系统可靠性计算--课件

系统可靠性计算系统可靠性计算u概 述u系统可靠性计算系统可靠性计算的意义可靠性模型可靠性框图常见系统可靠性模型u系统可靠性估算和预测可靠性估算和预测的目的可靠性预测方法u系统可靠性分配可靠性分配的目的系统可靠性分配前提常用的可靠性分配方法u习题内容提要内容提要2PPTPPT课件课件系 统：指由若干组成部分结合起来为了完成某种特定功能的有机整体。概概 述述系统组成示意图系统组成示意图基本单元基本单元部件或设备部件或设备分系统分系统系统系统3PPTPPT课件课件概概 述述航空燃气涡航空燃气涡轮发动机轮发动机发动机主机发动机主机燃油系统燃油系统滑油系统滑油系统防喘系统防喘系统供气防冰系统供气防冰系统启动系统启动系统点火系统点火系统辅助动力装置辅助动力装置火警及灭火系统火警及灭火系统燃烧室控件燃烧室控件涡轮控件涡轮控件尾喷控件尾喷控件压气机部件压气机部件静子组合件静子组合件联轴器组合件联轴器组合件转子组合件转子组合件盘盘轴轴叶片叶片连接件连接件锁紧件锁紧件l 基本零件（基本单元）的可靠性是系统可靠性的基础基本零件（基本单元）的可靠性是系统可靠性的基础4PPTPPT课件课件一、系统可靠性计算的意义l 在设计阶段，选择系统的结构和元器件l 在制造阶段，保证采购质量，不断改近工艺l 在使用阶段，加强维护，及时修理第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算5PPTPPT课件课件二、可靠性模型l 用于预计或估计产品可靠性的模型l 应建立系统级和分系统级可靠性模型l 包括可靠性方框图和可靠性数学模型第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算6PPTPPT课件课件三、可靠性框图 可靠性框图：表示产品中各单元之间的逻辑功能关系 原理图：表示产品中各单元之间的物理关系 了解系统中各个部分(或单元)的功能和它们相互之间的联系以及对整个系统的作用和影响对建立系统的可靠性数学模型、完成系统的可靠性设计、分配和预测都具有重要意义。借助于可靠性逻辑图可以精确地表示出各个功能单元在系统中的作用和相互之间的关系。虽然根据原理图也可以绘制出可靠性逻辑图，但并不能将它们二者等同起来。第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算7PPTPPT课件课件逻辑图和原理图的区别：l 逻辑图和原理图在联系形式和方框联系数目上都不一定相同，有时在原理图中是串联的，而在逻辑图中却是并联的。l 在建立可靠性逻辑图时，必须注意与工作原理图的区别。l 画可靠性逻辑图，首先应明确系统功能是什么，也就是要明确系统正常工作的标准是什么，同时还应弄清部件A、B正常工作时应处的状态。第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算8PPTPPT课件课件第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算阀门A阀门B流体阀门A阀门B流体原理图ABAB可靠性框图9PPTPPT课件课件 由此可见，系统内各部件之间的物理关系和功能关系是有区别的。如果仅从表面形式看，二个元件像是串联的，如不管其系统的功能如何，把它作为串联系统进行计算就会产生错误。随着系统设计工作的进展，必须绘制一系列的可靠性逻辑框图，这些框图要逐渐细分下去，按级展开。第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算10PPTPPT课件课件第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算abdce42135CLRXXDD系统级分系统级设备级部件级组件级11PPTPPT课件课件 当我们知道了组件中各单元的可靠性指标(如可靠度、故障率或MTBF等)即可由下一级的逻辑框图及数学模型计算上一级的可靠性指标，这样逐级向上推，直到算出系统的可靠性指标。这就是利用系统可靠性模型及已知的单元可靠性指标预计或估计系统可靠性指标的过程。第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算12PPTPPT课件课件前提：系统和各单元只具有正常或失效两种状态 各单元是独立的第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算四、常见系统可靠性模型四、常见系统可靠性模型13PPTPPT课件课件第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算 可靠性模型分类可靠性模型分类可靠性模型可靠性模型工作储备工作储备非储备非储备非工作储备非工作储备旁联旁联串联串联多数表决多数表决并联并联复杂复杂混联混联n中取中取r简单简单14PPTPPT课件课件串联模型 组成系统的所有单元中任一单元的故障就会导致整个系统故障的系统称串联系统。它属于非贮备可靠性模型，其逻辑框图如图所示。第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算123n压气机压气机燃烧室燃烧室涡轮涡轮尾喷管尾喷管15PPTPPT课件课件第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算 根据串联系统的定义及逻辑框图，其数学模型为：式中 Rs(t)系统的可靠度；Ri(t)第i个单元的可靠度。由于Ri(t)是个小于1的数值，由Ri(t)它的连乘积就更小，所以串联的单元越多，系统可靠度越低。16PPTPPT课件课件若各单元的寿命分布均为指数分布，即 式中 s系统的故障率；i各单元的故障率。可见，串联系统中各单元的寿命为指数分布时，系统的寿命也为指数分布。第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算17PPTPPT课件课件第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算串联系统的工作寿命：总是等于其系统中寿命最短的一个单元 的寿命。系统的平均无故障工作时间为：由MTBFs可以看到，串联单元越多，则MTBFs也越小。18PPTPPT课件课件例：有四个零件串联组成的系统如图所示，已知各零件的可靠 度分别RA=0.9，RB=0.92，RC=0.95，RD=0.98。求系统可靠度RS。解：RS（t）=RA RB RC RD =0.90.920.950.98 =0.77第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算ABCD19PPTPPT课件课件第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算相同单元的串联系统可靠度图相同单元的串联系统可靠度图20PPTPPT课件课件第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算在设计时，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21PPTPPT课件课件并联模型 组成系统的所有单元都故障时，系统才故障的系统叫并联系统，它属于工作贮备模型。其逻辑框图如图所示。第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算1 12 2n n并联模型并联模型22PPTPPT课件课件第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算根据并联系统定义逻辑框图，其数学模型为 式中 Fs(t)系统的不可靠度；Fi(t)第i个单元的不可靠度。根据可靠度和不可靠度的关系：23PPTPPT课件课件第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算 当各单元的寿命服从指数分布时，并联系统的可靠度为：当各单元的寿命服从指数分布时，并联系统的可靠度为：当当n=2n=2时，则：时，则：并联系统的工作寿命：总是等于系统中寿命最长的一个工作单元并联系统的工作寿命：总是等于系统中寿命最长的一个工作单元 的寿命。的寿命。24PPTPPT课件课件第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算系统的故障率为：当当t t充分小时，两个指数分布的部件并联系统失效率充分小时，两个指数分布的部件并联系统失效率当t充分小时，两部件并联系统失效率和时间成正比 25PPTPPT课件课件26PPTPPT课件课件27PPTPPT课件课件系统平均工作寿命：当1=2=0时：MTBFs=MTBF0+1/2MTBF0 28PPTPPT课件课件29PPTPPT课件课件例：有四个零件并联组成的系统如图所示，已知各零件的可靠度分别RA=0.9，RB=0.92，RC=0.95，RD=0.98。求系统可靠度RS。解：Rs（t）=0.999992 串联：Rs（t）=0.77第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算 A A B C C D D 30PPTPPT课件课件第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算N N个相同单元组成的并联系统可靠度图个相同单元组成的并联系统可靠度图31PPTPPT课件课件与无贮备的单个单元相比，并联可明显提高系统可靠性（特别是n=2时）当并联过多时可靠性增加减慢 并联模型并联模型并联单元数与系统可靠度的关系tRs(t)1.00.80.60.40.2n=5n=4n=3n=2n=132PPTPPT课件课件第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算串联系统和并联系统对比图串联系统和并联系统对比图33PPTPPT课件课件例:试比较图中两种由2n个单元构成的串并联系统的可靠度的大小，假设各单元的失效是相互独立的。x x1 1x x2 2x xn nx x1 1x x2 2x xn nx x1 1x x1 1x x2 2x x2 2x xn nx xn n(a)(a)(b)(b)34PPTPPT课件课件第一节第一节第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算系统可靠性计算系统可靠性计算35PPTPPT课件课件36PPTPPT课件课件37PPTPPT课件课件n中取r模型(r/n,即表决系统)组成系统的n个单元中，不故障的单元数不少于r(r为介于1和n之间的某个数)系统就不会故障，这样的系统称为r/n系统。它属于工作贮备模型。如四台发动机的飞机，必须有二台或二台以上发动机正常工作，飞机才能安全飞行，这就是4中取2系统。第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算38PPTPPT课件课件第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算当n个单元都相同时，其可靠度可按二项展开式计算：式中 n系统的单元数；r系统正常工作所必须的最少单元数。当r=1时，即为并联系统；当r=n时，即为串联系统。当各单元寿命均服从指数分布时，系统的平均寿命为：llllr12)-(n11)-(n1n1dttRMTTF0s+=.)(39PPTPPT课件课件第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算例：有一台装四台发动机的飞机，至少要两台正常工作时，飞机才能安全飞行。假定这种飞机的事故仅由发动机引起，而且整个飞行期间故障率为常数=210-8/小时。试计算此飞机工作10000h的可靠度以及飞机的平均寿命。解：此为2/4系统，即n=4，r=2。R0（t）=e-t1-t 当工作10000h时，R0=0.9998，Rs=0.9999999 飞机的平均寿命为：MTBFS=54106h 40PPTPPT课件课件在r/n(G)模型中，当n必须为奇数（令为2k+1），且正常单元数必须大于n/2（不小于k+1）时系统才正常，这样的系统称为多数表决模型。多数表决模型是r/n(G)系统的一种特例。三中取二系统是常用的多数表决模型，其可靠性框图如下图多数表决模型多数表决模型2/3(G)系统可靠性框图1232/3(G)121323(a)(b)相当于12341PPTPPT课件课件其其可可靠靠性性数数学学模模型型为为（表表决决器器可可靠靠度度为为1 1，组组成成单单元元的的故故障障率均为常值率均为常值 ）：lllll65312123)(32=+=-=-sTFttsTeetR第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算42PPTPPT课件课件当r=1时，1/n(G)即为并联系统，当r=n时，n/n(G)即为串联系统：系统的MTBCFS比并联系统小，比串联系统大。表决系统特例：表决系统特例：43PPTPPT课件课件4、混联系统 各分系统先串联后并联，或者先并联后串联 串并联系统 串 并串联系统 并第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算44PPTPPT课件课件第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算1 12 23 31 1S S0 0串并联系统串并联系统等效系统等效系统45PPTPPT课件课件第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算1 12 23 34 4并串联系统并串联系统等效系统等效系统S S1 1S S2 246PPTPPT课件课件串并联系统第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算sn1s21s11Sn2s22s12snms2ms1m47PPTPPT课件课件 并串联系统：第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算S11S12S1mS21S2mS22Sn1SnmSn248PPTPPT课件课件假定各分系统独立工作时，具有相同的可靠度R。可靠度的计算要“逐级”进行并串联系统的可靠度 RSP=1-(1-Rm)n串并联系统的可靠度 RPS=1-(1-R)nm 并串联系统中的每一并联中具有“单元后备”，其可靠度高于串并联系统第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算49PPTPPT课件课件第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算1 12 23 34 45 56 67 7S S1 1S S2 2S S3 3S S4 4S S5 550PPTPPT课件课件例:在图中，各单元相互独立，且失效率均为(常数)，子系统是3/4（G）表决系统，子系统是1/2（G）表决系统，推导系统的MTTF表达式。51PPTPPT课件课件解:设的可靠度为R1，的可靠度为R2，系统的可靠度为RS。52PPTPPT课件课件指系统各单元之间的关系既非串联关系又非并联关系。复杂系统可靠度求法：最小路集法、布尔真值法、联络矩阵法，布尔行列式法等。复杂系统复杂系统1 14 43 35 52 2复杂系统图复杂系统图53PPTPPT课件课件（一）最小路集法和最小割集法 路集：能保证系统功能正常的集合。第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算1 14 43 35 52 211，44，22，44，33，55，22，55，11，2 2，44，22，3 3，55，22，4 4，55，11，2 2，4 4，55，22，3 3，4 4，55，11，2 2，3 3，4 4，55最小路集：路集中去掉其中任何一个单元后就不再构成路最小路集：路集中去掉其中任何一个单元后就不再构成路 集的路集。集的路集。54PPTPPT课件课件第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算 根据定义，若系统存在 m 个最小路集，计为A1，A2 Am那么至少要有一个最小路集存在，即保持正常工作状态。由于最小路集之间是相互包容的，所以用相容时间的加法概率公式来计算系统的可靠度：55PPTPPT课件课件x2x1x356PPTPPT课件课件 互斥条件下的加法公式：两事件A、B互斥 C=A+B=AB P（C）=P（A+B）=P（A）+P（B）非互斥条件下的加法公式：两条件A、B不互斥 C=A+B=AB P（C）=P（A+B）=P（A）+P（B）-P（AB）第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算57PPTPPT课件课件第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算用最小路集法计算上例的系统可靠度。确定最小路集：1，4，2，4，3，5，2，5 m=4 Rs=P（A1）+P（A2）+P（A3）+P（A4）-P（A1A2）-P（A1A3）-P（A1A4）+P（A1A2A3）+P（A1A2A4）+P（A1A3A4）+P（A2A3A4）-P（A1A2A3A4）58PPTPPT课件课件割集：使系统功能失效的集合。最小路集：研究的子集中所有单元故障时系统故障,当其中任一单元完好时,系统不发生故障的割集。对于输入节点的所有最小割集，C1，C2，CK。系统失效就意味着至少有一个最小割集存在。由于最小割集之间是相交的，所以用相容时间的概率公式来计算系统的不可靠度：59PPTPPT课件课件（二）布尔真值表法（状态枚举法）一个n个单元组成的系统，每个单元具有工作和故障两种状态，则此系统具有2n 个状态。将这2n 个状态一一枚举就得到给定系统的真值表。把表中所能正常工作的状态的概率相加，就是系统能够正常工作的概率，即系统的可靠度。例：R1=R3=0.3，R2=0.9，R4=R5=0.6，利用布尔正值表法求系统的可靠度。第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算60PPTPPT课件课件布尔真值表布尔真值表系统状态序号系统状态序号r1=r1=0.3 r3=0.9 r4=r5=0.6系统系统状态状态取值取值系统状态系统状态概率概率结果结果/100000123451234567（12）8（13）9（14）0.3*0.6*0.7*0.1*0.450410（15）11（23）12（24）0.3*0.6*0.7*0.1*0.450461PPTPPT课件课件系统状态系统状态序号序号r1=r1=0.3 r3=0.9 r4=r5=0.6系统系统状态状态取值取值系统状态系统状态概率概率结果结果/100000/1000001234513（25）0.3*0.6*0.7*0.1*0.450414（34）15（35）0.9*0.6*0.7*0.7*0.41058416（45）17（123）18（124）0.3*0.3*0.6*0.1*0.421619（125）0.3*0.3*0.6*0.1*0.421620（134）0.3*0.9*0.6*0.7*0.4453621（135）0.3*0.9*0.6*0.7*0.4453622（145）0.3*0.6*0.6*0.7*0.175623（234）0.3*0.9*0.6*0.7*0.4453624（235）0.7*0.3*0.9*0.4*0.6453625（245）0.7*0.3*0.1*0.6*0.675662PPTPPT课件课件系统状态系统状态序号序号r1=r1=0.3 r3=0.9 r4=r5=0.6系统系统状态状态概率概率系统系统状态状态概率概率1234526（345）0.9*0.6*0.6*0.7*0.71587627（1234）0.3*0.3*0.9*0.6*0.4194428（1235）0.3*0.3*0.9*0.6*0.4194429（1245）0.3*0.3*0.1*0.6*0.632430（1345）0.3*0.7*0.9*0.6*0.6680431（2345）0.3*0.7*0.9*0.6*0.6680432（12345）0.3*0.3*0.9*0.6*0.62914系统最终可靠度为：系统最终可靠度为：系统最终可靠度为：系统最终可靠度为：R=0.68796R=0.68796R=0.68796R=0.68796，和最小子集法结果一致。，和最小子集法结果一致。，和最小子集法结果一致。，和最小子集法结果一致。63PPTPPT课件课件电机电机A A设备设备B B设备设备D D开关开关E E电机电机B BA AC C B BD D E E 1 1 3 32 24 41 1 A AC C B BD D E E 3 32 24 4第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算（三）联络矩阵法（三）联络矩阵法64PPTPPT课件课件第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算联络矩阵联络矩阵C C简写为：简写为：矩阵元素：矩阵元素：X X 节点节点i i到节点到节点j j间有弧间有弧X X直接相连直接相连 C Cijij=0 0 节点节点i i到节点到节点j j间有弧无直接相连间有弧无直接相连 65PPTPPT课件课件第一节第一节 系统可靠性计算系统可靠性计算联络矩阵的特点：联络矩阵的特点：对角线上的各元素全为对角线上的各元素全为0 0 输入节点为输入节点为I I时，第时，第I I列的元素全为列的元素全为0 0 输出节点为输出节点为J J时，第时，第J J行的元素全为行的元素全为0 0 元素反映了节点元素反映了节点i i，j j之间是否有弧直接相连之间是否有弧直接相连 节点节点i i，j j之间的弧若是双向的，那么有之间的弧若是双向的，那么有C Cijij=C=Cjiji=X=X66PPTPPT课件课件矩阵C的平方：式中：表示从节点i到节点k，再从节点k到节点j的最小路集。2：表示节点i，j之间有两条弧相连，称为路长为2，如得到的路长小于2的要除去。67PPTPPT课件课件求C的平方解：按规则有：68PPTPPT课件课件：表示节点：表示节点i i，j j之间有之间有r r条弧的最短路集。（表示条弧的最短路集。（表示 从节点从节点i i到节点到节点j j之间路长为之间路长为r r的所有最小路集）的所有最小路集）同样得到的路长小于同样得到的路长小于r r的要除去。的要除去。矩阵矩阵C C的平方：的平方：R=2R=2，3 3，n-1n-1C Cr r和和C C一样，第一样，第j j行及第行及第I I列的所有元素都为列的所有元素都为0 069PPTPPT课件课件 由于我们研究的是某个网络系统的可靠性，所以只须求出输入节点I到输出节点J之间所有的最小路集，对于其他节点之间的最小路集并不干兴趣。在这里只需求出C2，C3，Cn-1的第L列即：CJ2，CJ3，CJn-1。而对于CJn-1只需求出第I行元素，而不用求整列元素。70PPTPPT课件课件例：例：71PPTPPT课件课件用联络矩阵求图中网络系统的所有最小路集。72PPTPPT课件课件 该网络n=5，输出节点为2。因此，根据前面的规定，只须求出C22，C23，C24，即C2r，r=2，3，n-1联络矩阵中的第2列。又由于该网络的输入节点为1，所以C24中必须求出第1行元素即可。73PPTPPT课件课件74PPTPPT课件课件75PPTPPT课件课件A，B，D，C，E，G，A，F，G，D，H，G，E，F，B，E，H，C，A，F，H，C，D，H，F，B，76PPTPPT课件课件例：用联络矩阵法求系统节点例：用联络矩阵法求系统节点1 1，5 5之间的全部最小路集。之间的全部最小路集。77PPTPPT课件课件例：用联络矩阵法求系统节点1，5之间的全部最小路集。A ABC CD DE EF F1 12 23 34 45 5A AE EF FC CB BD D1 12 23 34 45 578PPTPPT课件课件（四）布尔行列式法1）写出系统联络矩阵C；2）构造一个单位矩阵U，并与C相加，得到U+C；3）将次矩阵中对应输入的列和对应输出的行删去，构成新的行列式S；4）将S展开成为各项代数和形式，并且令各项均取正值，即得到最小路集。布尔行列式法布尔行列式法79PPTPPT课件课件例：用布尔行列式法求上例最小路集。1 1 A AC C B BD D E E 3 32 24 480PPTPPT课件课件全概率分解法在弧x正常的条件下S正常这一事件在弧x故障的条件下S正常这一事件 设S表示网络系统正常这一事件，x表示弧x正常这一事件。表示网络系统故障，表示 弧故障。按全概率公式，系统的可靠度为：81PPTPPT课件课件如果所选的弧x能使下面两式成立所以有82PPTPPT课件课件1 1 A AC C B BD D E E 3 32 24 41 1任一无向弧都可用来进行全概率分解任一无向弧都可用来进行全概率分解83PPTPPT课件课件2有向弧用来进行全概率分解A AC C B BD D E E 3 32 24 484PPTPPT课件课件 对于有向（或混合型）网络中任一有向弧x（不论弧本身的方向），若其两端节点中至少有一端节点只有输入弧或只有输出弧度，则弧x可选用来进行全概率分解。若弧x的两端节点既有输入又有输出的弧，则弧x就不能选用来进行全概率分解。85PPTPPT课件课件例:86PPTPPT课件课件87PPTPPT课件课件88PPTPPT课件课件作业1.试比较图中两种由2n个单元构成的串并联系统的可靠度的大小，假设各单元的失效是相互独立的。x x1 1x x2 2x xn nx x1 1x x2 2x xn nx x1 1x x1 1x x2 2x x2 2x xn nx xn n(a)(a)(b)(b)89PPTPPT课件课件2.某一系统中有3个元件，至少2个元件正常工作系统才能正常运行。若每个元件的寿命服从指数分布，其MTTF为2000h，试画出系统的逻辑框图，并计算当系统运行100h时系统的可靠度。3.假设单元的可靠度为 ，其中 ，由于这种单元分别组成的二单元串联系统、并联系统以及2/3（G）表决系统。（1）分别计算三种系统的平均寿命；（2）当t=100h、t=700h、t=1000h时，分别计算三种系统的可靠度；（3）当可靠度为Rs=0.99、0.9、0.2分别计算三种系统的可靠度。90PPTPPT课件课件4.由6个相同单元组成的并联系统，另外有1个单元作为贮备。已知单元失效率 ，求系统的可靠度和平均寿命。5.试比较下列5个系统的可靠度，设单元的可靠度相同，均为R0=0.85(1)四个单元构成的串联系统（2）四个单元构成的并联系统（3）四中取三的储备系统；（4）串并联系统（N=2，n=2）;（5）并串联系统（N=2，n=2）;91PPTPPT课件课件7.在图中，各单元相互独立，且失效率均为 ，子系统是3/4（G）表决系统，子系统是1/2（G）表决系统，推导系统的MTTF表达式。92PPTPPT课件课件贮备系统贮备系统贮备系统贮备系统热贮备热贮备冷贮备冷贮备93PPTPPT课件课件冷贮备系统可靠性框图12n故障监测和转换装置S冷贮备冷贮备94PPTPPT课件课件1.转换开关完全可靠的冷贮备系统（1）相同单元组成的冷贮备系统冷贮备系统可靠性框图12n故障监测和转换装置S95PPTPPT课件课件 试比较两单元冷贮备系统与二单元并联系统的可靠性，假定单元相同，失效率0为常数。解：单元可靠度为 ，冷贮备系统的可靠度为并联系统的可靠度为并联系统的可靠度为96PPTPPT课件课件（2）不同单元组成的冷贮备系统 设n个单元的失效率分别为1，2，n，即两两不同。系统的平均寿命系统的平均寿命97PPTPPT课件课件（3）多个单元工作的冷贮备系统 设n个单元组成的系统中有l个工作，n-1个冷贮备，且n个单元的失效率均为0，系统的可靠度公式：98PPTPPT课件课件 设工作单元l=6，总单元为n=7的冷贮备系统，已知各个单元失效率均为=10-3/h，求系统的可靠度及平均寿命。解：99PPTPPT课件课件2转换开关不安全可靠的冷贮备系统 系统由n个相同单元和一个转换开关组成，其中一个单元工作，n-1个单元贮备。当工作单元失效时，逐次由贮备单元顶替。设开关的可靠度为RSW，单元开关两两相互独立。100PPTPPT课件课件 设工作单元的失效率为 ，贮备单元在贮备期间的失效率为 ，投入工作后的失效率为 。假设两单元相互独立。则系统的可靠度与平均寿命的计算公式如下：热贮备热贮备101PPTPPT课件课件非工作贮备的优点是能大大提高系统的可靠度。非工作贮备的优点是能大大提高系统的可靠度。其缺点是：其缺点是：（1 1）由由于于增增加加了了故故障障监监测测与与转转换换装装置置而而提提高高了了系系统统的的复复杂度；杂度；（2 2）要要求求故故障障监监测测与与转转换换装装置置的的可可靠靠度度非非常常高高，否否则则贮贮备带来的好处会被严重削弱。备带来的好处会被严重削弱。非工作贮备模型（旁联、冷贮备）非工作贮备模型（旁联、冷贮备）102PPTPPT课件课件一、可靠性估算和预测的目的在设计阶段，通过预计系统、分系统或设备的基本可靠性和任务可靠性，确定所提出的设计是否能达到可靠性要求。进行方案比较，选择最优方案。从可靠性观点出发，发现那些零部件是造成系统故障的主要因素，找出设计中的薄弱环节，一边采取措施来提高系统的可靠性。第三节第三节 系统可靠性估算和预测系统可靠性估算和预测103PPTPPT课件课件二、预测方法根据组成系统的元器件的可靠性，定量估计系统的可靠性。是一个由局部到整体，由下到上的综合过程主要方法有元器件计数法，应力分析法，评分预计法，相似产品法，上下限法等。第三节第三节 系统可靠性估算和预测系统可靠性估算和预测104PPTPPT课件课件u元器件计数法：优点是不需要详尽了解各个元器件的应用及它们之间的逻辑关系，就可以很快估算出产品的故障率缺点是估计结果比较粗糙元器件计数法：元器件计数法：=Nini=1(GiQi)其中：其中：产品总的故障率产品总的故障率 GiGi第第i i种元器件的通用故障率种元器件的通用故障率 QiQi第第i i种元器件的通用质量系数种元器件的通用质量系数 N Ni i第第i i种元器件的数量种元器件的数量 n n 所用元器件的种类数目所用元器件的种类数目105PPTPPT课件课件u应力分析法应力分析法应力分析法第一步，先求出各元器件的工作故障率第一步，先求出各元器件的工作故障率pp p p=b b=E Ek k 其中其中 b b 元器件基本故障率元器件基本故障率 E E 环境系数环境系数 K K 减额因子，其值小于或等于减额因子，其值小于或等于1 1，由应力等级决定，由应力等级决定106PPTPPT课件课件第二步，求出产品的工作故障率s 其中pi第i种元器件的工作故障率 Ni第i种元器件的数量 n 产品中元器件的种类数第三步，求出产品的MTBFs=Nipini=11 SMTBF=107PPTPPT课件课件方法说明在可靠性数据非常缺乏的情况下(可以得到个别产品的可靠性数据)，通过有经验的设计人员或专家对影响可靠性的几种因素评分，对评分进行综合分析而获得各单元产品之间的可靠性相对比值，再以某一个已知可靠性数据的产品为基准，预计其他产品的可靠性。时间基准：系统工作时间（一般）评分预计法评分预计法 108PPTPPT课件课件评分因素、评分原则 以产品故障率为预计参数，各种因素评分值范围为110，评分越高说明可靠性越差。复杂度它是根据组成单元的元部件数量以及它们组装的难易程度来评定。技术水平根据单元目前技术水平的成熟程度来评定。工作时间根据单元工作的时间来评定（前提是以系统的工作时间为时间基准）。环境条件根据单元所处的环境来评定。评分预计法评分预计法 109PPTPPT课件课件方法原理评分预计法评分预计法110PPTPPT课件课件示例某飞行器由动力装置、武器等六个分系统组成。已知制导装置故障率284.510-6/h，试用评分法求得其它分系统的故障率。计算表格评分预计法评分预计法序号单元名称复杂度技术水平工作时间环境条件各单元评分数各单元评分系数单元的故障率10-61动力装置56557500.385.42武器761028400.33695.63制导装置10105525001.0284.54飞行控制装置885722400.896254.95机体421086400.25672.86辅助动力装置65557500.385.4111PPTPPT课件课件方法说明相似产品法就是利用与该产品相似的现有成熟产品的可靠性数据来估计该产品的可靠性。成熟产品的可靠性数据主要来源于现场统计和实验室的试验结果。相似产品法考虑的的相似因素一般包括产品结构、性能的相似性 设计的相似性材料和制造工艺的相似性使用剖面(保障、使用和环境条件)的相似性相似产品法相似产品法112PPTPPT课件课件预计过程确定相似产品分析相似因素对可靠性的影响确定相似系数新产品可靠性预计相似产品法相似产品法113PPTPPT课件课件示例某型号导弹射程为3500km，已知飞行可靠性指标为0.8857，各分系统可靠性指标为战斗部：0.99、安全自毁系统：0.98、弹体结构：0.99、控制系统：0.98、发动机：0.9409。为了将导弹射程提高到5000km，对发动机采取了三项改进措施：采用能量更高的装药；发动机长度增加1m；发动机壳体壁厚由5mm减为4.5mm。试预计改进后的导弹飞行可靠性。相似产品法相似产品法114PPTPPT课件课件示例分析计算 壁厚减薄会使壳体强度下降，会使燃烧室的可靠性下降从而影响发动机的可靠性。相似系数d=9.412106/（9.806106）发动机的可靠性 R=0.9409d=0.9033 相似产品法相似产品法115PPTPPT课件课件上、下限法 基本思路：设一个系统有n个单元，则有2n个互不相容的情况。一部分使系统失效，失效状态出现的概率之和为系统的不可靠度；另一部分使系统处于正常工作状态，正常工作状态出现的概率之和为系统的可靠度预测两个近似值，称为可靠度的上限RU和下限RL，然后取其几何平均值作为系统可靠度的预测值。上、下限法上、下限法116PPTPPT课件课件（1）上限计算方法 一级近似 简单说，就是只计算复杂系统的串联部分，认为其并联部分的单元的可靠度均为1。一级近似的系统可靠度为：A AB BC CD DE EF FG GH H117PPTPPT课件课件u二级近似A：在一级近似的基础上，考虑并联单元的可靠度。B：对于多个并联子系统的复杂系统，则以可靠度最高，即失效度最 低的子系统来计算。K：为选定并联子系统中的单元数。118PPTPPT课件课件（2）下限计算方法一级近似：将所有单元均看为串联单元，其可靠度为系统可靠 度的下限 119PPTPPT课件课件u二级近似下限计算 考虑复杂系统中的并联子系统中只有一个单元失效，而整个系统 正常工作，则系统可靠度为：式中：q 并联单元中一个单元失效后系统能正常工作的状态数 n 系统单元数 二级近似下限：120PPTPPT课件课件u三级近似下限计算 在同一并联子系统中有两个元件失效，系统仍能正常工作的状态。式中：p 并联子系统中两个单元失效后系统仍能正常工作的状态数。三级近似下限：121PPTPPT课件课件u 进行系统可靠性预测时的注意事项尽早逐级进行可靠性计算在产品研制的各个阶段，可靠性估算和预测应反复进行确保可靠性估算和预测的精度产品定义、故障定义要明确要正确建立可靠性模型要注意所用数据的精确性122PPTPPT课件课件一、可靠性分配的目的 1、将系统可靠性的定量要求分配到规定的产品层次。2、通过分配，把责任落实到相应层次产品的设计人员身上。3、帮助设计人员了解各部件之间的关系，以及对整个系统的可靠性的 影响。4、按最优化理论进行可靠性分配，以节约制造时间与成本。将系统可靠性的定量要求协调地分配到各个分系统，是一个由整体到局部，由上到下的分解过程。第四节第四节 系统可靠性分配系统可靠性分配123PPTPPT课件课件二、系统可靠性分配前提（假设）1、组成系统的各元、部件、分系统的故障是相互独立的；2、组成系统的各元、部件、分系统的故障率都是常数。3、系统是由组成它的各分系统串联而成。主要方法有等分配法，评分分配法，比例组合法，动态规划法等第四节第四节 系统可靠性分配系统可靠性分配124PPTPPT课件课件第四节第四节 系统可靠性分配系统可靠性分配三、常用的可靠性分配方法 1、等分分配法 串联系统：并联系统：125PPTPPT课件课件等分配法举例某型抗荷服是由衣面、胶囊、接链三个部分串联组成。若要求该抗荷服的可靠度指标为0.9987，试用等分配法确定衣面、胶囊、拉链的可靠度指标。等分配法等分配法126PPTPPT课件课件第四节第四节 系统可靠性分配系统可靠性分配2、比例组合法相对失效率分配法 例：有一个由三分系统组成的串联系统，其分系统的故障率分别为0.003/h，0.002/h，0.001/h。现参照此系统设计一个类似的新系统，但要求系统的可靠度提高，达到0.00102/h，试将新指标分配给各分系统。127PPTPPT课件课件第四节第四节 系统可靠性分配系统可靠性分配3、评分分配法 是一种专家群体决策法，适用于缺乏相关数据的场合以故障率为分配参数。影响影响因素因素复杂度复杂度（复杂（复杂简简单）单）技术成熟技术成熟度度（低（低 高）高）重要度重要度（低（低高）高）环境条件环境条件（恶劣（恶劣 最最好）好）序号序号1 12 23 34 4评分评分101101101101101101101101128PPTPPT课件课件u计算 第i(i=1,2,n)个分系统的评分数：第四节第四节 系统可靠性分配系统可靠性分配Wi=4j rij其中rij是第i个分系统第j个因素的评分数系统的评分数：系统的评分数：W=ni=1Wi129PPTPPT课件课件第i个分系统的评分系数：分配给第i个分系统的故障率：第四节第四节 系统可靠性分配系统可靠性分配Ci=WiWi=Ci130PPTPPT课件课件1、一个系统由五个单元组成，如下图，求该系统可靠性。(RA=0.96,RB=0.97,RC=0.92.RD=0.92,RE=0.99。）R=1-1-RA(1-(1-RC)(1-RD)(1-RERB)=0.998习题习题A AC CD DB BE E131PPTPPT课件课件2、两台发电机，联网为三个负载供电，用联络矩阵法求1到2的各最小路集，并求线路通畅的可靠度。电机电机E E电机电机F F设备设备A A设备设备C C设备设备B B1 12 23 34 45 5开开关关D D132PPTPPT课件课件3、求最小路集，并计算可靠度，设每个弧成功概率为0.9。a ab bc cd de ef f1 12 23 34 4133PPTPPT课件课件例：用邻接矩阵法求系统节点1，5之间的全部最小路集。A ABC CD DE E1 12 23 34 4134PPTPPT课件课件4、某飞机3台发动机，至少2台正常，飞机方能正常工作，已知发动机失效率为常数（MTTF=2*104h),求飞机飞行20小时和飞行100小时的可靠度。135PPTPPT课件课件