可以使工件不动而刀具作转动和移动来切削螺纹（如用板牙加工螺纹）。这就是说，即使对于同一种工作原理，也可能有几种不同的结构方案。

原动机部分的方案当然也可以有多种选择。由于电力供应的普遍性和电力拖动技术的发展，现在可以说绝大多数的固定机械都优先选择电动机作为原动机部分。热力原动机主要用于运输机、工程机械或农业机械。即使是用电动机作为原动机，也还有交流和直流的选择，高转速和低转速的选择等。

传动部分的方案就更为复杂多样了。对于同一传动任务，可以由多种机构及不同机构的组合来完成。因此，如果用Ⅳ，表示原动机部分的可能方案数，N2和N3分别代表传动部分和执行部分的可能方案数，则机器总体的可能方案数Ⅳ为Ni×N2×N3个。

以上仅是就组成机器的三个主要部分讨论的。有时，还须考虑到配置辅助系统，对此，本书不再讨论。

在如此众多的方案中，技术上可行的仅有几个。对这几个可行的方案，要从技术方面和经济及环保等方面进行综合评价。评价的方法很多，现以经济性评价为例略做说明。根据经济性进行评价时，既要考虑到设计及制造时的经济性，也要费用考虑到使用时的经济性。如果机器的结构方案比较复杂，则其设计制造成本就要相对地增大，可是其功能将更为齐全，生产率也较高，故使用经济性也较好。反过来，结构较为简单、功能不够齐全的机器，设计及制造费用虽少，但使用费用却会增多。评价结构方案的设计制造经济性时，还可以用单位功效的成本来表示。例如单位输出功率的成本、单件产品的成本等。

进行机器评价时，还必须对机器的可靠性进行分析，把可靠性作为一项评价的指标。从可靠性的观点来看，盲目地追求复杂的结构往往是不明智的。一般地讲，系统越复杂，则系统的可靠性就越低。为了提高复杂系统的可靠性，就必须增加并联备用系统，而这不可避免地会提高机器的成本。

环境保护也是设计中必须认真考虑的重要方面。对环境造成不良影响的技术方案，必须详细地进行分析，并提出技术上成熟的解决办法。

通过方案评价，最后进行决策，确定一个据以进行下步技术设计的原理图或机构运动简图。

在方案设计阶段，要正确地处理好借鉴与创新的关系。同类机器成功的先例应当借鉴，原先薄弱的环节及不符合现有任务要求的部分应当加以改进或者根本改变。既要积极创新，反对保守和照搬原有设计，也要反对一味求新而把合理的原有经验弃置不用这两种错误倾向。

（三）技术设计阶段

技术设计阶段的目标是产生总装配草图及部件装配草图。通过草图设计确定出各部件及其零件的外形及基本尺寸，包括各部件之间的连接，零、部件的外形及基本尺寸。最后绘制零件的工作图、部件装配图和总装图。

为了确定主要零件的基本尺寸，必须做以下工作：

1)机器的运动学设计。根据确定的结构方案，确定原动件的参数（功率、转速、线速度等）。然后做运动学计算，从而确定各运动构件的运动参数（转速、速度、加速度等）。

2)机器的动力学计算。结合各部分的结构及运动参数，计算各主要零件所受载荷的大小及特性。此时求出的载荷，由于零件尚未设计出来，因而只是作用于零件上的公称（或名义）载荷。

3)零件的工作能力设计。已知主要零件所受的公称载荷的大小和特性，即可做零、部件的初步设计。设计所依据的工作能力准则，须参照零、部件的一般失效情况、工作特性、环境条件等合理地拟定，一般有强度、刚度、振动稳定性、寿命等准则。通过计算或类比，即可决定零、部件的基本尺寸。

4)部件装配草图及总装配草图的设计。根据已定出的主要零、部件的基本尺寸，设计出部件装配草图及总装配草图。草图上需对所有零件的外形及尺寸进行结构化设计。在此步骤中，需要很好地协调各零件的结构及尺寸，全面地考虑所设计的零、部件的结构工艺性，使全部零件有最合理的构形。

5)主要零件的校核。有一些零件，在上述第3）步中由于具体的结构未定，难于进行详细的工作能力计算，所以只能做初步计算及设计。在绘出部件装配草图及总装配草图以后，所有零件的结构及尺寸均为已知，相互邻接的零件之间的关系也为已知。只有在这时，才可以较为精确地定出作用在零件上的载荷，决定影响零件工作能力的各个细节因素。只有在此条件下，才有可能并且必须对一些重要的或者外形及受力情况复杂的零件进行精确的校核计算。根据校核的结果，反复地修改零件的结构及尺寸，直到满意为止。

在技术设计的各个步骤中，近三四十年来发展起来的优化设计技术，越来越显示出它可使结构参数的选择达到最佳的能力。一些新的数值计算方法，如有限元法等，可使以前难以定量计算的问题获得极好的近似定量计算的结果。对于少数非常重要、结构复杂且价格昂贵的零件，在必要时还须用模型试验方法来进行设计，即按初步设计的图纸制造出模型，通过试验，找出结构上的薄弱部位或多余的截面尺寸，据此进行加强或减小来修改原设计，最后达到完善的程度。机械可靠性理论用于技术设计阶段，可以按可靠性的观点对所设计的零、部件结构及其参数做出是否满足可靠性要求的评价，提出改进设计的建议，从而进一步提高机器的设计质量。上述这些新的设计方法和概念，应当在设计中加以应用与推广，使之得到相应的发展。

草图设计完成以后，即可根据草图业已确定的零件基本尺寸，设计零件的工作图。此时，仍有大量的零件结构细节要加以推敲和确定。设计工作图时，要充分考虑到零件的加工和装配工艺性、零件在加工过程中和加工完成后的检验要求和实施方法等。有些细节安排如果对零件的工作能力有值得考虑的影响时，还须返回去重新校核工作能力。最后绘制出除标准件以外的全部零件的工作图。

按最后定型的零件工作图上的结构及尺寸，重新绘制部件装配图及总装配图。通过这一工作，可以检查出零件工作图中可能隐藏的尺寸和结构上的错误。人们把这一工作通俗地称为纸上装配。

（四）技术文件编制阶段

技术文件的种类较多，常用的有机器的设计计算说明书、使用说明书、标准件明细表等。

编制设计计算说明书时，应包括方案选择及技术设计的全部结论性的内容。

编制供用户使用的机器使用说明书时，应向用户介绍机器的性能参数范围、使用操作方法、日常保养及简单的维修方法、备用件的目录等。

其他技术文件，如检验合格单、外购件明细表、验收条件等，视需要与否另行编制。

（五）计算机在机械设计中的应用

随着计算机技术的发展，计算机在机械设计中得到了日益广泛的使用，并出现了许多高效率的设计、分析软件。利用这些软件可以在设计阶段进行多方案的对比，可以对不同的包括大型的和很复杂的方案的结构强度、刚度和动力学特性进行精确的分析。同时，还可以在计算机上构建虚拟样机，利用虚拟样机仿真对设计进行验证，从而实现在设计阶段充分地评估设计的可行性。可以说，计算机技术在机械设计中的推广使用已经并正在改变机械设计的进程，它在提高设计质量和效率方面的优势是难以预估的。

以上简要地介绍了机器的设计程序。广义地讲，在机器的制造过程中，随时都有可能出现由于工艺原因而修改设计的情况。如需修改时，则应遵循一定的审批程序。机器出厂后，应该有计划地进行跟踪调查；另外，用户在使用过程中也会给制造或设计部门反馈出现的问题。设计部门根据这些信息，经过分析，也有可能对原设计进行修改，甚至改型。这些工作，虽然广义上也属设计程序的组成部分，但是属于另一个层次的问题，本书不再讨论其具体的内容。但是作为设计工作者，应当有强烈的社会责任感，要把自己工作的视野延伸到制造、使用乃至报废利用的全过程中去，反复不断地改进设计，才能使机器的质量继续不断地提高，更好地满足生产及生活的需要。


编辑本段定义

机械设计（machinedesign），根据用户的使用要求对专用机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并机械设计将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。机械设计是机械工程的重要组成部分，是机械生产的第一步，是决定机械性能的最主要的因素。机械设计的努力目标是：在各种限定的条件(如材料、加工能力、理论知识和计算手段等)下设计出最好的机械，即做出优化设计。优化设计需要综合地考虑许多要求，一般有：最好工作性能、最低制造成本、最小尺寸和重量、使用中最可靠性、最低消耗和最少环境污染。这些要求常是互相矛盾的，而且它们之间的相对重要性因机械种类和用途的不同而异。设计者的任务是按具体情况权衡轻重，统筹兼顾，使设计的机械有最优的综合技术经济效果。过去，设计的优化主要依靠设计者的知识、经验和远见。随着机械工程基础理论和价值工程、系统分析等新学科的发展，制造和使用的技术经济数据资料的积累,以及计算机的推广应用,优化逐渐舍弃主观判断而依靠科学计算。服务于不同产业的不同机械，应用不同的工作原理，要求不同的功能和特性。各产业机械的设计，特别是整体和整系统的机械设计，须依附于各有关的产业技术而难于形成独立的学科。因此出现了农业机械设计、矿山机械设计、纺织机械设计、汽车设计、船舶设计、泵设计、压缩机设计、汽轮机设计、内燃机设计、机床设计等专业性的机械设计分支学科。但是，这许多专业设计又有许多共性技术，例如机构分析和综合、力与能的分析和计算、工程材料学、材料强度学、传动、润滑、密封，以及标准化、可靠性、工艺性、优化等。此外，还有研究设计工作的内在规律和设计的合理步骤和方法的新兴的设计方法学。将机械设计的共性技术与理性化的设计方法学汇集成为一门独立的、综合性的机械设计学科是机械工程实践和教育工作者正在努力的工作。


编辑本段设计分类
机械设计可分为新型设计、继承设计和变型设计3类。

1、新型设计应用成熟的科学技术或经过实验证明是可行的新技术，设计过去没有过的新型机械。

2、继承设计根据使用经验和技术发展对已有的机械进行设计更新，以提高其性能、降低其制造成本或减少其运用费。

3、变型设计为适应新的需要对已有的机械作部分的修改或增删而发展出不同于标准型的变型产品。

主要程序

1、根据用户订货、市场需要和新科研成果制定设计任务。

2、初步设计。包括确定机械的工作原理和基本结构形式，进行运动设计、结构设计并绘制初步总图以及初步审查。3、技术设计。包括修改设计（根据初审意见）、绘制全部零部件和新的总图以及第二次审查。

4、工作图设计。包括最后的修改（根据二审意见）、绘制全部工作图（如零件图、部件装配图和总装配图等）、制定全部技术文件（如零件表、易损件清单、使用说明等）。

5、定型设计。用于成批或大量生产的机械。对于某些设计任务比较简单（如简单机械的新型设计、一般机械的继承设计或变型设计等）的机械设计可省去初步设计程序。

C. 机械可靠性设计是指什么

机械可靠性设计（Reliability Design）是一种很重要的现代化设计方法。从20世纪年代起，国外就兴起了可靠性技术的研究。第二次世界大战期间，美国的通信设备、航空设备、水声设备有相当数量因发生失效而不能使用。因此，美国便开始研究电子元件和系统的可靠性问题。1957年，美国发表了《军用电子设备可靠性》的重要报告，被公认为是可靠性的奠基文献。20世纪六七十年代，随着航空航天事业的发展，可靠性问题的研究取得了长足的进展，引起了国际社会的普遍重视。许多国家相继成立了可靠性研究机构，对可靠性理论展开了广泛的研究。

1990年，我国机械电子工业部印发的《加强机电产品设计工作的规定》中明确指出：可靠性、适应性、经济性三性统筹作为我国机电产品设计的原则，在新产品鉴定时，必须要有可靠性设计资料和实验报告，否则不能通过鉴定。现今，可靠性的观点和方法已经成为质量保证、安全性保证、产品责任预防等不可缺少的依据和手段，也是我国工程技术人员掌握现代设计方法所必须掌握的重要内容之一。

可靠性是指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。这里的产品可以泛指任何系统、设备和元器件。产品可靠性定义的要素是三个规定：“规定条件”、“规定时间”、“规定功能”。

（1）“规定条件”。

“规定条件”包括使用时的环境条件和工作条件，如温度、湿度、振动、冲击、辐射等环境条件，使用时的应力条件，维护方法，储存时的储存条件，使用时对操作人员的技术等级要求等。在不同的规定条件下产品的可靠性是不同的。例如，同一型号的汽车在高速公路和在崎岖山路上行驶，其可靠性的表现就大不一样。要谈论产品的可靠性必须指明规定的条件是什么。

（2）“规定时间”。

“规定时间”是指产品规定了的任务时间。随着产品任务时间的增加，产品出现故障的概率将增加，而产品的可靠性将是下降的。因此，谈论产品的可靠性离不开规定的任务时间。不同类型的产品对应的时间单位可能不同。例如，火箭发射装置，其可靠性对应的时间以秒计；海底通信电缆则以年计。此外，时间单位不仅可以是年、月、日、时、分、秒，也可以是工作次数（如继电器）、循环次数（如发动机）、行驶里程（如车辆）等。要确定产品规定的环境条件和规定的任务时间，必须对产品的任务和寿命进行分析研究。

（3）“规定功能”。

“规定功能”是指产品规定了的必须具备的功能及其技术指标。要求产品功能的多少和技术指标的高低，直接影响到产品可靠性指标的高低。例如，电风扇的主要功能有转叶、摇头、定时，规定功能是三者都要，还是仅需要转叶，所得出的可靠性指标是大不一样的。因此，在分析评价产品的可靠性时，必须首先明确要求产品完成的规定功能是什么，只有规定了清晰的功能及性能界限，才能给出明确的产品故障判据，如图4-23所示。

图4-23机电产品典型的失效曲线机械可靠性设计是将概率论、数理统计、失效物理和机械学相互结合而形成的一种设计方法。其主要特点是将传统设计方法中视为单值而实际上具有多值性的设计变量（如载荷、应力、强度、寿命等），看成某种分布规律的随机变量，用概率统计方法设计出符合机械产品可靠性指标要求的零部件和整机的主要参数及结构尺寸。机械强度可靠性设计过程如图4-24所示。

图4-24机械强度可靠性设计过程机械可靠性设计的主要内容有：

①从已知的目标可靠度出发，设计零、部件和整机的有关参数及结构尺寸，这是可靠性设计最基本的内容。

②可靠性预测，根据零、部件和整机（或系统）目前的状况及失效数据，预测其实际可能达到的可靠度，预报它们在规定的条件下和在规定的时间内完成规定功能的概率。

③可靠性分配，即根据确定的机器（或系统）的可靠度，分配其组成零部件或子系统的可靠度。这对复杂产品和大型系统来说尤为重要。

可靠性是一个涉及面很广的学科，已逐渐形成了一些独立分支，如可靠性工程（包括可靠性分析、可靠性设计及可靠性实验等）、可靠性数学（以概率论和数理统计为基础发展起来的一门数学分支，研究可靠性的定量规律）、可靠性物理（也称失效机理，研究零、部件的失效物理原因、物理模型，并提出改进措施）和可靠性管理等。可靠性研究正处于方兴未艾的发展时期，它起源于电子工业，已渗透到机械工程及其他各学科领域，并逐渐渗透到社会科学领域，如人的可靠性、工作可靠性等。

D. 进行机械设计与制造要考虑的因素有哪些

机械设计制造及其自动化对其他技术领域起着支撑性作用，成为国民经济各行业的基础。机械工业的发展也必将带动其他技术及行业的发展。

机械设计与制造是机械工程的重要组成部分，是机械生产的第一步，是决定机械性能的最主要的因素。机械设计的努力目标是：在各种限定的条件(如材料、加工能力、理论知识和计算手段等)下设计出最好的机械，即做出优化设计。

优化设计需要综合地考虑许多要求，一般有：最好工作性能、最低制造成本、最小尺寸和重量、使用中最可靠性、最低消耗和最少环境污染。这些要求常是互相矛盾的，而且它们之间的相对重要性因机械种类和用途的不同而异。

设计者的任务是按具体情况权衡轻重，统筹兼顾，使设计的机械有最优的综合技术经济效果。过去，设计的优化主要依靠设计者的知识、经验和远见。随着机械工程基础理论和价值工程、系统分析等新学科的发展，制造和使用的技术经济数据资料的积累,以及计算机的推广应用,优化逐渐舍弃主观判断而依靠科学计算。

机械设计制造及其自动化专业涉及机械行业中的设计制造、科技开发、应用研究、运行管理和经营销售等诸多的方向，是社会需求很大的一个行业。具体研究的内容有，开发低公害汽车发动机、提供机械性能的铝合金和形状记忆合金的新材料、研究提高汽车涡轮增压发动机性能与开发减震降噪的机械等许多课题。随着我国现代化建设的需要，在航天、造船、采矿等工业领域的发展，机械制造和自动化更加需要长足的发展，并且存在极大的发展空间。

E. 简述机械系统中，提高系统可靠性的主要措施有哪些

机械产品一般属于串联系统.要提高整机可靠性,首先应从零部件的严格选择和控制做起。例如，回优先答选用标准件和通用件；选用经过使用分析验证的可靠的零部件；严格按标准的选择及对外购件的控制；充分运用故障分析的成果，采用成熟的经验或经分析试验验证后的方案。

F. 机械速度波动的程度与什么因素有关

机械在某一时间间隔内运转速度忽高忽低的变化称为机械速度的波动。机械的这版种速权度波动在运动副中会产生附加的动压力，增加机械的磨损、降低机械的效率和工作可靠性；会引起机械的振动、降低机械的精度和工艺性能，使产品质量下降。
因此，匀速的假设只适宜于低速、轻载和运动精度要求不高的机械系统。对执行机构运动规律要求较高或需对机构进行精确的受力分析和强度计算时，必须考虑转速的波动和由此带来的影响，并且对机械的速度波动进行调节，将它限制在容许的范围之内，以减少对机械的不良影响。
机械的速度波动有周期性的速度波动和非周期性的速度波动两类，所以它的调节方法也相应地分为两类，即周期性速度波动的调节和非周期性速度波动的调节。

G. 机械问题

由一般工厂会计步骤确定的维护成本在多数工厂中通常构成总运营成本的大部分。在美国，传统的维护成本（即人力和材料）在过去10年内急剧上升。在1981 年，美国的工厂花费在维护其关键装置系统上的成本超过了6000 亿美元。在1991 年，这种成本已经升至8000 多亿美元，而在2000年更是破记录地达到12000 亿美元。这些数据表明，这些成本的三分之一到二分之一由于采用无效的维护管理方法而被浪费掉。美国工业界再也无法容忍这种另人难以置信的无效率，它们希望参与世界市场上的竞争。有关其他国家的这方面的数据还比较少，但我们相信，情况基本上是相同的。 这种无效使用维护支出的主要原因是，缺乏对何时需要以及需要何种维护以维护、修理或更换工厂或设施内的关键机器、设备和系统进行量化的实际数据。通常，维护机构不对设备性能、执行的维护任务、故障历史或其他数据进行跟踪，而这些数据可以（并且应该）用于对将会防止过早发生故障、延长关键工厂资产的使用寿命并降低其生命循环成本的任务进行计划和安排。相反，在许多情况下，维护计划安排仍然由设备故障情况以及维护人员的直觉来决定，维护人员可以任意决定日常维护的类型和频率。例如，多数采用热成像检查方法的设施每隔半年或6 个月进行一次检查。这是一种没有任何实际数据根据的纯任意的决定。 红外监视和振动监视等基于微处理器的仪器可被用来对关键工厂设备、机器和系统的工作状况进行监视。从这些仪器获得的信息提供了有效管理维护操作的方法。至少，它们可以降低或消除不必要的维修、防止灾难性的机器故障并降低无效的维护操作对制造及生产工厂利润的不利影响。当其功能被充分利用时，这些仪器就提供了将总体工厂性能、机器有用寿命以及设施及其资产的寿命循环成本实现最佳化的方法。基于计算机的维护管理系统可提供历史数据以及使用从预知性维护技术（如红外监视和振动监视）得到的数据的方法。 工业和加工工厂通常使用两种类型维护管理，即“运转至出现故障”和“预防性维护”。 运转至出现故障管理 运转至出现故障管理的思想简单明了。设备出现故障时对它进行维修。这种“不出故障就不维修”的机器装置维护方法是自第一个制造工厂建立以来构成维护运行的一个主要部分，听起来倒也合理。采用运转至出现故障管理的工厂在机器或系统出现故障之前不会在维护上花费任何资金。运转至出现故障是一种反应性的管理技术，它会在采取任何维护行动之前等待机器或设备出现故障。确切地说，这是一种“无维护”管理方法。它也是最为昂贵的维护管理方法。 但是应该说，极少有工厂采用真正的运转至出现故障的管理方法。在几乎所有情况下，工厂将执行基本的预防性维护任务，即润滑、机器调整和其他调整，甚至在一个运转至出现故障的管理环境中也是如此。但是在这种管理方式下，在设备出现故障之前，机器和其他工厂设备不会被改制或者进行大的维修。 与这种维护管理相关的主要费用是： 高备件库存成本； 高超时劳动力成本； 机器停机时间长，以及生产能力低。 因为没有对维护要求进行预期，采用运转至出现故障管理的工厂必须能够对工厂内所有可能发生的故障做出反应。这种反应性管理方法迫使管理部门要维持大量的备件库存，它们包括备用机器，或者至少包括用于工厂中所有关键设备的所有主要部件。一种替代方法是，工厂可以依赖于设备厂商迅速提供所有所需备件。即使可采用后面一种方法，快速交付的额外费用也会大大增加维修备件的成本并以及纠正机器故障所需的停机时间。为了将由意外机器故障造成的对生产的影响降到最低程度，维护人员还必须能够立即对所有机器故障做出反应。 这种这种反应性维护管理的最终结果是较高的维护成本和较低的加工机器利用率。对维护成本的分析表明，在反应性或运转至出现故障管理模式下进行维修的成本是有计划或预防性维护模式下进行的相同维护的成本的 3 倍。对维修进行计划安排可使工厂将维修时间和有关的劳动力成本降到最低。它还提供了一种可减少快速交付和生产下降等负面影响的方法。 预防性维护对于预防性维护具有多种定义，但所有的管理计划都是按照时间来安排的。换言之，维护任务是按照机器运行的时间或小时数进行的，它们基于特定类型工厂设备的统计数据或历史数据。一台新机器在最初几个小时或几周运转时间内出现故障的可能性非常高，这些故障通常是由制造或安装问题引起。过了这段初始时期之后，在较长时间内出现故障的可能性相对较低。在此正常运转期之后，出现故障的可能性会随着机器运转时间或小时数的增加而急剧增加。在预防性维护管理中，机器检查、润滑、维修或改制都基于平均无故障时间统计数据进行计划安排。 预防性维护的实际执行变化很大。一些计划步骤非常有限，仅包含润滑和较小的调整。更多的综合预防性维护计划将对工厂中所有机器的维修、润滑、调整和机器改制等工作进行计划安排。所有这些预防性维护计划的共同标志是它们都具有计划安排指南。所有预防性维护管理计划都假设，机器状况将在通常适用于该类特定机器的统计时间范围内恶化。例如，单级、卧式外壳分离式离心泵通常运转18 个月后就要更换其磨损部件。使用预防性维护技术，在该泵运转17 个月后就要使其停止运转并进行改制。 这种方法的问题是，运转模式以及与系统或装置相关的变量会直接影响机器的正常工作寿命。对于用于输送水用于输送磨损性泥浆的泵来说，平均无故障时间 (MTBF) 是不同的。使用 MTBF 统计数据来安排维护的一般结果是要进行不必要的维修或发生灾难性的故障。在上例中，该泵在 17 个月之后可能就不需要进行改制。因此，用于进行维修的劳动力和材料就被浪费掉了。采用预防性维护的第二种选择甚至更为昂贵。如果泵在17 个月之前就出现故障，我们就会被迫采用运转至出现故障技术进行维修。对维护成本的分析显示，在反应性（故障后）模式下进行维修的成本通常是在计划安排基础上进行的相同维修的成本的3 倍。 预知性维护预知性维护是一种运转状况驱动的预防性维护程序。预知性维护不依赖于工业或工厂内平均寿命统计数据（即平均无故障时间）来计划安排维护活动，而是对运转状况、效率、热量分布和其他指标进行直接监视，以确定实际的平均无故障时间或将危害到工厂或设施内所有关键系统装置运转的效率损失。传统的基于时间的方法至多可为正常机器系列寿命跨度提供一种指南。在预防性或运转至出现故障计划中对维护或改制计划安排所做的最后决定必须要根据维护管理者的直觉和个人经验做出。 增加综合预知性维护计划可以并且将会提供关键设备运转状况的实际数据，包括效率、每个机器系列的实际机械状况以及每个过程系统的运转效率。预知性维护不依赖于工业或工厂内平均寿命统计数据（即平均无故障时间）来计划安排维护活动，而是对机械状况、系统效率和其他指标进行直接监视，以确定实际的平均无故障时间或工厂内每个机器系列和系统的效率损失。这种数据为维护管理层提供了有效计划和安排维护活动所需的实际数据。 预知性维护还具有更多的功效。它提供了提高制造和生产工厂的生产率、产品质量和总体效率的方法。预知性维护并不是在目前市场上作为预知性维护工具销售的振动监视、红外成像、润滑油分析或任何其他单个非破坏性测试技术。它是一种理念或者态度，简单地说，就是利用工厂设备和系统的实际运转状况来促使整个工厂装置运转最佳化。综合预知性维护管理计划使用大多数经济有效的工具（即热成像、振动监视、摩擦测量和其他非破坏性测试方法）的组合，以获得关键工厂系统的实际运转状况，并根据这种实际数据按需计划安排所有维护活动。 将预知性维护包含于一个综合性维护管理计划中，就可以实现工厂机器的最佳利用，并大大降低维护成本。这样做还会提高产品质量、生产效率和利润。 预知性维护计划可以将工厂内未经计划的所有电气和机械设备停机降到最低程度，并确保维修过的设备处于另人接受的状况。该计划还可在问题变得严重之前对它们加以识别。如果问题早期得到检测并进行维修，多数问题的严重性可降到最低程度。正常机械失效会以一个与其严重性成正比的速度恶化。如果问题得到早期检测，则在多数情况下可以避免进行大的维修。 获得的好处 有效运用预防性维护（包括预知性维护技术），将消除33% 至50% 维护支出中的大部分，这些支出被很多制造和生产厂商浪费掉了。根据美国的历史数据，由有效的预防性/预知性维护程序带来的初始节约涉及以下几个方面：1. 消除由设备或系统故障引起的未经计划的停机时间。通常，在前两年内成本可降低40% 至60%，在五年内可达到并维持90%的成本降低。2. 增加人员利用率。从统计上看，一个维护人员每个班次的的实际工作时间占24.5%或大约2 小时。通过识别在工厂资源中纠正缺陷所需的精确维修任务以及纠正问题所需的部件、工具和支持，预防性/预知性维护可显著增加有效实际工作时间。多数工厂已经能够达到并维持75% 至85% 的有效利用率。3. 提高生产能力。有效的预防性/预知性维护程序的主要好处是可提供工厂的产出或生产能力。短期（即1 到3 年）可持续生产能力的增加已经达到15% 和40%。已经取得长期75% 至80% 的提高。4. 降低维护支出。在一些情况下，实际维护支出会在实施有效的预防性/预知性维护计的第一年内会增加。这种支出的增加通常会达到10% 至15%，它是由使用预知性技术所发现的固有可靠性问题引起的。在消除这些问题之后，通常会取得35% 至60% 的人力和材料成本降低。5. 延长使用寿命。通常，工厂资源的使用寿命可延长33% 至60%。使用寿命的延长得益于在发生对设备的损坏之前就检测出初发问题或与最佳工作状况的偏离。进行较小的调整或维修而不让小的缺陷变为严重问题几乎可以无限延长设备的有效使用寿命。 总结 无效的管理方法以及对工厂资源缺乏即时、实际的了解会带来认为造成的高维护成本，在这方面，世界范围内几乎每个制造和生产设施都存在巨大的机遇。有效使用预防性/预知性维护技术提供了充分利用这种机遇的方法。
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H. 机械安全包括哪些特性

现代机械安全应具有以下几方面的特性。
1．系统性
现代机械的安全应建立在心内理、信息、控制容、可靠性、失效分析、环境学、劳动卫生、计算机等科学技术基础上，并综合与系统地运用这些科学技术。
2．防护性
通过针对机械危险的智能设计，应使机器在整个寿命周期内发挥预定功能，包括误操作时机器和人身均安全，使人对劳动环境、劳动内容和主动地位的保障得到不断改善。
3．友善性
机械安全设计涉及到人和人所控制的机器，它在人与机器之间建立起一套满足人的生理特性、心理特性，充分发挥人的功能、提高人机系统效率的技术安全系统，在设计中通过减少操作者的紧张和体力来提高安全性，并以此改善机器的操作性能和提高其可靠性。
4．整体性
现代机械的安全设计必须全面、系统地对可能导致危险的因素进行定性、定量分析和评价，寻求整体上降低风险的最优设计方案。

I. 机械系统都有哪些功能要求

现代机械系统的功能要求非常广泛，不同的机械系统因其工作要求、追求目标内和使容用环境的不同，其具体功能的要求也有很大差异。对机械产品功能的理解，人们通常是指该产品的用途、使用性能和工作能力。
各种机械系统的功能要求大体可归纳为：
①运动要求：如速度、加速度、转速、调速范围、行程、运动轨迹以及运动的精确性等。
②动力要求：包括传递的功率、转矩、力、压力等。
③可靠性和寿命要求：包括机械和零部件执行功能时的可靠性和寿命，零部件的强度、硬度、耐磨性等。
④安全性：包括强度、剐度、热力学性能、摩擦学特性、振动稳定性、系统工作的安全性及操作人员的安全性等。
⑤体积和重量。
⑥精度：如运动精度、定位精度等。
⑦经济性：包括机械的设计、制造及使用、维修的经济性。
⑧环境保护要求：如噪声、振动、防尘、工业三废的处理与排放。
⑨产品造型要求：如外观、色彩、装饰、人—机—环境的协调性等。
⑩其他特殊要求：除上述要求之外，不同的机械还可有一些特殊要求，如户外型机械要求良好的防护和密封，食品机械、纺织机械要求不污染被加工产品等。