第4章汽车可靠性

车辆可靠性设计第四章汽车可靠性分析1系统可靠性基本概念简单系统可靠度计算系统可靠度分配第四章汽车可靠性分析重点：串联系统、并联系统可靠度计算；系统可靠度分配方法：等分配法、按比例分配法、AGREE分配法车辆可靠性设计第四章汽车可靠性分析2一、系统与单元系统——由若干个部件相互有机地组合成一个可完成某一功能的综合体。单元——组成系统的部件。系统和单元是相对的两个概念，视研究对象不同而不同。4.1系统可靠性基本概念车辆可靠性设计第四章汽车可靠性分析3二、系统可靠性分析方法可靠性预测——按照已知零部件或各单元的可靠性数据，计算系统的可靠性指标。可靠性分配——按照已给定的系统可靠性指标，对组成系统的单元进行可靠性分配。系统可靠性分析的目的：1）就是使系统在满足规定的可靠性指标、完成预定功能的前提下，使该系统的技术性能、重量指标、制造成本及使用寿命等取得协调并达到最优化的结果；2）在性能、重量、成本、寿命和其它要求的约束下，设计出高可靠性系统。车辆可靠性设计第四章汽车可靠性分析4三、可靠性逻辑框图在可靠性工程中，往往用系统的结构图和逻辑图来描述系统与各单元之间的关系。系统结构图用来表达系统中各单元之间的物理关系；系统可靠性逻辑图用来表达系统单元间的功能关系，指出系统为完成规定功能，那些单元必须正常工作，那些单元仅作替补件等。逻辑图中包括一系列方框，每个方框代表系统的一个单元，方框之间用直线联接起来，表示单元功能与系统功能间的关系，而不能表达它们之间的装配关系或物理关系。车辆可靠性设计第四章汽车可靠性分析5a)b)a)振荡电路功能图b)振荡电路可靠性框图LCLC如图a）所示是最简单的振荡电路，它由一个电感和一个电容并联连接的。但根据振荡电路的工作原理，电感和电容中任意一个故障都会引起振荡电路故障，因此，振荡电路的可靠性框图为串联连接，如图b）所示。车辆可靠性设计第四章汽车可靠性分析6串联系统逻辑框图串联系统：就是该系统中各分系统的失效是相互独立的，而且如果其中任何一个分系统发生故障，都会导致整个系统失效，如同链条的任何一个环节断裂，整个链条就会失效一样。１n-12in……串联系统逻辑图车辆可靠性设计第四章汽车可靠性分析7并联系统逻辑框图并联系统：就是该系统中只要有一个分系统工作，系统就能工作。或是只有当所有分系统都失效，系统才失效。in21n-1……并联系统逻辑图车辆可靠性设计第四章汽车可靠性分析8一、串联系统的可靠度计算4.2简单系统的可靠度计算设第个部件的寿命为，可靠度为假定随机变量相互独立，若初始时刻时，所有部件都是新的，且同时工作。显然串联系统的寿命为:iit),,2,1(nittPRiinttt,,,210tntttT,,,min21车辆可靠性设计第四章汽车可靠性分析91212121()()min(,,,),,,()()()()SnnnniiRtPTtPttttPttttttRtRtRtRt系统中各单元可靠度相等时：nSRR具有串联系统逻辑图的串联系统，其可靠度RS与功能关系呈串联的单元数量n及单元的可靠度Ri有关。随着单元数量的增加和单元可靠度减少，串联系统的可靠度将降低。系统的可靠度总是小于任一单元的可靠度。串联系统可靠度：车辆可靠性设计第四章汽车可靠性分析10串联系统的失效率是各单元失效率之和)(tS)(ti设各单元失效率为常数，系统平均寿命：100111()niitmsnsiitRtdtedt0010()11()()1()()()()tinttisinntdtSiiitdttdtnsiiRtRteeett串联系统失效率：车辆可靠性设计第四章汽车可靠性分析11例1（教材4-1）：由4个零件串联组成的系统中，零件的可靠度分别为0.9、0.8、0.7、0.6，求该系统的可靠度。例2：某系统服从指数分布,由3个子系统串联组成。若各子系统的平均故障间隔时间分别为200h、80h、300h，求系统的平均故障间隔时间是多少？车辆可靠性设计第四章汽车可靠性分析12二、并联系统的可靠度计算设第个部件的寿命为，可靠度为假定随机变量相互独立，显然并联系统的寿命为:iit),,2,1(nittPRiinttt,,,2112max,,,nTttt1212121()()max(,,,),,,()()()()SnnnniiFtPTtPttttPttttttFtFtFtFt并联系统失效概率：车辆可靠性设计第四章汽车可靠性分析13系统中各单元可靠度相等时：1(1)nSRR具有并联系统逻辑图的并联系统，其可靠度RS与功能关系呈并联的单元数量n及单元的可靠度Ri有关。随着单元数量的增加和单元可靠度增加，并联系统的可靠度将增加。系统的可靠度总是大于任一单元的可靠度。11()1()1()1(1())nnSSiiiiRtFtFtRt并联系统可靠度：车辆可靠性设计第四章汽车可靠性分析1412121212121212()212'()1212()'21222()1(1)(1)()2()()()()()22()()2tttttSttStttSstttSttSsttSnRteeeeeRteeRteeeRteeeRteeRtee时并联系统失效率（寿命服从指数分布）：失效率是常数时，并联系统的失效率不是常数，而是时间的函数。车辆可靠性设计第四章汽车可靠性分析1520023()(2)211111(1)23ttmsmntRtdteedttnni=1时有n个单元组成时:1i设各单元失效率为常数，系统平均寿命：例3（教材4-2）：设每个单元的寿命服从指数分布，且失效率为0.001/h，求100h时，如下情况的系统可靠度：（1）两个单元构成的串联系统；（2）两个单元构成的并联系统。车辆可靠性设计第四章汽车可靠性分析16三、串并联系统的可靠度计算串－并联系统是由串联系统和并联系统组合起来的一种系统。12347568串－并联系统框图车辆可靠性设计第四章汽车可靠性分析17(1)先求出串联分系统３与４和分系统５与６的可靠度，分别记为Ｒ34和Ｒ56。Ｒ34=R3×Ｒ4R56=R5×R612S347S568等效系统车辆可靠性设计第四章汽车可靠性分析18(２)求出分系统Ｓ34与S56以及分系统７与８的并联可靠度，分别记为Ｒ3456和Ｒ78。Ｒ3456=[1-（1-R34）(1-R56)]R78=[1-（1-R7）(1-R8)]12S3456S78等效系统(3)求等效系统－串联系统可靠度ＲＳ＝Ｒ１×Ｒ２×Ｒ3456×Ｒ78车辆可靠性设计第四章汽车可靠性分析19进行可靠性分配的目的：1、落实系统的可靠性指标2、明确对各系统或单元的合理的可靠性要求3、暴露系统的薄弱环节，为改进设计提供数据4.3系统可靠度分配可靠性分配:就是把系统的可靠性指标合理地分配到组成此系统的每个单元。车辆可靠性设计第四章汽车可靠性分析20可靠度分配的作用和适用范围：(1)合理地确定系统中每个单元的可靠度指标，以便在单元设计、制造、试验、验收时切实地加以保证。反过来又将促进设计、制造，试验、验收方法和技术的改进和提高。(2)通过可靠度分配，帮助设计者了解零件、单元(子系统)、系统(整体)间的可靠度相互关系，做到心中有数，减少盲目性，明确设计的基本问题。(3)通过可靠度分配，使设计者更加全面地权衡系统的性能、功能、重量，费用及有效性等与时间的关系，以期获得更为合理的系统设计，捉高产品的设计质量。(4)通过可靠度分配，使系统所获得的可靠度值比分配前更加切合实际，可节省制造的时间及费用。车辆可靠性设计第四章汽车可靠性分析21可靠度分配的原则：(1)技术水平。对技术成熟的单元，能够保证实现较高的可靠性，或预期投入使用时可靠性可有把握地增长到较高水平，则可分配给较高的可靠度。(2)复杂程度。对较简单的单元，组成该单元的零部件数量少，组装容易保证质量或故障后易于修复，则可分配给较高的可靠度。(3)重要程度。对重要的单元，该单元失效将产生严重的后果，或该单元失效常会导致全系统失效，则应分配给较高的可靠度。(4)任务情况。对单元的工作周期及其工作环境等给予考虑，如对整个任务时间内均需连续工作及工作条件严酷，难以保证很高可靠性的单元，则应分配给较低的可靠度。(5)考虑费用、重量、尺寸等条件的约束。车辆可靠性设计第四章汽车可靠性分析22两点假设：(1)组成系统的各零件、部件及分系统的故障是相互独立的；(2)组成各系统的零件、部件及分系统的失效率又都是常数，也就是它们的寿命均服从指数分布。可靠度分配方法：等分配法、按比例分配法、AGREE分配法再分配法车辆可靠性设计第四章汽车可靠性分析23一、等分配法1、串联系统),,2,1(1niRRnsi　　1nnSiiiRRR特点：简单，但没有考虑各单元的现有可靠性水平，重要程度不同及成本等，目前使用不多。车辆可靠性设计第四章汽车可靠性分析24例4：设有一台设备，由三个相同单元串联而成，如RS=0.95，求系统中各个单元的可靠度。123车辆可靠性设计第四章汽车可靠性分析252、并联系统1/1/1(1)(1,2,,)(1)(1,2,,)niSniSRRinFRin　　1(1)nSiRR车辆可靠性设计第四章汽车可靠性分析26例5：如图所示一个三个相同单元组成的并联系统，已知RS=0.999，求各个单元的可靠度。231车辆可靠性设计第四章汽车可靠性分析27二、按比例分配法分配原理：考虑到原有系统基本上反映一定时期内产品能实现的可靠性，按现实水平，把新的可靠性指标按其原有能力成比例进行调整。适用条件：新、老系统结构相似，而且有统计数据的情况。车辆可靠性设计第四章汽车可靠性分析28按比例分配步骤**iis分配各子系统失效率估计子系统失效率计算系统失效率及子系统失效率加权因子(1)/siiisin计算各子系统分配到的可靠度**itiRe车辆可靠性设计第四章汽车可靠性分析29例6（教材4-4）：由3个子系统组成串联系统，子系统失效率为λ1=0.003/h，λ2=0.002/h,λ3=0.001/h,系统任务时间为40h，系统规定的可靠度为0.96，试用按比例分配法分配可靠度。车辆可靠性设计第四章汽车可靠性分析30三、AGREE分配法子系统重要度：第i个子系统失效引起系统失效的次数与第i个子系统失效次数的比值，即第i个子系统发生失效时，整个系统发生失效的概率。分配原则：重要度大的子系统分配给高可靠度，重要度小的子系统分配较低的可靠度。1(1)iiiRR车辆可靠性设计第四章汽车可靠性分析31考虑重要度的分配方法：111[1(1)][1(1)]imitnnntSiiiiiiiRRRe11,1,[1]iimixtnntiSiiimixextRet很小时有1/()1lnlniimittnisiismiiimisRRetRntnttR车辆可靠性设计第四章汽车可靠性分析32子系统复杂度：子系统部件数与整个系统部件数的比。/iiCnN串联系统部件多时//iSinN//**()()iSinNntNiSRteRt()()///iSttiSiSiiSiRteRtenNnN系统服从指数分布车辆可靠性设计第四章汽车可靠性分析33按重要度和复杂度的分配方法分配原理：同时考虑重要度和复杂度。适用条件：失效率为常数的串联系统。分配步骤考虑重要度1/()iimittnisRRe考虑复杂度*(/)i