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1、-1- College of Nuclear Science and Technology 可靠性工程 张志俭 College of Nuclear Science and Technology Harbin Engineering University -2- College of Nuclear Science and Technology 第6讲 系统可靠性设计 2007年9月13日 -3- College of Nuclear Science and Technology 3.1 可靠性设计概述 一、可靠性设计的两大命题 n 系统获得最大的可靠性； n 耗用的费用最小。 在一定的限制条
2、件下， -4- College of Nuclear Science and Technology 3.1 可靠性设计概述 二、可靠性设计的研究内容 n 可靠性分配 n 可靠性优化 n 可靠性预计 -5- College of Nuclear Science and Technology 3.2 系统可靠性分配 一、概述 n 把系统的可靠性指标分配到单元中去，每 个单元按分配的可靠性指标进行设计，以保 证系统的可靠性； n 为分阶段实现系统可靠性指标的综合权衡 决策提供依据。 1. 可靠性分配的目的 -6- College of Nuclear Science and Technology 3
3、.2 系统可靠性分配 2. 可靠性分配的原则 对于一个由n个单元组成的系统，可靠性分配要求 式中， 是第i个单元分配的可靠性指标； 是系统可靠性指标 是单元和系统可靠性间的函数关系， 即数学模型 -7- College of Nuclear Science and Technology 3.2 系统可靠性分配 3. 可靠性分配的步骤 n 从最高系统层次上进行可靠性分配； n 把该系统层次的单元作为“系统”，再进 行下一层次系统单元的可靠性分配。 -8- College of Nuclear Science and Technology 3.2 系统可靠性分配 3. 可靠性分配的步骤 n 从最高
4、系统层次上进行可靠性分配； n 把该系统层次的单元作为“系统”，再进 行下一层次系统单元的可靠性分配。 -9- College of Nuclear Science and Technology 3.2 系统可靠性分配 4. 可靠性分配的注意事项 n 尽早进行可靠性分配，以便估算系统的可 靠性指标能否实现。如若不能，要确定如何 更改设计方案，并明确各分系统（单元）设 计者的责任和任务； n 可靠性分配不是一次能完成的，要随着设 计的进展而深入，随设计的更改而反复，因 而要进行多次分配。 -10- College of Nuclear Science and Technology n 在首次分配
5、时，往往要留有余地，以免设 计稍作更改，就要重新进行可靠性分配，尽 量减少可靠性分配的次数，以节约人力和物 力。 3.2 系统可靠性分配 -11- College of Nuclear Science and Technology 3.2 系统可靠性分配 二、可靠性分配常用方法 n 等同分配法 n 比例分配法 n 专家分配法 n 加权分配法 n 可靠性再分配（努力最小法） -12- College of Nuclear Science and Technology 3.2 系统可靠性分配 3.2.1 等同分配法 n 对系统的各个单元分配相同的可靠性指标 ，以达到系统规定的可靠性水平。 一、原理
6、 -13- College of Nuclear Science and Technology 3.2 系统可靠性分配 二、串联系统等同分配法 由于 因此 如果串联系统的各单元寿命服从指数分布，故 障率用 表示，给定系统的故障率 ，每 个单元分配到的失效率 为 -14- College of Nuclear Science and Technology 三、并联系统等同分配法 3.2 系统可靠性分配 由于 因此 -15- College of Nuclear Science and Technology 四、等同分配法的特点 3.2 系统可靠性分配 n 方法比较简单 优点： 缺点： n 没有考
7、虑各单元现有的可靠性水平、重要 度、复杂度以及工艺水平的不同。 -16- College of Nuclear Science and Technology 五、等同分配法的适用性 3.2 系统可靠性分配 n 用于均匀简单、已知单元的可靠度相近的 系统。 n 由相同的单元、相近似单元构成的系统。 n 一般用于组件或部件以下的可靠性分配比 较合适，用于其它较复杂的系统的分配往往 不够合理。 -17- College of Nuclear Science and Technology 3.2 系统可靠性分配 3.2.2 比例分配法 n 如果一个新设计的系统与原有系统（老系统 ）非常相似，组成系统的
8、各单元类型相同。如 果已知原有系统的失效数据，新系统在技术上 无重大突破，则可以根据旧系统的失效数据， 根据新系统的可靠性要求，按比例地给新系统 的单元分配可靠性指标。 一、原理 -18- College of Nuclear Science and Technology 二、方法 3.2 系统可靠性分配 式中， -分配给新系统中第i个单元的失效率 -新系统的失效率指标 -原有系统的失效率指标 -原有系统中第i个单元的失效率 -19- College of Nuclear Science and Technology 3.2 系统可靠性分配 如果仅统计到原有系统中各单元故障数占系统 故障数的百
9、分比 ，而新系统和它又非常相 似，则可按下式进行分配： 式中， -第i个单元故障数占系统故障数的 百分比 -20- College of Nuclear Science and Technology 3.2 系统可靠性分配 三、比例分配法的特点 n 依据原有系统的失效数据，大概考虑了一 时期内的现有技术水平及单元的复杂程度， 具有实践依据。 三、比例分配法的适用性 n 只要新系统与原有系统相近，又无重大改 进，这一方法的分配结果基本上是合理的。 -21- College of Nuclear Science and Technology 3.2 系统可靠性分配 3.2.3 专家分配法 n 专家
10、分配法是根据专家的经验，按照几种因 素进行评分，由评分的情况，给每个分系统（ 功能单元）分配可靠性指标。 n 主要考虑四种因素：复杂度、技术发展水平 、工作时间和环境因素。 一、原理 -22- College of Nuclear Science and Technology 二、方法 3.2 系统可靠性分配 n 主要考虑四种因素：复杂度、技术发展水 平、工作时间和环境因素。 n 每种因素的分数在1-10之间。 n 对一个系统的评分可以请多位专家评分， 计算它们的平均得分。 -23- College of Nuclear Science and Technology 1. 复杂度 3.2 系统
11、可靠性分配 n 根据组成功能单元的部件数量以及它们组 装的难易程度来评定。一般是指与系统中其 它功能单元比较而言，最简单的评1分，最复 杂的评10分。 2. 技术发展水平 n 根据功能单元目前的技术水平和成熟程度 来评定。水平低的得10分，水平高的得1分。 -24- College of Nuclear Science and Technology 3.2 系统可靠性分配 3. 工作时间 n 根据各功能单元的工作时间来评定。系统 工作时，单元一直工作的得10分，工作最短 的得1分。 4. 环境条件 n 根据功能单元所处的环境来评定。单元工 作过程中经受恶劣而严酷的环境条件的评10 分，环境条件
12、好的得1分。 -25- College of Nuclear Science and Technology 3.2 系统可靠性分配 经评分后，分配给每个单元的失效率 为 式中，-第i个单元的评分系数 -系统规定的失效率指标 式中，-第i个单元的评分数 -全系统的评分数 -26- College of Nuclear Science and Technology 3.2 系统可靠性分配 式中，-第i个分立单元，第j个因素的评分数 代表复杂度 代表技术发展水平 代表工作时间 代表环境条件 -27- College of Nuclear Science and Technology 三、专家分配法的特点 n 考虑了各单元现有的复杂度、技术水平、 工作时间以及环境条件的不同。 四、专家分配法的适用性 n 对于有些新系统的设计，没有原有系统的 统计数据作为分配依据，或者是可靠性工作 的初期，还没有积累起来足够的参考数据时 ，可采用专家分配法。 3.2 系统可靠性分配
