系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1第1頁/共56頁第2頁/共56頁第3頁/共56頁l 例如，為了獲得足夠的電容量，常將三個(gè)電例如，為了獲得足夠的電容量，常將三個(gè)電器并聯(lián)。假定選定失效模式是電容短路，則器并聯(lián)。假定選定失效模式是電容短路，則其中任何一個(gè)電容器短路都可使系統(tǒng)失敗。其中任何一個(gè)電容器短路都可使系統(tǒng)失敗。l 因此，該系統(tǒng)的原理圖是并聯(lián)，而邏輯因此，該系統(tǒng)的原理圖是并聯(lián)，而邏輯圖應(yīng)是串聯(lián)的。圖應(yīng)是串聯(lián)的。c1c2c3c1c2c3可靠性框圖可靠性框圖第4頁/共56頁l 系統(tǒng)可靠度為系統(tǒng)可靠度為l l 可靠性串聯(lián)系統(tǒng)中，可靠性最差的單元對系統(tǒng)的可可靠性串聯(lián)系統(tǒng)中，可靠性最差的單元對系統(tǒng)的可靠性影響最大。靠性影響最大。

2、 niinininstRtRtRtRtRttPttPttPttPttttttPtR1212121)()()()()()(第5頁/共56頁第6頁/共56頁第7頁/共56頁第8頁/共56頁第9頁/共56頁隨著單元數(shù)量的增加和單元可靠度的減小，串聯(lián)隨著單元數(shù)量的增加和單元可靠度的減小，串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度將迅速降低。系統(tǒng)的可靠度將迅速降低。niisRR1在設(shè)計(jì)時(shí)，為提高串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性，可從下列三方面考慮：在設(shè)計(jì)時(shí)，為提高串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性，可從下列三方面考慮：(a) (a) 盡可能減少串聯(lián)單元數(shù)目盡可能減少串聯(lián)單元數(shù)目(b) (b) 提高單元可靠性，降低其故障率提高單元可靠性，降低其故障率(c) (c)

3、 縮短工作時(shí)間縮短工作時(shí)間第10頁/共56頁2 2、并聯(lián)系統(tǒng)可靠性預(yù)測、并聯(lián)系統(tǒng)可靠性預(yù)測l 當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)的單元中只要有一個(gè)單元正常工作，該系統(tǒng)當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)的單元中只要有一個(gè)單元正常工作，該系統(tǒng)就能正常工作，只有全部單元均失效時(shí)系統(tǒng)才失效，這就能正常工作，只有全部單元均失效時(shí)系統(tǒng)才失效，這種系統(tǒng)稱為并聯(lián)系統(tǒng)，或稱為工作冗余系統(tǒng)種系統(tǒng)稱為并聯(lián)系統(tǒng)，或稱為工作冗余系統(tǒng)niisRR1)1 (1 niinsRRRRF1211111第11頁/共56頁第12頁/共56頁第13頁/共56頁第14頁/共56頁第15頁/共56頁 !1! 3! 21)(132nttttetRnts第16頁/共56頁第17頁/共56頁

4、A系統(tǒng)正常，A11單元正常，A22單元正常 211 1121121212111110011112011212ttt tttttttttsAAAAP AARttdF teedtRteeedteee第18頁/共56頁非工作貯備的優(yōu)點(diǎn)是能大大提高系統(tǒng)的可靠度。非工作貯備的優(yōu)點(diǎn)是能大大提高系統(tǒng)的可靠度。其缺點(diǎn)是：其缺點(diǎn)是：（1 1）由于增加了故障監(jiān)測與轉(zhuǎn)換裝置而提高了系統(tǒng)的）由于增加了故障監(jiān)測與轉(zhuǎn)換裝置而提高了系統(tǒng)的復(fù)復(fù)雜度雜度；（2 2）要求故障監(jiān)測與轉(zhuǎn)換裝置的可靠度非常高，否則貯）要求故障監(jiān)測與轉(zhuǎn)換裝置的可靠度非常高，否則貯備帶來的好處會(huì)被嚴(yán)重削弱。備帶來的好處會(huì)被嚴(yán)重削弱。 第19頁/共56頁例

5、：某兩臺(tái)發(fā)電機(jī)構(gòu)成旁聯(lián)模型，發(fā)電機(jī)故障率例：某兩臺(tái)發(fā)電機(jī)構(gòu)成旁聯(lián)模型，發(fā)電機(jī)故障率 -1-1 ，切換開關(guān)成功概率，求運(yùn)行，切換開關(guān)成功概率，求運(yùn)行100100小時(shí)的可靠度。小時(shí)的可靠度。解：解： R R( (t t)=)=e e0.0010.001100100若兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)并聯(lián)，系統(tǒng)可靠度若兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)并聯(lián)，系統(tǒng)可靠度 R R( (t t)=2)=2e e- -tt- -e e-2-2tt=2=2e e-0.001-0.001100100- -e e-2-20.0010.001100100若希望旁聯(lián)可靠度大于并聯(lián)若希望旁聯(lián)可靠度大于并聯(lián) ，則，則 e e- -tt(1+(1+P Ps stt) 2

6、) 2e e- -tt- -e e-2-2t t 因此，要求切換開關(guān)成功概率因此，要求切換開關(guān)成功概率P Ps s (1-(1-e e-0.001-0.001100100第20頁/共56頁l 特例：特例：1/n1/n串聯(lián)系統(tǒng)串聯(lián)系統(tǒng)l n/nn/n并聯(lián)系統(tǒng)并聯(lián)系統(tǒng)nriiniinmStRtRCRtR)(1)()(第21頁/共56頁第22頁/共56頁第23頁/共56頁tttttseeeeetR32322333)1 (23)(p其可靠性數(shù)學(xué)模型為其可靠性數(shù)學(xué)模型為（表決器可靠度為（表決器可靠度為1 1，組成單元的故障率均為常值，組成單元的故障率均為常值 ）：第24頁/共56頁第25頁/共56頁第2

7、6頁/共56頁第27頁/共56頁第28頁/共56頁第29頁/共56頁第30頁/共56頁第31頁/共56頁第32頁/共56頁第33頁/共56頁nsininiisRRRRR/11因此單元的可靠度為：第34頁/共56頁nsiinisRRRRR/11111應(yīng)分配為：故單元的可靠度對于并聯(lián)系統(tǒng)：3)3)串并聯(lián)系統(tǒng)可靠度分配串并聯(lián)系統(tǒng)可靠度分配可先將串并聯(lián)系統(tǒng)簡化為可先將串并聯(lián)系統(tǒng)簡化為”等效串聯(lián)系統(tǒng)等效串聯(lián)系統(tǒng)”和和”等等效單元效單元”, ,再給同級(jí)等效單元分配以相同的可靠度再給同級(jí)等效單元分配以相同的可靠度. .第35頁/共56頁列，則有值按由小到大的次序排將各單元的可靠度預(yù)測再分配。為此，先靠度并按

8、等分配法進(jìn)行提高低可靠性單元的可容易。因此，可靠度，效果要好一些且提高低可靠性單元的可，值作在分配計(jì)算，顯然標(biāo)并按規(guī)定的需改進(jìn)單元的可靠度指求，表示預(yù)測值不能滿足要度指標(biāo)若設(shè)計(jì)規(guī)定的系統(tǒng)可靠為：則系統(tǒng)的可靠度預(yù)測值元的可靠度預(yù)測值為：如果已知串聯(lián)系統(tǒng)各單sssniisnRRRRRRRRR,.,1321第36頁/共56頁1/11002111.mmnmiismmnmmsRRRRRmRRRRRRRRR值使并找出令第37頁/共56頁11/1121.nnmmmnmiismRRRRRRRRR可按下式進(jìn)行：則單元可靠度的再分配第38頁/共56頁。，試進(jìn)行可靠度再分配規(guī)定串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度若設(shè)計(jì)由小到大排列為：

9、個(gè)單元的可靠度預(yù)測值設(shè)串聯(lián)系統(tǒng)9560. 0.9998. 0,9856. 0,9570. 0,9507. 044321sRRRRR21/143200138. 118965. 0RRRRRRmRss，則設(shè)度，并進(jìn)行再分配。因此需提高單元的可靠不能滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，預(yù)測值解：由于系統(tǒng)的可靠性第39頁/共56頁9998. 0,9856. 0,9850. 0,9856. 09850. 09570. 09850. 043213022/1430RRRRRRRRRRRms配的結(jié)果為：因此，分配有效，再分值因此需要另設(shè)第40頁/共56頁第41頁/共56頁 niiininiiisnisnitttttsiFFwwwt

10、tttteeeeeisni1i1i1i1i211,.:21亦可表達(dá)為：各單元的相對失效概率顯然：各單元的相對失效率為或所以系統(tǒng)失效率個(gè)單元的預(yù)計(jì)失效率，第第42頁/共56頁ididididsdniiisdiidsdniiisdiidsdsdsdsdsdFRtRFFFFwFwRFtRR1exp1ln,11按相對失效概率法：按相對失效率法：別為：效率和容許失效概率分則系統(tǒng)各單元的容許失指標(biāo)：可求得系統(tǒng)失效率設(shè)計(jì)標(biāo)為若系統(tǒng)的可靠度設(shè)計(jì)指第43頁/共56頁可靠度各為何值？試問應(yīng)給各單元分配的靠度為：時(shí)系統(tǒng)可要求工作失效概率分別為：元組成，各單元的預(yù)計(jì)一個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)由三個(gè)單,980. 020,002. 0

11、,003. 0,005. 0111211sdRhhhh第44頁/共56頁isdssdtssiiswRRReeRhhs效率）計(jì)算各單元的相對失（并重新進(jìn)行可靠度分配故需提高單元的可靠度因的系統(tǒng)可靠度為：工作由預(yù)計(jì)失效率所決定的求是否滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要）校核（）預(yù)計(jì)失效率的確定（其計(jì)算步驟如下：為各單元分配可靠度，解：可按相對失效率法3,980. 08187. 020201. 012001. 0131第45頁/共56頁000202. 0001010. 02 . 0000303. 0001010. 03 . 0000505. 0001010. 05 . 05001010. 020980. 0lnln4

12、2 . 0002. 0003. 0005. 0002. 03 . 0002. 0003. 0005. 0003. 05 . 0002. 0003. 0005. 0005. 03322111321333212232111sddsddsddidsdsdsdwwwhtRwww效率）計(jì)算各單元的容許失（率）計(jì)算系統(tǒng)的容許失效（第46頁/共56頁滿足要求滿足要求）檢驗(yàn)系統(tǒng)可靠度是否（靠度）計(jì)算各單元分配的可（980. 09800053. 099597. 099396. 098995. 0)20(799597. 0)20(99396. 0)20(98995. 0exp)20()20(63211sddddd

13、idRRRtRR第47頁/共56頁 11113311221211,FFFFFFFFFFFFnFFFFFFnniniinB個(gè)相對關(guān)系式：則可取計(jì)失效概率若已知各并聯(lián)單元的預(yù)第48頁/共56頁許的失效概率值。單元所容試計(jì)算并聯(lián)子系統(tǒng)中各許失效概率得的容聯(lián)系統(tǒng)中的等效單元分如果該并聯(lián)子系統(tǒng)在串。預(yù)計(jì)失效概率分別為：它們的由三個(gè)單元組成，已知如圖所示的并聯(lián)子系統(tǒng),005. 012. 0,06. 0,04. 0321BFFFF第49頁/共56頁10. 090. 09024. 03288. 012. 094. 006. 096. 004. 01121332211FRRRIRFRFRFFIi分支：第概率和預(yù)

14、計(jì)可靠度）求各分支的預(yù)計(jì)失效（一個(gè)等效單元）將并聯(lián)子系統(tǒng)簡化為（，計(jì)算預(yù)計(jì)可靠度效概率）列出各單元的預(yù)計(jì)失解：（第50頁/共56頁IIIIIIIIIIIIIIIIBBBIIIBIIIIFFFFFFFFFFFFFRFFFFRRII10. 012. 0005. 0,005. 05988. 0012. 0412. 088. 03，即則若率求各分支的容許失效概效概率單元所分得的總?cè)菰S失）按并聯(lián)子系統(tǒng)的等效（計(jì)可靠度元的預(yù)計(jì)失效概率和預(yù)）求并聯(lián)子系統(tǒng)等效單（分支：第第51頁/共56頁第52頁/共56頁iNNsiiiisiiETRtRtNETRNi/)(11)()(ln第53頁/共56頁50402010,85. 0124;90. 0,103; 12196. 0484321，零件數(shù)、組件數(shù)分別為度？已知它們的問怎樣分配它們的可靠重要度為，的工作時(shí)間為單元重要度工作時(shí)間為元單的重要性為，單元。而單元的可靠度為期間內(nèi)系統(tǒng)，要求在連續(xù)工作