1、第六章系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)-6-1系統(tǒng)與系統(tǒng)可靠性的基本概念一、系統(tǒng)的組成與類型1、系統(tǒng)：由某些彼此相互協(xié)調(diào)工作的零、部件、子系統(tǒng)組成的、為了完成某一特定功能的綜合體。2、單元：組成系統(tǒng)并相對(duì)獨(dú)立的機(jī)件。二、系統(tǒng)可靠性的基本概念1、系統(tǒng)的可靠性不僅與組成該系統(tǒng)各單元的可靠性有關(guān)，而且與組成該系統(tǒng)各單元的組合方式和相互匹配有關(guān)。2、系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)方法：可靠性預(yù)測(cè)：按照已知零件或各單元的可靠性數(shù)據(jù)，計(jì)算系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)?？煽啃苑峙洌喊凑找呀o定的系統(tǒng)可靠性指標(biāo)，對(duì)組成系統(tǒng)的單元進(jìn)行分配。-6-2 可靠性預(yù)測(cè)可靠性預(yù)測(cè)是在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行的定量的估計(jì)未來產(chǎn)品的可靠性的方法。它是運(yùn)用以往的工程經(jīng)驗(yàn)、故障數(shù)據(jù)，當(dāng)前

2、的技術(shù)水平，尤其是以元器件、零部件的失效率作為依據(jù)，預(yù)報(bào)產(chǎn)品實(shí)際可能達(dá)到的可靠度。預(yù)測(cè)的目的：1）檢驗(yàn)本設(shè)計(jì)是否滿足給定的可靠性指標(biāo)，預(yù)測(cè)產(chǎn)品的可靠度值。2）協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)及性能指標(biāo)，以求得合理的提高產(chǎn)品的可靠性。3）比較不同的設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)及可靠度，以選擇最佳設(shè)計(jì)方案。4）發(fā)現(xiàn)影響產(chǎn)品可靠性的主要因素，找出薄弱環(huán)節(jié)，以采取必要的措施，降低產(chǎn)品的失效率，提高可靠度。-一、系統(tǒng)可靠性功能邏輯圖結(jié)構(gòu)圖：系統(tǒng)中各單元之間的物理關(guān)系邏輯圖：系統(tǒng)單元間的功能關(guān)系-例如，為了獲得足夠的電容量，常將三個(gè)電器并聯(lián)。假定選定失效模式是電容短路，則其中任何一個(gè)電容器短路都可使系統(tǒng)失敗。 因此，該系統(tǒng)的原理圖是并聯(lián)，

3、而邏輯圖應(yīng)是串聯(lián)的。c1c2c3c1c2c3可靠性框圖-系統(tǒng)可靠度為 可靠性串聯(lián)系統(tǒng)中，可靠性最差的單元對(duì)系統(tǒng)的可靠性影響最大。 二、數(shù)學(xué)模型法1、串聯(lián)系統(tǒng)-隨著單元數(shù)量的增加和單元可靠度的減小，串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度將迅速降低。在設(shè)計(jì)時(shí)，為提高串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性，可從下列三方面考慮：(a) 盡可能減少串聯(lián)單元數(shù)目(b) 提高單元可靠性，降低其故障率(c) 縮短工作時(shí)間-2、并聯(lián)系統(tǒng)可靠性預(yù)測(cè)當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)的單元中只要有一個(gè)單元正常工作，該系統(tǒng)就能正常工作，只有全部單元均失效時(shí)系統(tǒng)才失效，這種系統(tǒng)稱為并聯(lián)系統(tǒng)，或稱為工作冗余系統(tǒng)-3、貯備系統(tǒng)的可靠性預(yù)測(cè)定義：當(dāng)并聯(lián)系統(tǒng)中只有一個(gè)單元工作，其他單元不工作而

4、作貯備，而當(dāng)工作單元失效,則貯備單元中的一個(gè)單元立即頂替上,將失效單元換下,也稱為冗余系統(tǒng)使系統(tǒng)工作不致中斷，若各單元的失效率相等都為的話，則貯備系統(tǒng)的可靠度可用泊松分布的部分求和公式計(jì)算：-A系統(tǒng)正常，A11單元正常，A22單元正常-非工作貯備的優(yōu)點(diǎn)是能大大提高系統(tǒng)的可靠度。其缺點(diǎn)是：（1）由于增加了故障監(jiān)測(cè)與轉(zhuǎn)換裝置而提高了系統(tǒng)的復(fù)雜度；（2）要求故障監(jiān)測(cè)與轉(zhuǎn)換裝置的可靠度非常高，否則貯備帶來的好處會(huì)被嚴(yán)重削弱。 -例：某兩臺(tái)發(fā)電機(jī)構(gòu)成旁聯(lián)模型，發(fā)電機(jī)故障率 =0.001h-1 ，切換開關(guān)成功概率0.98，求運(yùn)行100小時(shí)的可靠度。解： R(t)=e0.001100(1+0.980.001

5、100)=0.9934若兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)并聯(lián)，系統(tǒng)可靠度 R(t)=2e-t-e-2t=2e-0.001100-e-20.001100=0.9909若希望旁聯(lián)可靠度大于并聯(lián) ，則 e-t(1+Pst) 2e-t-e-2t 因此，要求切換開關(guān)成功概率Ps (1-e-0.001100)/(0.001100)=0.95-4、表決系統(tǒng)的可靠性預(yù)測(cè)定義：由n個(gè)單元組成的并聯(lián)系統(tǒng)，只要其中任意r個(gè)單元不失效，則系統(tǒng)就不會(huì)失效，這種系統(tǒng)稱為n中取r的表決系統(tǒng)，記為r/n系統(tǒng)。特例：1/n串聯(lián)系統(tǒng) n/n并聯(lián)系統(tǒng)-其可靠性數(shù)學(xué)模型為（表決器可靠度為1，組成單元的故障率均為常值 ）：-5、串并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性預(yù)測(cè)串聯(lián)與

6、并聯(lián)組合起來的系統(tǒng)，成為串并聯(lián)系統(tǒng)計(jì)算方法：將該系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為等效串聯(lián)系統(tǒng)的方法來計(jì)算該系統(tǒng)的可靠度。-三、布爾真值表法實(shí)際工作中的許多復(fù)雜系統(tǒng)，不能簡(jiǎn)化為串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)等上述典型的數(shù)學(xué)模型而加以計(jì)算，只能用分析其“正?！迸c“失效”的各種狀態(tài)的布爾真值表法來計(jì)算其可靠度，故此法又稱為狀態(tài)窮舉法。-四、卡諾圖法-6-3可靠性分配可靠性分配：將工程設(shè)計(jì)規(guī)定的系統(tǒng)可靠度指標(biāo)合理的分配給組成該系統(tǒng)的各個(gè)單元，確定系統(tǒng)各組成單元的可靠定量要求，從而使整個(gè)系統(tǒng)可靠性指標(biāo)得到保證。1）以系統(tǒng)可靠度指標(biāo)為約束條件，把體積、重量、成本等系統(tǒng)參數(shù)盡可能小作為目標(biāo)函數(shù)2）體積、重量、成本等作為約束條件，要求將系統(tǒng)可

7、靠度盡可能高的分配到各單元?？煽啃苑峙浜涂煽啃灶A(yù)測(cè)是方向相反的兩個(gè)過程常用的可靠性分配方法：1、等分配法-定義：對(duì)系統(tǒng)中的全部單元分配以相等的可靠度的方法1）串聯(lián)系統(tǒng)可靠度分配對(duì)于串聯(lián)系統(tǒng)-2)并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度分配3)串并聯(lián)系統(tǒng)可靠度分配可先將串并聯(lián)系統(tǒng)簡(jiǎn)化為”等效串聯(lián)系統(tǒng)”和”等效單元”,再給同級(jí)等效單元分配以相同的可靠度.-2、再分配法-例6-1-3、相對(duì)失效率法和相對(duì)失效概率法相對(duì)失效率法：使系統(tǒng)中各單元的容許失效率正比于該單元的預(yù)計(jì)失效率值，并根據(jù)這一原則來分配系統(tǒng)中各單元的可靠度。適用于失效率為常數(shù)的串聯(lián)系統(tǒng)。相對(duì)失效概率法：使系統(tǒng)中各單元的容許時(shí)效該率正比于該單元的預(yù)計(jì)失效概率的原則來分配系統(tǒng)中各單元的可靠度。-1）串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度分配-例6-2-2）冗余系統(tǒng)可靠度分配通常將每組并聯(lián)單元適當(dāng)組合成單個(gè)單元，并將此單個(gè)單元看成是串聯(lián)系統(tǒng)中并聯(lián)部分的一個(gè)等效單元。如作為代替n個(gè)并聯(lián)單元的等效單元在串聯(lián)系統(tǒng)中分到的容許失效概率為：-4）AGREE分配法該方法由美國(guó)電子設(shè)備可靠性顧問團(tuán)提出,是一種比較完善的綜合方法，因?yàn)榭紤]了系統(tǒng)的各單元或各子系統(tǒng)的復(fù)雜度、重要度、工作時(shí)間以及它們與系統(tǒng)之間的失效關(guān)系，故又稱為“按單元的復(fù)雜度及重要度的分配法”。適用于各單元工作期間的失效率