系統(tǒng)可靠性分析

一、基本概念1.可靠性、可靠度:R(t)可靠性是指系統(tǒng)、設(shè)備或元件等在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)和規(guī)定的條件下，完成其特定功能的能力；可靠度是指系統(tǒng)、設(shè)備或元件等在預(yù)期的使用周期（規(guī)定的時(shí)間）內(nèi)和規(guī)定的條件下，完成其特定功能的概率；2.維修度:M(τ)是指系統(tǒng)發(fā)生故障后在維修容許時(shí)間內(nèi)完成維修的概率3.有效度:A(t,τ)是指對(duì)于可修復(fù)系統(tǒng)在規(guī)定的使用條件和時(shí)間內(nèi)能夠保持正常使用狀態(tài)的概率。提高可靠度的途徑：提高系統(tǒng)的可靠度；提高系統(tǒng)的維修度二、可靠度、維修度、有效度的常用度量指標(biāo)1.平均無故障時(shí)間（MTTF）是指系統(tǒng)由開始工作到發(fā)生故障前連續(xù)正常工作的平均時(shí)間……度量不可修復(fù)系統(tǒng)的可靠度；2.平均故障間隔時(shí)間（MTBF）是指可修復(fù)系統(tǒng)發(fā)生了故障后經(jīng)修理后仍能正常工作，其在兩次相鄰故障間的平均工作時(shí)間；3.平均故障修復(fù)時(shí)間（MTTR）是指可修復(fù)系統(tǒng)出現(xiàn)故障到恢復(fù)正常工作平均所需的時(shí)間。三、可靠度函數(shù)與故障率在一定的使用條件下，可靠度是時(shí)間的函數(shù)；設(shè)可靠度為R(t)，不可靠度為F(t)，則：R(t)+F(t)=1故障概率密度函數(shù)：f(t)=dF(t)/dt故障率

元件壽命周期的故障率，與該元件所處的壽命階段密切相關(guān)。如圖所示，由于曲線形似浴盆，故俗稱浴盆曲線。該曲線表明，在元件或系統(tǒng)的壽命周期初期，因系統(tǒng)需磨合，因此故障率較高；壽命周期的后期，則因系統(tǒng)部分元件的磨損使故障率也明顯提高；而中期階段則故障率較為穩(wěn)定。早期失效期隨機(jī)失效期損耗失效期調(diào)整期退役期四、系統(tǒng)可靠度計(jì)算系統(tǒng)的可靠度一方面取決于各子系統(tǒng)本身的可靠度，同時(shí)還取決于各子系統(tǒng)間的作用關(guān)系。1.串聯(lián)系統(tǒng)是指系統(tǒng)中任何一個(gè)子系統(tǒng)發(fā)生故障，都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生故障的系統(tǒng)。提高串聯(lián)系統(tǒng)可靠度的途徑

1）提高各子系統(tǒng)的可靠度；

2）減少串聯(lián)級(jí)數(shù)；

3）縮短任務(wù)時(shí)間。為了提高系統(tǒng)的可靠性，通常需要使系統(tǒng)的部分子系統(tǒng)乃至全部子系統(tǒng)有一定數(shù)量貯備，利用貯備提高系統(tǒng)可靠性最常用的辦法就是采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。2.并聯(lián)系統(tǒng)

1）熱貯備系統(tǒng)（冗余系統(tǒng)）是指貯備的單元也參與工作，即參與工作的數(shù)量大于實(shí)際所必須的數(shù)量，這種系統(tǒng)又稱冗余系統(tǒng)。冗余技術(shù)一般是采用降額等其他方法不能滿意地解決系統(tǒng)安全問題，或當(dāng)改進(jìn)產(chǎn)品所需的費(fèi)用比采用冗余單元更多時(shí)采用的方法。采用冗余設(shè)計(jì)是以增加費(fèi)用為代價(jià)來提高系統(tǒng)的安全性和可靠性的。

設(shè)系統(tǒng)各個(gè)單元的可靠性是相互獨(dú)立的，各單元的不可靠度分別為F1、F2、F3、……、Fn，根據(jù)概率乘法定理可得系統(tǒng)不可靠度:

123nBA系統(tǒng)可靠度：熱貯備系統(tǒng)冗余系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需注意的問題冗余度的選擇；冗余級(jí)別的選擇

2）冷貯備系統(tǒng)是指貯備的單元不參加工作，并且假定在貯備中不會(huì)出現(xiàn)失效，貯備時(shí)間的長(zhǎng)短不影響以后使用的壽命。若所有部件的故障率均相等且為λ則系統(tǒng)的可靠度為:123N+1BA系統(tǒng)的平均壽命:冷貯備系統(tǒng)冷儲(chǔ)備系統(tǒng)的平均壽命是各單元平均壽命的總和。3.復(fù)雜系統(tǒng)有一汽車的制動(dòng)系統(tǒng)可靠性聯(lián)接關(guān)系如圖；組成系統(tǒng)各單元的可靠度分別為R(A1)=0.995；R(A2)=0.975；R(A3)=0.972；R(B1)=0.990；R(B2)=0.980；R(C1)=R(C2)=R(D1)=R(D2)=0.980；求系統(tǒng)的可靠度。D2C2D1C1A1B1A3A2B2A:液壓系統(tǒng)D:液壓系統(tǒng)C:液壓系統(tǒng)B:手閘系統(tǒng)手控桿機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置腳踏裝置主控缸液壓管路左前輪左后輪右前輪右后輪汽車制動(dòng)系統(tǒng)可靠性聯(lián)結(jié)框圖五、人的工作可靠度預(yù)測(cè)1.人在工作中的差錯(cuò)很多，歸納起來不外乎以下五類：未履行職能；錯(cuò)誤地履行職能；執(zhí)行未賦予的分外職能；按錯(cuò)誤程序執(zhí)行職能；執(zhí)行職能時(shí)間不對(duì)。2.人的差錯(cuò)概率人的工作可靠度與人的工作差錯(cuò)概率是互逆的，所以人的工作可靠度可用人的工作差錯(cuò)概率來計(jì)算：e、E獲得途徑：收集緊急狀態(tài)時(shí)的全部運(yùn)轉(zhuǎn)記錄；收集全部正常業(yè)務(wù)、保養(yǎng)、校正、定期檢驗(yàn)、啟動(dòng)停止時(shí)人的差錯(cuò)記錄；引起差錯(cuò)的具體條件；收集模擬的正常業(yè)務(wù)非正常業(yè)務(wù)方面的人的差錯(cuò)的潛在來源；專家的經(jīng)驗(yàn)判斷。

3.計(jì)算人的工作可靠度的差錯(cuò)概率法—概率樹圖程序：明確系統(tǒng)故障的判定標(biāo)準(zhǔn)；進(jìn)行作業(yè)分析，評(píng)價(jià)基本動(dòng)作間的相互關(guān)系；估計(jì)人的差錯(cuò)概率；求系統(tǒng)故障率，評(píng)價(jià)人的差錯(cuò)對(duì)系統(tǒng)故障的影響；重復(fù)以上步驟改進(jìn)人機(jī)系統(tǒng)的特征值，直到達(dá)到可允許的范圍。第五節(jié)、預(yù)先危險(xiǎn)性分析（PHA）預(yù)先危險(xiǎn)性分析是指在一個(gè)系統(tǒng)或子系統(tǒng)（包括設(shè)計(jì)、施工、生產(chǎn)）運(yùn)轉(zhuǎn)活動(dòng)之前，對(duì)系統(tǒng)存在的危險(xiǎn)類別、出現(xiàn)條件及可能造成的結(jié)果，進(jìn)行宏觀概略分析的一種方法。預(yù)先危險(xiǎn)性分析的重點(diǎn)應(yīng)放在系統(tǒng)的主要危險(xiǎn)源上，并提出控制這些危險(xiǎn)源的措施。預(yù)先危險(xiǎn)性分析的結(jié)果，可作為對(duì)新系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)的依據(jù)，還可作為系統(tǒng)安全要求、操作規(guī)程和設(shè)計(jì)說明書的主要內(nèi)容，同時(shí)預(yù)先危險(xiǎn)性分析為以后要進(jìn)行的其他危險(xiǎn)分析打下基礎(chǔ)。1.預(yù)先危險(xiǎn)性分析的內(nèi)容（1）識(shí)別危險(xiǎn)的設(shè)備、零部件，并分析其發(fā)生的可能性條件；（2）分析系統(tǒng)中各子系統(tǒng)、各元件的交接面及其相互關(guān)系與影響；（3）分析原材料、產(chǎn)品、特別是有害物質(zhì)的性能及貯運(yùn)；（4）分析工藝過程及其工藝參數(shù)或狀態(tài)參數(shù)；（5）人、機(jī)關(guān)系（操作、維修等）；（6）環(huán)境條件；（7）用于保證安全的設(shè)備、防護(hù)裝置等。2.預(yù)先危險(xiǎn)性分析的步驟（1）調(diào)查、了解和收集過去的經(jīng)驗(yàn)和同類生產(chǎn)中發(fā)生的事故情況。（2）確定危險(xiǎn)源，并分類制成表格。危險(xiǎn)源的確定可通過經(jīng)驗(yàn)判斷、技術(shù)判斷或安全檢查表等方法進(jìn)行。（3）識(shí)別危險(xiǎn)轉(zhuǎn)化技術(shù)條件。研究危險(xiǎn)因素轉(zhuǎn)化為事故狀態(tài)的觸發(fā)條件。（4）進(jìn)行危險(xiǎn)分級(jí)。目的是確定危險(xiǎn)程度，提出應(yīng)重點(diǎn)控制的危險(xiǎn)源。（5）制定危險(xiǎn)預(yù)防措施。預(yù)先危險(xiǎn)分析程序熟悉系統(tǒng)調(diào)查收集資料系統(tǒng)功能分解分析辨識(shí)危險(xiǎn)源確定危險(xiǎn)等級(jí)制定措施措施落施分析觸發(fā)事件危險(xiǎn)等級(jí)參考等級(jí)等級(jí)說明1安全的不會(huì)造成人員傷亡或系統(tǒng)破壞。2臨界的處于事故的邊緣狀態(tài)，暫時(shí)還不至于造成人員傷亡、系統(tǒng)破壞或降低系統(tǒng)性能，但應(yīng)予以排除或采取控制措施。3危險(xiǎn)的會(huì)造成人員傷亡或系統(tǒng)破壞，要立即采取防范對(duì)策措施。4災(zāi)難性的造成人員重大傷亡及系統(tǒng)嚴(yán)重破壞的災(zāi)難性事故，必須予以果斷排除并進(jìn)行重點(diǎn)防范。3.危險(xiǎn)性控制危險(xiǎn)性識(shí)別和等級(jí)劃分后，就可采取相應(yīng)的預(yù)防措施，避免它發(fā)展成為事故。采取預(yù)防措施的原則：先采取直接措施，即從危險(xiǎn)源（起因）著手。其次是間接措施，如隔離、個(gè)人防護(hù)等。事故一旦發(fā)生，應(yīng)馬上采取措施，抑制事態(tài)發(fā)展，減輕危害的嚴(yán)重性。防止人的失誤。4.危險(xiǎn)性預(yù)先分析的特點(diǎn)：1）分析工作在活動(dòng)之前，避免由于考慮不周造成的損失。2）對(duì)系統(tǒng)開發(fā)、初步設(shè)計(jì)、制造、安裝、檢修等做的分析步驟，可以提供注意事項(xiàng)及指導(dǎo)方針。3）分析結(jié)果可為制定標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和技術(shù)文獻(xiàn)提供必要的資料。4）根據(jù)分析結(jié)果可以編制安全檢查表以保證實(shí)施安全、并可作為安全教育的材料。123456789

子系統(tǒng)運(yùn)行形式故障模式概率估計(jì)危害狀況影響危險(xiǎn)等級(jí)預(yù)防方法確認(rèn)預(yù)先危險(xiǎn)性分析表格形式第六節(jié)故障類型影響分析（FMEA）故障類型影響分析采取系統(tǒng)分割的概念，根據(jù)實(shí)際需要分析的水平，把系統(tǒng)分割成子系統(tǒng)或進(jìn)一步分割成元件。然后逐個(gè)分析元件可能的故障和故障呈現(xiàn)的狀態(tài)（即故障類型），進(jìn)一步分析故障類型對(duì)子系統(tǒng)的影響，最后采取措施解決。此方法能夠查明元件發(fā)生各種故障時(shí)帶來的危險(xiǎn)性；即可用于定性分析，又可以用于定量分析（FMECA）。一、基本原理系統(tǒng)、子系統(tǒng)或元件在運(yùn)行過程中，由于性能低劣，不能完成規(guī)定的功能時(shí)，則稱為故障發(fā)生。系統(tǒng)或元件發(fā)生故障的機(jī)理十分復(fù)雜，故障類型是由不同故障機(jī)理顯現(xiàn)出來的各種故障現(xiàn)象的表現(xiàn)形式。一個(gè)系統(tǒng)或一個(gè)元件往往有多種故障類型。對(duì)產(chǎn)品、設(shè)備、元件的故障類型、產(chǎn)生原因及其影響及時(shí)了解和掌握，才能正確地采取相應(yīng)措施。掌握產(chǎn)品、設(shè)備、元件的故障類型需要積累大量的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，特別是通過FMEA來積累經(jīng)驗(yàn)。二、故障類型影響分析程序1.掌握和了解對(duì)象系統(tǒng)：分析之前必須掌握被分析對(duì)象的有關(guān)資料，以確定分析的詳細(xì)程度，確定對(duì)象系統(tǒng)的邊界條件；了解作為分析對(duì)象的系統(tǒng)；確定分析系統(tǒng)的物理邊界；確定系統(tǒng)分析的邊界；收集元素的最新資料。2.對(duì)系統(tǒng)元素的故障類型進(jìn)行分析找出所有的故障類型，盡可能找出每種故障類型的所有原因，然后確定系統(tǒng)元素的故障類型。若分析對(duì)象是已有元素，則可以根據(jù)以往運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)情況確定元素的故障類型；若分析對(duì)象是設(shè)計(jì)中的新元素，則可以參考其它類似元素的故障類型，或者對(duì)元素進(jìn)行可靠性分析來確定元素的故障類型。一個(gè)元素至少有4種可能的故障類型意外運(yùn)行；運(yùn)行不準(zhǔn)時(shí)；停止不及時(shí)；運(yùn)行期間故障。根據(jù)故障原因分析，最后確定元素的故障類型。元素功能、喪失功能元素故障類型把元素按組成分解外部原因內(nèi)部原因各部分故障類型元素的一部分確定元素故障類型程序框圖3.故障類型的影響故障類型的影響分析是指在系統(tǒng)正常運(yùn)行的狀態(tài)下，詳細(xì)地分析一個(gè)元素各種故障類型對(duì)系統(tǒng)的影響。分析故障類型的影響，通過研究系統(tǒng)主要的參數(shù)及其變化、故障后果的物理模型或經(jīng)驗(yàn)來確定故障類型對(duì)系統(tǒng)功能的影響。故障類型的影響可以從下面3種情況來分析：

1)元件故障類型對(duì)相鄰元素的影響。該元素可能是其他元素故障的原因；

2)元素故障類型對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響。該元素可能是導(dǎo)致或事故的原因；

3)元素故障類型對(duì)子系統(tǒng)及周圍環(huán)境的影響。4.列出故障類型影響分析表根據(jù)故障類型和影響分析表，系統(tǒng)、全面和有序地進(jìn)行分析。三、FMEA分析方法的特點(diǎn)：（1）通過原因來分析系統(tǒng)的故障（結(jié)果），即用系統(tǒng)工程的方法，從元件的故障開始，從下向上逐次分析其可能的問題，預(yù)測(cè)整個(gè)系統(tǒng)的故障，利用表格形式，找出不希望發(fā)生的初始原因事件。（2）以功能為中心，以邏輯推理為重點(diǎn)，側(cè)重于建立上級(jí)與下級(jí)的邏輯關(guān)系的分析方法。（3）該方法適用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、裝備設(shè)計(jì)和預(yù)防等環(huán)節(jié)。四、FMEA的目的和要求搞清楚系統(tǒng)或產(chǎn)品的所有故障模式及其對(duì)系統(tǒng)或產(chǎn)品功能以及對(duì)人、環(huán)境的影響；對(duì)有可能發(fā)生的故障模式，提出可行的控制方法和手段；在系統(tǒng)或產(chǎn)品設(shè)計(jì)審查時(shí)，找出系統(tǒng)或產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)和潛在缺陷，并提出改進(jìn)設(shè)計(jì)意見?；蚨ǔ鰬?yīng)加強(qiáng)研究的項(xiàng)目，以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低失效率，或減少損失；必要時(shí)對(duì)產(chǎn)品供應(yīng)列入特殊要求，包括設(shè)計(jì)、性能、可靠性、安全性或質(zhì)量保證的要求；明確提出在何處應(yīng)制定特殊的規(guī)程和安全措施，或設(shè)置保護(hù)性設(shè)備、監(jiān)測(cè)裝置或報(bào)警系統(tǒng)；為系統(tǒng)分析、預(yù)防維修提供有用是資料。五、說明目的：辨識(shí)每個(gè)故障造成的事故后果適用范圍：用于設(shè)備和機(jī)器故障分析，也可用于連續(xù)生產(chǎn)工藝使用方法：將系統(tǒng)分解，求出零部件發(fā)生各種故障類型時(shí)，對(duì)系統(tǒng)或子系統(tǒng)產(chǎn)生的影響資料準(zhǔn)備：系統(tǒng)、裝置、設(shè)備表、說明書人力、時(shí)間：熟悉設(shè)備故障類型者2－3人，每人每小時(shí)可分析2－4項(xiàng)效果：定性并可進(jìn)一步定量，找出故障類型對(duì)系統(tǒng)的影響六、致命度分析1.定義：對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初步分析后，其中后果特別嚴(yán)重，甚至造成死亡或重大財(cái)物損失的故障類型可以單獨(dú)拿出來進(jìn)行詳細(xì)分析，這種分析的方法叫做致命度分析。2.目的：盡量消除致命度高的故障模式；當(dāng)無法消除時(shí)，應(yīng)盡量從設(shè)計(jì)、制造、使用和維修方面降低其致命度的減少其發(fā)生的概率；根據(jù)故障模式不同的致命度，對(duì)其零部件或產(chǎn)品提出不同度量要求，以提高其可靠性和安全性。根據(jù)不同情況可采取對(duì)產(chǎn)品或部件的有關(guān)部位增設(shè)保護(hù)裝置、監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)等措施。致命度等級(jí)與內(nèi)容等級(jí)內(nèi)容ⅠⅡⅢⅣ有可能喪失生命的危險(xiǎn)有可能使系統(tǒng)損害的危險(xiǎn)涉及運(yùn)行推遲和損失的危險(xiǎn)造成計(jì)劃外維修的可能致命度分析的正確性取決于：分析者的水平可利用的信息七、其它分析法（1）因果分析（Cause-ConsequenceAnalysis）；（2）危險(xiǎn)性和可操作性研究（Hazardand

OperabilityAnalysis）；（3）管理疏忽和風(fēng)險(xiǎn)樹（MORT）

；（4）。（5）因果分析法因果分析法：把系統(tǒng)中產(chǎn)生事故的原因及造成的結(jié)果所構(gòu)成錯(cuò)綜復(fù)雜的因果關(guān)系，采用簡(jiǎn)明的線條加以全面表示的方法。因果分析圖的繪制方法因果（魚刺）圖是由原因和后果兩部分組成。一般情況下，可從人的不安全行為和物質(zhì)條件構(gòu)成