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1、北京航空航天大学可靠性与系统工程学院北京航空航天大学可靠性与系统工程学院 System Reliability Prediction 1 系统可靠性预计 System Reliability Prediction System Reliability Prediction 2 系统可靠性预计 系统可靠性预计是在设计阶段对系统可靠性进行定量的估计， 是根据历史的产品可靠性数据、系统的构成和结构特点、系 统的工作环境等因素估计组成系统的元器件、部件及系统的 可靠性。 对产品在规定的工作环境及功能条件下固有可靠性水平固有可靠性水平的估计。 系统的可靠性预计是根据组成系统的元件、部件的可靠性来估计的，
2、 是一个自下而上，从局部到整体、由小到大的一种系统综合过程。 可靠性预计的目的、用途与分类可靠性预计的目的、用途与分类 可靠性预计的程序可靠性预计的程序( (国军标：国军标：GJB813GJB813- -9090) ) 可靠性预计与可靠性分配的关系可靠性预计与可靠性分配的关系 单元可靠性预计单元可靠性预计 系统可靠性预计系统可靠性预计 可靠性预计可靠性预计的的特点特点 System Reliability Prediction 3 目的、用途 可靠性预计目的与用途可靠性预计目的与用途 评估系统可靠性，审查是否能达到要求的可靠性指标； 在方案论证阶段，通过可靠性预计，比较不同方案的可靠性水比较不
3、同方案的可靠性水 平平，为最优方案的选择及方案优化提供依据； 在设计中，通过可靠性预计，发现影响系统可靠性的主要因素，发现影响系统可靠性的主要因素， 找出薄弱环节找出薄弱环节，采取设计措施，提高系统可靠性； 为可靠性增长试验、验证及费用核算等方面的研究提供依据提供依据； 为可靠性分配奠定基础为可靠性分配奠定基础 。 可靠性预计的主要价值主要价值在于，它可以作为设计手段，为 设计决策提供依据依据。 要求预计工作具有及时性，即在决策点之前前做出预预计； 在设计的不同阶段及系统的不同层次上可采用不同的预计方法， 由粗到细，随着研制工作的深入而不断细化。 System Reliability Pred
4、iction 4 分类 根据战术技术中可靠性的定量要求定量要求 ： 基本可靠性预计 任务可靠性预计（任务剖面、工作时间及功能特性等） 不可修产品 可修产品 从产品构成产品构成角度分析 ： 单元可靠性预计（元件、部件或设备等 ） 系统可靠性预计 返回 Reliability Prediction 5 系统可靠性预计程序 明确系统定义： 包括说明系统功能功能、系统任务任务和系统各组成组成及其接口接口； 明确系统的故障判据； 明确系统的工作条件； 绘制系统的可靠性框图 可靠性框图绘制到最低一级功能层次； 建立系统可靠性数学模型； 预计各单元、设备的可靠性； 根据系统可靠性模型预计其基本可靠性或任务可
5、靠性； 可靠性预计结果为可靠性分配提供依据。 当实际系统有变动时，进行可靠性再预计、再分配，直 到满意结果为止。 返回 System Reliability Prediction 6 可靠性预计与可靠性分配的关系可靠性预计与可靠性分配的关系 都是可靠性设计分析的重要工作，两者相辅相成，相互支持。 “预计”是自下而上的归纳综合过程，“分配”是自上而下的演 绎分解过程。 可靠性分配结果是可靠性预计的目标，可靠性预计的相对结果是 可靠性分配与指标调整的基础。 在系统设计的各个阶段均要相互交替反复进行多次 调 研 可靠性、维修性、安 全性和保障性分析 比 较 设 计 更 改分配到设备 分配到分系统 系
6、统可靠性指标 技术条件 设备可靠性预计 分系统可靠性预计 系统可靠性预计可靠性 维修性 保障性 安全性 测试性 评估 确 定 可 靠 性 指 标 可靠性目标 器件可靠性预计 和 设 计 准 则 返回 System Reliability Prediction 7 单元可靠性预计 系统是由许多单元组成，系统可靠性是各单元 可靠性的概率综合。因此，单元可靠性预计是 系统可靠性预计的基础。 直接预计系统各单元的故障率或可靠度。 常用的单元可靠性预计方法：常用的单元可靠性预计方法： 相似产品法 评分预计法 电子元器件应力分析法 机械零部件预计法 返回 System Reliability Predic
7、tion 8 相似产品法 相似产品法就是利用与该产品相似的现有成熟产品的可靠性数据来 估计该产品的可靠性。成熟产品的可靠性数据主要来源于现场统计 和实验室的试验结果。 简单、快捷，适用于系统研制的各个阶段，可应用于各类产品 的可靠性预计（如电子、机械、机电等产品） 预计的准确性取决于产品的相似性 适用于具有继承性的产品或其它相似的产品，而且这种方法的 前提是相似产品具有可靠性数据 成熟产品的详细故障记录越全，数据越丰富，则比较的基础越 好，预计的准确度越高 对于全新的产品或功能、结构改变比较大的产品不太合适 相似产品法考虑的的相似因素一般包括 ： 产品结构、性能的相似性； 设计的相似性 ； 材
8、料和制造工艺的相似性 ； 使用剖面(保障、使用和环境条件) 的相似性 。 System Reliability Prediction 9 相似产品法的预计程序相似产品法的预计程序 确定相似产品 考虑前述的相似因素，选择确定与新产品最为相似，且 有可靠性数据的产品。 分析相似因素对可靠性的影响 分析所考虑的各种因素对产品可靠性影响程度，分析新 产品与老产品的设计差异及这些差异对可靠性的影 响。 确定相似系数 d d 根据上面的分析，由有经验的专家评定新产品与老产品 的可靠性值的比值。 新产品可靠性预计： 新产品可靠性值 = d d 老产品可靠性值 System Reliability Predi
9、ction 10 相似产品法示例 某型号导弹射程为3500km，已知飞行可靠性指标为0.8857，各分系 统可靠性指标为：战斗部：0.99、安全自毁系统：0.98、弹体结 构：0.99、控制系统：0.98、发动机：0.9409。为了将导弹射 程提高到5000km，对发动机采取了三项改进措施： 采用能量更高的装药； 发动机长度增加1m； 发动机壳体壁厚由5mm减为4.5mm。 试预计改进后的导弹飞行可靠性 。 解 新的导弹与原来的导弹十分相似，其区别就在发动机。根据经验， 新型装药是成熟工艺，加长后的药柱质量有保证，不会对发动机 的可靠性带来大的影响；唯有壁厚减薄会使壳体强度下降，会使 燃烧室的
10、可靠性下降影响发动机的可靠性。在此，可粗略地认为 发动机的可靠性是与壳体强度成正比。经计算，原发动机壳体的 结构强度为9.806106Pa，现在发动机壳体的结构强度为 9.412106Pa，则相似系相似系数 d = 9.412106/（9.806106） 发动机的可靠性 R = 0.9409d = 0.9033 则改进后的导弹飞行可靠性为： 返回 System Reliability Prediction 11 评分预计法 在可靠性数据非常缺乏的情况下(可以得到个别产品可靠性数据)，通过有 经验的设计人员或专家对影响可靠性的几种因素评分，对评分进行综合 分析而获得各单元产品之间的可靠性相对比值
11、，再以某一个已知可靠性 数据的产品为基准，预计其他产品的可靠性。 时间基准：系统工作时间（一般） 评分因素 （通常）、评分原则 （以产品故障率产品故障率为预计参数） ： 各种因素评分值范围为：110，评分越高说明可靠性越差。 复杂度它是根据组成单元的元部件数量以及它们组装的难易程度来评定。 最简单的评1分，最复杂的评10分。 技术成熟度根据单元目前的技术水平的成熟来评定。水平最低的评10分， 水平最高的评1分。 工作时间根据单元工作的时间来评定（前提是以系统的工作时间为时间 基准 ）。系统工作时，单元一直工作的评10分，工作时间最短的评1分。 如果系统中所有单元的故障率是以系统工作时间为基准，
12、则各单元的工 作时间不相同，而故障率统计时间均相等(实际工作中，外场统计很多是 以系统工作时间统计的)，因此，必须考虑此因素。 如果系统中所有单元的故障率是以单元自身工作时间为基准，则故障率 统计时间也不同，因此，不考虑此因素。 环境条件根据单元所处的环境来评定。单元工作过程中会经受极其恶劣 和严酷的环境条件的评10分，环境条件最好的评1分。 System Reliability Prediction 12 评分法可靠性预计 已知某单元的故障率为已知某单元的故障率为 * ，算出的其他单元故障率，算出的其他单元故障率 i 为：为： ii C * 式中式中i=1，2，n单元数。单元数。 i C第第
13、i个单元的评分系数。个单元的评分系数。 * /i i C 式中式中 i 第第i个单元评分数；个单元评分数； * 故障率为故障率为 * 的单元的评分数。的单元的评分数。 4 1j iji r 式中式中 ij r第第i个单元，第个单元，第j个因素的评分数；个因素的评分数； j=1复杂度；复杂度； j=2技术技术成熟度成熟度； j=3工作时间；工作时间； j=4环境条件。环境条件。 评分预计法主要适用于产品设计的初步设计与详细设计阶段，可用于各 类产品的可靠性预计。 这种方法是在产品可靠性数据十分缺乏的情况下进行可 靠性预计的有效手段，但其预计的结果受人为影响较大受人为影响较大。因此，在应用时， 尽
14、可能多请几位专家评分，以保证评分的客观性，以提高预计的准确性。 某飞行器由动力装置、武器等六个分系统组成。已知制导装置故障某飞行器由动力装置、武器等六个分系统组成。已知制导装置故障 率率 284.510-6h/， 即， 即 * =284.510-6h/， 试用评分法求得其它分系统的， 试用评分法求得其它分系统的 故障率，一般计算可用表格进行，见下表。故障率，一般计算可用表格进行，见下表。 某飞行器的故障率计算某飞行器的故障率计算 序序 号号 单元名称单元名称 复杂复杂 度度 1 i r 技术技术 水平水平 2i r 工作工作 时间时间 3i r 环境环境 条件条件 4i r 各单元各单元 评分
15、数评分数 i 各单元评各单元评 分系数分系数 * ii /C 单元的故障单元的故障 率率10-6h/ i * i C 1 动力装置动力装置 5 6 5 5 750 0.3 85.4 2 武器武器 7 6 10 2 840 0.336 95.6 3 制导装置制导装置 10 10 5 5 ( * ) 2500 1.0 ( * ) 284.5 4 飞行控制装置飞行控制装置 8 8 5 7 2240 0.896 254.9 5 机体机体 4 2 10 8 640 0.256 72.8 6 辅助动力装置辅助动力装置 6 5 5 5 750 0.3 85.4 System Reliability Pred
16、iction 13 评分预计法示例 评分预计法注意事项评分预计法注意事项 时间基准、基准单元、预计参数。 评分预计法示例评分预计法示例 返回 System Reliability Prediction 14 应力分析法 用于产品详细设计阶段详细设计阶段的电子元器件失效率电子元器件失效率预计。 其方法也是基于概率统计 ，是对某种电子元器件在实验 室的标准应力与环境条件下，通过大量的试验，并对其结 果统计而得出该种元器件 的“基本失效率基本失效率”。 在预计电子元器件工作工作失效率失效率时，应根据元器件的质量等 级、应力水平、环境条件等因素对基本失效率进行修正。 电子元器件的应力分析法已有成熟的预
