可靠性工程5-6可靠性分配.pdf

第四章第四章 系统可靠性预计与分配系统可靠性预计与分配第四章第四章 系统可靠性预计与分配系统可靠性预计与分配 可靠性预计可靠性预计可靠性预计可靠性预计 定义与目的定义与目的定义与目的定义与目的 在设计和研制阶段 根据产品的功能结构 工作环境以在设计和研制阶段 根据产品的功能结构 工作环境以 及组成元器件相互关系和可靠性数据及组成元器件相互关系和可靠性数据推测产品可靠性推测产品可靠性及组成元器件相互关系和可靠性数据及组成元器件相互关系和可靠性数据 推测产品可靠性推测产品可靠性 指标 指标 可靠性预计主要价值可靠性预计主要价值 作为设计手段作为设计手段为设计决策提供为设计决策提供 可靠性预计主要价值可靠性预计主要价值 作为设计手段作为设计手段 为设计决策提供为设计决策提供 依据 依据 方法方法 方法方法 性能参数法性能参数法 元件记数法元件记数法元件记数法元件记数法 应力分析法应力分析法 边值边值 上下限上下限 法法边值边值 上下限上下限 法法 故障预测法故障预测法 可靠性分配可靠性分配可靠性分配可靠性分配 可靠性分配可靠性分配 R li bilitAllti 是指将工程设是指将工程设可靠性分配可靠性分配 Reliability Allocation 是指将工程设是指将工程设 计规定的系统可靠度指标合理地分配给组成该系统的计规定的系统可靠度指标合理地分配给组成该系统的计规定的系统可靠度指标合理地分配给组成该系统的计规定的系统可靠度指标合理地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性定量要求 各个单元 确定系统各组成单元的可靠性定量要求 从而保证整个系统的可靠性指标 从而保证整个系统的可靠性指标 系统可靠性等分配法系统可靠性等分配法 系统可靠性再分配法系统可靠性再分配法 系统可靠性再分配法系统可靠性再分配法 系统失效率预计值法系统失效率预计值法 可靠性分配可靠性分配可靠性分配可靠性分配 在可靠性分配时 应在可靠性分配时 应遵循以下几条原则遵循以下几条原则 对于对于复杂度高的分系统 设备复杂度高的分系统 设备等 应分配较低的可等 应分配较低的可 靠性指标靠性指标 因为产品越复杂因为产品越复杂 其组成单元就越多其组成单元就越多 要要靠性指标靠性指标 因为产品越复杂因为产品越复杂 其组成单元就越多其组成单元就越多 要要 达到高可靠性要求就越困难并且更为不经济 达到高可靠性要求就越困难并且更为不经济 对于技术上不够成熟的产品 分配较低的可靠性指对于技术上不够成熟的产品 分配较低的可靠性指 标 因为对这种产品提出高可靠性要求将延长研制时标 因为对这种产品提出高可靠性要求将延长研制时 间间增加研制费用增加研制费用间间 增加研制费用增加研制费用 可靠性分配可靠性分配可靠性分配可靠性分配 对于对于处于恶劣环境条件下工作的产品处于恶劣环境条件下工作的产品 应分配较低的 应分配较低的 可靠性指标可靠性指标因为恶劣的环境会增加产品的故障率因为恶劣的环境会增加产品的故障率可靠性指标可靠性指标 因为恶劣的环境会增加产品的故障率因为恶劣的环境会增加产品的故障率 对于对于需要长期工作的产需要长期工作的产品品 分配较低的可靠性指标分配较低的可靠性指标 对于对于需要长期工作的产需要长期工作的产品品 分配较低的可靠性指标分配较低的可靠性指标 因为产品的可靠性随着工作时间的增加而降低 因为产品的可靠性随着工作时间的增加而降低 对于对于重要度高的产品重要度高的产品 应分配较高的可靠性指标 因 应分配较高的可靠性指标 因 为重要度高的产品旦发生故障将会影响人身安全或为重要度高的产品旦发生故障将会影响人身安全或为重要度高的产品为重要度高的产品一一旦发生故障将会影响人身安全或旦发生故障将会影响人身安全或 重要任务的完成 重要任务的完成 系统可靠性等分配法系统可靠性等分配法系统可靠性等分配法系统可靠性等分配法 等分配法等分配法是对系统中的全部单元配以相等的是对系统中的全部单元配以相等的 可靠度的方法可靠度的方法 可靠度的方法可靠度的方法 串联系统可靠度串联系统可靠度分配分配 1 n i RR ni 2 1L is RR 并联系统可靠度并联系统可靠度分配分配 1 11 n is RR ni 2 1L 系统可靠性等分配法系统可靠性等分配法系统可靠性等分配法系统可靠性等分配法 串 并联系统可靠度分配串 并联系统可靠度分配 利用等分配法对串并联系统进行可靠度分配利用等分配法对串并联系统进行可靠度分配 时时可先将串并联系统简化为等效的串联系统和可先将串并联系统简化为等效的串联系统和时时 可先将串并联系统简化为等效的串联系统和可先将串并联系统简化为等效的串联系统和 等等效效单元 再给同级等单元 再给同级等效效单元分配相同的可靠度 单元分配相同的可靠度 效效效效 系统可靠性等分配法系统可靠性等分配法系统可靠性等分配法系统可靠性等分配法 如图所示的串并联系统如图所示的串并联系统可将可将如图所示的串并联系统如图所示的串并联系统 可将可将 该系统作两步简化 由图 该系统作两步简化 由图 c 开始按等分配法对各单元分配开始按等分配法对各单元分配 可靠度可靠度 S 可靠度可靠度 2 1 RRR 34 S 234 S2341 RRR s 2 1 11RRR 234342 11 ss RRR 2 1 RRR 3443s RRR 可靠度再分配法可靠度再分配法 仅对串联系统仅对串联系统 可靠度再分配法可靠度再分配法 仅对串联系统仅对串联系统 可靠度再分配法可靠度再分配法 把原来可靠性较低的单元的可靠把原来可靠性较低的单元的可靠可靠度再分配法可靠度再分配法 把原来可靠性较低的单元的可靠把原来可靠性较低的单元的可靠 度全部提高到某个值 而对原来可靠度较高的单元度全部提高到某个值 而对原来可靠度较高的单元 的靠度则保持不变的靠度则保持不变的的可可靠度则保持不变靠度则保持不变 1 将各单元的可靠度值按由小到大的次序排列将各单元的可靠度值按由小到大的次序排列 1 将各单元的可靠度值按由小到大的次序排列将各单元的可靠度值按由小到大的次序排列 nmm RRRRR LL 121 2 将可靠度较低的都提高到某个可靠度将可靠度较低的都提高到某个可靠度 m RRR 21 L 值 而原来较高的可靠度值则保持不变 则系统可靠度值为 值 而原来较高的可靠度值则保持不变 则系统可靠度值为 nm RR 1 L n i m o RRR mi io 1 可靠度再分配法可靠度再分配法可靠度再分配法可靠度再分配法 3 确定确定m及及R也就是确定哪些单元的可靠度需也就是确定哪些单元的可靠度需 3 确定确定m及及R0 也就是确定哪些单元的可靠度需也就是确定哪些单元的可靠度需 要提高 以及提高到什么程度 要提高 以及提高到什么程度 1 m R R 1 n mi i R R 1 0 m值可以通过下面的不等式求得值可以通过下面的不等式求得 1 m 1 0 2 1 0 0138 1 9998 09856 0957 0 R R R n mi i 1 需另设m值 设 m 2 2 2 1 0 985 0 956 0 R R R m 2 1 0 9998 09856 0 R n mi i 302 RRR 所以分配有效 系统失效率预计值法系统失效率预计值法 仅串联系统仅串联系统 系统失效率预计值法系统失效率预计值法 仅串联系统仅串联系统 失效率加权分配法 失效率加权分配法 系统失效率预计值法系统失效率预计值法是在系统及单元已作出可靠性估是在系统及单元已作出可靠性估 计的基础上计的基础上 进行可靠性分配的进行可靠性分配的一一种方法种方法计的基础上计的基础上 进行可靠性分配的种方法进行可靠性分配的种方法 如果经过预计 已知某单元的失效率与系统预计如果经过预计 已知某单元的失效率与系统预计i 的总失效率之比为 的总失效率之比为 i i 现在要求系统总失效率不大于 则分配给每个现在要求系统总失效率不大于 则分配给每个 单元的失效率就可以借助于预计所得到的某单元单元的失效率就可以借助于预计所得到的某单元 单元的失效率就可以借助于预计所得到的某单元单元的失效率就可以借助于预计所得到的某单元 失效率与系统失效率之比求得 失效率与系统失效率之比求得 i ii ElExample 一一个串联系统由个串联系统由3个单元组成个单元组成 各单元的预计失效率分各单元的预计失效率分个串联系统由个串联系统由3个单元组成个单元组成 各单元的预计失效率分各单元的预计失效率分 别为 要求工作别为 要求工作20 小时时系统可靠度为小时时系统可靠度为试用系统失效率预计试用系统失效率预计 1 1 h 005 0 1 2 h 003 0 1 3 h 002 0 980 R 小时时系统可靠度为小时时系统可靠度为 试用系统失效率预计试用系统失效率预计 值法求各单元分配的可靠度 值法求各单元分配的可靠度 98 0 R 解解 1 由各单元的预计失效率可计算出系统的预计失效率为 由各单元的预计失效率可计算出系统的预计失效率为 1 h01000200030000 由预计失效率可求得系统的预计可靠度为由预计失效率可求得系统的预计可靠度为 1 321 h01 0002 0003 0005 0 由预计失效率可求得系统的预计可靠度为由预计失效率可求得系统的预计可靠度为 98 08187 0 2001 0 系统的可靠度大于给定值 满足要求 系统的可靠度大于给定值 满足要求 98 0 R AGREE分配法分配法 仅对串联系统仅对串联系统 AGREE分配法分配法 仅对串联系统仅对串联系统 考虑系的各单各系的复杂度考虑系的各单各系的复杂度度度考虑考虑了了系系统统的各单的各单元或元或各各子子系系统统的复杂度的复杂度 重要 重要度度 工 工作作时间以及它们与时间以及它们与系系统之间的失统之间的失效关系效关系 又称为 又称为按按作系效关系作系效关系按按 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 i nniL 2 1 N 复杂度复杂度 指单元所含的重要零 部件 其失效会引起单元失 效 的数目 与系统中重要零 部件的总数 指单元所含的重要零 部件 其失效会引起单元失 效 的数目 与系统中重要零 部件的总数 之比之比 N n K i i 之比之比 重要度重要度 指某个单元发生故障时对系统可靠性的影响程度 用第 指某个单元发生故障时对系统可靠性的影响程度 用第i个单元故障引起的系统故障次数比单元故障总数表示 个单元故障引起的系统故障次数比单元故障总数表示 N i s i r N W AGREE分配法分配法AGREE分配法分配法 考虑复杂度和重要度后考虑复杂度和重要度后单元失效率与系统失效率的单元失效率与系统失效率的考虑复杂度和重要度后考虑复杂度和重要度后 单元失效率与系统失效率的单元失效率与系统失效率的 比值可用下式表示比值可用下式表示 iii Kn 1 ii WWN 如果系统的可靠度服从指数分布如果系统的可靠度服从指数分布如果系统的可靠度服从指数分布如果系统的可靠度服从指数分布 RKRn sisi lnln tWtNW i si i si i sisi i W RK NW Rn R ln exp ln exp ii WNW ElExample Example Continued Example Continued Example Continued Example Continued 9966 048 48 00007 0 1 1 eeR t 1 99322048 48 000140 2 R t 99322 048 4800014 0 2 2 eeR t 98498 010 10 0015 0 3 3 eeR t 98016 012 12 00167 0 4 4 eeR t Example Continued Example Continued 拉格朗日乘子法拉格朗日乘子法 最优化方法最优化方法 拉格朗日乘子法拉格朗日乘子法 最优化方法最优化方法 这种方法适用于在优化设计的条件下使用这种方法适用于在优化设计的条件下使用 这种方法适用于在优化设计的条件下使用这种方法适用于在优化设计的条件下使用 目标函数目标函数 12 min n f Xf x xx L 约束条件约束条件 0 1 v h Xvp p 构造拉格朗日函