1、 系統(tǒng)可靠性基本概念 簡單系統(tǒng)可靠度計(jì)算 系統(tǒng)可靠度分配第四章 汽車可靠性分析重點(diǎn)： 串聯(lián)系統(tǒng)、并聯(lián)系統(tǒng)可靠度計(jì)算；系統(tǒng)可靠度分配方法：等分配法、按比例分配法、AGREE分配法1一、系統(tǒng)與單元 系統(tǒng)由若干個(gè)部件相互有機(jī)地組合成一個(gè)可完成某一功能的綜合體。 單元組成系統(tǒng)的部件。 系統(tǒng)和單元是相對的兩個(gè)概念，視研究對象不同而不同。4.1 系統(tǒng)可靠性基本概念2二、系統(tǒng)可靠性分析方法 可靠性預(yù)測按照已知零部件或各單元的可靠性數(shù)據(jù)，計(jì)算系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。 可靠性分配按照已給定的系統(tǒng)可靠性指標(biāo)，對組成系統(tǒng)的單元進(jìn)行可靠性分配。 系統(tǒng)可靠性分析的目的： 1）就是使系統(tǒng)在滿足規(guī)定的可靠性指標(biāo)、完成預(yù)定功能的前

2、提下，使該系統(tǒng)的技術(shù)性能、重量指標(biāo)、制造成本及使用壽命等取得協(xié)調(diào)并達(dá)到最優(yōu)化的結(jié)果； 2）在性能、重量、成本、壽命和其它要求的約束下，設(shè)計(jì)出高可靠性系統(tǒng)。3三、可靠性邏輯框圖 在可靠性工程中，往往用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖和邏輯圖來描述系統(tǒng)與各單元之間的關(guān)系。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖用來表達(dá)系統(tǒng)中各單元之間的物理關(guān)系； 系統(tǒng)可靠性邏輯圖用來表達(dá)系統(tǒng)單元間的功能關(guān)系， 指出系統(tǒng)為完成規(guī)定功能，那些單元必須正常工作， 那些單元僅作替補(bǔ)件等。 邏輯圖中包括一系列方框，每個(gè)方框代表系統(tǒng)的一個(gè)單元，方框之間用直線聯(lián)接起來，表示單元功能與系統(tǒng)功能間的關(guān)系，而不能表達(dá)它們之間的裝配關(guān)系或物理關(guān)系。4 a) b)a) 振蕩電路功能圖

3、 b) 振蕩電路可靠性框圖LCLC如圖a）所示是最簡單的振蕩電路，它由一個(gè)電感和一個(gè)電容并聯(lián)連接的。但根據(jù)振蕩電路的工作原理，電感和電容中任意一個(gè)故障都會(huì)引起振蕩電路故障，因此，振蕩電路的可靠性框圖為串聯(lián)連接，如圖b）所示。 5串聯(lián)系統(tǒng)邏輯框圖串聯(lián)系統(tǒng)：就是該系統(tǒng)中各分系統(tǒng)的失效是相互獨(dú)立的，而且如果其中任何一個(gè)分系統(tǒng)發(fā)生故障，都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失效，如同鏈條的任何一個(gè)環(huán)節(jié)斷裂，整個(gè)鏈條就會(huì)失效一樣。n-12in串聯(lián)系統(tǒng)邏輯圖6并聯(lián)系統(tǒng)邏輯框圖并聯(lián)系統(tǒng)：就是該系統(tǒng)中只要有一個(gè)分系統(tǒng)工作，系統(tǒng)就能工作。或是只有當(dāng)所有分系統(tǒng)都失效，系統(tǒng)才失效。in21n-1并聯(lián)系統(tǒng)邏輯圖7一、串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度計(jì)算4

4、.2 簡單系統(tǒng)的可靠度計(jì)算設(shè)第 個(gè)部件的壽命為 ，可靠度為 假定 隨機(jī)變量相互獨(dú)立，若初始 時(shí)刻時(shí)，所有部件都是新的，且同時(shí)工作。顯然串聯(lián)系統(tǒng)的壽命為: 8系統(tǒng)中各單元可靠度相等時(shí)： 具有串聯(lián)系統(tǒng)邏輯圖的串聯(lián)系統(tǒng)，其可靠度RS與功能關(guān)系呈串聯(lián)的單元數(shù)量n及單元的可靠度Ri有關(guān)。 隨著單元數(shù)量的增加和單元可靠度減少，串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度將降低。 系統(tǒng)的可靠度總是小于任一單元的可靠度。串聯(lián)系統(tǒng)可靠度： 9串聯(lián)系統(tǒng)的失效率 是各單元失效率 之和設(shè)各單元失效率為常數(shù)，系統(tǒng)平均壽命： 串聯(lián)系統(tǒng)失效率： 10例1（教材4-1）：由4個(gè)零件串聯(lián)組成的系統(tǒng)中，零件的可靠度分別為0.9、0.8、0.7、0.6，求該

5、系統(tǒng)的可靠度。例2：某系統(tǒng)服從指數(shù)分布,由3個(gè)子系統(tǒng)串聯(lián)組成。若各子系統(tǒng)的平均故障間隔時(shí)間分別為200h、80h、300h，求系統(tǒng)的平均故障間隔時(shí)間是多少？11二、并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度計(jì)算設(shè)第 個(gè)部件的壽命為 ，可靠度為 假定 隨機(jī)變量相互獨(dú)立，顯然并聯(lián)系統(tǒng)的壽命為: 并聯(lián)系統(tǒng)失效概率： 12系統(tǒng)中各單元可靠度相等時(shí)： 具有并聯(lián)系統(tǒng)邏輯圖的并聯(lián)系統(tǒng)，其可靠度RS與功能關(guān)系呈并聯(lián)的單元數(shù)量n及單元的可靠度Ri有關(guān)。 隨著單元數(shù)量的增加和單元可靠度增加，并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度將增加。 系統(tǒng)的可靠度總是大于任一單元的可靠度。并聯(lián)系統(tǒng)可靠度： 13并聯(lián)系統(tǒng)失效率（壽命服從指數(shù)分布）： 失效率是常數(shù)時(shí)，并聯(lián)系統(tǒng)的

6、失效率不是常數(shù)，而是時(shí)間的函數(shù)。14設(shè)各單元失效率為常數(shù)，系統(tǒng)平均壽命： 例3（教材4-2）：設(shè)每個(gè)單元的壽命服從指數(shù)分布，且失效率為0.001/h，求100h時(shí)，如下情況的系統(tǒng)可靠度：（1）兩個(gè)單元構(gòu)成的串聯(lián)系統(tǒng)；（2）兩個(gè)單元構(gòu)成的并聯(lián)系統(tǒng)。15三、串并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度計(jì)算串并聯(lián)系統(tǒng)是由串聯(lián)系統(tǒng)和并聯(lián)系統(tǒng)組合起來的一種系統(tǒng)。12347568串并聯(lián)系統(tǒng)框圖16(1) 先求出串聯(lián)分系統(tǒng)與和分系統(tǒng)與的可靠度，分別記為34和56。34=R34 R56=R5 R6 12S347S568等效系統(tǒng)17() 求出分系統(tǒng)34與S56以及分系統(tǒng)與的并聯(lián)可靠度，分別記為3456和78。3456=1-（1-R34）

7、(1-R56)R78=1-（1-R7）(1-R8)12S3456S78等效系統(tǒng)(3) 求等效系統(tǒng)串聯(lián)系統(tǒng)可靠度34567818進(jìn)行可靠性分配的目的：1、落實(shí)系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)2、明確對各系統(tǒng)或單元的合理的可靠性要求 3、暴露系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，為改進(jìn)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù) 4.3 系統(tǒng)可靠度分配 可靠性分配:就是把系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)合理地分配到組成此系統(tǒng)的每個(gè)單元。19可靠度分配的作用和適用范圍： (1)合理地確定系統(tǒng)中每個(gè)單元的可靠度指標(biāo)，以便在單元設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、驗(yàn)收時(shí)切實(shí)地加以保證。反過來又將促進(jìn)設(shè)計(jì)、制造，試驗(yàn)、驗(yàn)收方法和技術(shù)的改進(jìn)和提高。(2)通過可靠度分配，幫助設(shè)計(jì)者了解零件、單元(子系統(tǒng))、系統(tǒng)

8、(整體)間的可靠度相互關(guān)系，做到心中有數(shù)，減少盲目性，明確設(shè)計(jì)的基本問題。 (3)通過可靠度分配，使設(shè)計(jì)者更加全面地權(quán)衡系統(tǒng)的性能、功能、重量，費(fèi)用及有效性等與時(shí)間的關(guān)系，以期獲得更為合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，捉高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量。 (4)通過可靠度分配，使系統(tǒng)所獲得的可靠度值比分配前更加切合實(shí)際，可節(jié)省制造的時(shí)間及費(fèi)用。 20可靠度分配的原則： (1)技術(shù)水平。對技術(shù)成熟的單元，能夠保證實(shí)現(xiàn)較高的可靠性，或預(yù)期投入使用時(shí)可靠性可有把握地增長到較高水平，則可分配給較高的可靠度。 (2)復(fù)雜程度。對較簡單的單元，組成該單元的零部件數(shù)量少，組裝容易保證質(zhì)量或故障后易于修復(fù)，則可分配給較高的可靠度。 (3)重要

9、程度。對重要的單元，該單元失效將產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，或該單元失效常會(huì)導(dǎo)致全系統(tǒng)失效，則應(yīng)分配給較高的可靠度。 (4)任務(wù)情況。對單元的工作周期及其工作環(huán)境等給予考慮，如對整個(gè)任務(wù)時(shí)間內(nèi)均需連續(xù)工作及工作條件嚴(yán)酷，難以保證很高可靠性的單元，則應(yīng)分配給較低的可靠度。 (5)考慮費(fèi)用、重量、尺寸等條件的約束。 21兩點(diǎn)假設(shè)： (1)組成系統(tǒng)的各零件、部件及分系統(tǒng)的故障是相互獨(dú)立的； (2)組成各系統(tǒng)的零件、部件及分系統(tǒng)的失效率又都是常數(shù)，也就是它們的壽命均服從指數(shù)分布。 可靠度分配方法： 等分配法 、按比例分配法、 AGREE分配法 再分配法22一、等分配法1、串聯(lián)系統(tǒng) 特點(diǎn)：簡單，但沒有考慮各單元的現(xiàn)

10、有可靠性水平，重要程度不同及成本等，目前使用不多。 23例4：設(shè)有一臺(tái)設(shè)備，由三個(gè)相同單元串聯(lián)而成，如RS=0.95，求系統(tǒng)中各個(gè)單元的可靠度。123242、并聯(lián)系統(tǒng) 25例5：如圖所示一個(gè)三個(gè)相同單元組成的并聯(lián)系統(tǒng)，已知RS=0.999，求各個(gè)單元的可靠度。23126二 、按比例分配法分配原理：考慮到原有系統(tǒng)基本上反映一定時(shí)期內(nèi)產(chǎn)品能實(shí)現(xiàn)的可靠性，按現(xiàn)實(shí)水平，把新的可靠性指標(biāo)按其原有能力成比例進(jìn)行調(diào)整。適用條件：新、老系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相似，而且有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的情況。27按比例分配步驟分配各子系統(tǒng)失效率估計(jì)子系統(tǒng)失效率計(jì)算系統(tǒng)失效率及子系統(tǒng)失效率加權(quán)因子計(jì)算各子系統(tǒng)分配到的可靠度28例6（教材4-4）：由

11、3個(gè)子系統(tǒng)組成串聯(lián)系統(tǒng)，子系統(tǒng)失效率為1=0.003/h，2=0.002/h,3=0.001/h,系統(tǒng)任務(wù)時(shí)間為40h，系統(tǒng)規(guī)定的可靠度為0.96，試用按比例分配法分配可靠度。29三、AGREE分配法子系統(tǒng)重要度：第i個(gè)子系統(tǒng)失效引起系統(tǒng)失效的次數(shù)與第i個(gè)子系統(tǒng)失效次數(shù)的比值，即第i個(gè)子系統(tǒng)發(fā)生失效時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生失效的概率。 分配原則：重要度大的子系統(tǒng)分配給高可靠度，重要度小的子系統(tǒng)分配較低的可靠度。 30考慮重要度的分配方法：31子系統(tǒng)復(fù)雜度：子系統(tǒng)部件數(shù)與整個(gè)系統(tǒng)部件數(shù)的比。 串聯(lián)系統(tǒng)部件多時(shí)系統(tǒng)服從指數(shù)分布32按重要度和復(fù)雜度的分配方法分配原理：同時(shí)考慮重要度和復(fù)雜度。適用條件：失效率

12、為常數(shù)的串聯(lián)系統(tǒng)。分配步驟考慮重要度考慮復(fù)雜度同時(shí)滿足重要度和復(fù)雜度33例7（教材4-5）：一個(gè)由4個(gè)單元組成的串聯(lián)系統(tǒng)，要求在連續(xù)工作24h的期間內(nèi)具有0.96的可靠度水平，其中單元1和3對于系統(tǒng)的成功運(yùn)行有極大的重要性，即取1=3=1，單元2的工作時(shí)間為10h，重要度為0.9，單元4具有的重要度為0.85，其工作時(shí)間為12h，試用AGREE方法作可靠度分配，它們的組件數(shù)分別為10、20、90、50。34四、可靠度的再分配法再分配的原因：如果分配給各分系統(tǒng)可靠度之后，所得到的系統(tǒng)可靠度小于規(guī)定的系統(tǒng)可靠性指標(biāo)。說明所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)不能滿足規(guī)定的可靠度指標(biāo)要求，就要進(jìn)一步改進(jìn)原設(shè)計(jì)以提高其可靠度，

13、即要對各分系統(tǒng)的可靠指標(biāo)進(jìn)行再分配。再分配方法：把原來可靠度較低的分系統(tǒng)的可靠度都提高到某個(gè)值，而對原來可靠度較高的分系統(tǒng)的可靠度保持不變。35可靠度再分配的步驟36可靠度再分配的步驟37例8：一個(gè)系統(tǒng)由三個(gè)分系統(tǒng)串聯(lián)而成，通過預(yù)測得到它們的可靠度為：0.8,0.7,0.9,則系統(tǒng)可靠度為0.504，而規(guī)定的系統(tǒng)可靠度為0.65。試對三個(gè)分系統(tǒng)進(jìn)行可靠度再分配。38五 、綜合評分分配法分配原理：按經(jīng)驗(yàn)對各單元考慮主要因素綜合評分，根據(jù)各單元得分多少分配給相應(yīng)的可靠性指標(biāo)。 考慮的因素及評分原則： 技術(shù)水平：對技術(shù)成熟，有把握保證高可靠性的則評1分，反之最多可評到10分； 復(fù)雜程度：單元組成的零件少，結(jié)構(gòu)簡單評1分，反之最多評到10分； 重要程度：極其重要單元評1分，反之最多評到10分； 任務(wù)時(shí)間：整個(gè)任務(wù)期中工作時(shí)間很短，工作條件好評1分，反之最多評到10分； 環(huán)境因子：生產(chǎn)條件好評1分，反之最多評到10分。39綜合評分法分配步驟第i單元綜合得分：系統(tǒng)總評分：第i單元得分比