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1、1 可靠度理论与工程应用 2 课程章节 一、系统的可靠性分析 二、系统的可靠性设计 3 一、系统的可靠性分析 所谓系统，是为了完成某一特定功能，由若干个 彼此有联系而且又能相互协调工作的单元所组 成的综合体。 系统可以分为可修复系统与不可修复系统两类。 所谓不可修复系统，是指系统或其组成单元一 旦发生失效，不再修复，系统处于报废状态。 不可修复是指技术上不能够修复，经济上不值 得修复，或者一次性使用，不必要进行修复。 4 一、系统的可靠性分析 1.不可修复系统的可靠性分析 串联系统-如果系统中任何一个单元失效，系 统就失效，或者系统中每个单元都正常工作 ，系统才能完成其规定的功能。如图a 并联
2、系统-只有当所有的单元都失效，系统才 丧失其规定的功能，或者只要有一个单元正 常工作，系统就能完成其规定的功能。如图 b 系统可靠度框图 5 一、系统的可靠性分析 (1)串联系统 可靠度函数： 失效率： 6 一、系统的可靠性分析 系统的平均寿命： 7 一、系统的可靠性分析 由上面的分析可看出： a)串联系统的可靠度低于该系统的每个单元的可 靠度，且随着串联单元数量的增大而迅速降低 ； b)串联系统的失效率大于该系统的各单元的失效 率； c)串联系统的各单元寿命服从指数分布，该系统 寿命也服从指数分布。 如由10个可靠度为99%的单元组成一个串联系 统，那么该系统的可靠度仅为90%.所以要提高
3、系统的可靠度，必须减少系统中的单元或提高 系统中最低的单元可靠度，即提高系统中薄弱 单元的可靠度 8 一、系统的可靠性分析 2. 并联系统 可靠度函数： 累积失效概率: 9 一、系统的可靠性分析 2. 并联系统 假设第 I 个单元寿命服从参数为 的指数分布，即 系统的可靠度： 平均寿命： 10 一、系统的可靠性分析 由以上分析可以看出： a)并联系统的失效概率低于各单元的失 效概率; b)并联系统的可靠度高于各单元的可靠 度; c)并联系统的平均寿命高于各单元的平 均寿命。这说明，通过并联可以提高 系统的可靠度; d)并联系统的各单元服从指数寿命分布 ，该系统不再服从指数寿命分布。 11 一、
4、系统的可靠性分析 (3) m/n (G)表决系统 n中取m系统是指由n个单元组成的系统中， 至少有m个单元正常工作系统才正常工作， 记为m/n (G). 显然，串联系统是n/n (G) 系统，并联系统 是1/n (G). m/n (G)表决系统可靠性框图 12 一、系统的可靠性分析 假设各单元寿命都为指数分布 可靠度函数： 系统的平均寿命： 13 一、系统的可靠性分析 例：设某种单元的可靠度为 其中 =0.001/h,试求出： 由这种单元组成的二单元串联系统、 二单元并联系统及2/3(G)系统的平均 寿命; 当t=100h,500h,700h,1000h时，一单 元、二单元串联、二单元并联及
5、2/3(G)系统的可靠度，并加以比较。 14 一、系统的可靠性分析 解：(1)一个单元与系统的平均寿命分 别为 15 一、系统的可靠性分析 解：t=100h时，一个单元与系统的可 靠度分别为： 16 一、系统的可靠性分析 (3) 混联系统 由串联系统和并联系统混合而成的系统称 为混联系统，最典型的是串-并联系统 和并-串联系统。 a)串-并联系统 17 一、系统的可靠性分析 (4) 旁联系统 为了提高系统的可靠度，除了多安装一些单元 外，还可以储备一些单元，以便当工作单 元失效时，能立即通过转换开关使储备的 单元逐个地去替换，直到所有单元都发生 故障时为止，系统才失效。 旁联系统与并联系统的区
6、别在于：并联系统中 每个单元一开始就同时处于工作状态，而 旁联系统中仅用一个单元工作，其余单元 处于待机工作状态。 (5) 复杂系统 18 二、系统的可靠性设计 系统的可靠性设计是指在遵循系统工程 规范的基础上，在系统设计过程中， 采用一些专门技术，将可靠性“设计” 到系统中去，以满足系统可靠性的要 求。 我国开展可靠性工作的经验证明，在产 品的整个寿命周期内，对可靠性起重 要影响的是设计阶段，见下表： 19 二、系统的可靠性设计 影响因素影响程 度 可靠性固有可 靠性 零、部件材料30% 设计技术40% 制造技术10% 使用可 靠性 使用(运输、操 作安装、维修) 20% 20 二、系统的可
7、靠性设计 1.可靠性设计的目的和任务 可靠性设计的目的就是在综合考虑产品的 性能、可靠性、费用和时间等因素的 基础上，通过采用相应的可靠性设计 技术，使产品的寿命周期内符合所规 定的可靠性要求。 系统可靠性设计的主要任务是：通过设计 ，基本实现系统固有可靠性。 21 二、系统的可靠性设计 1.可靠性设计的基本原则 在可靠性设计过程中应遵循以下原则： (1)可靠性设计应有明确的可靠性指标和可靠性评 估方案; (2)可靠性设计必须贯穿于功能设计的各个环节， 在满足基本功能的同时，要全面考虑影响可靠 性的各种因素; (3)应针对故障模式(即系统、部件、元器件故障或 失效的表现形式）进行设计，最大限度
8、地消除 或控制产品在寿命周期内可能出现的故障(失 效)模式; 22 二、系统的可靠性设计 1.可靠性设计的基本原则 (4)在设计时，应在继承以往成功经验的基 础上，积极采用先进的设计原理和可靠 性设计技术。但在采用新技术、新型元 器件、新工艺、新材料之前，必须经过 试验，并严格论证其对可靠性的影响; (5)在进行产品可靠性的设计时，应对产品 的性能、可靠性、费用、时间等各方面 因素进行权衡，以便作出最佳设计方案 。 23 二、系统的可靠性设计 2. 可靠性要求 可靠性要求是进行可靠性设计、分析、制造 、试验、验收的依据。可靠性要求分为 定量要求和定性要求两种。 (1)可靠性的定量要求 可靠性的
9、定量要求是指选择和确定产品的可 靠性参数、指标以及验证时机和验证方 法，以便在设计、生产、试验验证和使 用过程中用量化的方法来评价或验证产 品的可靠性水平。 24 二、系统的可靠性设计 2. 可靠性要求 (2)可靠性的定性要求 可靠性的定性要求是指用一种非量化的形 式来设计、评价，以保证产品的可靠 性。可靠性定性要求可分为定性设计 要求和定性分析要求两种。 25 二、系统的可靠性设计 2. 可靠性要求 (2)可靠性的定性要求 定性设计要求项目表 序号要求项目名称目的 1 制定和贯彻可靠性 设计准则 将可靠性要求及使用中的约束条件转换 为设计条件，给设计人员规定了专门的 技术要求和设计原则，以提
10、高产品可靠 性 2简化设计减少产品的复合性，提高其基本可靠性 26 序号要求项目名称目的 3冗余设计 用多于一种的途径来完成规定的功能， 以提高产品可靠性和安全性 4降额设计 降低元器件、零部件的故障率，以提高 产品的基本任务可靠性和安全性 5 制定和实施元器件 大纲 对电子元器件、机械零部件进行控制与 管理，提高产品可靠性、降低保障费用 6 确定关键件和重要 件 利用现有的资源来提高关键产品的可靠 性 7环境防护设计 选择能抵消或影响环境作用的设计方案 和材料，或提出一些能改变环境的方案 、或把环境应力控制在可接受的极限范 围内 8热设计 通过元件选择、电路设计、结构设计、 结构布局来减少温
11、度对产品可靠性的影 响，使其能在较宽的温度范围内可靠地 工作 27 序号要求项目名称目的 9软件可靠性设计 通过采用N版本编程法、恢复块法和贯彻 执行软件工程规范等来提高软件的可靠 性。 10 包装、装卸、运输 、储存等设计 通过对产品在包装、装卸、运输、储存 期间性能变化情况的分析，确定应采取 的保护措施，从而提高其可靠性。 11 工程保证及生产质 量保证 采用工程方法及生产质量保证方法来保 证产品的可靠性 12人机工程设计 使设备便于操作、维修，提高使用可靠 性 28 二、系统的可靠性设计 定性分析要求项目表 序号 要求项目名 称 分析方法特点目的 1 功能危险分 析(FHA) 整合的、系
12、统的演 绎方法 检查系统功能故障，确定设计 方案的可行性，发现设计中潜 在的问题，提出改进措施。 2 故障模式和 影响分析 (FMEA) 系统的、自上而下 的归纳分析方法 评价每个零件或设备的故障模 式对装备或系统产生的影响， 确定其严重度，发现设计中的 薄弱环节，提出改进措施。 29 二、系统的可靠性设计 定性分析要求项目表 序号 要求项目名 称 分析方法特点目的 3 故障树(或事 件树)分析 (FTA.ETA) 系统的、自上而下 的演绎分析方法 分析造成产品故障状态(或事件 )的各种原因或原因的组合，发 现设计中薄弱环节，提出改进 措施 4 区域安全性 分析(ZSA) 按装备的区域进行 分析、检查法 判断是否会由于系统、设备安 装不当而产生不可接受的风险 ，或是否会由于该区域中某系 统的设备故障而引起另一系统 的故障 30 二、系统的可靠性设计 4. 可靠度设计的主要内容 (1)可靠度建模 (2)进行各种可靠性分析 (3)采取各种可靠性设计方法 31 Thanks a lot!