《第4章 系统可靠性分析=系统安全工程=东北大学》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第4章 系统可靠性分析=系统安全工程=东北大学（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、4 系统可靠性分析4.1 可靠性的基本概念可靠性作为判断、评价系统的一个重要指标，表明“系统、设备、元件等 在规定的条件下和预定的时间内完成规定的功能的性能”。通常用概率来定量 地描述，则“系统、设备、元件等在规定的条件下和预定的时间内完成规定功 能的概率”叫做可靠度。系统、设备、元件等在运行过程中性能低下而不能实现预定的功能时，则 称发生了故障。故障的发生是人们不希望的，但同时它又是不可避免的。对于 所有有形的东西来说，故障迟早都得发生。因此，我们只能努力使故障的发生 来得尽可能地晚些，希望系统、设备、元件等尽可能地可靠工作。系统、设备、元件等从投入使用开始到故障发生经过的时间称作故障时间。
2、 若故障之后不能被修复，则称此故障时间为寿命。由于造成故障的原因是多种多样的、随机的，所以故障的发生也具有随机 性质。我们只能应用概率统计的方法对故障发生的规律加以研究。从故障发生之难易的角度进行可靠性研究时，故障率是个重要的指标。按 定义，故障率是“正常工作到某时点的客体在此以后单位时间里发生故障的比 率”。在很多情况下，特别是在系统安全分析中经常使用故障率这一指标。故 障率随运行时间而变化。按故障率随时间变化的趋势有减少、一定和增加三种 情况，把故障分为初期故障、随机故障和磨损故障三种类型。例如，电子元件等产品在投入使用不久便由于制造不良等原因故障大量发 生，习惯上称作初期故障阶段。排除初
3、期故障后故障率逐渐减少并趋于稳定， 故障率稳定的阶段叫随机故障阶段。机械零件或易损件等随着运行时间的增加 故障率逐渐增加，进入磨损故障阶段。一般的机械、设备或工业装置等既包括 电子元件也包括机械零件，所以三种类型的故障都有，故障率曲线如图 4.1， 图中的曲线俗称浴盆（Bathtub）曲线。人类的死亡率也具有类似的情况。图 4.2为100万人口的死亡率曲线。人类幼儿时由于对外界抵抗力较弱，夭折率 较高。到了青壮年时死亡率较低，往往是由于意外事故等偶然的原因而丧生， 死亡率近似恒定。到了老年期，由于血管、心脏等身体组织老化，死亡率上升。表 4.1 为不同类型故障产生原因及防止对策当我们把人作为系
4、统的元素研究其可靠性时，不是研究其生命的可靠性而 是研究人在执行既定的操作时，完成要求的功能的可靠性。故又可把人的可靠 性明确地称为人的操作可靠性。与故障率类似，在研究人的可靠性时我们采用 人失误率这一指标来表征发生操作失误的难易程度。由于人有思想，行为有较大的自由度，所以关于人的可靠性研究是个复杂的课题。to图 4.1 浴盆曲线 图 4.2 人类的死亡率表4.1不同类型故障产生原因及防止对策故障类型现象原因对策备注初期故障新产品投产初 期的故障闲置一段时间 后故障减少小毛病往往引 起重大事故设计错误制造不良使用方法错误 (制造责任的可 能性特别大)设计审查，FMEA,FTA通过老化筛选等方法
5、 排除明确使用基准并告诉用户预防性维修保 养无效检修不彻底也 会产生这种现象随机故障多兀素组成系 统的典型故障许多电子元件的故障系统受到随机 应力的作用采用冗余设计增加投资米用咼可靠度兀件、 材料正当使用预防性维修保 养无效故障时间呈指数分布磨损故障机械零部件磨 损、疲劳造成的 故障材料、部件的 机械磨损、疲劳、 老化预防性维修保养预防性维修保 养有效冗余有效但不 经济4.2 故障发生规律4.2.1 故障时间分布设系统、设备、元件等在t =0时刻投入运行，到t时刻发生故障的概率记为F(t)，可靠度记为R(t)，则故障发生概率为(4.1)F(t) = P t m_m _(4.18)式中，r(1 +丄)为r分布。在威布尔分布中m是一个具有实质意义的参数。当m取不同的数值时，故 障率九(t)随时间的变化呈现如下情况：1) m1时，九(t)随时间单调增加，对应于磨损故障。由于威布尔分布可以描述不同类型的故障，因而在可靠性工程中得到了广泛的 应用。4.2.2.3 关于故障时间分布函数具有下列性质的统计分布函数F(x) (g x x，则 F(x ) F(x
