系统可靠性理论与威布尔分布(教学PPT)

系统可靠性理论与工程实践，1，内容安排，1系统可靠性基础理论体系探讨2工程实践Intersil公司，Ford公司3可靠性工程一些热点问题的发展趋势展望，2，可靠性，满意顾客8人，不满意顾客20人，只有可靠产品能带来长期利益和忠诚的顾客，3， 1系统可靠性基础理论、系统可靠性基本术语(1)系统(System )系统由一组部件、部件、子系统或组件(通常为单元)组成，是一种完成预期功能并具有可接受性能和可靠性水平的特定设计。 4、示例性系统、5、错误地认识到系统可靠性1 .如果在特定时间内已知系统中所有单元的可靠性为90%，则系统可靠性为90%。 2.mechanicalenineersknoeverything.3.reliabilityisaproject.4.thecraftsmanisonlinevolvedinirepair not in reliability.5.thekeytohigh ir .6，可靠性框图(RBDsReliabilityBlockDiagrams )，可靠性框图以及在系统单元及其可靠性意义上的连接关系的曲线图表示，代表单元的正常或故障状况对系统状况的影响。 在某些情况下，它不同于结构连接图。 计算机的简化置信框图、7、置信块和一个块可以表示部件(组件)、部件、子系统或组件，具体取决于所选择的“黑盒子”级别(具体级别)。 系统可靠性评估的第一步是检索数据(如寿命和成功次数)，并估计设备的可靠性级别。 单元可靠性估计流程，8，1.2系统可靠性模型，(1)串联系统(2)并联系统(3)k/n投票系统(4)串联并联混合系统(5)储备系统(6)复杂系统，9 )，可靠性串联系统，系统可靠性最低的单元对系统可靠性的影响最大。10、可靠性串行系统、11、可靠性并行系统、系统可靠性如下：图7的可靠性并行系统、冗馀最大值示例：双工系统、12、可靠性并行系统、13、k/n投票系统、特例：1/n串行系统n/n并行系统可靠性：14、k/n投票系统、15、复杂度2.theeventspacemethod.3.the path-tracing method .图9的可靠性复杂的示例系统模型，分析16，1.3单元重要性和单元重要性，可以找出系统的弱点。 单元I的概率构造重要度：重要度FV重要度BP重要度，17，1.4系统可靠度分析，(1)系统可靠度推定导入单元可靠度函数，可使用上述模型计算系统可靠度。 (2)根据寿命预测系统的可靠度，可以计算系统的平均寿命、保证寿命、BX (例如B10 )、可靠寿命等。 另外，可以计算系统的寿命分布规律、失效率。 18、1.4系统的可靠性分析，(3)仿真分析仿真分析克服了分析法的缺点，能够完成复杂系统的可靠性分析。 其原理：基于themontecarlosimulationonmethod，根据各单元的故障分布产生随机故障时间，模拟系统的工作状态，通过经验估计系统的可靠性。 19、1.5可靠性设计应在产品开发阶段尽快考虑可靠性。 将可靠性和性能同样地设计在产品上。20、1.5可靠性设计；(1)问题识别：获得改善可靠性的机会。 工具：服务数据分析、用户意见分析、可靠性测试、可靠性分析等。 (2)故障分析。 认识故障机理，发现改进措施。 工具： FMECA、FTA等。 (三)寿命周期费用和保证费用的分析。 (4)比较研究(Trade-offstudies )、可靠性优化、费用-利润分析。 (五)确定可靠性目标。 工具： QFD等。 (六)可靠性优化分配。 有两种方法可以分配21，1.6可靠性和优化可靠性，并改善系统可靠性：故障避免和故障容错。 为了避免故障，需要使用质量好且可靠的组件，通常成本低于故障容错方法。 故障容差需要冗馀性，设计难度大，成本、重量、体积等增加。典型的可靠性增长曲线，22，1.6可靠性分配和可靠性优化，优化前需要明确规定： a )成本函数Cost/PenaltyFunctionb )可靠性上限maxiumaachieblereliability，23，1.6可靠性分配和可靠性优化，难度和可靠性优化24 1.6可靠性分配和可靠性优化，系统可靠性优化的目标函数： 25，1.6可靠性分配和可靠性优化，例如：由3个单元组成的可靠性串联系统，100小时内的目标可靠性为0.90，考虑5种情况： Case1个单元均为=1.318，=338 与case2-case1不同，改善的可行性不同：单元1-简单，单元2-中，单元3-困难。 在case3100小时内，单元1、2和3的可靠性分别为0.7、0.8和0.9，改进的可行性相同。 在case4100小时内，单元1、2和3的可靠性分别为0.7、0.8和0.9，改进的可行性分别是易、中和难的。 在case5100小时内，单元1、2和3的可靠性分别为0.7、0.8和0.9，改进的可行性分别是困难的、容易的和中等的。 假设100小时内MAR全部为0.999，最优化结果如右表1所示。 对于那些可修复的系统来说，26、1.7可修复的系统必须同时考虑可靠性和维护性。 与基于寿命数据的可靠性建模方法一样，可以处理修复数据，得到修复度、修复率、平均修复时间等修复性特征量。 可用性综合考虑了可靠性和可维护性。 27、修理方式：事后修理和预防修理、事后修理三个典型步骤： a )问题诊断b )故障部件的更换或修理c )维护确认。 预防性维修活动包括设备检查、局部或全面定期检查、换油等。 预防性维护可提高系统的可靠性，减少停机时间和更换费用，优化备件库存。 28、预防性维修：计划维修和根据情况进行维修，计划根据产品老化情况进行维修。 基础工作：维修履历分析、传感器监视数据分析、备件库存优化、维修最佳间隔期间的确定、设备维修模拟等。 信息服务基础：设备性能退化、测试技术和诊断技术。 另外，图14的预防修理和事后修理的费用比较，29，停机时间(修理时间)，停机时间分为等待时间和修理时间。 等候时间主要与后勤工作、管理工作有关。 维修时间主要取决于维修人员和产品的可维修性设计。 根据停机时间，可以建立修理度函数，统计修理性特征量。 此外，更新理论，图13的系统停止时间可以分为部件停止时间的函数(由3个部件构成的可靠性串行系统)、30、可修复系统、可用度可以分为瞬时可用度、稳定可用度、平均可用度、可用度等。 维修费用分析：识别主要费用要素。 故障数据分析：统计分析同类产品和单一产品，了解MTBF、主要故障模式等。 31、1.8可靠性管理、可靠性管理是可靠性工程的组成部分，占有非常重要的地位，有人曾经说过“产品的可靠性是设计、制造、管理的”。 可靠性管理业务包括可靠性设计、试验和管理标准、可靠性大纲、可靠性管理机构、数据网等。 从产品可靠性指标的分配、预测、可靠性设计、可靠性分析、可靠性试验、数据交换等方面进行系统化管理。 90年代美国以经费为独立变量，废除了大量军事标准，大力推进了顽强的设计和并行工程和IPPD管理。 首先，在美国海军及其相关工业部门广泛推进“网络化”管理。 通过大量标准、规范的引进和支持，为“网络化”管理提供依据和指导，实施程序化、规范化、系统化的“网络化”管理。 32，1.9其他相关理论，(1)供应链分析：企业间合作可以减少提供产品和服务的供应链时间，减少库存。 需求不确定性增大，供应链必须灵活。 (2)人机工程：考虑人机系统，注意人的能力和极限。包括可维护设计(分解、组装过程评估)、硬件和软件设计(人机界面、通信、显示和控制技术)、可操作性测试(视频分析、方案比较)、人工操作可靠性分析等。 33、1.9其他相关理论，(3)制造统计技术：主要包括统计过程和质量控制(SPC、采样、过程能力分析、改进计划、降级)、实验设计(DOE )、统计建模(SPC、回归分析、方差分析、时间序列分析、多元分析、非参数分析)等。 (4)工业工程：工业工程涉及技术系统的设计、安装、改进、评价和控制。 目标是尽可能降低成本，同时优化系统资源，提高质量、效率和生产效率。 工具：数学模型(将随机模型应用于复杂系统)、实验设计、连续过程改进、生产力研究、计算机模拟、神经网络(处理非线性现象，减少数据处理时间)、专家系统等。 34、2工程实践，2.1Intersil公司的Building-InReliabilityIntersil (网线)公司是芯片制造商，在无线网络、电源管理领域处于国际领先地位。 2.2Ford公司的usefullifereliabilityprocessford (汽车)公司将usefullifeereliabilityprocess任务作为产品开发系统的重要工作。 35、3可靠性工程的一些热点问题、36、可靠性工程的热点问题1、无修复使用期(MFOP )在国际上已在1995年对传统的可靠性定义提出质疑，欧洲开始用无修复使用期(MFOP )替换原来的MTBF，随机故障是不可避免的旧目前，推进国际可靠工程中失效物理方法的新潮流正在涌现，旨在设计不存在随机失效的产品。 同时，从故障维修过渡到预防维修。 37、实现无修理使用期(MFOP )、“无修理使用期”，必须做两项工作：改变可靠性设计思路，用自下而上的可靠性设计方法，代替采用MTBF的自上而下分配方法。 重点可采取以下设计措施：保留状态监测、采用故障诊断和故障预测设计的容错设计可重构设计动态故障软化设计环保设计冗馀设计任务能力不受影响的可接受降级设计等。 38、无修理使用期(MFOP )，二是改变可靠性工程的工作方法：要把人才、精力集中在产品开发的初步阶段。 要做好以下工作：故障物理分析、研究和应用57348； 开展可靠性研发试验，早期暴露设计缺陷，采取有效补救措施57348； 开展高加速应力试验(HAST )，严格设计揭露和纠正产品弱点的审核制度，消除设计上的危险0； 制定并实施合理的预防性维护计划。 卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡卡653可靠性验证试验中的产品的存在状态一般简化为“双重状态(成功、故障)”处理。 故障统计也比较简单，0或1，不分类或加权故障在工程实施中存在明显问题。 同等处理这些结果的严重性不同的故障，客观上是不合理的，与实际情况不符。 40、可靠性指标体系及其验证，70年代美国在地面产品中广泛采用故障加重。 自1980年美军标准MIL-STD-785B颁布以来，故障加权处理方法被取消。 产品可靠性指标细分解，分别验证。 MIL-STD-7810 工程研制鉴定和生产可靠性试验正式文本首次提出将可靠性验证中出现的故障分为致命故障、严重故障和轻度故障三类。 我国有标准，近20种门类产品加权处理故障。 目前对故障的权重有争议。41、可靠性工程热点问题3、加强软件可靠性设计的社会越来越信息化，系统(或设备)软件功能在系统功能中所占比例越来越高于硬件功能。 到目前为止，软件可靠性项目的技术还不成熟，还有很多问题尚待研究。 42、软件可靠性设计在开展可靠性工程的工作时少提到软件可靠性。 原因是开展软件可靠性工作太慢了。 二是软件可靠性技术复杂，研究和应用难度大，其中a )可靠性模型不属于指数分布，一般属于正态分布或威布尔分布，可靠性数学模型构建困难，b )可靠性指标决策多样化c )目标的实现、测试、评估和验证，模式不确定某些软件故障是由硬件设计中的缺陷和故障引起的。 43、可靠性工程热点问题4、转变传统观念实施综合结构设计的传统汽车机械系统进入历史。 FlexRay网络通信系统集成了Brake-by-Wire (电子制动器)、Steer-by-Wire (电子转向器)等控制系统，将汽车发展成100%单一电子系统控制的车辆。 44、集成结构设计，在技术上深入开展软件可靠性、机械可靠性，全面推进计算机辅助设计(CAD )技术在可靠性工程中的应用，积极采用模块化、综合化、容错设计、光纤和超高速集成电路等新技术，全面提高现代武器系统的可靠性。 电子产品结构设计=机械部件可靠性设计热设计EMC设计可维护性设计三防设计45、可靠性工程热点问题5、推进ippd (integratedproductsandprocessdesign )进行美国国防部研发试验、 系统工程和评估局系统工程副局长马克斯卡芬总结了美国的质量管理三个阶段： (1)初期阶段，推进质量检测(2) 80年代，质量重点转移，推进TQM (totalqualitymanagement ) (3) 90年代，重点把握产品的开发设计，IPPD 46、IPPD管理，推动当今质量的预防和过程，将质量的全部责任从质量专家转移到机构的全体人员。 质量不再是“单一烟囱”式的学科。 质量必须是工程、制造软件编程和产品维护的综合要素。 质量必须是商业活动的一部分。 推进IPPD实施强调并行工作和合作精神，从产品设计到设计、制造、试验、使用和保障等各方面的人员构成多学科综合产品组(IPT )，协作工作，所有人员都应该了解产品的总目标和技术要求，统一考虑和解决各学科的问题。 该管理方法确保了RMS (包括测试性、保障性、安全性)，从设计开始就与传统性能一起设计成产品。47、IPPD管理、IPPD管理，要做好以下工作：57348； a )从产品研发开始就要树立质量和可靠性设计产品的思想，