可靠性預(yù)計(jì)剖析

ReliabilityPrediction1牢靠性預(yù)料

ReliabilityPredictionReliabilityPrediction2課程內(nèi)容牢靠性預(yù)料的目的、用途與分類(lèi)牢靠性預(yù)料的程序單元牢靠性預(yù)料系統(tǒng)牢靠性預(yù)料不同研制階段牢靠性預(yù)料方法的選取牢靠性預(yù)料的特點(diǎn)與留意事項(xiàng)ReliabilityPrediction3目的、用途牢靠性預(yù)料目的與用途評(píng)估系統(tǒng)牢靠性，審查是否能達(dá)到要求的牢靠性指標(biāo)。在方案論證階段，通過(guò)牢靠性預(yù)料，比較不同方案的牢靠性水平，為最優(yōu)方案的選擇及方案優(yōu)化供應(yīng)依據(jù)。在設(shè)計(jì)中，通過(guò)牢靠性預(yù)料，發(fā)覺(jué)影響系統(tǒng)牢靠性的主要因素，找出薄弱環(huán)節(jié)，實(shí)行設(shè)計(jì)措施，提高系統(tǒng)牢靠性。為牢靠性支配奠定基礎(chǔ)。ReliabilityPrediction4分類(lèi)依據(jù)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)中牢靠性的定量要求基本牢靠性預(yù)料任務(wù)牢靠性預(yù)料（任務(wù)剖面、工作時(shí)間及功能特性等）不行修產(chǎn)品可修產(chǎn)品從產(chǎn)品構(gòu)成角度分析：?jiǎn)卧慰啃灶A(yù)料系統(tǒng)牢靠性預(yù)料返回ReliabilityPrediction5系統(tǒng)牢靠性預(yù)料程序程序明確系統(tǒng)定義明確系統(tǒng)的故障判據(jù)明確系統(tǒng)的工作條件繪制系統(tǒng)的牢靠性框圖建立系統(tǒng)牢靠性數(shù)學(xué)模型預(yù)料各單元的牢靠性依據(jù)系統(tǒng)牢靠性模型預(yù)料基本牢靠性或任務(wù)牢靠性返回ReliabilityPrediction6單元牢靠性預(yù)料說(shuō)明系統(tǒng)牢靠性是各單元牢靠性的概率綜合單元牢靠性預(yù)料是系統(tǒng)牢靠性預(yù)料的基礎(chǔ)干脆預(yù)料系統(tǒng)各單元的故障率或牢靠度常用的單元牢靠性預(yù)料方法：相像產(chǎn)品法評(píng)分預(yù)料法應(yīng)力分析法故障率預(yù)料法機(jī)械產(chǎn)品牢靠性預(yù)料法返回ReliabilityPrediction7相像產(chǎn)品法方法說(shuō)明相像產(chǎn)品法就是利用與該產(chǎn)品相像的現(xiàn)有成熟產(chǎn)品的牢靠性數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)該產(chǎn)品的牢靠性。成熟產(chǎn)品的牢靠性數(shù)據(jù)主要來(lái)源于現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)和試驗(yàn)室的試驗(yàn)結(jié)果。相像產(chǎn)品法考慮的相像因素一般包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、性能的相像性設(shè)計(jì)的相像性材料和制造工藝的相像性運(yùn)用剖面(保障、運(yùn)用和環(huán)境條件)的相像性ReliabilityPrediction8相像產(chǎn)品法預(yù)料過(guò)程確定相像產(chǎn)品分析相像因素對(duì)牢靠性的影響確定相像系數(shù)新產(chǎn)品牢靠性預(yù)料ReliabilityPrediction9相像產(chǎn)品法示例某型號(hào)導(dǎo)彈射程為3500km，已知飛行牢靠性指標(biāo)為0.8857，各分系統(tǒng)牢靠性指標(biāo)為——戰(zhàn)斗部：0.99、平安自毀系統(tǒng)：0.98、彈體結(jié)構(gòu)：0.99、限制系統(tǒng)：0.98、發(fā)動(dòng)機(jī)：0.9409。為了將導(dǎo)彈射程提高到5000km，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)行了三項(xiàng)改進(jìn)措施：接受能量更高的裝藥；發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)度增加1m；發(fā)動(dòng)機(jī)殼體壁厚由5mm減為4.5mm。試預(yù)料改進(jìn)后的導(dǎo)彈飛行牢靠性。ReliabilityPrediction10相像產(chǎn)品法示例分析計(jì)算壁厚減薄會(huì)使殼體強(qiáng)度下降，會(huì)使燃燒室的牢靠性下降從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的牢靠性。相像系數(shù)d=9.412×106/（9.806×106）發(fā)動(dòng)機(jī)的牢靠性R=0.9409×d=0.9033返回ReliabilityPrediction11評(píng)分預(yù)料法方法說(shuō)明在牢靠性數(shù)據(jù)特殊缺乏的狀況下(可以得到個(gè)別產(chǎn)品的牢靠性數(shù)據(jù))，通過(guò)有閱歷的設(shè)計(jì)人員或?qū)＜覍?duì)影響牢靠性的幾種因素評(píng)分，對(duì)評(píng)分進(jìn)行綜合分析而獲得各單元產(chǎn)品之間的牢靠性相對(duì)比值，再以某一個(gè)已知牢靠性數(shù)據(jù)的產(chǎn)品為基準(zhǔn)，預(yù)料其他產(chǎn)品的牢靠性。時(shí)間基準(zhǔn)：系統(tǒng)工作時(shí)間（一般）ReliabilityPrediction12評(píng)分預(yù)料法評(píng)分因素、評(píng)分原則以產(chǎn)品故障率為預(yù)料參數(shù)，各種因素評(píng)分值范圍為1~10，評(píng)分越高說(shuō)明牢靠性越差。困難度——它是依據(jù)組成單元的元部件數(shù)量以及它們組裝的難易程度來(lái)評(píng)定。技術(shù)水平——依據(jù)單元目前技術(shù)水平的成熟程度來(lái)評(píng)定。工作時(shí)間——依據(jù)單元工作的時(shí)間來(lái)評(píng)定（前提是以系統(tǒng)的工作時(shí)間為時(shí)間基準(zhǔn)）。環(huán)境條件——依據(jù)單元所處的環(huán)境來(lái)評(píng)定。ReliabilityPrediction13評(píng)分預(yù)料法方法原理ReliabilityPrediction14評(píng)分預(yù)料法示例某飛行器由動(dòng)力裝置、武器等六個(gè)分系統(tǒng)組成。已知制導(dǎo)裝置故障率284.5×10-6/h，試用評(píng)分法求得其它分系統(tǒng)的故障率。計(jì)算表格返回序號(hào)單元名稱(chēng)復(fù)雜度技術(shù)水平工作時(shí)間環(huán)境條件各單元評(píng)分?jǐn)?shù)各單元評(píng)分系數(shù)單元的故障率×10-61動(dòng)力裝置56557500.385.42武器761028400.33695.63制導(dǎo)裝置10105525001.0284.54飛行控制裝置885722400.896254.95機(jī)體421086400.25672.86輔助動(dòng)力裝置65557500.385.4ReliabilityPrediction15應(yīng)力分析法方法說(shuō)明用于產(chǎn)品具體設(shè)計(jì)階段的電子元器件失效率預(yù)料。對(duì)某種電子元器件在試驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力與環(huán)境條件下，通過(guò)大量的試驗(yàn)，并對(duì)其結(jié)果統(tǒng)計(jì)而得出該種元器件的“基本失效率”。在預(yù)料電子元器件工作失效率時(shí)，應(yīng)依據(jù)元器件的質(zhì)量等級(jí)、應(yīng)力水平、環(huán)境條件等因素對(duì)基本失效率進(jìn)行修正。電子元器件的應(yīng)力分析法已有成熟的預(yù)料標(biāo)準(zhǔn)和手冊(cè)。ReliabilityPrediction16應(yīng)力分析法失效率模型晶體管和二極管的失效率計(jì)算模型（GJB299）ReliabilityPrediction17應(yīng)力分析法應(yīng)力分析法表格編號(hào)型號(hào)規(guī)格元器件類(lèi)別數(shù)量N質(zhì)量等級(jí)各π系數(shù)λb(10-6/h)工作失效率(10-6/h)λpNλpReliabilityPrediction18應(yīng)力分析法預(yù)料要求預(yù)料依據(jù)的選取預(yù)料環(huán)境的選取預(yù)料溫度的選取降額系數(shù)的選取質(zhì)量系數(shù)的選取具體選取原則參見(jiàn)（GJB299）ReliabilityPrediction19應(yīng)力分析法舉例數(shù)字電路54LS00為國(guó)產(chǎn)器件，質(zhì)量等級(jí)為B1，環(huán)境類(lèi)別為AIF，計(jì)算該器件的工作失效率。計(jì)算步驟國(guó)產(chǎn)器件，運(yùn)用GJB/Z299B-98雙極型數(shù)字電路，查GJB/Z299B-98的表5.1.1.1-1，得失效率模型環(huán)境類(lèi)別為AIF，查GJB/Z299B-98的表5.1.1.1-2，得環(huán)境系數(shù)πE=17質(zhì)量等級(jí)為B1，查GJB/Z299B-98的表5.1.1.1-3，得質(zhì)量系數(shù)πQ=0.5ReliabilityPrediction20應(yīng)力分析法舉例計(jì)算步驟查GJB/Z299B-98的表5.1.1.1-4，得成熟系數(shù)πL=1.0查GJB/Z299B-98的表5.1.1.1-8，得溫度系數(shù)πT=1.35查GJB/Z299B-98的表5.1.1.1-12，得電壓應(yīng)力系數(shù)πV=1.0查GJB/Z299B-98的表5.1.1.1-15，得電路困難度失效率C1=0.074，C2=0.005ReliabilityPrediction21返回應(yīng)力分析法舉例計(jì)算步驟查GJB/Z299B-98的表5.1.1.1-28，得封裝困難度C3=0.083工作失效率λP=πQ[C1πTπV+(C2+C3)πE]πL=0.779725(10-6/h)ReliabilityPrediction22故障率預(yù)料法方法說(shuō)明主要用于非電子產(chǎn)品的牢靠性預(yù)料，其原理與電子元器件的應(yīng)力分析法基本相同。對(duì)于非電子產(chǎn)品可考慮降額因子D和環(huán)境因子K對(duì)失效率的影響。非電子產(chǎn)品的工作失效率為：

目前尚無(wú)正式可供查閱的數(shù)據(jù)手冊(cè)。返回ReliabilityPrediction23機(jī)械產(chǎn)品牢靠性預(yù)料方法方法說(shuō)明對(duì)機(jī)械類(lèi)產(chǎn)品而言，它具有一些不同于電子類(lèi)產(chǎn)品的特點(diǎn)，諸如：很多機(jī)械產(chǎn)品是為特定用途單獨(dú)設(shè)計(jì)的，通用性不強(qiáng)，標(biāo)準(zhǔn)化程度不高；機(jī)械產(chǎn)品的故障率通常不是常值，其設(shè)備的故障往往是由于耗損、乏累和其他與應(yīng)力有關(guān)的故障機(jī)理造成；機(jī)械產(chǎn)品的牢靠性與電子產(chǎn)品牢靠性相比對(duì)載荷、運(yùn)用方式和利用率更加敏感。ReliabilityPrediction24機(jī)械產(chǎn)品牢靠性預(yù)料方法方法說(shuō)明看起來(lái)很相像的機(jī)械部件，其故障率往往是特殊分散的。用數(shù)據(jù)庫(kù)中已有的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)料，其精度是無(wú)法保證的。目前預(yù)料機(jī)械產(chǎn)品牢靠性尚沒(méi)有相當(dāng)于電子產(chǎn)品那樣通用、可接受的方法?，F(xiàn)階段參考：《機(jī)械設(shè)備牢靠性預(yù)料程序手冊(cè)》(草案)《非電子零部件牢靠性數(shù)據(jù)》(NPRD-3)ReliabilityPrediction25修正系數(shù)法基本思路將機(jī)械產(chǎn)品分解到零件級(jí)，有很多基礎(chǔ)零件是通用的。將機(jī)械零件分成密封件、彈簧、電磁鐵、閥門(mén)、軸承、齒輪和花鍵、作動(dòng)器、泵、過(guò)濾器、制動(dòng)器和離合器等十類(lèi)。對(duì)諸多零件進(jìn)行失效模式及影響分析，找出其主要失效模式及影響這些模式的主要設(shè)計(jì)、運(yùn)用參數(shù)，通過(guò)數(shù)據(jù)收集、處理及回來(lái)分析，可以建立各零件失效率與上述參數(shù)的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系。ReliabilityPrediction26相像產(chǎn)品類(lèi)比論證法基本思路依據(jù)仿制或改型的類(lèi)似國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品已知的故障率，分析兩者在以下方面的差異組成結(jié)構(gòu)運(yùn)用環(huán)境原材料元器件水平制造工藝水平通過(guò)專(zhuān)家評(píng)分給出各修正系數(shù)，綜合權(quán)衡后得出一個(gè)故障率綜合修正因子D:返回ReliabilityPrediction27系統(tǒng)牢靠性預(yù)料概念與分類(lèi)系統(tǒng)牢靠性預(yù)料概念系統(tǒng)牢靠性預(yù)料是以組成系統(tǒng)的各單元產(chǎn)品的預(yù)料值為基礎(chǔ)，依據(jù)系統(tǒng)牢靠性模型，對(duì)系統(tǒng)基本/任務(wù)牢靠性進(jìn)行預(yù)料。系統(tǒng)牢靠性預(yù)料必需留意時(shí)間基準(zhǔn)的問(wèn)題。系統(tǒng)牢靠性預(yù)料分類(lèi)基本牢靠性預(yù)料任務(wù)牢靠性預(yù)料任務(wù)期間不行修系統(tǒng)的任務(wù)牢靠性預(yù)料任務(wù)期間可修系統(tǒng)的任務(wù)牢靠性預(yù)料ReliabilityPrediction28基本牢靠性預(yù)料的一般方法串聯(lián)模型關(guān)系系統(tǒng)組成單元之間相互獨(dú)立各單元均聽(tīng)從指數(shù)分布

ReliabilityPrediction29元件計(jì)數(shù)法方法說(shuō)明適用于電子設(shè)備方案論證階段和初步設(shè)計(jì)階段，元器件的種類(lèi)和數(shù)量大致已確定，但具體的工作應(yīng)力和環(huán)境等尚未明確時(shí)，對(duì)系統(tǒng)基本牢靠性進(jìn)行預(yù)料。基本原理是對(duì)元器件“通用失效率”的修正。計(jì)算模型 Pi=GiQiNiReliabilityPrediction30元器件計(jì)數(shù)法預(yù)料表元件計(jì)數(shù)法預(yù)料表格編號(hào)元器件類(lèi)別數(shù)量N質(zhì)量等級(jí)質(zhì)量系數(shù)πQλG(10-6/h)NλG(10-6/h)ReliabilityPrediction31元件計(jì)數(shù)法舉例某電子設(shè)備由4個(gè)調(diào)整二極管、2個(gè)合成電阻器、4個(gè)云母電容器組成，全部器件都是國(guó)產(chǎn)的，質(zhì)量等級(jí)都是B1。設(shè)備的工作環(huán)境為戰(zhàn)斗機(jī)座艙。計(jì)算該設(shè)備的基本牢靠性。計(jì)算步驟國(guó)產(chǎn)器件，運(yùn)用GJB/Z299B-98確定設(shè)備的工作環(huán)境類(lèi)別：AIF確定元器件的種類(lèi)：調(diào)整二極管、合成電阻器、云母電容器；確定元器件的質(zhì)量等級(jí)，全部為B1ReliabilityPrediction32元件計(jì)數(shù)法舉例舉例計(jì)算步驟查GJB/Z299B-98中的表5.2-15、表5.2-17、表5.2-18，確定元器件的通用失效率查GJB/Z299B-98中的表5.2-24、表5.2-25，確定元器件的質(zhì)量系數(shù)確定元器件的數(shù)目計(jì)算設(shè)備的基本牢靠性λ設(shè)備=N1λ1πQ1+N2λ2πQ2+N3λ3πQ3=4.78(10-6/h)MTBF設(shè)備=1/λ設(shè)備=209205.0h返回ReliabilityPrediction33任務(wù)牢靠性預(yù)料概念任務(wù)牢靠性預(yù)料概念任務(wù)牢靠性預(yù)料即對(duì)系統(tǒng)完成某項(xiàng)規(guī)定任務(wù)成功概率的估計(jì)。任務(wù)牢靠性預(yù)料是針對(duì)某一任務(wù)剖面進(jìn)行的。在進(jìn)行任務(wù)牢靠性預(yù)料時(shí)，單元的牢靠性數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)是對(duì)影響系統(tǒng)平安和任務(wù)完成的故障統(tǒng)計(jì)而得出的數(shù)據(jù)。但當(dāng)缺乏單元任務(wù)牢靠性數(shù)據(jù)時(shí)，也可用基本牢靠性的預(yù)料值代替，但系統(tǒng)預(yù)料結(jié)果偏保守。ReliabilityPrediction34任務(wù)牢靠性預(yù)料概念系統(tǒng)的任務(wù)牢靠性預(yù)料過(guò)程如下建立系統(tǒng)的任務(wù)牢靠性框圖，確定飛行時(shí)間T；確定系統(tǒng)內(nèi)各電子設(shè)備的工作時(shí)間t；計(jì)算電子設(shè)備的運(yùn)行比S/F；將設(shè)備的MTBF單元轉(zhuǎn)換為MTBCF單元： MTBCF單元=MTBF單元/(S/F)電子設(shè)備的牢靠度為： R單元(T)=EXP(-T/MTBCF單元)依據(jù)牢靠性框圖計(jì)算系統(tǒng)的牢靠度。返回ReliabilityPrediction35不行修系統(tǒng)的任務(wù)牢靠性預(yù)料牢靠性框圖法以系統(tǒng)組成單元的預(yù)料值為基礎(chǔ)，依據(jù)建立的牢靠性框圖及數(shù)學(xué)模型計(jì)算得出系統(tǒng)任務(wù)牢靠度。依據(jù)任務(wù)剖面建立系統(tǒng)任務(wù)牢靠性框圖；預(yù)料單元的故障率或MTBCF；確定單元的工作時(shí)間；依據(jù)牢靠性框圖計(jì)算系統(tǒng)任務(wù)牢靠度。ReliabilityPrediction36牢靠性框圖法示例某飛機(jī)共有六個(gè)任務(wù)剖面，完成困難絕技的任務(wù)牢靠性框圖如下圖所示ReliabilityPrediction37牢靠性框圖法示例假設(shè)各單元產(chǎn)品均以指數(shù)分布，工作時(shí)間均為1.0小時(shí)，其故障率如下表所示。單元名稱(chēng)故障率×10-6(1/h)單元名稱(chēng)故障率×10-6(1/h)燃油泵(A)900油箱(H)1切數(shù)開(kāi)關(guān)(B)30油量指標(biāo)器(I)50發(fā)動(dòng)機(jī)低壓燃油泵(C)800耗量偉感器(J)45沖壓口(D)20油盡信量器(K)30安全活門(mén)(E)30主油路壓力信號(hào)器(L)35噴射泵(F)700低油面信號(hào)器(M)20連通單向活門(mén)(G)40ReliabilityPrediction38牢靠性框圖法示例其任務(wù)牢靠度預(yù)料如下串聯(lián)單元1，由A、B組成，其牢靠度為旁聯(lián)單元2，由1、C組成，其牢靠度為ReliabilityPrediction39牢靠性框圖法示例示例其任務(wù)牢靠度預(yù)料如下串聯(lián)單元3，由D、E、F、G、H、I、J、K，其牢靠性為ReliabilityPrediction40牢靠性框圖法示例其任務(wù)牢靠度預(yù)料如下并聯(lián)單元4，由L、M組成，其牢靠度為則燃油系統(tǒng)任務(wù)牢靠度為ReliabilityPrediction41不行修系統(tǒng)的任務(wù)牢靠性預(yù)料多任務(wù)剖面任務(wù)牢靠度綜合預(yù)料在對(duì)飛機(jī)等武器裝備的牢靠性指標(biāo)要求中，一個(gè)重要的指標(biāo)是完成任務(wù)成功概率（MCSP），即整機(jī)總的任務(wù)牢靠度。它是多種任務(wù)剖面的綜合任務(wù)牢靠度指標(biāo)。如前所述在任務(wù)牢靠性預(yù)料時(shí)必需依據(jù)不同的任務(wù)剖面，預(yù)料其各自的任務(wù)牢靠度。須要將各任務(wù)剖面的任務(wù)牢靠度綜合，預(yù)料出整機(jī)總的任務(wù)牢靠度。1整機(jī)各任務(wù)剖面的任務(wù)牢靠度ReliabilityPrediction422整機(jī)完成任務(wù)成功概率（MCSP）ReliabilityPrediction43當(dāng)各任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間不同時(shí)按下式計(jì)算的計(jì)算ReliabilityPrediction44ReliabilityPrediction45返回ReliabilityPrediction46可修系統(tǒng)的可用度預(yù)料可修系統(tǒng)在任務(wù)執(zhí)行期間，當(dāng)系統(tǒng)故障而不能執(zhí)行任務(wù)時(shí)允許修理，修復(fù)后接著執(zhí)行任務(wù)。其任務(wù)牢靠性不僅受各單元牢靠性的影響，而且受到各單元修理特性的影響?？尚尴到y(tǒng)的可用度探討系統(tǒng)起先工作后，在隨意時(shí)刻系統(tǒng)處于工作狀態(tài)的概率。預(yù)料方法解析法馬爾可夫過(guò)程法仿真法ReliabilityPrediction47馬爾可夫過(guò)程隨機(jī)過(guò)程隨機(jī)事務(wù)的變更過(guò)程，它無(wú)法用確定性的形式來(lái)描述。在運(yùn)用期間可以修復(fù)的困難系統(tǒng)，由系統(tǒng)部件的牢靠性和修理性確定了系統(tǒng)在任務(wù)期間的某一時(shí)刻，系統(tǒng)可能隨機(jī)地處于某種狀態(tài)：正常狀態(tài)故障