第六章系统可靠性设计

1、第六章系统可靠性设计,6-1系统与系统可靠性的基本概念,一、系统的组成与类型 1、系统：由某些彼此相互协调工作的零、部件、子系统组成的、为了完成某一特定功能的综合体。 2、单元：组成系统并相对独立的机件。 二、系统可靠性的基本概念 1、系统的可靠性不仅与组成该系统各单元的可靠性有关，而且与组成该系统各单元的组合方式和相互匹配有关。 2、系统可靠性设计方法： 可靠性预测：按照已知零件或各单元的可靠性数据，计算系统的可靠性指标。 可靠性分配：按照已给定的系统可靠性指标，对组成系统的单元进行分配。,6-2 可靠性预测,可靠性预测是在设计阶段进行的定量的估计未来产品的可靠性的方法。它是运用以往的工程经

2、验、故障数据，当前的技术水平，尤其是以元器件、零部件的失效率作为依据，预报产品实际可能达到的可靠度。 预测的目的： 1）检验本设计是否满足给定的可靠性指标，预测产品的可靠度值。 2）协调设计参数及性能指标，以求得合理的提高产品的可靠性。 3）比较不同的设计方案的特点及可靠度，以选择最佳设计方案。 4）发现影响产品可靠性的主要因素，找出薄弱环节，以采取必要的措施，降低产品的失效率，提高可靠度。,一、系统可靠性功能逻辑图,结构图：系统中各单元之间的物理关系 逻辑图：系统单元间的功能关系,例如，为了获得足够的电容量，常将三个电器并联。假定选定失效模式是电容短路，则其中任何一个电容器短路都可使系统失败

3、。 因此，该系统的原理图是并联，而逻辑图应是串联的。,系统可靠度为 可靠性串联系统中，可靠性最差的单元对系统的可靠性影响最大。,二、数学模型法,1、串联系统,随着单元数量的增加和单元可靠度的减小，串联系统的可靠度将迅速降低。,在设计时，为提高串联系统的可靠性，可从下列三方面考虑： (a) 尽可能减少串联单元数目 (b) 提高单元可靠性，降低其故障率 (c) 缩短工作时间,2、并联系统可靠性预测,当一个系统的单元中只要有一个单元正常工作，该系统就能正常工作，只有全部单元均失效时系统才失效，这种系统称为并联系统，或称为工作冗余系统,3、贮备系统的可靠性预测,定义：当并联系统中只有一个单元工作，其他

4、单元不工作而作贮备，而当工作单元失效,则贮备单元中的一个单元立即顶替上,将失效单元换下,也称为冗余系统 使系统工作不致中断，若各单元的失效率相等都为的话，则贮备系统的可靠度可用泊松分布的部分求和公式计算：,A系统正常，A11单元正常，A22单元正常,非工作贮备的优点是能大大提高系统的可靠度。 其缺点是： （1）由于增加了故障监测与转换装置而提高了系统的复杂度； （2）要求故障监测与转换装置的可靠度非常高，否则贮备带来的好处会被严重削弱。,例：某两台发电机构成旁联模型，发电机故障率 =0.001h-1 ，切换开关成功概率0.98，求运行100小时的可靠度。 解： R(t)=e0.001100(1

5、+0.980.001100)=0.9934 若两台发动机并联，系统可靠度 R(t)=2e-t-e-2t=2e-0.001100-e-20.001100=0.9909 若希望旁联可靠度大于并联 ，则 e-t(1+Pst) 2e-t-e-2t 因此，要求切换开关成功概率 Ps (1-e-0.001100)/(0.001100)=0.95,4、表决系统的可靠性预测,定义：由n个单元组成的并联系统，只要其中任意r个单元不失效，则系统就不会失效，这种系统称为n中取r的表决系统，记为r/n系统。,特例：1/n串联系统 n/n并联系统,其可靠性数学模型为（表决器可靠度为1，组成单元的故障率均为常值 ）：,5

6、、串并联系统的可靠性预测,串联与并联组合起来的系统，成为串并联系统 计算方法：将该系统转化为等效串联系统的方法来计算该系统的可靠度。,三、布尔真值表法,实际工作中的许多复杂系统，不能简化为串联、并联或串并联等上述典型的数学模型而加以计算，只能用分析其“正常”与“失效”的各种状态的布尔真值表法来计算其可靠度，故此法又称为状态穷举法。,四、卡诺图法,6-3可靠性分配,可靠性分配：将工程设计规定的系统可靠度指标合理的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定量要求，从而使整个系统可靠性指标得到保证。 1）以系统可靠度指标为约束条件，把体积、重量、成本等系统参数尽可能小作为目标函数 2）体

7、积、重量、成本等作为约束条件，要求将系统可靠度尽可能高的分配到各单元。 可靠性分配和可靠性预测是方向相反的两个过程 常用的可靠性分配方法： 1、等分配法,定义：对系统中的全部单元分配以相等的可靠度的方法 1）串联系统可靠度分配 对于串联系统,2)并联系统的可靠度分配,3)串并联系统可靠度分配 可先将串并联系统简化为”等效串联系统”和”等效单元”,再给同级等效单元分配以相同的可靠度.,2、再分配法,例6-1,3、相对失效率法和相对失效概率法,相对失效率法：使系统中各单元的容许失效率正比于该单元的预计失效率值，并根据这一原则来分配系统中各单元的可靠度。适用于失效率为常数的串联系统。 相对失效概率法：使系统中各单元的容许时效该率正比于该单元的预计失效概率的原则来分配系统中各单元的可靠度。,1）串联系统的可靠度分配,例6-2,2）冗余系统可靠度分配,通常将每组并联单元适当组合成单个单元，并将此单个单元看成是串联系统中并联部分的一个等效单元。 如作为代替n个并联单元的等效单元在串联系统中分到的容许失效概率为：,4）AGREE分配法,该方法由美国电子设备可靠性顾问团提出,是一种比较完善的综合方法，因为考虑了系统的各单元或各子系统的复杂度、重要度、工作时间以及它们与系统之间的失效关系，故又称为“按单元的复杂度及重要度的分配法”。适用于各单元工作期间的失效率