第一二节单元系统可靠性预测演示文稿

第一二节单元系统可靠性预测演示文稿当前1页，总共53页。（优选）第一二节单元系统可靠性预测当前2页，总共53页。总论1、基本概念 系统：由某些相互协调工作的零部件、子系统组成的，为了完成某一个特定的功能的综合体。单元：组成系统并相互独立的零部件发动机离合器变速器传动轴驱动轴车身制动当前3页，总共53页。驱动轴主减速箱差速器驱动车轮桥壳建立一个思想：系统＝子系统1＋子系统2＋等等子系统＝？系统不可修复可修复当前4页，总共53页。设计目的满足规定可靠性指标，完成预定的前提系统的技术、重量、制造等取得协调达到最优化的结果当前5页，总共53页。系统可靠性预计与分配单元1单元2单元3单元4系统可靠性预测：从单元可靠性数据集合系统系统可靠性分配当前6页，总共53页。第一、二节要求目的：掌握系统可靠性预测掌握的要点：（1）明确系统图（结构图）和可靠性框图（功能图)关系；能够描绘一个比较复杂系统的可靠性框图；(2)根据可靠性数学模型计算系统可靠性有关指标（3）能够根据实际要求，设计出一个提高系统可靠性的方案；当前7页，总共53页。第一节单元失效率

（可靠度）的预测基本(固有）失效率：在规范化条件下测定的失效率－固有可靠性指标（使用）特点：已知，查表或者给出修正公式零部件零部件螺钉、螺栓0.0005-0.012O型密封圈0.002-0.006拉簧、压簧0.5-7橡胶0.002-0.10当前8页，总共53页。半导体元件基本失效模型可靠性设计原则是考虑在一定工作条件下，系统的可靠运行元件工作失效率环境质量应用电压额定能力等等？怎样求当前9页，总共53页。修正环境系数，质量系数，应用系数，电压应力系数、结构系数、温度系数、电容系数等等。概括一个公式上述工作开展可以确定出系统中每个单元的失效率当前10页，总共53页。例1：硅晶体管，使用功率是额定的0.7，工作环境温度为40度，额定温度为25度，最高容许温度为175度，外加电源是额定的60％，试计算工作失效率。解：依据有关公式得出当前11页，总共53页。第二节系统可靠性预测一、目的审查系统（设备）是否达到设计任务书中提出的可靠性指标，预测产品的可靠度值；协调指标，比较预测值和规定值，进一步研究预测可靠度的分配方案；发现影响可靠性主要因素，找出薄弱环节，采取措施；为技术人员和管理人员提供可靠度资料，保障设备正常运行。在设计阶段进行的定量估计产品可靠性的方法当前12页，总共53页。

二、可靠性预测的类型（1）按可靠性设计时期划分设计初期缺乏数据，不能进行准确预测设计中期改进初期方案计划等设计终期信息量大，可进行精确预测三、可靠性预测的局限性外推性（环境、硬件一致性）随机性当前13页，总共53页。3、可靠性特征量的确定1、绘制产品系统框图2、绘制可靠性框图4、建立可靠性数学模型5、单元可靠性预测6、系统（产品）预测四、设计的过程当前14页，总共53页。1、系统图的绘制意义：表示一个系统中各部件之间以及各部件与系统之间的物理关系和工作关系图，也表示该产品达到任务目的所有工作方式的流程（积累经验和知识）；要求：必须知道系统的物理意义，知道其工作原理，产品的特性，规定的范围、环境条件。例电工中的L-C电路系统图当前15页，总共53页。表示物理意义是产生一个振动电流。L和C完好，实现振荡电流的产生；如输送管道再例如通风除尘工程流程图完成一个矿井送风任务当前16页，总共53页。2、可靠性框图的绘制（功能逻辑图）意义：可靠性框图是由一些框图组成，一个方框表示一个部件，每个部件对系统都有某些功能；要求：区分物理关系和功能两个不同概念；可靠性关心的是功能关系，以物理关系为基础。例题L-C电路的可靠性框图LLLLLC当前17页，总共53页。例题通风除尘系统的可靠性框图讨论！当前18页，总共53页。R2R3R4R5R1当前19页，总共53页。例齿轮与轴【例1电容电路（形式并联）】系统和功能不尽相同的？当前20页，总共53页。例2液压单向阀总结：功能图（逻辑）不仅反映单元之间关系，还为计算系统的可靠度提供数学模型，供系统可靠性预测的数学模型法用当前21页，总共53页。1、如图为一地下隧道正常作业通风系统图，F1为风机，R1,R2,R3,R4,R5,R6为作业巷道。试画出保证风流稳定流动的系统可靠性框图。例：2、一热水管路如图所示，1为逆止阀，2为球型阀门，试画出可靠性框图。当前22页，总共53页。4、典型不可修复数学模型的可靠性预测起因：系统的复杂，形成了元器件的可靠性框图的串、并联形式，将这些框图按其功能关系形成的模拟实际情况的数学形式称产品的数学模型。组成系统的所有部件（单元）中任一部件（单元）失效就会导致整个系统失效，这样的系统称串联系统。反过来讲，所有部件（单元）中所有部件（单元）正常，系统才能正常工作。可靠性框图如下1）串联系统当前23页，总共53页。……【假设条件】设这n个部件的工作是相互独立的，第I个部件的寿命为Ti，可靠度为Ri(t)＝P{Ti>t}，I=1,2,…,n.若在t=0时所有部件同时开始工作。则系统的寿命T为系统可靠度当前24页，总共53页。假设已知失效率，如第I部件失效率为当前25页，总共53页。系统失效率从上式说明，一个独立部件组成的串联系统的失效率等于所有部件的失效率之和。当前26页，总共53页。【特例】假如各部件的失效均服从指数分布，第I个部件的失效密度函数为系统平均寿命第I个部件的失效率代入串联系统可靠度函数中当前27页，总共53页。串联系统失效率系统平均寿命有串就有并当前28页，总共53页。定义：是由n个部件并联而成，当这n个部件都失效时，系统才失效。故并联系统的寿命等于其中最后失效部件的寿命，因而并联系统也称最大寿命系统。可靠性框图如下LLLLLLLL推导特征量：设这n个部件的工作是相互独立的，第I个部件的寿命为Ti，可靠度为Ri(t)=P(Ti>t),I=1,2,…,n。若在t＝0时所有部件同时工作，则系统的寿命T为2）并联系统当前29页，总共53页。系统可靠度由失效累积概率（不可靠度）定义若各部件寿命服从指数分布，第I个部件的失效率上式说明并联系统已不再是指数分布当前30页，总共53页。系统的平均寿命，已是一个复杂的表达式，因而失效率也比较复杂，当n=2时说明组成并联系统的各部件寿命虽服从指数分布，系统的失效率不再是常数当n个部件的失效率相等，第I个可靠度当前31页，总共53页。系统可靠度失效率系统平均寿命单元失效率当前32页，总共53页。2）并联系统并联系统特性：工作储备系统，并联的部件（单元）越多，系统得可靠度越高，但体积、重量和成本增加结论（总结）

⑴并联系统的失效概率低于各单元的失效概率；⑵并联系统的可靠度高于各单元的可靠度；⑶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可靠度；⑷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。当前33页，总共53页。3）串并联系统串并联两种：先串后并；先并后串例1、一个并串联系统如图所示，已知RA=RB=RC=

RD=

RE=0.9求系统得的可靠度RLLLLLLLLLLLLBACDEF解：先求串联系统可靠度整个系统可靠度R为两个串联系统的并联，并联R并即为系统R先串后并（整机）（串－并）当前34页，总共53页。并联两个通路n=2则系统可靠度R先并后串（并－串）（分机冗余）例2、用上述六个单元组成串并联系统，求系统可靠度RLLLLLLLLLLABCDELLF当前35页，总共53页。解：先求并联系统的可靠度再由串联公式则系统可靠度R当前36页，总共53页。例如：对2元件时，R0=0.99，列出了这两种系统及n个单元串联的可靠度值。总结：可以证明，只要系统中单元的可靠度不为1，并-串联系统的可靠度高于串-并联系统的可靠度。有兴趣的读者可以自行证明

n串联串-并联并-串联40.96060.99840.999680.92270.99400.9992160.85150.97790.9985320.72500.92430.9968640.52560.77490.99361280.27630.47620.9875当前37页，总共53页。【一种特殊系统图】LLLLLLLLLLLLBACDEFGH当前38页，总共53页。A4）冗余系统定义：一般产品大部分是串联系统，当串联系统的设计不能满足产品可靠性设计的指标要求时，可以采用增加一些同样的部件（单元）将这些同样部件组成并联分系统，以提高系统的可靠性，这种提高可靠性的作法在工程上称为冗余法。用冗余法组成的系统称为冗余系统。例如设装置由A、B、C三个相互独立元件组成，可靠性框图如下，各元件的可靠度为RA=0.8,RB=0.95,RC=0.85，试求该装置的可靠度，采取冗余法如何提高该装置可靠度达到单元最低可靠度。BC解：由串联系统公式R当前39页，总共53页。ABCDE采取冗余方法，给部件A并联两个相同部件D、E（给A？）并联系统可靠度装置的可靠度上述说明，采用冗余法设计，整个系统的可靠性将大大提高对B、C采取冗余技术可以吗？当前40页，总共53页。5）表决系统（K/n(G)定义：如果在由n各互相独立的部件组成的系统中，只有m个（m<n）或m个以上的部件正常工作时，系统才正常工作。这样的系统称表决系统。特例：串联是n/n(G)，并联1/n(G)框图1n2机械、电气、自控系统常用2/3(G)当前41页，总共53页。假设三个单元的寿命分别为X1,X2,X3,它们相互独立，且每个单元的可靠度系统正常工作有四种可能情况：单元1、2正常，单元3失效；单元1、3正常，单元2失效；单元2、3正常，单元1失效；单元1、2、3都正常。则系统的可靠度为

如单元的寿命服从指数分布，同时失效率相同

当前42页，总共53页。则系统可靠度为132平均寿命平均寿命低于单个元件。其意义在于短时间内可靠性的改善，而不在于平均寿命的提高

当前43页，总共53页。例：设每个部件的可靠度试求t=100小时的由两个部件组成的串联系统组可靠度R1，并联系统的R2和2/3[G]系统的可靠度R3。解：由串联公式由并联公式由表决公式当前44页，总共53页。一个单元的可靠度高于二单元串联系统的可靠度，但低于二单元并联系统的可靠度；

2/3（G)系统的平均寿命为一单元的平均寿命的5/6倍，显然低于一个单元的平均寿命由两个部件组成串联系统的可靠度最低，并联系统最高，既有不等式R1<R3<R2。这一结论可以推广到一般，即对于n×m个部件分别组成的串联、并联和表决系统则有不等式成立5）表决系统（K/n(G)当前45页，总共53页。6）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，这种系统称为旁联系统

当前46页，总共53页。6）旁联系统旁联系统与并联系统的区别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。旁联系统失效两种情况一是储备单元在储备期内失效率为零－完全可靠二是储备单元在储备期内也可能失效－不完全可靠当前47页，总共53页。6、系统可靠性预测方法1）元器件计数可靠性预测方法当前48页，总共53页。系统失效率计算方法优点：快速进行可靠性预测，判断设计系统方案是否满足可靠性要求；适用时期：方案论证，早期设计；缺点：系统可靠性的准确度差。2）数学模型法

建立在数学模型基础上当前49页，总共53页。优点：准确适用时期：产品研制出（中期和后期）不足：工作量大。LLABCDFE解：先求并联系统的可靠度当前50页，总共53页。则系统可靠度R再由串联公式3）蒙特卡洛法（随机模拟法）起因：实际系统、装置和设备复杂，各种因素相互作用，数学模型难建立。求解困难。缺点：不具备很高的精度，