《可靠性研究》PPT课件.ppt

可靠性研究 三相关理论知识 1故障分析2可靠性基础知识3安全评估4寿命预测 1故障分析 1 1故障基本定义1 2故障的类别1 3故障率函数1 4故障浴盆曲线 1 1故障定义 定义 产品或产品的一部分不能或将不能完成预定功能的事件或状态 为故障 即产品丧失了规定的功能 对于不可修产品 如电子元器件 失效 故障的表现形式 叫做故障模式 引起故障的物理化学变化等内在原因 故障机理 1 2故障分类 按其故障规律分为两大类 偶然故障渐变故障按其故障后果分为两大类 致命性故障非致命性故障按其统计特性分为两大类 独立故障从属故障 1 3故障率函数 故障率工作到某时刻尚未发生故障的产品 在该时刻后单位时间内发生故障的概率 称之为产品的故障率 用数学符号表示为 式中 t 故障率 dr t t时刻后 dt时间内故障的产品数 Ns t 残存产品数 即到t时刻尚未故障的产品数 1 4产品故障浴盆曲线 浴盆曲线大多数产品的故障率随时间的变化曲线形似浴盆 称之为浴盆曲线 由于产品故障机理的不同 产品的故障率随时间的变化大致可以分为三个阶段 2可靠性基础理论 2 1可靠性基本概念2 2可靠性模型2 3可靠性分析方法 2 1可靠性基本概念 1可靠性定义 产品在规定条件下和规定时间内 完成规定功能的能力 产品可靠性定义的要素是三个 规定 规定条件 包括使用时的环境条件和工作条件 规定时间 是指产品规定了的任务时间 规定功能 是指产品规定了的必须具备的功能及其技术指标 2 1可靠性基本概念 2可靠性参数 1 平均故障前时间 MTTF 2 平均故障间隔时间 MTBF 3 可靠性的度量 可靠度 设N0个不可修复的产品在同样条件下进行试验 测得其全部故障时间为t1 t2 tN0 其平均故障前时间 用符号TTF表示 为 当产品的寿命服从指数分布时 1 平均故障前时间 MTTF 2 1可靠性基本概念 2 平均故障间隔时间 MTBF 一个可修系统在使用过程中发生了N0次故障 每次故障修复后又重新投入使用 测得其每次工作持续时间为t1 t2 tN0 其平均故障间隔时间为式中 T 产品总的工作时间 2 1可靠性基本概念 3 可靠性的度量 可靠度 1 可靠度产品在规定的条件下和规定的时间内 完成规定功能的概率称为可靠度 依定义可知 系统的可靠度是时间的函数 表示为 式中 R t 可靠度函数 产生故障前的工作时间 t 规定的时间 2 1可靠性基本概念 3 可靠性的度量 可靠度 2 可靠度函数依定义可知 可靠度函数R t 为 式中 N0 t 0时 在规定条件下进行工作的产品数 r t 在0到t时刻的工作时间内 产品的累计故障数 2 1可靠性基本概念 2 2典型可靠性模型 1串联模型2并联模型3表决模型 r n G 模型 4非工作贮备模型 旁联模型 5桥联模型 1串联模型 组成系统的所有单元中任一单元的故障都会导致整个系统故障的称为串联系统 串联模型是最常用和最简单的模型之一 串联系统的RBD如下图所示 串联系统可靠性框图 2 2典型可靠性模型 1串联可靠性模型 串联系统的数学模型当各单元的寿命分布均为指数分布时 系统的寿命也服从指数分布 2 2典型可靠性模型 2并联模型 组成系统的所有单元都发生故障时 系统才发生故障的称为并联系统 是最简单的冗余系统 有贮备模型 并联系统的RBD如图所示 并联系统可靠性框图 2 2典型可靠性模型 2并联模型 数学模型对于最常用的两单元并联系统 有 2 2典型可靠性模型 3表决模型 由n个单元和一个表决器组成的表决系统 当表决器正常时 在系统的n个单元中 正常的单元数不小于r 1 r n 系统就不会有故障 这样的系统称为r n G 表决模型 它是并联模型的一种特例 属于工作贮备模型 RBD如下 r n G 系统可靠性框图 2 2典型可靠性模型 3表决模型 数学模型式中 RS t 为系统的可靠度 R t 为系统组成单元 各单元相同 的可靠度 Rm为表决器的可靠度 2 2典型可靠性模型 4旁联模型 组成系统的各单元只有一个单元工作 当工作单元故障时 通过转换装置接到另一个单元继续工作 直到所有单元都故障时系统才故障 称为非工作储备系统 又称旁联系统 非工作贮备系统可靠性框图 2 2典型可靠性模型 4旁联模型 数学模型假设转换装置可靠度为1 则系统的MTBFS等于各单元MTBFi之和当系统各单元的寿命服从指数分布时 有 2 2典型可靠性模型 5桥联模型 系统某些功能冗余形式或替代工作方式的实现 是一种非并联 表决或旁联的桥联形式 称为桥联模型 示例 系统由A B C D E五个部分组成 当开关E打开时 电机A向设备B供电 电机C向设备D供电 如果电机C故障 合上开关E 由电机A向设备B和D供电 系统的原理图和可靠性框图如下图所示 2 2典型可靠性模型 5桥联模型 从图中模型可以看出 在桥联模型中可靠性框图中的单元带有流向 它反映了系统功能间的流程关系 通过观察分析上面的可靠性框图可以得知 当单元A和B 或单元A D和E 或单元C和D都正常时 系统的功能正常 系统可靠度的数学模型为 2 2典型可靠性模型 2 3系统可靠性分析方法 1故障模式影响及危害性分析 FMECA 2故障树分析法 FTA 3事件树分析法 ETA 1 FMECA 1 FMECA的定义 2 FMECA的步骤系统定义故障模式影响分析危害性分析 2 3系统可靠性分析方法 1 FMECA 1 FMECA的定义是分析系统中每一产品所有可能产生的故障模式及其对系统造成的所有可能影响 并按每一个故障模式的严重程度及其发生概率予以分类的一种归纳分析方法 FMECA是一种自下而上的归纳分析方法 2 3系统可靠性分析方法 2 FMECA步骤 2 3系统可靠性分析方法 2FTA 1 故障树基本概念定义 特点 基本符号 2 故障树分析定性分析定量分析重要度分析 2 3系统可靠性分析方法 1 FTA基本概念 1 故障树定义故障树指用以表明产品哪些组成部分的故障或外界事件或它们的组合将导致产品发生一种给定故障的逻辑图 2 故障树分析 FTA 通过对可能造成产品故障的硬件 软件 环境 人为因素进行分析 画出故障树 2 3系统可靠性分析方法 1 FTA基本概念 3 FTA特点是一种自上而下的图形演绎方法 有很大的灵活性 综合性 硬件 软件 环境 人为因素等 主要用于安全性分析 2 3系统可靠性分析方法 2020 3 26 可靠性设计 33 4 故障树常用逻辑门符号 4 故障树常用逻辑门符号 5 故障树示例 2 3系统可靠性分析方法 2 故障树分析 1 定性分析割集 最小割集概念割集 故障树中一些底事件的集合 当这些底事件同时发生时 顶事件必然发生 最小割集 若将割集中所含的底事件任意去掉一个就不再成为割集了 这样的割集就是最小割集 2 3系统可靠性分析方法 1 故障树定性分析 示例根据与 或门的性质和割集的定义 可方便找出该故障树的割集是 X1 X2 X3 X1 X2 X3 X2 X1 X1 X3 根据与 或门的性质和割集的定义 可方便找出该故障树的最小割集是 X1 X2 X3 2 3系统可靠性分析方法 2 定量分析结构函数 故障树结构函数 表示系统状态布尔函数 2 3系统可靠性分析方法 2 3系统可靠性分析方法 2020 3 26 可靠性设计 40 递推化法 2 3系统可靠性分析方法 3ETA 1 基本概念初因事件 可能引发系统安全性后果的系统内部的故障或外部的事件 后续事件 在初因事件发生后 可能相继发生的其他事件后果事件 由初因事件和后续事件的发生或不发生所构成的不同的结果 2 3系统可靠性分析方法 2 事件树构造示例 3ETA 2 3系统可靠性分析方法 3安全评估 1马尔克夫分析2贝叶斯网路 4寿命预测 威布尔分布定义 是随机变量分布之一 又称韦伯分布 韦氏分布或威布尔分布 应用 在可靠性工程中被广泛应用 尤其适用于机电类产品的磨损累计失效的分布形式 由于它可以利用概率值很容易地推断出它的分布参数 被广泛应用于各种寿命试验的数据处理 威布尔 Weibull 分布若X是一个非负的随机变量 且密度函数为则称X服从三参数为 m 的威布尔分布 并记为X W m x 式中 m是形状参数 是尺度参数 是位置参数 四项目计划安排 五预期成果展示 从文章 软件著作权 专利方面着手 预期研究成果如下 1 CRH2型动车组故障传播机制及隐患 故障分析板块出1 2篇文章 申请1 2个软件著作权 1个专利2 CRH2型动车组系统安全性与可靠性分析板块出1 2篇文章 申请1 2个软件著作权 1个专利 3 CRH2型动车组系统安全性评估模型和动车组寿命预测模型出1 2篇文章 申请1 2个软件著作权 1个专利 六项目运作方式 1每周至少小组开一次讨论会2每周选出一种方法进行研究 七资料查询的关键词 1故障分析故障分析 faultanalysis 故障传播 故障诊断 faultdiagnosis