第七章可靠性概念(共127).ppt

1、l一一、可靠性工程發(fā)展及其重要性、可靠性工程發(fā)展及其重要性l例如，美國的宇宙飛船阿波羅工程有700萬只元器件和零件，參加人數(shù)達(dá)42萬人，參予制造的廠家達(dá)1萬5千多家，生產(chǎn)周期達(dá)數(shù)年之久。象這樣龐大的復(fù)雜系統(tǒng)，一旦某一個元件或某一個部件出現(xiàn)故障，就會造成整個工程失敗，造成巨大損失。所以可靠性問題特別突出，不專門進(jìn)行可靠性研究是難于保證系統(tǒng)可靠性的。l1. 高科技的需要l 2. 經(jīng)濟(jì)效益的需要l 3. 政治聲譽的需要l 總之，無論是人民群眾的生活，國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要出發(fā)，還是從國防、科研的需要出發(fā)，研究可靠性問題是具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實意義。 l現(xiàn)代科技迅速發(fā)展導(dǎo)致各個領(lǐng)域里的各種設(shè)備和產(chǎn)品不斷朝著高性能

2、、高可靠性方向發(fā)展，各種先進(jìn)的設(shè)備和產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、交通運輸、科研、文教衛(wèi)生等各個行業(yè)，設(shè)備的可靠性直接關(guān)系到人民群眾的生活和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)，所以，深入研究產(chǎn)品可靠性的意義是非常重大的。l產(chǎn)品或設(shè)備的故障都會影響生產(chǎn)和造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。特別是大型流程企業(yè)，有時因一臺關(guān)鍵設(shè)備的故障導(dǎo)致工廠停產(chǎn)，其損失都是每天幾十萬元甚至幾百萬元。因此，從經(jīng)濟(jì)效益的來看，研究可靠性是很有意義的。l研究與提高產(chǎn)品的可靠性是要付出一定代價的。從生產(chǎn)角度看，要增加產(chǎn)品的研制和生產(chǎn)的成本。但是，從使用角度看，由于產(chǎn)品可靠性提高了，就大大減少了使用費和維修費，同時還減少了產(chǎn)品壽命周期的成本。所以，從總體上看，研究可靠性

3、是有經(jīng)濟(jì)效益的。l從政治方面考慮，無論哪個國家，產(chǎn)品的先進(jìn)性和可靠性對提高這個國家的國際地位、國際聲譽及促進(jìn)國際貿(mào)易發(fā)展都起很大的作用。l可靠性工程涉及面積廣，需要從科研、設(shè)計、試驗、制造、運輸、貯存、直到使用和維護(hù)等方面，進(jìn)行研究和實施的工作。1、可靠性基本理論可靠性數(shù)學(xué)與故障物理學(xué)；集合論與邏輯代數(shù)；概率論與數(shù)理統(tǒng)計；圖論與隨機過程；系統(tǒng)工程與人素工程學(xué)；環(huán)境工程學(xué)與環(huán)境應(yīng)力分析；試驗及分析基礎(chǔ)理論。7、原件可靠性制定原件可靠性；元件失效分析與可靠性評價；元器件及原材料的合理選擇；元器件的老化篩選；元器件現(xiàn)場使用情況調(diào)查和反饋。2、可靠性設(shè)計貯備設(shè)計和裕度設(shè)計；降額設(shè)計和構(gòu)件概率設(shè)計；熱設(shè)

4、計、抗機械力設(shè)計；防潮、腐蝕、鹽霧、塵設(shè)計；電磁兼容設(shè)計和抗輻射設(shè)計；電磁兼容設(shè)計和抗輻射設(shè)計；維修性設(shè)計和使用性設(shè)計；質(zhì)量、體積、重量和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)綜合設(shè)計。8、系統(tǒng)可靠性可靠性預(yù)計與分配；失效模式效應(yīng)與危害度分析；事件樹分析法(ETA)；故障樹分析法(FTA)；可靠性綜合評估。3、可試靠驗性環(huán)境試驗；壽命試驗；篩選試驗。9、可教靠育性舉辦各種可靠性學(xué)習(xí)班與講座；內(nèi)外培訓(xùn)和內(nèi)外考察；專業(yè)技術(shù)會議；出版可靠性刊物、可靠性教材。4、制造質(zhì)量控制手段和方法10可靠性管理建立可靠性管理機構(gòu)和研究機構(gòu)；制定可靠性管理綱要；制定產(chǎn)品可靠性管理規(guī)范；建立質(zhì)量反饋制度；開展產(chǎn)品可靠性評審。5、使靠用性的?？勺C使

5、用和維護(hù)規(guī)程制定；操作和維修人員培訓(xùn)；安全性設(shè)計；人-機匹配設(shè)計和環(huán)境設(shè)計。6、可靠性.信息現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集、分析、整理和反饋；試驗數(shù)據(jù)處理和反饋；元器件失效率匯集和交換；各種可靠性信息搜集和交流；用戶調(diào)查和反饋。11、可靠性標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)；試驗方法標(biāo)準(zhǔn)；認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)；管理標(biāo)準(zhǔn)；設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)可靠性工程的基本內(nèi)容可靠性工程的基本內(nèi)容1.可靠性l可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定的功能的能力。2.可靠性指標(biāo)l衡量產(chǎn)品可靠性的指標(biāo)很多，各指標(biāo)之間有著密切聯(lián)系，其中最主要的有四個，即：l可靠度R (t)、l不可靠度(或稱故障概率)F (t)、l故障密度函數(shù)f (t)l故障率(t)。 (1)

6、可靠度可靠度R (t)l把產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率定義為產(chǎn)品的“可靠度”。用R (t)表示：lR (t)=P(Tt)l其中P (Tt)就是產(chǎn)品使用時間T大于規(guī)定時間t的概率。l若受試驗的樣品數(shù)是N0個，到t時刻未失效的有N s (t)個；失效的有N f (t)個。則沒有失效的概率估計值，即可靠度的估計值為(7-1)000)()()()()()(NtNNNtNtNtNtNtRfsfssl如果仍假定t為規(guī)定的工作時間，T為產(chǎn)品故障前的時間，則產(chǎn)品在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時間內(nèi)喪失規(guī)定的功能(即發(fā)生故障)的概率定義為不可靠度(或稱為故障概率)，用F(t)表示：F (t)=

7、P (Tt)l同樣，不可靠度的估計值為：(7-2)000)()()()()()(NtNNNtNtNtNtNtFsffsfl由于故障和不故障這兩個事件是對立的，所以R (t)+F (t)=1(7-3)l當(dāng)N0足夠大時，就可以把頻率作為概率的近似值。同時可見可靠度是時間t的函數(shù)。因此R (t)亦稱為可靠度函數(shù)。l0R (t)1 (2)故障密度函數(shù)故障密度函數(shù)f (t)l如果N0是產(chǎn)品試驗總數(shù)，Nf是時刻tt+t時間間隔內(nèi)產(chǎn)生的故障產(chǎn)品數(shù)，N f(t)(N0t)稱為tt+t時間間隔內(nèi)的平均失效(故障)密度，表示這段時間內(nèi)平均單位時間的故障頻率，若N0，t0，則頻率概率。dtdNNtffN01lim)

8、(0l也可根據(jù)F(t)的定義，得到f (t)，即(7-5)lF (t)具有以下性質(zhì)：0F (t) 1，且為增函數(shù)。ttfftfdttfdtdttdNNtdNNNtNtF000000)()(1)(1)()( (3)故障率故障率(t)l故障率(t)是衡量可靠性的一個重要指標(biāo)，其含義是產(chǎn)品工作到t時刻后的單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概率，即產(chǎn)品工作到t時刻后，在單位時間內(nèi)發(fā)生故障的產(chǎn)品數(shù)與在時刻t時仍在正常工作的產(chǎn)品數(shù)之比。(t)可由下式表示。 (7-6) 式中dNf(t)為d t時間內(nèi)的故障產(chǎn)品數(shù)。dttdNtNtfs)()(1)( l當(dāng)N0時(7-7)()(/ )(1 ()()()(1)(000tRtf

9、NtNdtNtdNdttdNtNNtffffl根據(jù)R (t)，F(xiàn) (t)，f (t),(t)的定義，還可以推導(dǎo)出：(7-8)(exp)(0)(0tdttdttetRt失效率曲線耗損失效期t時間偶然失效期早期失效期使用壽命規(guī)定的失效率(t)失效率ABl“浴盆曲線浴盆曲線”。l(a)早期故障期：產(chǎn)品早期故障反映了設(shè)計、制造、加工、裝配等質(zhì)量薄弱環(huán)節(jié)。早期故障期又稱調(diào)整期或鍛煉期，此種故障可用廠內(nèi)試驗的辦法來消除。l(b)正常工作期：在此期間產(chǎn)品故障率低而且穩(wěn)定，是設(shè)備工作的最好時期。在這期間內(nèi)產(chǎn)品發(fā)生故障大多出于偶然因素，如突然過載、碰撞等，因此這個時期又叫偶然失效期。l 可靠性研究的重點，在于延

10、長正常工作期的長度。 l(c)損耗時期：零件磨損、陳舊，引起設(shè)備故障率升高。如能預(yù)知耗損開始的時間，通過加強維修，在此時間開始之前就及時將陳舊損壞的零件更換下來，可使故障率下降，也就是說可延長可維修的設(shè)備與系統(tǒng)的有效壽命。l故障率的單位一般采用10-5小時或10-9小時(稱10-9小時為1fit)。l 故障率也可用工作次數(shù)、轉(zhuǎn)速、距離等。t4%2%5%7%14%68%(4)平均壽命平均壽命l平均壽命是指產(chǎn)品從投入運行到發(fā)生故障的平均工作時間。對于不維修產(chǎn)品又稱失效前平均時間MTTF(Meantimetofailure)，根據(jù)數(shù)學(xué)期望的定義，可得(7-9)xdtttfMTTF0)(l將(7-1)

11、式微分，可得(7-10)l代入(7-9)得(7-11)l當(dāng)(t)=常數(shù)時，R (t)=e-t，所以(7-12)dttftdR)()(0)(ttdRMTTF00)()(dttRttR0)( dttR10dteMTTFtl對于可維修產(chǎn)品而言，平均壽命指的是產(chǎn)品兩次相鄰故障間的平均工作時間，稱為平均故障間隔時間MTBF(Meantimebetweenfailure)，和MTTF有同樣的數(shù)學(xué)表達(dá)式：(7-13)l當(dāng)(t)=常數(shù)時，(7-14)0)( dttRMTBF1MTBF(5)有效度有效度l對于可修復(fù)產(chǎn)品，只考慮其發(fā)生故障的概率顯然是不合適的，還應(yīng)考慮被修復(fù)的可能性，衡量修復(fù)可能性的指標(biāo)為維修度，

12、用M(t)表示。l 維修度M(t)產(chǎn)品在規(guī)定條件下進(jìn)行修理時，在規(guī)定時間內(nèi)完成修復(fù)的概率。l在維修性工程中，還有維修密度函數(shù)m(t)、維修率(t)，其相互關(guān)系有：(7-15)(7-16)tdttetM0)(1)(tdttettm0)()()(l平均修復(fù)時間(MTTRMeantimetoRepair)應(yīng)理解為產(chǎn)品修復(fù)時間的數(shù)學(xué)期望。有：(7-17)l當(dāng)(t)=常數(shù)時，0)(1 dttMMTTR1MTTRl對可修復(fù)系統(tǒng)，當(dāng)考慮到可靠性和維修性時，綜合評價的尺度就是有效度A(t)，它表示產(chǎn)品在規(guī)定條件下保持規(guī)定功能的能力。(7-18)MTTRMTBFMTBFtA)(lMTBF反映了可靠性的含義。lM

13、TTR反映維修活動的一種能力。兩者結(jié)合固有有效度A(t)當(dāng)考慮后勤保障、服務(wù)質(zhì)量時，就會在時間序列上出現(xiàn)平均等待時間(MWTMeanWaittime)。如果從實際出發(fā)，使用有效度A0應(yīng)表示為：MWTMTTRMTBFMTBFA0 (6)重要度重要度l若干個部件組成的系統(tǒng)中，每個部件并非等同重要，在可靠性分析中，一般將各部件在系統(tǒng)中所起的重要程度進(jìn)行定量描述，用wj表示。(7-20)l顯然，0wj1。這個重要度是從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來看部件的重要程度，因此它是結(jié)構(gòu)重要度。個部件故障總次數(shù)第故障的次數(shù)個部件故障而引起系統(tǒng)第jjwj (7)復(fù)雜度復(fù)雜度l復(fù)雜度ci可以簡單地用分系統(tǒng)的基本構(gòu)件數(shù)來表示，即：(7

14、-21)l其中：ni第i個分系統(tǒng)的構(gòu)件數(shù)；l N系統(tǒng)的構(gòu)件總數(shù)；l n分系統(tǒng)數(shù)。niiiinnNnc11.1.指數(shù)分布指數(shù)分布l指數(shù)分布在可靠性領(lǐng)域里應(yīng)用最多，由于它的特殊性，以及在數(shù)學(xué)上易處理成較直觀的曲線，故在許多領(lǐng)域中首先把指數(shù)分布討論清楚。若產(chǎn)品的壽命或某一特征值t的故障密度為(0，t0)l則稱t服從參數(shù)的指數(shù)分布。tetf)(f(t)tR(t)t(t)tl則有：不可靠度(t0)l可靠度(t0)l故障率l平均故障間隔時間1MTBF)(/ )()(tRtfttetFtR)(1)(tetF1)(l例7-1：一元件壽命服從指數(shù)分布，其平均壽命()為2000小時，求故障率及求可靠度R (100

15、)=?R(1000)=?l解：(小時)l此元件在100小時時的可靠度為0.95，而在1000小時時的可靠度為0.60。410520001195. 0)100(05. 01004105eeR60. 0)1000(5 . 010001054eeRl 指數(shù)分布的一個重要性質(zhì)是無記憶性。無記憶性是產(chǎn)品在經(jīng)過一段時間t0工作之后的剩余壽命仍然具有原來工作壽命相同的分布，而與t無關(guān)(馬爾克夫性)。這個性質(zhì)說明，壽命分布為指數(shù)分布的產(chǎn)品，過去工作了多久對現(xiàn)在和將來的壽命分布不發(fā)生影響。l實際意義? l 在“浴盆曲線”中，它是屬于偶發(fā)期這一時段的。2.2.正態(tài)分布正態(tài)分布l正態(tài)分布在機械可靠性設(shè)計中大量應(yīng)用，

16、如材料強度、磨損壽命、齒輪輪齒彎曲、疲勞強度以及難以判斷其分布的場合。若產(chǎn)品壽命或某特征值有故障密度 (t0，0，0) 則稱t服從正態(tài)分布。 222)(21)(tetfl則有：不可靠度l可靠度l故障率l 正態(tài)分布計算可用數(shù)學(xué)代換把上式變換成標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，查表簡單計算,得出各參數(shù)值。ttdtetF02)(2221)(ttdtetR02)(22211)()()()(tRtft 3.3.威布爾分布威布爾分布l威布爾分布應(yīng)用比較廣泛，常用來描述材料疲勞失效、軸承失效等壽命分布的。l威布爾分布是用三個參數(shù)來描述，這三個參數(shù)分別是尺度參數(shù)，形狀參數(shù)、位置參數(shù)，其概率密度函數(shù)為： (t，0，0)(1)()(

17、tettf不同值的威布爾分布（=2，=0）=1/3=1/2=2=1f(t)t不同值的威布爾分布（=1，=0）=3=1/2=2=1f(t)t=0=0.5=-0.5=1f(t)t不同值的威布爾分布（=1，=2）l則有：不可靠度l可靠度l故障率)(1)(tetF)()(tetR1)()(ttl當(dāng)和不變，威布爾分布曲線的形狀不變。隨著的減小，曲線由同一原點向右擴展，最大值減小。l當(dāng)和不變，變化時，曲線形狀隨而變化。當(dāng)值約為3.5時，威布爾分布接近正態(tài)分布。l當(dāng)和不變時，威布爾分布曲線的形狀和尺度都不變，它的位置隨的增加而向右移動。l威布爾分布其它一些特點，1時，表示磨損失效；=1時，表示恒定的隨機失效

18、，這時為常數(shù)；1時，表示早期失效。當(dāng)=1，=0時， ，為指數(shù)分布，式中 為平均壽命。tetf)(1l 可靠性模型指的是系統(tǒng)可靠性邏輯框圖(也稱可靠性方框圖)及其數(shù)學(xué)模型。原理圖表示系統(tǒng)中各部分之間的物理關(guān)系。而可靠性邏輯圖則表示系統(tǒng)中各部分之間的功能關(guān)系，即用簡明扼要的直觀方法表現(xiàn)能使系統(tǒng)完成任務(wù)的各種串并旁聯(lián)方框的組合。l了解系統(tǒng)中各個部分(或單元)的功能和它們相互之間的聯(lián)系以及對整個系統(tǒng)的作用和影響對建立系統(tǒng)的可靠性數(shù)學(xué)模型、完成系統(tǒng)的可靠性設(shè)計、分配和預(yù)測都具有重要意義。借助于可靠性邏輯圖可以精確地表示出各個功能單元在系統(tǒng)中的作用和相互之間的關(guān)系。雖然根據(jù)原理圖也可以繪制出可靠性邏輯圖，

19、但并不能將它們二者等同起來。l邏輯圖和原理圖在聯(lián)系形式和方框聯(lián)系數(shù)目上都不一定相同，有時在原理圖中是串聯(lián)的，而在邏輯圖中卻是并聯(lián)的；有時原理圖中只需一個方框即可表示，而在可靠性邏輯圖中卻需要兩個或幾個方框才能表示出來。l例如，為了獲得足夠的電容量，常將三個電器并聯(lián)。假定選定失效模式是電容短路，則其中任何一個電容器短路都可使系統(tǒng)失敗。l 因此，該系統(tǒng)的原理圖是并聯(lián)，而邏輯圖應(yīng)是串聯(lián)的。l例如，為了獲得足夠的電容量，常將三個電器并聯(lián)。假定選定失效模式是電容短路，則其中任何一個電容器短路都可使系統(tǒng)失敗。l 因此，該系統(tǒng)的原理圖是并聯(lián)，而邏輯圖應(yīng)是串聯(lián)的。c1c2c3l例如，為了獲得足夠的電容量，常將

20、三個電器并聯(lián)。假定選定失效模式是電容短路，則其中任何一個電容器短路都可使系統(tǒng)失敗。l 因此，該系統(tǒng)的原理圖是并聯(lián)，而邏輯圖應(yīng)是串聯(lián)的。c1c2c3c1c2c3可靠性框圖l在建立可靠性邏輯圖時，必須注意與工作原理圖的區(qū)別。l 畫可靠性邏輯圖，首先應(yīng)明確系統(tǒng)功能是什么，也就是要明確系統(tǒng)正常工作的標(biāo)準(zhǔn)是什么，同時還應(yīng)弄清部件A、B正常工作時應(yīng)處的狀態(tài)。V常開觸頭繼電器故障模式：1、給電后，合不上；2、斷電后，分不開。原理圖可靠性框圖閥門A閥門B流體閥門A閥門B流體原理圖ABAB可靠性框圖l由此可見，系統(tǒng)內(nèi)各部件之間的物理關(guān)系和功能關(guān)系是有區(qū)別的。如果僅從表面形式看，二個元件像是串聯(lián)的，如不管其系統(tǒng)的

21、功能如何，把它作為串聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行計算就會產(chǎn)生錯誤。l隨著系統(tǒng)設(shè)計工作的進(jìn)展，必須繪制一系列的可靠性邏輯框圖，這些框圖要逐漸細(xì)分下去，按級展開。abdce42135CLRXXDD系統(tǒng)級分系統(tǒng)級設(shè)備級部件級組件級l當(dāng)我們知道了組件中各單元的可靠性指標(biāo)(如可靠度、故障率或MTBF等)即可由下一級的邏輯框圖及數(shù)學(xué)模型計算上一級的可靠性指標(biāo)，這樣逐級向上推，直到算出系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。這就是利用系統(tǒng)可靠性模型及已知的單元可靠性指標(biāo)預(yù)計或估計系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的過程。圖7-9可靠性模型分類可靠性模型工作儲備非儲備非工作儲備旁聯(lián)串聯(lián)多數(shù)表決并聯(lián)混聯(lián)混合n中取r簡單l一、串聯(lián)模型一、串聯(lián)模型l組成系統(tǒng)的所有單元中任一

22、單元的故障就會導(dǎo)致整個系統(tǒng)故障的系統(tǒng)稱串聯(lián)系統(tǒng)。它屬于非貯備可靠性模型，其邏輯框圖如圖所示。123nl根據(jù)串聯(lián)系統(tǒng)的定義及邏輯框圖，其數(shù)學(xué)模型為：（7-22）l式中Rs (t)系統(tǒng)的可靠度； Ri (t)第i個單元的可靠度。niistRtR1)()(l若各單元的壽命分布均為指數(shù)分布，即（7-23）l式中s系統(tǒng)的故障率； i各單元的故障率。tiietR)(ttnitssniiseeetR11)(niis1l系統(tǒng)的平均故障間隔時間為(7-24)l可見，串聯(lián)系統(tǒng)中各單元的壽命為指數(shù)分布時，系統(tǒng)的壽命也為指數(shù)分布。l由于Ri(t)是個小于1的數(shù)值，由式(7-22)，它的連乘積就更小，所以串聯(lián)的單元越多

23、，系統(tǒng)可靠度越低。由式(7-24)可以看到，串聯(lián)單元越多，則MTBFs也越小。niissMTBF111l二、并聯(lián)模型二、并聯(lián)模型l組成系統(tǒng)的所有單元都故障時，系統(tǒng)才故障的系統(tǒng)叫并聯(lián)系統(tǒng)，它屬于工作貯備模型。其邏輯框圖如圖所示。12n圖7-11并聯(lián)模型l根據(jù)并聯(lián)系統(tǒng)定義邏輯框圖，其數(shù)學(xué)模型為(7-25)l式中Fs(t)系統(tǒng)的不可靠度； Fi(t)第i個單元的不可靠度。niistFtF1)()(三、三、 n中取中取r模型模型(r/n)l組成系統(tǒng)的n個單元中，不故障的單元數(shù)不少于r(r為介于1和n之間的某個數(shù))系統(tǒng)就不會故障，這樣的系統(tǒng)稱為r/n系統(tǒng)。它屬于工作貯備模型。l 如四臺發(fā)動機的飛機，必須

24、有二臺或二臺以上發(fā)動機正常工作，飛機才能安全飛行，這就是4中取2系統(tǒng)。 l當(dāng)n個單元都相同時，其可靠度可按二項展開式計算：(7-29)l式中n系統(tǒng)的單元數(shù)；r系統(tǒng)正常工作所必須的最少單元數(shù)。rnrrnnnnnnnrniiininstRtRCtRtRCtRtRCtRtRtRCtR)(1 )()(1 )()(1 )()()(1 )()(222110l 式中第一項R n(t)是n個單元都正常工作的概率。第二項是(n-1)個單元正常工作，一個單元故障的概率，前r+1項是r個單元正常工作(n- r)個單元故障的概率。l 上式可看出，當(dāng)r=1時即為并聯(lián)模型，當(dāng)r=n時即為串聯(lián)模型。l四、四、 混合式貯備模

25、型混合式貯備模型l可靠性邏輯框圖如圖所示。并串聯(lián)l四、四、 混合式貯備模型混合式貯備模型l可靠性邏輯框圖如圖所示。串并聯(lián)l當(dāng)各單元相同時，串并聯(lián)或并串聯(lián)貯備模型如下：l串并聯(lián)貯備的數(shù)學(xué)模型為：(7-30)l并串聯(lián)貯備的數(shù)學(xué)模型為：(7-31)NnsptRtR)(1 1)(nNpstRtR)(1 (1 )(Rs(t)t并串聯(lián)n=2,N=2串并聯(lián)n=2,N=2單個元件l例n中取r模型的一個特殊情況就是多數(shù)表決貯備模型。l一個系統(tǒng)將三個以上(必須是奇數(shù))并聯(lián)單元的輸出進(jìn)行比較，把多數(shù)單元出現(xiàn)相同的輸出作為系統(tǒng)的輸出，這就是多數(shù)表決貯備系統(tǒng)。l表決器（R1)R1R2R3l旁聯(lián)系統(tǒng)旁聯(lián)系統(tǒng)R1R2R3轉(zhuǎn)

26、換器l實際中，系統(tǒng)是比較復(fù)雜的，如果系統(tǒng)可靠性框圖不能分解成上述的幾種模型，可用：l網(wǎng)絡(luò)計算法；l 布爾直值表法；l 部件狀態(tài)圖示法l 最小路集法；l 全概率分解法等，故障模式、影響分析(FailureModeEffectAnalysis)簡稱FMEA，是一種定性的可靠性分析方法。資料表明這種方法是很有效的，在工程上很有價值。這種方法是找出設(shè)計上的潛在缺陷的手段，是設(shè)計審查中必須重視的資料之一，是設(shè)計者和生產(chǎn)者必須完成的任務(wù)。通過分析產(chǎn)品所有可能的故障模式來確定每一故障對人員和系統(tǒng)安全、任務(wù)成功、系統(tǒng)性能、維修性、維修要求等的潛在影響，并按其影響的嚴(yán)重程度及其發(fā)生概率，確定其危害度，找出薄弱環(huán)

27、節(jié)，以便采取有效的措施消除或減輕這些影響。l在FMEA基礎(chǔ)上增加危害度分析（CA）就形成故障模式、影響及危害度分析(FailureModeEffectandCriticalityAnalysis)，簡稱FMECA。(1)列出全部部件的故障模式。(2)分析對系統(tǒng)功能造成的影響和后果。(3)判斷每種故障模式的危害度大小。估計危害度發(fā)生的概率。(4)提出相應(yīng)對策和建議，進(jìn)行更改設(shè)計、冗余設(shè)計，把潛在的、危害大的故障消滅在設(shè)計階段。l徹底尋清失效模式至關(guān)重要。l1）基本故障模式l（如：提前啟動；在規(guī)定時刻停機失效；在規(guī)定時刻啟動失效等。）l2）可能發(fā)生的故障模式。l（如：結(jié)構(gòu)失效(破損)；機械上卡?。?/p>

28、振顫；不能開（關(guān)）；誤開（關(guān)）；內(nèi)（外）漏；超出允許上（下）限；流動不暢；錯誤動作；提前（滯后）運行；輸出量過大（?。浑娐烽_（斷）等。）l進(jìn)行FMEA的目的是為了研究產(chǎn)品故障對系統(tǒng)工作所產(chǎn)生的后果和影響，并將每一可能的故障模式按其危害度進(jìn)行分類，并采取必要的糾正措施。初步設(shè)計階段進(jìn)行FMEA對設(shè)計方案進(jìn)行評定對多個方案進(jìn)行比較lFMEA可以迅速暴露比較明顯的故障模式確定單個故障。有些故障略加設(shè)計更改消除重復(fù)進(jìn)行FMEA消除或減少已確定的故障模式的影響功能法l FMEA的基本方法還包括硬件法。采用哪種分析方法，通常根據(jù)設(shè)計復(fù)雜程度的不同和可利用的數(shù)據(jù)的差異來確定。l 硬件法是列出各個硬件產(chǎn)品，

29、并對它們可能出現(xiàn)的故障模式加以分析。功能法認(rèn)為每個產(chǎn)品用于完成多個功能。lCA的目的是按每一故障模式的危害度類別及該故障模式的發(fā)生概率所產(chǎn)生的綜合影響來對其分類，以便全面評價各潛在故障模式的影響。l 進(jìn)行危害度分析時，要了解嚴(yán)重程度等級，表7-2l CA可以分為定性分析和定量分析兩種。在不具有產(chǎn)品故障率數(shù)據(jù)的情況下，應(yīng)選擇的定性分析法。l 反之，若有可利用的技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)及故障率數(shù)據(jù)時，則應(yīng)以定量的方法計算并分析危害度數(shù)值。(1)定義系統(tǒng)及功能和性能要求；(2)功能級和系統(tǒng)可靠性框圖；(3)確定潛在的故障模式；(4)功能級的故障模式原因及后一級的影響；(5)如何檢測知道各種故障模式的方法；(7)

30、FMECA的故障影響的嚴(yán)重程度，確定危害度；(6)針對故障模式、原因、效應(yīng)，提出可能的預(yù)防措施；(8)估計故障模式的發(fā)生概率范圍；(9)為排除故障或控制風(fēng)險所需的設(shè)計更改或其他措施；（10）確定采取改進(jìn)措施或系統(tǒng)其它屬性所帶來的影響；(11)填寫FMEA和FMECA表格。格式見表7-3和7-4。 表表7-3 FMEA裝置名稱：代號：序號：分析者：設(shè)計者：日期：序號功能描述功能裝置數(shù)量故障模式故障原因故障影響故障檢測可能預(yù)防措施危害度類別備注局部影響最終影響01234567891012表表7-4 FMECA表表裝置名稱：代號：序號：分析者：設(shè)計者：日期：序號功能描述功能故障模式危害度類別故障原因

31、故障概率及數(shù)據(jù)源產(chǎn)品故障率p故障模式頻數(shù)比j故障影響概率j工作時間t故障模式危害度Cmj產(chǎn)品危害度Cr備注012345678910111212.l可通過可靠性預(yù)計得到。通常來自手冊和其他參考資料的故障率是產(chǎn)品的基本故障率b，使用時應(yīng)根據(jù)需要用應(yīng)用系數(shù)A、環(huán)境系數(shù)E、質(zhì)量系數(shù)Q及所需要的其他系統(tǒng)作修正，其修正方法按下式計算：lp=b（AEQ）lj是指產(chǎn)品故障模式j(luò)出現(xiàn)故障的百分比。各故障模式的頻數(shù)比可以從故障率數(shù)據(jù)或以試驗及使用數(shù)據(jù)推導(dǎo)出來。lj值是分析人員通過經(jīng)驗判斷得出，它是產(chǎn)品以故障模式j(luò)發(fā)生故障而導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生故障的條件概率。lCmj是產(chǎn)品危害數(shù)值的一部分。是產(chǎn)品在特定危害度類別下的那些故

32、障模式中的某一故障模式所具有的危害度數(shù)值，可由下式計算：lCmj=pjjtlCr是指預(yù)計將由產(chǎn)品的故障模式造成的某一類型（以產(chǎn)品故障模式的危害度表示）的系統(tǒng)故障的危害度數(shù)值?？砂聪率接嬎悖簂l l 由此可知，若系統(tǒng)中某產(chǎn)品具有最大的Cr值，則表示該產(chǎn)品是系統(tǒng)中應(yīng)首先采取改進(jìn)措施的產(chǎn)品。njnjjjpmjrtCC11l基本確定系統(tǒng)固有可靠性,說“基本確定”是因為在以后的生產(chǎn)制造過程還會影響固有可靠性。該固有可靠性是系統(tǒng)所能達(dá)到的可靠性上限。其它因素(如維修性設(shè)計等)只能保證系統(tǒng)的實際可靠性盡可能地接近固有可靠性。l我們不能把可靠性設(shè)計簡單理解只是提高系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)當(dāng)理解為要在系統(tǒng)的性能、可靠性

33、、費用等各方面的要求之間進(jìn)行綜合權(quán)衡，從而得到最優(yōu)設(shè)計。表表7-5 各種因素對系統(tǒng)可靠性的影響程度各種因素對系統(tǒng)可靠性的影響程度固有可靠性使用可靠性影響因素影響程度1零、部件材料2設(shè)計技術(shù)3制造技術(shù)4使用(運輸、操作安裝、維修)30%40%10%20%l1.電子元件與電路的容差分析l電路容差分析技術(shù)也就是電路性能參數(shù)穩(wěn)定性預(yù)計技術(shù)。對于精度要求高的復(fù)雜系統(tǒng)，性能穩(wěn)定性問題在系統(tǒng)可靠性中占很重要的地位。l漂移退化的原因有三種：l一、忽略公差；（原因產(chǎn)生的參數(shù)偏差是固定的）l二、是環(huán)境條件；（偏差在許多情況下是可逆的）l三、退化效應(yīng)。（偏差是不可逆的）第一次設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計(或功能設(shè)計)：第二次設(shè)計參

34、數(shù)設(shè)計(或質(zhì)量設(shè)計)：第三次設(shè)計容差設(shè)計(裕度設(shè)計或敏感度分析)： 容差設(shè)計是“三次設(shè)計”中最重要的一環(huán)。 “三類元件制造一類整機三類元件制造一類整機”l電磁兼容性指的是：設(shè)備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)不會由于受到處于同一電磁環(huán)境中其它設(shè)備的電磁輻射而導(dǎo)致性能降低或故障；也不會由于自身的電磁輻射使處在同一電磁環(huán)境中的其它設(shè)備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)產(chǎn)生不允許的性能降低或故障。l系統(tǒng)發(fā)生故障，有時并非由于元、部件損壞、參數(shù)漂移、電磁干擾等原因所造成，而是由于系統(tǒng)的“潛在電路”作用造成的。所謂“潛在電路”指的是在某種條件下。電路中產(chǎn)生的不希望有的通路，它的存在會引起功能異常或抑制正常功能l熱設(shè)計就是要考慮溫度對產(chǎn)品影響

35、的問題。熱設(shè)計的重點是通過器件的選擇、電路設(shè)計(包括容差與漂移設(shè)計和降額設(shè)計等)及結(jié)構(gòu)設(shè)計來減少溫度變化對產(chǎn)品性能的影響，使產(chǎn)品能在較寬的溫度范圍內(nèi)可靠地工作。l熱設(shè)計通常采用散熱或冷卻方法。散熱的基本設(shè)計措施有：傳導(dǎo)、對流、輻射等幾種方式。l安全系數(shù)法（許用應(yīng)力法）結(jié)構(gòu)承受外載荷后，由計算得到工作應(yīng)力應(yīng)小于該結(jié)構(gòu)件的許用應(yīng)力，即ll其中l(wèi)im為材料的極限應(yīng)力；l n為預(yù)定的設(shè)計安全系數(shù)。nlim 基本出發(fā)點：認(rèn)為零件材料的強度c是服從于概率密度函數(shù)f (c)隨機變量，而作用于零件危險截面上的工作應(yīng)力s，是服從于概率密度函數(shù)g(s)的隨機變量。g(s)f(c)f(c)c,scsg(s)l概率密

36、度曲線不重疊。工作應(yīng)力大于零件強度的概率等于零。如用安全系數(shù)的概念來表達(dá)，則計算安全系數(shù)小于1的概率等于零，即l P(sc)=0lP(n計1)=0l 具有這樣強度應(yīng)力關(guān)系的機械零件是安全的，不會發(fā)生強度破壞。g(s)f(c)f(c)c,scs 兩概率密度曲線有相互重疊的部分。雖然工作應(yīng)力的平均值s仍遠(yuǎn)小于極限應(yīng)力(強度)的平均值c，但不能絕對保證工作應(yīng)力在任何情況下都不大于極限應(yīng)力。l雖然以均值計算的安全系l數(shù)是大于1的，但從上分析可見，仍不能保證100%的安全。l對于機械零件的疲勞強度，零件的承載能力將隨時間而衰減，scn計f(c)s,cg(s)cst零件破壞的概率為：P(sc)，即當(dāng)零件材

37、料的強度c小于零件工作應(yīng)力s時，零件發(fā)生強度破壞。 曲線f (c)以下，a-a線以左(即變量c小于s時)的面積，表示零件的強度值小于s的概率，它按下式計算：)()()(0sFdccfscPsg(s)f(c)f(c)c,scssds曲線g(s)下，位于s到s+ds之間的面積，它代表了工作應(yīng)力s處于ss+ds之間概率，它的大小為g(s)ds。l零件的強度和工作應(yīng)力兩個隨機變量。根據(jù)概率乘法定理：lP(AB)=P(A)P(B)l所以乘積f (c)g(s)ds即為對于確定的s值時，零件中的工作應(yīng)力剛剛大于強度值的概率。ll把應(yīng)力s值在它一切可能值的范圍內(nèi)進(jìn)行積分l 當(dāng)f (c) 和g(s)服從指數(shù)分布或正態(tài)分布時，計算量不是很大。 dssgdccfdssgsfscP)()()()()