系統(tǒng)可靠性預計與指標分配課件

可靠性設計——III.系統(tǒng)可靠性預計與指標的分配4/4/20231可靠性設計本章內容系統(tǒng)可靠性要求制定系統(tǒng)可靠性要求分配系統(tǒng)的可靠性預計4/4/20232可靠性設計1.可靠性要求制定4/4/20233可靠性設計可靠性要求可靠性要求產品使用方向承制方(或生產方)從可靠性角度提出的研制目標,是進行可靠性設計、分析、制造、試驗和驗收的依據。研制人員只有在透徹地了解這些要求后，才能將可靠性正確地設計、生產到產品中去，并按要求有計劃地實施有關的組織、監(jiān)督、控制及驗證工作。4/4/20235可靠性設計可靠性要求可靠性要求分類定性要求用一種非量化的形式來設計、評價和保證產品的可靠性。定量要求規(guī)定產品的可靠性參數、指標和相應的驗證方法。用定量方法進行設計分析，進行可靠性驗證，從而保證產品的可靠性。4/4/20236可靠性設計可靠性定性要求可靠性定性要求概念用一種非量化的形式來設計、評價和保證產品的可靠性，對數值無確切要求。在定量化設計分析缺乏大量數據支持的情況下，提出定性設計分析要求并加以實現更為重要。可靠性定性要求分類定性設計要求定性分析要求4/4/20237可靠性設計可靠性設計準則含義在研制過程中盡可能充分挖掘研制單位已有的工程經驗，把設計人員多年積累的設計經驗與教訓加以總結提高，形成可靠性設計標準和指令性文件。指導工程設計人員如何把產品的可靠性設計到產品中去。用可靠性設計準則逐條審查設計的符合性，完成設計準則符合性報告，供設計評審時使用。4/4/20239可靠性設計可靠性設計準則作用可靠性設計準則是進行可靠性定性設計的重要依據。貫徹可靠性設計準則可以提高產品的固有可靠性?？煽啃栽O計準則是把可靠性設計和性能設計有機結合的有效方法?？煽啃栽O計準則是一個單位產品設計經驗的總結與升華。4/4/202310可靠性設計可靠性設計準則主要內容

概述說明產品名稱、型號、功能和配套關系；產品合同規(guī)定的可靠性定性、定量要求等。目的說明編制可靠性設計準則的目的。適用范圍應說明編制的可靠性設計準則適用于何產品或何系列產品。4/4/202311可靠性設計可靠性定性分析要求定性分析要求

定性分析要求一般是在產品研制過程中要求采取的可靠性分析工作，以保證與提高產品可靠性。這些可靠性分析工作需要在產品研制的各個階段根據產品的實際情況和分析方法的特點，具體組織實施。4/4/202313可靠性設計可靠性定性分析要求定性分析要求的主要項目功能危險分析(FHA)綜合的、系統(tǒng)的演繹方法故障模式和影響分析(FMEA)系統(tǒng)的，自下而上的歸納分析法故障樹分析(FTA)系統(tǒng)的，自上而下的演繹分析法區(qū)域安全性分析(ZSA)按照裝備的區(qū)域進行的分析、檢查法4/4/202314可靠性設計可靠性定量要求概念確定產品的可靠性參數、指標以及驗證時機和驗證方法，以便在設計、生產、試驗驗證、使用過程中用量化方法評價或驗證裝備的可靠性水平。可靠性參數要反映戰(zhàn)備完好性，任務成功性，維修人力費用及保障資源費用等四個方面的要求。MTBFMFHBFMCSP4/4/202315可靠性設計常用可靠性參數平均故障間隔時間MTBF

在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內，產品的壽命單位總數與故障總次數之比。任務可靠度MR

產品在規(guī)定的任務剖面內完成規(guī)定功能的概率。工作壽命產品從開始工作到報廢為止的全部工作時間。4/4/202317可靠性設計常用可靠性參數首次翻修期限

在規(guī)定條件下，產品從交付（或開始使用）到首次經基地或工廠大修（或翻修）的工作時間和（或）日歷持續(xù)時間。貯存期限即儲存壽命，指產品在規(guī)定的條件下儲存時，仍能滿足規(guī)定質量要求的時間長度。4/4/202318可靠性設計舉例：衛(wèi)星的可靠性參數任務可靠度衛(wèi)星從發(fā)射準備到在軌工作到規(guī)定時間或回收的成功概率。發(fā)射準備指衛(wèi)星進入發(fā)射陣地到運載火箭點火前這段時間。在軌測試交付可靠度衛(wèi)星發(fā)射入軌道或定點后，在交付使用之前對其功能（例如通信或遙感能力等）進行在軌測試的成功概率。在軌工作可靠度衛(wèi)星在軌工作期間的成功概率。4/4/202319可靠性設計可靠性定量要求參數類別使用參數使用可靠性參數及指標反映了系統(tǒng)及其保障因素在計劃的使用和保障環(huán)境中的可靠性要求，它是從最終用戶的角度來評價產品的可靠性水平。MFHBF、MCSP、MTBM合同參數合同可靠性參數及指標反映了合同中使用的易于考核度量的可靠性要求，它更多的是從承制方的角度來評價產品的可靠性水平。MTBF、MTBCF4/4/202321可靠性設計含義可靠性指標是可靠性參數要求的量值。如MTBF=1000h即為可靠性指標。與使用、合同參數相對應，可靠性指標分為可靠性使用指標和可靠性合同指標。可靠性指標4/4/202322可靠性設計可靠性參數指標的特性目標值→規(guī)定值；門限值→最低可接受值4/4/202323可靠性設計可靠性參數值時序說明論證階段由使用方根據裝備的使用需求和可能，經過論證提出裝備的“目標值”，并據此確定“門限值”。方案階段由使用方與承制方協調，確定最終的“目標值”和“門限值”，并確定研制結束時的門限值——“研制結束門限值”。將其轉化為合同參數對應的“規(guī)定值”、“最低可接受值”及“研制結束最低可接受值”。4/4/202325可靠性設計可靠性參數值時序說明工程研制階段進行可靠性分配確定裝備各層次產品的設計目標——“設計值”(即與裝備成熟期的“目標值”對應的“規(guī)定值”，而非研制結束時的最低可接受值)，經過可靠性設計分析及可靠性增長，實現設計目標。設計定型經過驗證獲得“驗證值”，用以驗證是否達到研制結束時的最低可接受值。使用階段經過驗證獲得此階段的“驗證值”，用以驗證裝備可靠性是否達到使用方要求的“目標值”，最低不能低于“門限值”。4/4/202326可靠性設計可靠性定量要求制定GJB1909GJB1909.6-94《裝備可靠性維修性參數選擇和指標確定要求艦船》GJB1909.7-94《裝備可靠性維修性參數選擇和指標確定要求裝甲車輛和軍用汽車》GJB1909.8-94《裝備可靠性維修性參數選擇和指標確定要求火炮》GJB1909.9-94《裝備可靠性維修性參數選擇和指標確定要求彈藥》4/4/202329可靠性設計可靠性定量要求制定參數選擇依據裝備類型坦克選擇平均故障間隔里程(MMBF)飛機可選用平均故障間隔飛行小時(MFHBF)設備則選取平均故障間隔時間(MTBF)裝備使用要求戰(zhàn)時或平時、一次性使用或重復使用一次性使用的產品(如導彈)可選成功率預期的維修方案即對維修和約束條件的考慮，包括維修級別、維修工作要求、維修資源要求。裝備可靠性的驗證方法廠內試驗驗證一般選合同參數。外場使用驗證則選用使用參數。4/4/202330可靠性設計可靠性定量要求制定參數選擇的要求可靠性使用參數的選擇應反映戰(zhàn)備完好性、任務成功性、維修人力費用和保障資源費用等四個方面的要求;應根據裝備的類型，選擇合適的參數;可靠性合同參數應根據使用參數確定;使用參數一般不應直接用于合同中，但如果參數的所有限定條件明確，也可用于合同中。4/4/202331可靠性設計可靠性定量要求制定指標確定的依據應根據需要與可能，經綜合權衡后確定指標。所謂“需要”是指：考慮使用方的需求、裝備的重要程度。所謂“可能”是指：考慮國內外類似裝備實際達到的可靠性水平，當前研制中所采取的技術對可靠性的影響，國內的技術基礎和生產水平以及研制裝備的費用、進度、預期的使用和保障等約束條件。4/4/202332可靠性設計可靠性定量要求制定指標確定的要求可靠性指標應根據裝備的類型在論證時提出目標值和門限值；在制訂合同和研制任務書時提出規(guī)定值和最低可接受值。也可以只提出門限值和最低可接受值。同時還應明確：壽命剖面任務剖面故障判別準則維修方案驗證方法在何時或在何階段應達到其它假設和約束條件4/4/202333可靠性設計可靠性定量要求制定指標確定的要求對于相互關聯的可靠性參數，所確定的指標應相互協調?？煽啃灾笜伺c維修性、安全性、保障性等有關指標也應相互協調。裝備中系統(tǒng)或設備的可靠性指標也可單獨提出，但必須與裝備總體的指標相協調。合同指標根據使用指標轉換確定。4/4/202334可靠性設計可靠性定量要求制定可靠性參數、指標制定的程序戰(zhàn)術技術指標論證階段對研制裝備進行使用需求分析對相似現役裝備的可靠性狀況分析初步確定新裝備的壽命剖面、任務剖面及使用保障等方面的約束條件經綜合權衡后，選擇可靠性使用參數，提出成熟期的使用指標評審納入戰(zhàn)技要求文件4/4/202335可靠性設計可靠性定量要求制定可靠性參數、指標制定的程序方案論證及確認階段根據使用指標，進行可靠性方案設計與分析根據成熟期的使用指標，確定工程研制、生產階段的使用指標，并將它們轉換為合同指標評審納入研制任務書或合同中根據裝備可靠性指標分配結果，確定轉承制產品的合同指標4/4/202336可靠性設計可靠性定量要求制定可靠性參數、指標制定的程序工程研制階段(含設計定型)使用、維修、保障方案變動時，修訂可靠性指標嚴格履行有關審批手續(xù)4/4/202337可靠性設計可靠性定量要求制定定量要求制定的流程4/4/202338可靠性設計可靠性定量要求制定定量要求制定的流程4/4/202339可靠性設計可靠性定量要求制定確定參數指標時，應同時明確以下問題產品的壽命剖面描述產品從制造到退役(或報廢)這段時間內所經歷的事件和環(huán)境。產品的任務剖面描述產品在執(zhí)行任務過程中所經歷的事件和環(huán)境。故障判據應根據裝備的類型及其任務要求，提出各層次產品的故障判據。對容許降級使用的要求做出規(guī)定。4/4/202340可靠性設計可靠性定量要求制定確定指標時應明確的問題何時或何階段應達到某一規(guī)定的指標由于可靠性指標具有“階段性”的特點，因此在確定指標時應加以說明。驗證時機與驗證方法應根據階段性的指標確定驗證時機，并根據裝備的類別、產品的層次、重要程度、經費、進度等條件明確驗證方法。維修、保障條件及人員素質它們是影響產品使用可靠性指標的重要因素。其他假設和約束條件4/4/202341可靠性設計可靠性定性要求制定可靠性定性要求制定程序可靠性定性要求一般在戰(zhàn)術技術指標論證和方案論證兩個階段制定，根據產品使用需求及經費、進度的實際情況由使用方提出產品研制中應開展的可靠性設計與分析工作要求。在方案論證和工程研制階段，由承制方制定具體細致的可靠性定性要求。如制定“可靠性設計準則”，制定“元器件大綱”。在產品研制各階段組織實施。4/4/202342可靠性設計可靠性定性要求制定可靠性定性要求制定的程序4/4/202343可靠性設計可靠性定性要求制定可靠性定性要求制定的程序4/4/202344可靠性設計2.可靠性分配4/4/202345可靠性設計內容提要可靠性分配概念可靠性分配目的、用途與分類可靠性分配的原理與準則可靠性分配程序可靠性分配方法可靠性分配注意事項不同研制階段可靠性分配方法的選擇4/4/202346可靠性設計可靠性分配概念可靠性分配的概念系統(tǒng)可靠性分配就是將使用方提出的，在系統(tǒng)設計任務書(或合同)中規(guī)定的可靠性指標，自上而下，由大到小，從整體到局部，逐步分解，分配到各分系統(tǒng)，設備和元器件。返回4/4/202347可靠性設計可靠性分配目的、用途與分類可靠性分配的目的與用途可靠性分配的目的是使各級設計人員明確其可靠性設計要求，根據要求估計所需的人力、時間和資源，并研究實現這個要求的可能性及辦法。如同性能指標一樣，是設計人員在可靠性方面的一個設計目標。4/4/202348可靠性設計可靠性分配目的、用途與分類可靠性分配的分類可靠性分配包括基本可靠性分配任務可靠性分配特點這兩者有時是相互矛盾的，提高產品的任務可靠性，可能會降低基本可靠性，反之亦然。在可靠性分配時，要進行兩者之間的權衡，或采取其他不相互影響的措施。返回4/4/202349可靠性設計可靠性分配的原理可靠性分配的原理系統(tǒng)可靠性分配是求解下面的基本不等式對于簡單串聯系統(tǒng)而言，上式就轉換為如果對分配沒有任何約束條件，則上兩式可以有無數個解；有約束條件，也可能有多個解。因此，可靠性分配的關鍵在于要確定一個方法，通過它能得到合理的可靠性分配值的唯一解或有限數量解。4/4/202350可靠性設計可靠性分配的準則分配準則可靠性分配的要求值應是成熟期的規(guī)定值。為了減少分配的反復次數，并考慮到分配中存在忽略不計的其他因素項目，因此可靠性分配時應該留出15%~20%的余量。某些非電子組件故障率很低時，可以不直接參加可靠性分配，而歸并在其他因素項目中一并考慮。進行可靠性指標分配時，應保證基本可靠性指標分配值與任務可靠性指標分配值的協調，使系統(tǒng)的基本可靠性和任務可靠性指標同時得到滿足。4/4/202351可靠性設計可靠性分配的準則分配準則①對于復雜度高的分系統(tǒng)、設備等，應分配較低的可靠性指標。因為產品越復雜，其組成單元就越多，要達到高可靠性就越困難并且更為費錢。②對于技術上不成熟的產品，分配較低的可靠性指標。對于這種產品提出高可靠性要求會延長研制時間，增加研制費用。③對于處于惡劣環(huán)境條件下工作的產品，應分配較低的可靠性指標。因為惡劣的環(huán)境會增加產品的故障率。④當把可靠度作為分配參數時，對于需要長期工作的產品，分配較低的可靠性指標。因為產品的可靠性隨著工作時間的增加而降低。⑤對于重要度高的產品，應分配較高的可靠性指標。因為重要度高的產品的故障會影響人身安全或任務的完成。4/4/202352可靠性設計可靠性分配的準則返回分配準則分配時還可以結合實際，考慮其他一些因素。如可達性差的產品，分配較高的可靠性指標，以實現較好的綜合效能等。對于已有可靠性指標的貨架產品或使用成熟的成品，不再進行可靠性分配。同時，在進行可靠性分配時，要從總指標中剔除這些單元的可靠性值。4/4/202353可靠性設計返回可靠性分配程序可靠性分配程序明確系統(tǒng)可靠性參數指標要求分析系統(tǒng)特點選取分配方法（同一系統(tǒng)可選多種方法）準備輸入數據進行可靠性分配驗算可靠性指標要求4/4/202354可靠性設計可靠性分配方法無約束分配法等分配法評分分配法比例組合法考慮重要度和復雜度的分配方法余度系統(tǒng)的比例組合法可靠性分配可靠度的再分配法有約束分配法拉格朗日乘數法動態(tài)規(guī)劃法直接尋查法4/4/202355可靠性設計等分配法等分配法的原理在設計初期，即方案論證階段，當產品沒有繼承性，而且產品定義并不十分清楚時所采用的最簡單的分配方法，可用于基本可靠性和任務可靠性的分配。其原理是：對于簡單的串聯系統(tǒng)，認為其各組成單元的可靠性水平均相同。系統(tǒng)可靠度為分配給各單元的可靠度指標為分配給第i個單元的故障率為4/4/202356可靠性設計等分配法等分配法舉例某型抗荷服是由衣面、膠囊、拉鏈三個部分串聯組成。若要求該抗荷服的可靠度指標為0.9987，試用等分配法確定衣面、膠囊、拉鏈的可靠度指標。這種分配法雖簡單，但不太合理。因為在實際系統(tǒng)中，一般不可能存在各單元可靠性水平均等的情況，但對一個新系統(tǒng)，在方案論證階段進行初步分配是可取的。4/4/202357可靠性設計評分分配法評分分配法含義在可靠性數據非常缺乏的情況下，通過有經驗的設計人員或專家對影響可靠性的幾種因素評分，并對評分值進行綜合分析以獲得各單元產品之間的可靠性相對比值，再根據該比值給每個分系統(tǒng)或設備分配可靠性指標。應用該方法時，時間一般應以系統(tǒng)工作時間為基準。主要用于分配系統(tǒng)的基本可靠性，也可用于分配串聯系統(tǒng)的任務可靠性，一般假設產品服從指數分布。適于方案論證和初步設計階段。4/4/202358可靠性設計評分分配法評分因素復雜度，技術水平，工作時間，環(huán)境條件評分原則——分值越高說明可靠性越差

復雜度（組成的元部件數量及組裝的難易程度）最復雜的評10分，最簡單的評1分。技術水平（單元目前的技術水平和成熟程度）水平最低的評10分，水平最高的評1分。工作時間單元工作時間最長的評10分，最短的評1分。環(huán)境條件單元工作過程中會經受極其惡劣而嚴酷的環(huán)境條件的評10分，環(huán)境條件最好的評1分。4/4/202359可靠性設計評分分配法分配步驟①確定系統(tǒng)的基本可靠性指標，對系統(tǒng)進行分析，確定評分因素。②確定該系統(tǒng)中“貨架”產品或已單獨給定可靠性指標的產品。③聘請評分專家，專家人數不宜過少（至少5人）。產品設計人員向評分專家介紹產品及其組成部分的構成、工作原理、功能流程、任務時間、工作環(huán)境條件、研制生產水平等情況；或專家通過查閱相關技術文件獲得相關信息。④評分。首先由專家按照評分原則給各單元打分，填寫評分表格。再由負責可靠性分配的人員，將各專家對產品的各項評分總和，即每個單元的4個因素評分為各專家評分的平均值，填寫表格。⑤按公式分配各單元可靠性指標。4/4/202360可靠性設計評分分配法評分分配法原理s*——系統(tǒng)可靠性指標；i*——各單元的故障率Ci——第i個單元的評分系數

ωi——第i個單元的評分數

ω——系統(tǒng)的評分數rij——第i個單元，第j個因素的評分數4/4/202361可靠性設計評分分配法分系統(tǒng)名稱已知的MFHBF發(fā)動機50前緣襟翼80應急系統(tǒng)500飛控系統(tǒng)142彈射救生系統(tǒng)280總計評分分配法舉例某飛機共由18個分系統(tǒng)組成，其中5個分系統(tǒng)是已使用過的成件并已知其MFHBF，見下表。規(guī)定飛機的可靠性指標MFHBF=2.9(飛行小時)。試用評分分配法對其余13個分系統(tǒng)進行分配。22.1664/4/202362可靠性設計評分分配法評分分配法舉例分系統(tǒng)名稱復雜度技術水平工作時間環(huán)境條件各單元評分數各單元評分系數分配給各單元的MFHBF結構8410412800.127626.15動力裝置811086400.063852.30發(fā)動機接口32841920.0191174.71燃油系統(tǒng)521088000.079741.87液壓系統(tǒng)52875600.055859.80前輪結構45834800.047869.81………….…………航空電子978735280.35169.49其他25552500.0249134.02總計100341.03.3374/4/202363可靠性設計比例組合法比例組合法原理一個新設計的系統(tǒng)與老的系統(tǒng)非常相似，也就是組成系統(tǒng)的各單元類型相同，對這個新系統(tǒng)只是提出新的可靠性要求，那么就可以采用比例組合法。根據老系統(tǒng)中各單元的故障率，按新系統(tǒng)可靠性的要求，給新系統(tǒng)的各單元分配故障率。如果有老系統(tǒng)中各分系統(tǒng)故障數占系統(tǒng)故障數百分比的統(tǒng)計資料，可以按下式進行分配。4/4/202364可靠性設計比例組合法比例組合法舉例一一個液壓動力系統(tǒng)，原故障率為256.0×10-6/h，改進設計要求故障率為200.0×10-6/h，試把這指標分配給各分系統(tǒng)。序號分系統(tǒng)名稱原故障率(10-6/h)新故障率(10-6/h)1油箱3.02拉緊裝置1.03油泵75.0..……8聯軸節(jié)1.09導管3.010啟動器67.0總計(系統(tǒng))256.02.30.7859.0…0.782.352.0199.64/4/202365可靠性設計比例組合法比例組合法舉例二要求設計一種飛機，在5h的飛行任務時間內可靠度為0.9。根據這種類型飛機各分系統(tǒng)故障百分比的統(tǒng)計資料，將指標分配給各分系統(tǒng)。0.0025290.0014750.0010540.005479…0.0010540.0010540.021072序號分系統(tǒng)名稱按歷史資料占飛機故障數的百分比ki新飛機分系統(tǒng)分配的故障率(1/h)分配給分系統(tǒng)的可靠度指標1機身與貨艙12.02起落架7.03操縱系統(tǒng)5.04動力裝置26.0………13通訊、導航5.014其他各項5.0總計100.00.98740.99270.99470.9930…0.99470.9947≈0.904/4/202366可靠性設計考慮重要度和復雜度分配法重要度和復雜度概念示例說明4/4/202367可靠性設計考慮重要度和復雜度分配法重要度關系分析4/4/202368可靠性設計考慮重要度和復雜度分配法復雜度關系分析4/4/202369可靠性設計考慮重要度和復雜度分配法綜合考慮重要度和復雜度分配分配給第i個分系統(tǒng)(第j個設備)的可靠性指標與該分系統(tǒng)的重要度成正比，與它的復雜度成反比。4/4/202370可靠性設計考慮重要度和復雜度分配法序號分系統(tǒng)(設備)名稱分系統(tǒng)構成部件數工作時間重要度1發(fā)動機10212.01.02接收機9112.01.03起飛用自動裝置953.00.34控制設備24212.01.05電源4012.01.0共計570考慮重要度和復雜度分配法舉例某機載電子設備要求工作12h的可靠度0.923，這臺設備的各分系統(tǒng)(設備)的有關數據見下表，試對各分系統(tǒng)(設備)進行可靠度分配。4/4/202371可靠性設計考慮重要度和復雜度分配法考慮重要度和復雜度分配法舉例計算結果4/4/202372可靠性設計余度系統(tǒng)的比例組合法可靠性分配方法說明常規(guī)的比例組合法只適用于基本可靠性指標的分配，即只適用于串聯模型。對于簡單的冗余系統(tǒng)來說，可采用的分配方法有：考慮重要度、復雜度的分配法；拉格朗日乘數法；動態(tài)規(guī)劃法；直接尋查法等。這些方法多是從數學優(yōu)化的角度并考慮某些約束條件來研究系統(tǒng)的冗余問題，在工程上往往不是簡易可行的，而且不能應用于含有冷貯備等多種模型的情況。下面介紹如何把比例組合法應用于含有串、并、旁聯等混和模型的方法。4/4/202373可靠性設計余度系統(tǒng)的比例組合法可靠性分配可靠性分配原理新系統(tǒng)各組成單元故障率的分配值與老系統(tǒng)相似單元的故障率之比值相等系統(tǒng)各組成單元的壽命服從指數分布4/4/202374可靠性設計余度系統(tǒng)的比例組合法可靠性分配分配舉例某系統(tǒng)由A、B、C、D、E5個單元組成，如下圖所示，由相似系統(tǒng)可得各單元故障率如圖中所示，若要求的系統(tǒng)可靠度為0.9(在任務時間內)，試將此指標分配給各單元。4/4/202375可靠性設計余度系統(tǒng)的比例組合法可靠性分配

Kt=14.78分配舉例計算結果4/4/202376可靠性設計可靠性分配注意事項可靠性分配應在研制階段早期即開始進行使設計人員盡早明確其設計要求，研究實現這個要求的可能性。為外購件及外協件的可靠性指標提供初步依據。根據所分配的可靠性要求估算所需人力和資源等管理信息?？煽啃苑峙鋺磸投啻芜M行在方案論證和初步設計工作中，分配是較粗略的，經粗略分配后，應與經驗數據進行比較、權衡。也可與不依賴于最初分配的可靠性預計結果相比較，來確定分配的合理性，并根據需要重新進行分配。4/4/202377可靠性設計可靠性分配注意事項為了盡量減少可靠性分配的重復次數，在規(guī)定的可靠性指標的基礎上，可考慮留出一定的余量。這種做法為在設計過程中增加新的功能單元留下余地，因而可以避免為適應附加的設計而必需進行的反復分配。必須按成熟期規(guī)定值（或目標值）進行分配。返回4/4/202378可靠性設計各研制階段可靠性分配方法的選擇選擇依據要進行分配，首先必須明確設計目標、限制條件、系統(tǒng)下屬各級產品定義的清晰程度及有關類似產品可靠性數據等信息。隨著研制的進展，產品定義越來越清晰，可靠性分配方法也有所不同。方法的選取

方案論證階段等分配法初步設計階段評分分配法、比例組合法詳細設計階段考慮重要度和復雜度分配法、可靠度再分配法返回4/4/202379可靠性設計練習1三臺設備組成串聯系統(tǒng)。采用等分配法，當系統(tǒng)可靠度Rs*=0.9時，各設備的可靠度應如何分配？如果其中一臺設備可靠度R1=0.99，其余設備的可靠度應是多少？4/4/202380可靠性設計練習2某一液壓系統(tǒng)，其故障率老=265×10-6h-1，各分系統(tǒng)故障率如表所列?，F設計一個新的液壓系統(tǒng)，其組成與老的系統(tǒng)相似，只是油泵和油濾仍沿用老產品。要求新液壓系統(tǒng)故障率為新=200×10-6h-1，試將指標分配給各分系統(tǒng)。序號分系統(tǒng)名稱i老×10-6h-11油箱4.02油泵70.03電動機40.04止回閥30.05安全閥25.06油濾8.07啟動器60.04/4/202381可靠性設計練習3飛行器由動力裝置、武器、制導裝置、飛行控制裝置、機體及輔助動力裝置6個分系統(tǒng)組成。已由專家進行了評分（見下表），系統(tǒng)的可靠性指標Rs*=0.95，工作時間為150h，試給各分系統(tǒng)分配可靠性指標。單元名稱復雜程度ri1技術水平ri2工作時間ri3環(huán)境條件ri4動力裝置5655武器76102制導裝置101055飛控裝置8857機體42108輔助動力裝置6555返回4/4/202382可靠性設計3.可靠性預計4/4/202383可靠性設計內容提要可靠性預計概念、目的和用途可靠性預計的分類及程序可靠性分配與可靠性預計的關系單元可靠性預計系統(tǒng)可靠性預計不同研制階段可靠性預計方法的選取可靠性預計的注意事項4/4/202384可靠性設計概念可靠性預計的概念可靠性預計是在設計階段對系統(tǒng)可靠性進行定量的估計，是根據歷史的產品可靠性數據、系統(tǒng)的構成和結構特點、系統(tǒng)的工作環(huán)境等因素估計組成系統(tǒng)的部件及系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)的可靠性預計是根據組成系統(tǒng)的元件、部件的可靠性來估計的，是一個自下而上，從局部到整體、由小到大的一種系統(tǒng)綜合過程。4/4/202385可靠性設計目的、用途可靠性預計的目的與用途主要是評估系統(tǒng)可靠性，審查是否能達到要求的可靠性指標。在方案論證階段，通過可靠性預計，比較不同方案的可靠性水平，為最優(yōu)方案的選擇及方案優(yōu)化提供依據。在設計中，通過可靠性預計，發(fā)現影響系統(tǒng)可靠性的主要因素，找出薄弱環(huán)節(jié)，采取設計措施，提高系統(tǒng)可靠性。為可靠性增長試驗、驗證及費用核算等提供依據。為可靠性分配奠定基礎。4/4/202386可靠性設計目的、用途可靠性預計的主要價值在于作為設計手段，為設計決策提供依據。要求預計工作具有及時性，即在決策點之前做出預計，提供有用的信息，否則這項工作會失去意義。為了達到預計的及時性，在設計的不同階段及系統(tǒng)的不同層次上可采用不同的預計方法，由粗到細，隨著研制工作的深入而不斷細化。返回4/4/202387可靠性設計分類根據戰(zhàn)術技術中可靠性的定量要求分為基本可靠性預計任務可靠性預計（任務剖面、工作時間及功能特性等）不可修產品可修產品從產品構成角度分析，可分為：單元可靠性預計系統(tǒng)可靠性預計4/4/202388可靠性設計系統(tǒng)可靠性預計程序一般遵循的程序①明確系統(tǒng)定義，包括系統(tǒng)功能、系統(tǒng)任務和系統(tǒng)組成及其接口；②明確系統(tǒng)的故障判據；③明確系統(tǒng)的工作條件；④繪制系統(tǒng)的可靠性框圖；⑤建立系統(tǒng)可靠性數學模型；⑥預計各單元的可靠性；⑦根據系統(tǒng)可靠性模型預計基本可靠性或任務可靠性；⑧可靠性預計結果為可靠性分配提供依據，當實際系統(tǒng)有變動時，進行可靠性再預計。返回4/4/202389可靠性設計可靠性分配與可靠性預計的關系兩者都是可靠性設計分析的重要環(huán)節(jié)。分配結果是可靠性預計的依據和目標，預計的相對結果是可靠性分配與指標調整的基礎。設計各階段均相互交替，反復進行。返回4/4/202390可靠性設計單元可靠性預計返回說明系統(tǒng)可靠性是各單元可靠性的概率綜合單元可靠性預計是系統(tǒng)可靠性預計的基礎直接預計系統(tǒng)各單元的故障率或可靠度常用的單元可靠性預計方法：相似產品法評分預計法應力分析法故障率預計法機械產品可靠性預計法4/4/202391可靠性設計相似產品法方法說明相似產品法就是利用與該產品相似的現有成熟產品的可靠性數據來估計該產品的可靠性。成熟產品的可靠性數據主要來源于現場統(tǒng)計和實驗室的試驗結果。該方法簡單、快捷，適用于系統(tǒng)研制的各階段，可應用于各類產品的可靠性預計，如電子、機械、機電等產品。其準確性取決于產品的相似性。成熟產品的詳細故障記錄越全，數據越豐富，比較的基礎越好，預計的準確度就越高。考慮的相似因素產品結構、性能的相似性設計的相似性材料和制造工藝的相似性使用剖面(保障、使用和環(huán)境條件)的相似性4/4/202392可靠性設計相似產品法預計過程確定相似產品選擇確定與新產品最為相似，且有可靠性數據的產品分析相似因素對可靠性的影響分析各種因素對產品可靠性的影響程度，分析新老產品的設計差異及對可靠性的影響新產品可靠性預計確定新老產品的可靠性值的比值，然后由有經驗的專家評定，最后，根據比值預計新產品的可靠性4/4/202393可靠性設計相似產品法示例

某型號導彈射程為3500km，已知飛行可靠性指標為Rs=0.8857。各分系統(tǒng)可靠性指標為戰(zhàn)斗部0.99安全自毀系統(tǒng)0.98彈體結構0.99控制系統(tǒng)0.98發(fā)動機0.9409

為了將導彈射程提高到5000km，對發(fā)動機采取了三項改進措施：

采用能量更高的裝藥；發(fā)動機長度增加1m；發(fā)動機殼體壁厚由5mm減為4.5mm。

試預計改進后的導彈飛行可靠性4/4/202394可靠性設計相似產品法返回示例分析計算壁厚減薄會使殼體強度下降，會使燃燒室的可靠性下降從而影響發(fā)動機的可靠性。相似系數d=9.412×106/（9.806×106）發(fā)動機的可靠性R=0.9409×d=0.9033

該方法對于具有繼承性產品或其它相似的產品是比較適用的，但對于全新的產品或功能、結構改變較大的產品不太適用。4/4/202395可靠性設計方法說明在可靠性數據非常缺乏的情況下(可以得到個別產品的可靠性數據)，通過有經驗的設計人員或專家對影響可靠性的幾種因素評分，對評分進行綜合分析而獲得各單元產品之間的可靠性相對比值，再以某一個已知可靠性數據的產品為基準，預計其他產品的可靠性。時間基準：一般以系統(tǒng)工作時間為基準評分預計法4/4/202396可靠性設計評分因素、評分原則以產品故障率為預計參數，各種因素評分值范圍為1~10，評分越高說明可靠性越差。復雜度——它是根據組成單元的元部件數量以及它們組裝的難易程度來評定。技術水平——根據單元目前技術水平的成熟程度來評定。工作時間——根據單元工作的時間來評定（前提是以系統(tǒng)的工作時間為時間基準）。環(huán)境條件——根據單元所處的環(huán)境來評定。評分預計法4/4/202397可靠性設計評分預計法方法原理

Ci——第i個單元的評分系數ωi——第i個單元評分數ω*——故障率為*的單元的評分數Rij——第i個單元，第j個因素的評分數評分預計法主要適用于產品的初步設計與詳細設計階段，可用于各類產品的可靠性預計。這種方法是在產品可靠性數據十分缺乏的情況下進行可靠性預計的有效手段，但其預計結果受人為影響較大。可多請幾位專家評分，以保證評分的客觀性，提高預計的準確性。4/4/202398可靠性設計評分預計法示例某飛行器由動力裝置、武器等六個分系統(tǒng)組成。已知制導裝置故障率284.5×10-6/h，試用評分法求得其它分系統(tǒng)的故障率。計算表格序號單元名稱復雜度技術水平工作時間環(huán)境條件各單元評分數各單元評分系數單元的故障率×10-61動力裝置56552武器761023制導裝置10105525004飛行控制裝置88575機體421086輔助動力裝置6555返回7500.385.48400.33695.61.0284.522400.896254.96400.25672.87500.385.44/4/202399可靠性設計方法說明用于產品詳細設計階段的電子元器件失效率預計。對某種電子元器件在實驗室的標準應力與環(huán)境條件下，通過大量的試驗，并對其結果統(tǒng)計而得出該種元器件的“基本失效率”。在預計電子元器件工作失效率時，應根據元器件的質量等級、應力水平、環(huán)境條件等因素對基本失效率進行修正。電子元器件的應力分析法已有成熟的預計標準和手冊。應力分析法4/4/2023100可靠性設計應力分析法失效率模型晶體管和二極管的失效率計算模型（GJB299）

p——元器件工作故障率（h-1）b——元器件基本故障率（h-1）E——環(huán)境系數Q——質量系數A——應用系數R——電流額定值系數S2——電壓應力系數C——配置系數4/4/2023101可靠性設計應力分析法預計要求預計依據的選取預計環(huán)境的選取預計溫度的選取TJ=TA+20（二極管）TJ=TA+30（三極管）TJ=TA+30（集成電路）降額系數的選取質量系數的選取4/4/2023102可靠性設計應力分析法舉例數字電路54LS00為國產器件，質量等級為B1，環(huán)境類別為AIF，計算該器件的工作失效率。計算步驟國產器件，使用GJB/Z299B-98雙極型數字電路，查GJB/Z299B-98的表5.1.1.1-1，得失效率模型：P=

Q[C1

T

V+(C2+C3)

E]

L質量等級為B1，查GJB/Z299B-98的表5.1.1.1-3，得質量系數Q=0.5環(huán)境類別為AIF，查GJB/Z299B-98的表5.1.1.1-2，得環(huán)境系數

E=174/4/2023103可靠性設計應力分析法舉例計算步驟（續(xù)）查GJB/Z299B-98的表5.1.1.1-4，得成熟系數

L=1.0查GJB/Z299B-98的表5.1.1.1-8，得溫度系數

T=1.35查GJB/Z299B-98的表5.1.1.1-15，得電路復雜度失效率C1=0.074，C2=0.005查GJB/Z299B-98的表5.1.1.1-28，得封裝復雜度C3=0.0834/4/2023104可靠性設計返回應力分析法舉例計算步驟（續(xù)）查GJB/Z299B-98的表5.1.1.1-12，得電壓應力系數

V=1.0工作失效率

P=

Q[C1

T

V+(C2+C3)

E]

L=0.779725(10-6/h)4/4/2023105可靠性設計故障率預計法方法說明主要用于非電子產品的可靠性預計，其原理與電子元器件的應力分析法基本相同，且對基本故障率的修正更簡單。在實驗室常溫條件測得的故障率為“基本故障率”，實際故障率為“工作故障率”。對于非電子產品可考慮降額因子D和環(huán)境因子K對失效率的影響。非電子產品的工作失效率為：

目前尚無正式可供查閱的數據手冊。返回4/4/2023106可靠性設計方法說明對機械類產品而言，它具有一些不同于電子類產品的特點，諸如：許多機械產品是為特定用途單獨設計的，通用性不強，標準化程度不高；機械產品的故障率通常不是常值，其設備的故障往往是由于耗損、疲勞和其他與應力有關的故障機理造成；機械產品的可靠性與電子產品可靠性相比對載荷、使用方式和利用率更加敏感。機械產品可靠性預計方法4/4/2023107可靠性設計方法說明看起來很相似的機械部件，其故障率往往是非常分散的。用數據庫中已有的統(tǒng)計數據進行預計，其精度是無法保證的。目前預計機械產品可靠性尚沒有相當于電子產品那樣通用、可接受的方法?，F階段參考：《機械設備可靠性預計程序手冊》(草案)《非電子零部件可靠性數據》(NPRD-3)機械產品可靠性預計方法4/4/2023108可靠性設計①修正系數法基本思路將機械產品分解到零件級，有許多基礎零件是通用的。將機械零件分成密封件、彈簧、電磁鐵、閥門、軸承、齒輪和花鍵、作動器、泵、過濾器、制動器和離合器等十類。對諸多零件進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計、使用參數，通過數據收集、處理及回歸分析，可以建立各零件失效率與上述參數的數學函數關系（即可靠性預計模型）。4/4/2023109可靠性設計返回基本思路根據仿制或改型的類似國內外產品已知的故障率，分析兩者在以下方面的差異組成結構使用環(huán)境原材料元器件水平制造工藝水平通過專家評分給出各修正系數，綜合權衡后得出一個故障率綜合修正因子D:②相似產品類比論證法4/4/2023110可靠性設計系統(tǒng)可靠性預計概念與分類系統(tǒng)可靠性預計概念系統(tǒng)可靠性預計是以組成系統(tǒng)的各單元產品的預計值為基礎，根據系統(tǒng)可靠性模型，對系統(tǒng)基本/任務可靠性進行預計。系統(tǒng)可靠性預計必須注意時間基準的問題。系統(tǒng)可靠性預計分類基本可靠性預計任務可靠性預計任務期間不可修系統(tǒng)的任務可靠性預計任務期間可修系統(tǒng)的任務可靠性預計4/4/2023111可靠性設計串聯模型關系系統(tǒng)組成單元之間相互獨立各單元均服從指數分布，基本可靠性預計的一般方法系統(tǒng)必然也服從指數分布4/4/2023112可靠性設計元件計數法方法說明適用于電子設備方案論證階段和初步設計階段，元器件的種類和數量大致已確定，但具體的工作應力和環(huán)境等尚未明確時，對系統(tǒng)基本可靠性進行預計?；驹硎菍υ骷巴ㄓ檬省钡男拚?。計算模型

Pi

=GiQiNi4/4/2023113可靠性設計元件計數法預計表格元器件計數法預計表編號元器件類別數量N質量等級質量系數πQλG(10-6/h)NλG(10-6/h)4/4/2023114可靠性設計元件計數法舉例舉例某電子設備由4個調整二極管、2個合成電阻器、4個云母電容器組成，所有器件都是國產的，質量等級都是B1。設備的工作環(huán)境為戰(zhàn)斗機座艙。計算該設備的基本可靠性。計算步驟國產器件，使用GJB/Z299B-98確定設備的工作環(huán)境類別：AIF確定元器件的種類：調整二極管、合成電阻器、云母電容器；確定元器件的質量等級，全部為B14/4/2023115可靠性設計元件計數法舉例返回舉例計算步驟（續(xù)）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，確定元器件的質量系數確定元器件的數目計算設備的基本可靠性λ設備=N1λ1πQ1+N2λ2πQ2+N3λ3πQ3=4.78(10-6/h)MTBF設備=1/λ設備=209205h4/4/2023116可靠性設計任務可靠性預計概念任務可靠性預計概念任務可靠性預計即對系統(tǒng)完成某項規(guī)定任務成功概率的估計。任務可靠性預計是針對某一任務剖面進行的。在進行任務可靠性預計時，單元的可靠性數據應當是對影響系統(tǒng)安全和任務完成的故障統(tǒng)計而得出的數據。如產品的任務故障率、MTBCF等。如果缺乏單元任務可靠性數據，也可用基本可靠性的預計值代替，但系統(tǒng)預計結果偏保守。返回4/4/2023117可靠性設計任務可靠性預計概念返回系統(tǒng)的任務可靠性預計過程如下建立系統(tǒng)的任務可靠性框圖，確定飛行時間T；確定系統(tǒng)內各電子設備的工作時間t；計算電子設備的運行比S/F；將設備的MTBF單元轉換為MTBCF單元：