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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 并联系统-只有当所有的单元都失效，系统才丧
2、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
3、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、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
4、，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
5、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”
6、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
7、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
8、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
9、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
10、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
11、1功能危险分析(FHA)整合的、系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!