可靠性理论基础复习资料.docx
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1、可靠性理论基础复习资料2.1 目 录第一章绪论2.2 第二章可靠性特征量2.3 第三章简单不可修系统可靠性分析2.4 第四章复杂不可修系统可靠性分析2.5 第五章故障树分析法2.6 第六章三态系统可靠性分析2.7 第七章可靠性预计与分配2.8 第八章寿命试验及其数据分析2.9 第九章马尔可夫型可修系统的可靠性2.10 第一章:可靠性特征量2.11 可靠度2.12 失效特征量2.13 可靠性寿命特征2.14 失效率曲线2.15 常用概率分布2.16 靠度一、系统的分类:可修系统与不可修系统;可修系统是指系统的组成单元发生故障后,经过维修能够使系统恢复到正常工作状态。不 可修系统是指系统或其组成单
2、元一旦发生失效,不在修复,系统处于报废状态。2.17 二、可靠性定义2.18 产品在规定条件下,规定时间内,完成规定功能的能力。2.19 产品:可以是一个小零件,也可以指一个大系统。2.20 规定条件:主要是指使用条件和环境条件。2.21 规定时间:包括产品的运行时间、飞机起落架的起飞着陆次数、循环次数或旋转次数等。2.22 产品可靠性是非确定性的,并且具有概率性质和随机性质。2.23 广义可靠性与狭义可靠性2.24 指可修复产品在使用中或者不发生故障(通过预防性维修),或者发生故障也易于维修,因而经常处于可用状态 的能力。2.25 广义可靠性=狭义可靠性+ 可维修性广义可靠性典型事例:赛车2
3、.26 可靠性的分类:固有可靠性和使用可靠性2.27 固有可靠性:通过设计、制造、管理等所形成的可靠性2.28 (通常体现在产品的固有寿命上)2.29 使用可靠性:产品在使用条件影响下,保证固有可靠性的发挥与实现的功能。2.30 (通常体现在产品的实际使用寿命上)例1:判断下面说法的正确性:2.31 使用条件:包括运输、保管、维修、操作和环境条件等。例2:可靠度2.32 所谓产品的失效,即产品丧失规定的功能。对于可修复系统,失效也称为故障。(V ) R(t)具备以下那些性质? (BCD) A, R(t)为时间的递增函数B. OR(t)Wl2.33 C. R(O)=1I). R(8)=o时刻未失
4、效的有Ns(t)个;失效的有Nf(t)个。2.36N N (t)2.37o/2.34 若受试验的样品数是NO个,至此则没有失效的概率估计值,即可靠度的估计值为2.35 N (t)2.35N(t)2.38 R(t) ss2.39 2.40 N (t) N (t) N N 2.4100例:有四个零件并联组成的系统如图所示,已知各零件的可靠度分别Ra=0.9, Rb=0.92, Rc=0.95, Rd=0.98。求系统可靠度Rs。解:Rs (t) = 0.999992N个相同单元组成的并联系统可年度图即使单元故障率都是常数,而并联系统的故障率不再是常数。并联模型故障率曲线去杀疵冬单元的寿今今呻名相叔
5、今呻时,对于n个相同单元 的畀触率疵,R (r) =1 (1 一” 仿511J R (t)dt+十E s入 2%与无贮备的单个单元相比,并联可明显提高系统可靠性(特别是n=2时)当并联过多时可靠性增加减慢并联单元数与系统井有度的关系国一展紊统I并联系统可靠度不可完度(乘法定理)Fa + FB 一尸4 FB (加法定理)Ra + Rh RaRb 加法定理 FaFb (乘法定理)数学模型最小寿命系统nRs = 11 R, ,一】最大寿命系统产s = TT e 一1逻辑框图 实线可靠性 虚线不可靠性L Jo-0I d -u Z一1 6:( 、串联系统和并联系统对比国第一节系统可靠性计算黄色X1,蓝色
6、X2,橘色X3.结论:1)并联系统的失效率低于各个单元的失效率;2)并联系统的可靠度高于任意一个单元的可靠度;3)并联系统的平均寿命高于各个单元的平均寿命;4)即使并联系统的各个单元寿命服从指数分布,系统寿命也不在服从指数分布;3.4 贮备系统为了提高系统的可靠性,在正常工作单元以外,还可以贮备一些单元,以便当工作单元失效时候,能够立即通过转 换 开关使贮备单元依次地替换已经失效的工作单元,从而使系统能够继续工作下去,这种系统叫做贮备系统,也称 为冗余 系统或者旁联系统。冷贮备:贮备单元在贮备期内不发生失效;热贮备:系统中做贮备的单元也存在失效的可能,但贮备单元的失效率一般比工作单元小的多。2
7、个同样单元组成的并联系统、热储备系统、冷储备系统,若其可靠度分别为R1、R2、R3,则(ABC)A. R1R2 B. R1R3 C. R2R33.5 n中取模型(r/n,即表决系统)组成系统的n个单元中,不故障的单元数不少于r(r为介于1和之间的某个数)系统就不会故障,这样的系统 称为系统。它属于工作贮备模型。如四台发动机的飞机,必须有二台或二台以上发动机正常工作,飞机才能安全飞行,这就是4中取2系统。当。个单元都相同时,其可靠度可按二项展开式计算: k kn-k凡=与k=r式中n系统的单元数;r系统正常工作所必须的最少单元数。当r=1时,即为并联系统;当仁n时,即为串联系统。当各单元寿命均服
8、从指数分布时,系统的平均寿命为:p1111MTTF = R(t)dt -; +; + +,(n-1) (h- 2)2/ 2用户对电源供电系统有如下要求:平日最大供电量为6kW,紧急情况下需要12kW。假定电源分别由下列方案构成,试 比较各种方案的可靠度。(设各发电机的可靠度是相同的,且发生失效是相互独立的)方案1, 12kW发电机1台方案2, 6kW发电机2台方案3, 4kW发电机3台解:对于紧急情况,可采用下列方案1、12kW发电机1台,可靠度R1=R02、6kW发电机2台,可靠度R2=R023、4kW发电机3台,可靠度R3=R03显然R1R2R3,所以方案1最可靠。对于平日供电情况,可采用
9、下列方案1、12kW发电机1台,可靠度R1=R02、6kW发电机1台,1/2(G)表决系统,可靠度R2=2R0-R023、4kW发电机2台,2/3(G)表决系统可靠度R3=3R02-2R03比较R1,R2大小R2-R1=R0-R02= R0(1-R0)0 所以 R10.5 时,R1R3混联系统各分系统先串联后并联,或者先并联后串联中加旧东纤E 中 Si双拿绕Sz串并联系统:求混联系统中系统的可靠度。其单元可靠度均为0.9oBC组成M3的可靠度为0.9*0.9=0.81M3 和 M2 组成 M4 的可靠度为 1-(1-0.891)(1-0.81)=0.97929A和M4组成的M的可靠度为0.9*
10、0.97929=0.881361求混联系统中系统的可靠度。其单元可靠度均为0.9o解:M3 和 M1 组成的 M4 的可靠度为 1-(1-0.99)(1-0.891)=0.99891A和M4组成的M的可靠度为0.9*0.99891 =0.899019A. R I RII C. RI=RIID.无法计算第四章复杂不可修系统可靠性分析复杂系统指系统各单元之间的关系既非串联关系又非并联关系。复杂系统可靠度求法:最小路集法、联络矩阵法,布尔行列式法等。(一)最小路集法hztzirio1 2 o路集:能保证系统功能正常的集合。 .一 B 一 B - 一一一, 一 一 0 9 一 一 ,- (1 , 4)
11、, 2, 4, 3, 5, 12, 3, t1 2, 4】,2, 3, 5 ,2, 4, 5 ,1 , 2, 4, S,12,3, 4, 3,(1 2,3, 4, 3)最 小珞条= 络条中宾中任何个单元后会不再构成培 隼的凿球o根据定义,若系统存在m个最小路集,计为4 ,A2Am那么至少要有一个最小路集存在,即保持正常工作状态。mS = U Aj由于最小路集之间是相互包容箭,所以用相容时间的加法概率公式来计算系统的可靠度:mRs=P(s) = P(|jAi)=(A )-p(A QA ) + 寸卜 p|A pA ). + (-1严P(pA ) i ji j kii=lij=2ijk=3i=l互斥
12、条件下的加法公式:两事件A、B互斥C=A+B=AUBP (C) =P (A+B) =P (A) +P (B)非互斥条件下的加法公式:两条件A、B不互斥C=A+B=AUBP (C) =P (A+B) =P (A) +P (B) -P (AB) 用最小路集法计算上例的系统可靠度。确定最小路集:1, 4, 2, 4, 3, 5, 2, 5m=4RS=P (Ai) +P (A2) +P (A3) +P (A4) -P (AiA2) -P (A1A3) -P (A1A4) +P (A1A2A3) +P (A1A2A4) +P (A1A3A4) + P (A2A3A4) - P (A1A2A3A4)C )
13、联率短阵法根据系统的可靠性框图,把表示单元的每个框用弧表示并表明方向,然后在各框的连接处标上节点,即构成网络图。弧度分为有向弧和无向(双向)弧。全为有向弧的网络称为有向网络;全为无向弧的网络称为无向网络;二者均有的称为混合网络;耿生足皿C足牍无奉=x引意日 上至ij引5点 j 同4 到1*口 按相当OO/COOOOOjBOEOjDEO耿络隼断的祎本=- 对增缕上白勺咨元基金为o- 脑入r3点汨问,维加的元羞全汨o- 锚山的点汨时.维J行的元素全汨O- 元率反映了体点1,,之I词系百有皿目接用旌- 的本 , j之询白勺切1岩弟双E白勺, 那么有Ci3=Cj尸x矩阵C的平方:C2=CQn:式中:c
14、=u(Cknckj)k=lc=cc=5C,:表示从节点i到节点k,再从节点k到节点j的最小路集。2 :表示节点i, j之间有两条弧相连,称为路长为2oc(r)lJ :表示节点i, j之间有r条弧的最短路集。例:用邻接矩阵法求系统节点1, 5之间的全部最小路集。(三)布尔行列式法1)写出系统联络矩阵C;2)构造矩阵U,并与C相加,得到U+C;3)将次矩阵中对应输入的列和对应输出的行删去,构成新的行列式S;4)将S展开成为各项代数和形式,并且令各项均取正值,即得到最小路集。传: m力彳/夕刃,弋法AB + CI) - REC A ED第五章故障树分析法51概述52故障树的定性分析53故障树的定量分
15、析54重要度分析第五章故障树分析法概述故障树的基本概念1、定义2、目的、特点3、FTA工作要求4、常用事件、逻辑门符号故障树分析1、定性分析2、定量分析3、重要度分析概述切尔诺贝利核泄露事故、美国的挑战者号升空后爆炸和印度的博帕尔化学物质泄露。FMECA:单因素分析法,只能分析单个故障模式对系统的影响。FTA可分析多种故障因素(硬件、软件、环境、人为因素等)的组合对系统的影响。FMECA和FTA是工程中最有效的故障分析方法,FMECA是FTA的基础。各工程领域广泛应用:核工业、航空、航天、机械、电子、兵器、船舶、化工等。泰士旦尼克海稚项拿什其以四语里4”一号无.手戋电通_京L铁备虫子美用灰无忌
16、血MU本杜不徒及推后?中本许2)TatanioY9体步殳. 舟仆 匕二 分N二人次I夕匕亡翁告存炯*毛诿凌落小 低送3未现.造我自吉本 一型包一自酉上的依法铁备于W . 住之多本意小泊耳度浑舟甘在断裂吨祭员、驾班员大银 逵改翁& “.与日山*)校电机故障松行更a.电枇工作冻硬倒b.“ 居话.F珞“世障X建率什足狗门中间率计双茅年电机故障树基本概念故障树定义故障树指用以表明产品哪些组成部分的故障或外界事件或它们的组合将导致产品发生一种给定故障的逻辑图。障树是一种逻辑因果关系图,构图的元素是事件和逻辑门事件用来描述系统和元、部件故障的状态逻辑门把事件联系起来,表示事件之间的逻辑关系基本概念故障树分
17、析(FTA )能组通过对可能造成产品故障的硬件、软件、环境、人为因素进行分析,画出故障树,从而确定产品故障原因的各种可 合方式和(或)其发生概率。定性分析定量分析FTA特点特点1、是一种自上而下的图形演绎方法;2、有很大的灵活性;3、综合性:硬件、软件、环境、人素等;4、主要用于安全性分析;古攵3章木对 谓号尸1日小仔 爷子弓条不牛事件:描述5望相1起作用白勺具体口艮帝U的特殊聿彳牛,V入三角形二位1于古攵障本对白勺底音U 衣东本对白勺A音B 分分支在旦夕卜地方。: LB 三希形,位1于古攵障布可白勺顶音召, 在余柑A是在另夕卜音母分A名会串U白勺一楝古攵晔枳寸白勺亍枳寸。故障树南川逻短门符号
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