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1、6-16-1系统与系统可靠性的基本概念系统与系统可靠性的基本概念一、系统的组成与类型一、系统的组成与类型1 1、系统：由某些彼此相互协调工作的零、部件、子系统组成的、为了完、系统：由某些彼此相互协调工作的零、部件、子系统组成的、为了完成某一特定功能的综合体。成某一特定功能的综合体。2 2、单元：组成系统并相对独立的机件。、单元：组成系统并相对独立的机件。二、系统可靠性的基本概念二、系统可靠性的基本概念1 1、系统的可靠性不仅与组成该系统各单元的可靠性有关，而且与组成该、系统的可靠性不仅与组成该系统各单元的可靠性有关，而且与组成该系统各单元的组合方式和相互匹配有关。系统各单元的组合方式和相互匹配
2、有关。2 2、系统可靠性设计方法：、系统可靠性设计方法：可靠性预测可靠性预测：按照已知零件或各单元的可靠性数据，计算系统的可靠性指：按照已知零件或各单元的可靠性数据，计算系统的可靠性指标。标。可靠性分配可靠性分配：按照已给定的系统可靠性指标，对组成系统的单元进行分配。：按照已给定的系统可靠性指标，对组成系统的单元进行分配。第1页/共56页6-2 6-2 可靠性预测可靠性预测可靠性预测是在设计阶段进行的定量的估计未来产品的可靠性的方法。它可靠性预测是在设计阶段进行的定量的估计未来产品的可靠性的方法。它是运用以往的工程经验、故障数据，当前的技术水平，尤其是以元器件、是运用以往的工程经验、故障数据，
3、当前的技术水平，尤其是以元器件、零部件的失效率作为依据，预报产品实际可能达到的可靠度。零部件的失效率作为依据，预报产品实际可能达到的可靠度。预测的目的：预测的目的：1 1）检验本设计是否满足给定的可靠性指标，预测产品的可靠度值。）检验本设计是否满足给定的可靠性指标，预测产品的可靠度值。2 2）协调设计参数及性能指标，以求得合理的提高产品的可靠性。）协调设计参数及性能指标，以求得合理的提高产品的可靠性。3 3）比较不同的设计方案的特点及可靠度，以选择最佳设计方案。）比较不同的设计方案的特点及可靠度，以选择最佳设计方案。4 4）发现影响产品可靠性的主要因素，找出薄弱环节，以采取必要的措施，）发现影
4、响产品可靠性的主要因素，找出薄弱环节，以采取必要的措施，降低产品的失效率，提高可靠度。降低产品的失效率，提高可靠度。第2页/共56页一、系统可靠性功能逻辑图一、系统可靠性功能逻辑图结构图：系统中各单元之间的物理关系结构图：系统中各单元之间的物理关系逻辑图：系统单元间的功能关系逻辑图：系统单元间的功能关系第3页/共56页l例如，为了获得足够的电容量，常将三个电器例如，为了获得足够的电容量，常将三个电器并联。假定选定失效模式是电容短路，则其中并联。假定选定失效模式是电容短路，则其中任何一个电容器短路都可使系统失败。任何一个电容器短路都可使系统失败。l 因此，该系统的原理图是并联，而逻辑图因此，该系
5、统的原理图是并联，而逻辑图应是串联的。应是串联的。c1c2c3c1c2c3可靠性框图可靠性框图第4页/共56页l系统可靠度为系统可靠度为l l可靠性串联系统中，可靠性最差的单元对系统的可靠可靠性串联系统中，可靠性最差的单元对系统的可靠性影响最大。性影响最大。二、数学模型法1 1、串联系统、串联系统第5页/共56页第6页/共56页第7页/共56页第8页/共56页第9页/共56页随着单元数量的增加和单元可靠度的减小，串联随着单元数量的增加和单元可靠度的减小，串联系统的可靠度将迅速降低。系统的可靠度将迅速降低。在设计时，为提高串联系统的可靠性，可从下列三方面考虑：在设计时，为提高串联系统的可靠性，可
6、从下列三方面考虑：(a)(a)尽可能减少串联单元数目尽可能减少串联单元数目(b)(b)提高单元可靠性，降低其故障率提高单元可靠性，降低其故障率(c)(c)缩短工作时间缩短工作时间第10页/共56页2 2、并联系统可靠性预测、并联系统可靠性预测l当一个系统的单元中只要有一个单元正常工作，该系统就当一个系统的单元中只要有一个单元正常工作，该系统就能正常工作，只有全部单元均失效时系统才失效，这种系能正常工作，只有全部单元均失效时系统才失效，这种系统称为并联系统，或称为工作冗余系统统称为并联系统，或称为工作冗余系统第11页/共56页第12页/共56页第13页/共56页第14页/共56页第15页/共56
7、页3、贮备系统的可靠性预测定义：当并联系统中只有一个单元工作，其他单元不工定义：当并联系统中只有一个单元工作，其他单元不工作而作贮备，而当工作单元失效作而作贮备，而当工作单元失效,则贮备单元中的一个单则贮备单元中的一个单元立即顶替上元立即顶替上,将失效单元换下将失效单元换下,也称为冗余系统也称为冗余系统使系统工作不致中断，若各单元的失效率相等都为使系统工作不致中断，若各单元的失效率相等都为的的话，则贮备系统的可靠度可用泊松分布的部分求和公式话，则贮备系统的可靠度可用泊松分布的部分求和公式计算：计算：第16页/共56页第17页/共56页A系统正常，A11单元正常，A22单元正常第18页/共56页
8、非工作贮备的优点是能大大提高系统的可靠度。非工作贮备的优点是能大大提高系统的可靠度。其缺点是：其缺点是：（1 1）由由于于增增加加了了故故障障监监测测与与转转换换装装置置而而提提高高了了系系统统的的复复杂杂度度；（2 2）要要求求故故障障监监测测与与转转换换装装置置的的可可靠靠度度非非常常高高，否否则则贮贮备备带来的好处会被严重削弱。带来的好处会被严重削弱。第19页/共56页例：某两台发电机构成旁联模型，发电机故障率例：某两台发电机构成旁联模型，发电机故障率 -1-1 ，切换开关成功概率，求运行，切换开关成功概率，求运行100100小时的可靠度。小时的可靠度。解：解：R R(t t)=)=e
9、e0.0011000.001100若两台发动机并联，系统可靠度若两台发动机并联，系统可靠度 R R(t t)=2)=2e e-tt-e e-2-2tt=2=2e e-0.001100-0.001100-e e-20.001100-20.001100若希望旁联可靠度大于并联若希望旁联可靠度大于并联 ，则，则 e e-tt(1+(1+P Ps stt)2)2e e-tt-e e-2-2t t 因此，要求切换开关成功概率因此，要求切换开关成功概率P Ps s(1-(1-e e-0.001100-0.001100第20页/共56页4、表决系统的可靠性预测定义：由定义：由n n个单元组成的并联系统，只要
10、其中任意个单元组成的并联系统，只要其中任意r r个单元不失效，则系统就不会失效，这种系统称为个单元不失效，则系统就不会失效，这种系统称为n n中取中取r r的表决系统，记为的表决系统，记为r/nr/n系统。系统。l特例：特例：1/n1/n串联系统串联系统l n/nn/n并联系统并联系统第21页/共56页第22页/共56页第23页/共56页p其其可可靠靠性性数数学学模模型型为为（表表决决器器可可靠靠度度为为1 1，组组成成单单元元的的故故障障率率均均为为常值常值 ）：第24页/共56页第25页/共56页5、串并联系统的可靠性预测串联与并联组合起来的系统，成为串并联系统串联与并联组合起来的系统，成
11、为串并联系统计算方法：将该系统转化为等效串联系统的方法来计算该系统的可靠度。计算方法：将该系统转化为等效串联系统的方法来计算该系统的可靠度。第26页/共56页第27页/共56页三、布尔真值表法实际工作中的许多复杂系统，不能简化为串联、并联或串并联等上述典型实际工作中的许多复杂系统，不能简化为串联、并联或串并联等上述典型的数学模型而加以计算，只能用分析其的数学模型而加以计算，只能用分析其“正常正常”与与“失效失效”的各种状态的的各种状态的布尔真值表法来计算其可靠度，故此法又称为状态穷举法。布尔真值表法来计算其可靠度，故此法又称为状态穷举法。第28页/共56页第29页/共56页第30页/共56页四
12、、卡诺图法第31页/共56页第32页/共56页6-3可靠性分配可靠性分配：将工程设计规定的系统可靠度指标合理的分配给可靠性分配：将工程设计规定的系统可靠度指标合理的分配给组成该系统的各个单元，确定系统各组成单元的可靠定量要求，组成该系统的各个单元，确定系统各组成单元的可靠定量要求，从而使整个系统可靠性指标得到保证。从而使整个系统可靠性指标得到保证。1 1）以系统可靠度指标为约束条件，把体积、重量、成本等系统）以系统可靠度指标为约束条件，把体积、重量、成本等系统参数尽可能小作为目标函数参数尽可能小作为目标函数2 2）体积、重量、成本等作为约束条件，要求将系统可靠度尽可）体积、重量、成本等作为约束
13、条件，要求将系统可靠度尽可能高的分配到各单元。能高的分配到各单元。可靠性分配和可靠性预测是方向相反的两个过程可靠性分配和可靠性预测是方向相反的两个过程常用的可靠性分配方法：常用的可靠性分配方法：1 1、等分配法、等分配法第33页/共56页定义：对系统中的全定义：对系统中的全部单元分配以相等的部单元分配以相等的可靠度的方法可靠度的方法1 1）串联系统可靠度）串联系统可靠度分配分配对于串联系统对于串联系统第34页/共56页2)并联系统的可靠度分配3)3)串并联系统可靠度分配串并联系统可靠度分配可先将串并联系统简化为可先将串并联系统简化为”等效串联系统等效串联系统”和和”等等效单元效单元”,再给同级
14、等效单元分配以相同的可靠度再给同级等效单元分配以相同的可靠度.第35页/共56页2、再分配法第36页/共56页第37页/共56页第38页/共56页例6-1第39页/共56页第40页/共56页3、相对失效率法和相对失效概率法相对失效率法：使系统中各单元的容许失效率正比于该单元的预计失效率值，并根据这一原则来分配系统中相对失效率法：使系统中各单元的容许失效率正比于该单元的预计失效率值，并根据这一原则来分配系统中各单元的可靠度。适用于失效率为常数的串联系统。各单元的可靠度。适用于失效率为常数的串联系统。相对失效概率法：使系统中各单元的容许时效该率正比于该单元的预计失效概率的原则来分配系统中各单元相对
15、失效概率法：使系统中各单元的容许时效该率正比于该单元的预计失效概率的原则来分配系统中各单元的可靠度。的可靠度。第41页/共56页1）串联系统的可靠度分配第42页/共56页第43页/共56页例6-2第44页/共56页第45页/共56页第46页/共56页第47页/共56页2）冗余系统可靠度分配通常将每组并联单通常将每组并联单元适当组合成单个元适当组合成单个单元，并将此单个单元，并将此单个单元看成是串联系单元看成是串联系统中并联部分的一统中并联部分的一个等效单元。个等效单元。如作为代替如作为代替n n个并个并联单元的等效单元联单元的等效单元在串联系统中分到在串联系统中分到的容许失效概率为：的容许失效
16、概率为：第48页/共56页第49页/共56页第50页/共56页第51页/共56页4）AGREE分配法该方法由美国电子设备可靠性顾问团提出该方法由美国电子设备可靠性顾问团提出,是一种比较完善的综是一种比较完善的综合方法，因为考虑了系统的各单元或各子系统的复杂度、重要合方法，因为考虑了系统的各单元或各子系统的复杂度、重要度、工作时间以及它们与系统之间的失效关系，故又称为度、工作时间以及它们与系统之间的失效关系，故又称为“按按单元的复杂度及重要度的分配法单元的复杂度及重要度的分配法”。适用于各单元工作期间的。适用于各单元工作期间的失效率为常数的串联关系。失效率为常数的串联关系。单元或子系统的复杂度定义为：单元中所含的重要零件、组件单元或子系统的复杂度定义为：单元中所含的重要零件、组件的数目与系统中重要零、组件的总数之比。的数目与系统中重要零、组件的总数之比。单元或子系统的重要度定义为：该单元的失效引起系统失效的单元或子系统的重要度定义为：该单元的失效引起系统失效的概率概率第52页/共56页按照按照AGREEAGREE分配法，系统中第个单元分配的失分配法，系统中第个单元分配的失效率和分配的可靠度分别为：效率和分配的可靠度分别为：第53页/共56页例第54页/共56页第55页/共56页感谢您的观看！第56页/共56页