系统可靠性分析要点.pptx
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1、学习要求学习要求1.理解系统结构图和可靠性逻辑框图的概念 2.掌握串联、并联系统和混联系统的可靠度计算方法 3.能运用等分配法、比例分配法和AGREE方法进行系统可靠度分配第1页/共68页2主要内容系统的组成和功能逻辑框图 系统组成系统可靠性框图系统类型不可修复系统的可靠性分析串联系统并联系统混联系统表决系统 可靠性分配第2页/共68页系统、单元产品系统为了完成某一特定功能,由若干个彼此有联系而且又能相互协调工作的单元所组成的综合体“系统”、“单元”相对概念可以是按产品层次划分:零部件、组件、设备、分系统、系统中任何相对的两层“系统”包含“单元”,其层次高于“单元”产品可以指任何层次 第3页/
2、共68页系统分类不可修复系统可修复系统 n通过维修而恢复功能的系统系统或组成单元一旦发生故障,不再修复,处于报废状态的系统技术:不能修复经济:不值得修复一次性:没必要修复第4页/共68页系统可靠性单元的可靠性单个单元可靠性越高,系统可靠性越高系统的可靠性包含的单元数量单元之间的相互功能关系第5页/共68页系统可靠性设计的目的目的使系统满足规定的可靠性指标,完成预定功能前提下,使系统的技术性能、重量指标、制造成本及使用寿命协调并最优或者在性能、重量、成本、寿命和其它要求的约束下,设计出高可靠性系统第6页/共68页系统可靠性设计的分类可靠性预测按照已知零部件或各单元的数据,计算系统的可靠性指标对系
3、统的几种结构模型的计算、比较以得到满意的系统设计方案和可靠性指标可靠性分配按照已经给定的系统可靠性指标,对组成系统的单元进行分配,并在多种设计方案中比较、选优第7页/共68页可靠性分配与可靠性预计的关系p可靠性分配结果是可靠性预计的依据和目标p可靠性预计结果是可靠性分配与指标调整的基础第8页/共68页可靠性预测在设计阶段进行的定量的估计未来产品的可靠性方法以往的工程经验、故障数据,当前的技术水平以元器件、零部件的失效率为依据预报产品实际能达到的可靠度第9页/共68页可靠性预测的目的检验设计是否满足给定的可靠性目标,预测产品的可靠度值协调设计参数及性能指标,以求得合理的产品可靠性比较不同设计方案
4、的特点和可靠度,以选择最佳设计方案发现影响产品可靠性的主要因素,找出薄弱环节,以提高系统可靠性第10页/共68页单元可靠性预测确定单元的基本失效率;从手册、资料中得到;进行试验,得到失效率根据使用条件确定应用失效率;可在现场实测可以根据基本失效率修正机械产品的零部件经过磨损后,失效率基本保持不变,可靠性函数服从指数分布第11页/共68页一些机械零部件的基本失效率第12页/共68页应用失效率失效率修正系数基本失效率失效率修正系数失效率修正公式第13页/共68页系统可靠性框图 为预计或估算系统的可靠性所建立的可靠性方框图和数学模型 组成方框:单元功能连线:单元与系统之间的功能关系 节点(节点可以在
5、需要时才加以标注)输入节点:系统功能流程的起点 输出节点:系统功能流程的终点 中间节点 常用的有系统结构图和可靠性逻辑框图第14页/共68页可靠性逻辑框图表示各单元之间、单元与系统之间的关系注意区分物理关系和功能关系的差别关心的是功能关系,但以物理关系为基础要从功能上研究系统类型、分析系统的功能及其失效模式,而不能从结构上判断系统类型第15页/共68页可靠性模型示例例1:一个流体由两个阀门串联而成,试确定系统类型12(a)流体顺利通过时为串联系统12(b)截流时为并联系统p阀1和阀2处于开启状态,功能是流体流通p阀1和阀2处于闭合状态,功能是流体截止第16页/共68页典型可靠性模型分类第17页
6、/共68页典型可靠性模型串联模型并联模型混联模型表决模型非工作贮备模型(旁联模型)第18页/共68页串联模型定义组成系统的所有单元中任一单元的故障都会导致整个系统故障的称为串联系统串联系统是最常用和最简单的模型之一汽车及其组成的总成大多数为串联系统串联系统的逻辑图如下图所示:串联系统的可靠性逻辑图第19页/共68页串联系统数学模型当各单元服从指数分布时:系统寿命小于各单元寿命中的最小者:第20页/共68页串联模型系统的可靠度单元数量单元可靠度大小第21页/共68页串联系统数学模型p当各单元的寿命分布均为指数分布时,系统的寿命也服从指数分布,系统的故障率为单元的故障率之和:p系统的平均寿命:第2
7、2页/共68页串联系统特点串联系统特点串联系统的可靠度低于该系统的每个单元的可靠度,且随着串联数目的增加而迅速下降串联系统的故障率大于每个单元的故障率若串联系统的各个单元服从指数分布,则该系统寿命也服从指数分布第23页/共68页串联模型在设计时,为提高串联系统的可靠性,可从下列三方面考虑:尽可能减少串联单元数目提高单元可靠性,降低其故障率等可靠度单元组成的系统具有较好的效益第24页/共68页并联模型并联模型组成系统的所有单元都发生故障时,系统才发生故障的称为并联系统并联系统是最简单的冗余系统(有贮备模型)并联系统的逻辑图如图所示,其数学模型为第25页/共68页并联模型p系统可靠度当系统各单元的
8、寿命分布为指数分布时,对于最常用的两单元并联系统,有第26页/共68页并联模型即使单元故障率都是常数,但并联系统的故障率不再是常数,而是随着时间的增加而增大,且趋向于 p当系统各单元的寿命分布为指数分布时,对于n个相同单元的并联系统,有 第27页/共68页并联模型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 并联单元数与系统可靠度的关系tRs(t)1.00.80.60.40.2n=5n=4n=3n=2n=1第28页/共68页并联系统小结并联系统的失效概率低于各单元的失效概率并联系统的平均寿命高于各单元的平均寿命并联系统的可靠度大于单元可靠度的最大
9、值并联系统的各单元服从指数分布,该系统不再服从指数分布随着单元数的增加,系统的可靠度增大,系统的平均寿命也随之增加,但随着数目的增加,新增加单元对系统可靠性及寿命提高的贡献变得越来越小第29页/共68页混联模型p由串并联系统混合而成的系统12453678第30页/共68页串并联系统p由一部分单元先串联组成一个子系统,再由这些子系统组成一个并联系统12m112m2.12mn.第31页/共68页并串联系统p由一部分单元先并联组成一个子系统,再由这些子系统组成一个串联系统12.m112.m212.mn第32页/共68页混联系统例子例:如果在m=n=5的串并联系统与并串联系统中,单元可靠度R(t)均为
10、0.75,试分析求出这两个系统的可靠度解:对于串并联系统:对于并串联系统:第33页/共68页p由串并联系统混合而成的系统(R=0.75)12453678678S1S20.4218750.56258S4S30.8750.750.747系统可靠度0.49第34页/共68页表决模型表决模型组成系统的n个单元中,正常的单元数不小于r(1 r n)系统就不会故障,这样的系统称为r/n(G)表决模型它是工作贮备模型的一种形式第35页/共68页表决模型若组成系统的各单元相同,每个单元失效概率为q,正常工作概率为p,则r/n(G)表决系统的失效率服从二项分布p假如各单元寿命均服从指数分布,则有p系统的平均寿命
11、第36页/共68页多数表决系统(2/3(G)表决模型)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第37页/共68页2/3(G)表决模型p假设三个单元相互独立,且均服从指数分布,则2/3表决系统的可靠度和平均寿命分别为:第38页/共68页表决系统特例若表决器的可靠度为1: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:系统的平均寿命比并联系统小,比串联系统大第39页/
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