可靠性分配和概率計(jì)算專題培訓(xùn)課件

什么是可靠性設(shè)計(jì)

保證機(jī)械及其零部件滿足給定的可靠性指標(biāo)的一種機(jī)械設(shè)計(jì)方法。包括對產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行預(yù)計(jì)、分配、技術(shù)設(shè)計(jì)、評定等工作?？煽啃栽O(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

研究產(chǎn)品的故障物理和故障模型

確定產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)及其等級合理分配產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)值

根據(jù)可靠性指標(biāo)值進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)4123可靠性分配

把系統(tǒng)可靠性指標(biāo)按一定原則分配給分系統(tǒng)、部件、元件或零件，稱為可靠性分配。影響因素影響程度可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)40%零部件材料30%使用（運(yùn)輸、安裝、維修等）20%制造技術(shù)10%比如：可靠性分配方法設(shè)計(jì)方案論證階段初步設(shè)計(jì)階段

通常采用評分分配法和比例組合法等

通常采用等分配法等比較簡單的分配方法采用有約束條件的分配方法，如拉格朗日乘子法、直接尋查法、動態(tài)規(guī)劃法、可靠度再分配等詳細(xì)設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)方案論證階段

等分配方法是將系統(tǒng)需要達(dá)到的可靠性水平，相等地分配給各個子系統(tǒng)的方法。

某系統(tǒng)=子系統(tǒng)1+子系統(tǒng)2+子系統(tǒng)3子系統(tǒng)n+·····+功能每個系統(tǒng)具有相同的可靠度指標(biāo)比如：初步設(shè)計(jì)階段比例組合分配就是根據(jù)原有系統(tǒng)中各分系統(tǒng)的故障率，按新系統(tǒng)可靠性的要求，給新系統(tǒng)的各分系統(tǒng)分配故障率。

6比率組合分配法序號分系統(tǒng)名稱1油箱3.02.32拉緊裝置1.00.783油泵76.059.04電動機(jī)46.036.05止回閥30.023.06安全閥26.020.07油濾4.03.18聯(lián)軸器1.00.789導(dǎo)管3.02.310起動器67.052.0總計(jì)（系統(tǒng)）256.0199.26某液壓系統(tǒng)各分系統(tǒng)的故障率7比率組合分配法11

8初步設(shè)計(jì)階段專家評分分配方法，不僅考慮各分系統(tǒng)的重要度、復(fù)雜度，還考慮環(huán)境因素、維修性、技術(shù)改進(jìn)潛力等

9專家評分分配方法例：一個機(jī)械電子系統(tǒng)由動力裝置、武器、制導(dǎo)裝置、飛行控制裝置、構(gòu)架和輔助動力裝置等分系統(tǒng)組成，系統(tǒng)的可靠度要求為0.9，工作時間為120h，即系統(tǒng)可靠度要求為-ln0.9/120。在工程上能夠?qū)Y(jié)構(gòu)復(fù)雜度、技術(shù)水平、工作時間和環(huán)境條件作出估計(jì)。各分系統(tǒng)及其各種因素的等級如下表所示，計(jì)算分配給每一個分系統(tǒng)的失效率。因子分系統(tǒng)動力裝置56557500.09785武器761028400.10996制導(dǎo)裝置10105525000.324280飛行控制裝置885722400.29250構(gòu)架421086400.08373輔助動力設(shè)備65557500.09785總計(jì)186910專家評分分配方法

11詳細(xì)設(shè)計(jì)階段一種將有約束最優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為無約束最優(yōu)化問題的求優(yōu)方法。拉格朗日乘子法將多個變量的決策問題分解為只包含一個變量法一系列子問題最后求得最優(yōu)解。每次在串聯(lián)中不可靠性最大的上一級并聯(lián)一個冗余單元（K系數(shù)），并檢查約束條件。把原來可靠度較低的分系統(tǒng)的可靠度都提高某個值，而對于原來可靠度較高的分系統(tǒng)法可靠度仍保持不變。動態(tài)規(guī)劃法直接尋查法可靠度再分配法拉格朗日乘子法

13拉格朗日乘子法

14動態(tài)規(guī)劃法

思路：

15動態(tài)規(guī)劃法S11={(0.9,30)}S12={(0.99,60)}得S1={(0.9,30),(0.99,60)}由S21={(0.72,45),(0.792,75)}S22={(0.864,60)}S23={(0.8928,75)}得S2={(0.72,45),(0.864,60),(0.8928,75)}注意:S22中已刪去了由(0.99,60)所得到的序偶(0.9504,90)。因?yàn)檫@只剩下15元,不足以讓m3=1。說明:歸并時由于(0.792,75)受(0.864,60)支配,故舍去。由S31={(0.36,65),(0.432,80),(0.4464,95)}，S32={(0.54,85),(0.648,100)}S33={(0.63,105)}得S3={(0.36,65),(0,432,80),(0.54,85),(0.648,100)}最優(yōu)設(shè)計(jì)有0.648的可靠性,需用資金100元。求出m1=1,m2=2,m3=2。解：Sij表示對第i個系統(tǒng)選擇j個設(shè)備

Si包含了第i個設(shè)備所有可能的情況。

S（i，j），Si的值都是前面代表可靠性，后面代表價格。

支配：花了更多的錢，可靠性反而低，可以刪除。16直接尋查法

例：

某一系統(tǒng)的可靠性邏輯框圖如圖所示。其中部件A、B、C的可靠度預(yù)測值均為0.99，部件D、E的預(yù)測可靠度均為0.9，試求該系統(tǒng)的可靠度的預(yù)測值，若要求該系統(tǒng)可靠度Rs*=0.98，則各部件的可靠度為多少？

17直接尋查法

18可靠度再分配法

19可靠度再分配法

20總結(jié)：等分配方法是比較簡單的分配方法，一般沒有約束條件，適用于設(shè)計(jì)方案的論證階段；對于采用專家評分法和比例組合法來分配可靠度帶有一定的模糊性，分配標(biāo)準(zhǔn)不嚴(yán)格，適用于初步設(shè)計(jì)階段；對于拉格朗日乘子法適用于含等式約束的可靠性分配，直接尋查法適用于計(jì)算量較小的場合，求近似解但不能保證最優(yōu)解，動態(tài)規(guī)劃法適用于對于不同約束條件可以建立不同的規(guī)劃模型環(huán)境，這3種方法均采用有約束條件的分配方法，適用于詳細(xì)設(shè)計(jì)階段。21根據(jù)可靠性指標(biāo)值進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)Descriptionofthecontents失效樹分析法及失效模式可靠性設(shè)計(jì)的方法影響及致命度分析法模糊可靠性設(shè)計(jì)法及灰色可靠性設(shè)計(jì)法概率可靠性設(shè)計(jì)法可靠性計(jì)算載荷分布及分布參數(shù)幾何尺寸分布及分布參數(shù)材料機(jī)械性能及分布參數(shù)

應(yīng)力分析

強(qiáng)度分析應(yīng)力分布參數(shù)強(qiáng)度分布參數(shù)可靠性計(jì)算概率可靠性計(jì)算與產(chǎn)品的應(yīng)力——強(qiáng)度布有關(guān)應(yīng)力——強(qiáng)度分布干涉模型TextinhereTextinhere1、由圖可知即使安全系數(shù)大于1，仍然會有一定的不可靠；2、當(dāng)工作壓力和零件法離散程度大，干涉部分必加大，不可靠度也增大；3、當(dāng)材料性能好，應(yīng)力穩(wěn)定使，會使兩密度分布離散度小，干涉區(qū)也減小可靠度增大。應(yīng)力分布和強(qiáng)度分布的確定名義強(qiáng)度計(jì)入尺寸系數(shù)后的強(qiáng)度計(jì)入表面質(zhì)量系數(shù)后的強(qiáng)度計(jì)入應(yīng)力集中系數(shù)后的強(qiáng)度強(qiáng)度應(yīng)力危險點(diǎn)的主應(yīng)力危險點(diǎn)單元體的最大應(yīng)力計(jì)入各種應(yīng)力系數(shù)后的應(yīng)力名義應(yīng)力強(qiáng)度降低應(yīng)力增大確定應(yīng)力分布的方法1、確定所有重要的失效模式，并依此確定適當(dāng)?shù)氖袚?jù)；2、若主要失效模式由復(fù)合應(yīng)力引起，則應(yīng)當(dāng)做應(yīng)力單元分析；3、計(jì)算應(yīng)力單元體上的6個名義應(yīng)力分量；4、使用適當(dāng)?shù)膽?yīng)力修正系數(shù)，確定每一個應(yīng)力分量的最大值；5、計(jì)算主應(yīng)力；6、根據(jù)失效判據(jù)，將上述的應(yīng)力分量綜合為復(fù)合應(yīng)力；7、確定每個名義應(yīng)力，應(yīng)力修正系數(shù)和設(shè)計(jì)參數(shù)的分布；8、把上述的分布綜合成為應(yīng)力分布；確定強(qiáng)度分布的方法ABCDE確定強(qiáng)度判據(jù)確定名義強(qiáng)度分布用適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度系數(shù)去修正名義強(qiáng)度確定強(qiáng)度公式中名義強(qiáng)度、每一個強(qiáng)度修正系數(shù)和參數(shù)分布把上述的分布綜合成為強(qiáng)度分布綜合應(yīng)力——強(qiáng)度分布的方法代數(shù)法矩法蒙特卡洛模擬法

用泰勒級數(shù)來求隨機(jī)變量函數(shù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)離差該法又稱為統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)法，是一種用統(tǒng)計(jì)抽樣理論近似求解問題的方法。其基本思想是，