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1、,第七章 系统可靠性设计 可靠性分配,概述 几种常用的可靠性分配 系统可靠性最优化,可靠性分配,可靠性分配概念 可靠性分配就是将工程设计规定的系统可靠度指标合理的分配给组成该系统的各个单元，确定系统各组成单元的可靠性定量要求，从而保证整个系统的可靠性指标。 可靠性分配目的与用途 可靠性分配与可靠性预计的关系 可靠性分配程序 可靠性分配的原理与准则 可靠性分配方法 可靠性分配的注意事项,可靠性分配目的、用途,可靠性分配目的与用途,可靠性分配的目的是使各级设计人员明确其可靠性设计要求，根据要求估计所需的人力、时间和资源，并研究实现这个要求的可能性及办法。 促使设计者全面考虑诸如重量、费用和性能等因
2、素，以期获得“技术上合理，经济上效益高，时间方面见效快”； 如同性能指标一样，是设计人员在可靠性方面的一个设计目标。,可靠性分配与可靠性预计的关系,可靠性分配结果是可靠性预计的依据和目标 可靠性预计结果是可靠性分配与指标调整的基础,可靠性分配程序,可靠性分配程序,明确系统可靠性参数指标要求 分析系统特点 选取分配方法（同一系统可选多种方法） 准备输入数据 进行可靠性分配 验算可靠性指标要求,可靠性分配的原理,可靠性分配的原理 系统可靠性分配是求解下面的基本不等式 对于简单串联系统而言，上式就转换为 如果对分配没有任何约束条件，则上两式可以有无数个解；有约束条件，也可能有多个解。因此，可靠性分配
3、的关键在于要确定一个方法，通过它能得到合理的可靠性分配值的唯一解或有限数量解。 可靠性优化设计,可靠性分配的准则,分配准则 可靠性分配的要求值应是成熟期的规定值。 为了减少分配的反复次数，并考虑到分配中存在忽略不计的其他因素项目，因此可靠性分配时应该留出一定的余量。 可靠性分配应在研制阶段早期即开始进行。 根据不同研制阶段，选定分配方法进行分配。,可靠性分配的准则,分配准则 对于复杂度高的分系统、设备等，应分配较低的可靠性指标，因为产品越复杂，其组成单元就越多，要达到高可靠性就越困难并且更为费钱。 对于技术上不成熟的产品，分配较低的可靠性指标。对于这种产品提出高可靠性要求会延长研制时间，增加研
4、制费用。 对于处于恶劣环境条件下工作的产品，应分配较低的可靠性指标，因为恶劣的环境会增加产品的故障率。 当把可靠度作为分配参数时，对于需要长期工作的产品，分配较低的可靠性指标，因为产品的可靠性随着工作时间的增加而降低。,可靠性分配的准则,分配准则 对于重要度高的产品，应分配较高的可靠性指标，因为重要度高的产品的故障会影响人身安全或任务的完成。 分配时还应结合维修性、保障性，如维修性差的产品，分配较高的可靠性指标，以实现较好的综合效能等。,可靠性预测与可靠性分配区别：,？,可靠性预计自下而上；可靠性分配自上而下。可靠 性预 计是可靠性分配的基础。 可靠性预计和分配不是一次性的工作。为了求得 可靠
5、度 分配的最佳结果，一般要经过预计、分配、再 预计、再分配 的多次反复，才能使结果逐步趋于合 理，并最终使系统的性 能、成本、研制周期等各方面 取得协调。,可靠性分配方法,无约束分配法 等分配法 再分配法 相对失效率法与相对失效概率法 AGREE分配法 考虑重要度和复杂度的分配方法 有约束分配法 拉格朗日乘数法 动态规划法 直接寻查法,等分配法,对系统中的全部单元配以相等的可靠度的方法。 串联系统可靠度分配 串联系统的可靠度取决于系统中的最弱单元，当 系统中的n个单元具有近似的复杂程度、重要性 以及制造成本时，可用等分配法分配系统各单元 的可靠度。,等分配法,并联系统可靠度分配 当系统的可靠度
6、要求很高，而选用的单元又不能满足要求时，可选用n个相同单元并联起来。,特点：方法简单，但由于通常 各子系统的可靠度大不相同， 为提高各子系统的可靠度所花 费的成本也大不相同，故实 际应用上较少。,例：系统可靠度要求为Rs =0.9时，选用两个复杂 程度相似 的单元串联工作或并联工作，则在两种 情况下，每个单元分配到的可靠度是多少？,串、并联系统可靠度分配 利用等分配法对串并联系统进行可靠度分配，可先将串并联系统简化为等效的串联系统和等效单元，再给同级等效单元分配相同的可靠度。,0.7322,0.9283,0.9283,0.9283,如果要求系统可靠度为0.8,0.9283,0.7322,0.9
7、283,0.7322,0.9013,再分配法,串联系统中，可靠性越低的单元越容易改进。 基本思想：把原来可靠性较低的单元的可靠度全部提高到某个值，而对原来较高可靠度的单元的可靠度则保持不变。,如果已知串联系统（或串并联系统的等效串联系统）各单元的可靠度预测值为 ， 则系统的可靠度预测值为：,若设计规定的系统可靠度指标 ，表示预测值不能满足要求，需要改进单元的可靠度指标规定的 值作再分配计算。,解决：提高低可靠性指标单元的可靠度，效果要好且容易些，因此，可提高低可靠度并按等分配法则进行再分配。,方 法 步 骤,例：设串联系统4个单元的可靠度预测值由小到大的排列为 。 若设计规定串联系统的可靠度
8、，试进行可靠度的分配。,相对失效率法与相对失效概率法,例：一个串联系统由3个单元组成，各单元寿命均为指数分 布。 已知在系统工作1000h时，3个单元的可靠度分别 为R1 (t)=0.9,R2 (t)=0.85,R3 (t)=0.75。现要求工作1000h时 系统可靠度为Rsd =0.75。 试用相对失效率法求各单元分 配的可靠度。,例：如图(a)，系统由3个单元组成，各单元寿命均为指数 分 布。系统工作20h，已知它们的预计失效概率分别 为 F1=0.04,F2 =0.06,F3 =0.12。要求工作20h系统的容许失效概 率为Fsd =0.005，试计算系统中各单元所容许的 失效概率值。,
9、AGREE分配法,例：一个三单元组成的串联系统，可靠度服从指数分 布，单 元中重要零件数分别为10,40,50，要求在连续 工作48h期间 内系统的可靠度为0.98。单元1的重要 度为1 =1，单元2的 工作时间为10h，重要度为 2 =0.9 ，单元3 的工作时间为 12h ，重要度为3 =0.85。试计算各单元失效率和应分配 的可靠度？,数学规划优化分配法,例：某系统由3个单元串联组成，各单元预计可靠度分别 为0.82、0.9、0.85，它们成本相同，要求系统可靠度指 标为Rsd=0.70。试用成本最小原则对3个单元进行可靠度 再分配。,拉格朗日乘数法,适用于在优化设计的条件下使用，解决在
10、可靠性设计中最关键也是最实际的问题，即在保证产品可靠性总指标的分配，又能实现总的成本最小。 拉格朗日乘数法是一种将约束最优化问题转换为无约束最优化问题的求优方法，由于引进了一种待定系数拉格朗日乘子，则可利用这种乘子将原约束最优化问题的目标函数和约束条件组合成一个称为拉格朗日函数的新目标函数，使新目标函数的无约束最优解就是原目标函数的约束最优解。,可靠性分配注意事项,可靠性分配应在研制阶段早期开始进行 使设计人员尽早明确其设计要求，研究实现这个要求的可能性。 为外购件及外协件的可靠性指标提供初步依据。 根据所分配的可靠性要求估算所需人力、成本和资源等管理信息。,可靠性分配注意事项,可靠性分配应反
11、复多次进行 在方案论证和初步设计工作中，分配是较粗略的，经粗略分配后，应与经验数据进行比较、权衡。 与不依赖于最初分配的可靠性预测结果相比较，确定分配的合理性，并根据需要重新进行分配。 随着设计工作的不断深入，可靠性模型逐步细化，可靠性分配亦须随之反复进行。 为了尽量减少可靠性分配的次数，在规定的可靠性指标基础上，可考虑留出一定的余量。 这种做法为在设计过程中增加新的功能单元留下余地，因而可以避免为适应附加的设计而必须进行的反复分配。,各研制阶段可靠性分配方法的选择,选择依据 在进行分配前，首先必须明确设计目标、限制条件、系统下属各级定义的清晰程度及有关类似产品可靠性数据等信息。随着研制阶段的
12、进展，产品定义起来越清晰，则可靠性分配也有所不同。 方案论证阶段 等分配法 初步设计阶段 评分分配法、再分配法 详细设计阶段 评分分配法、考虑重要度和复杂度分配法、可靠度再分配法,习 题 1、一个由电动机、皮带传动、减速器组成的传动装置，要求工作10000h时系统可靠度为Rs=0.98，电动机失效率1=1*10-6、皮带传动失效率2=5*10-6、减速器失效率3=8*10-7。试给 各单元分配可靠度。 2、一个由电动机、减速器、螺旋给料器组成的送料系统，各 单元所含的重要零件数为电动机N1 =6，减速器N2 =10，螺旋给 料机N3 =4。若要求系统工作h=1000h时的可靠度为Rs =0.96， 试分配各单元的可靠度。 3、两级齿轮减速器，若四个齿轮的预计可靠度分别为 Rg1 =0.8，Rg2 =0.96，Rg3 =0.85，Rg4 =0.97，它们成本相同，要求系 统可靠度指标为Rs =0.80。试用成本最小原则对4个齿轮进行可 靠度再分配。,谢谢,
