电子科技大学机电产品可靠性设计一页纸

121323121312231323121323()()()()()()()()()sRtPAPAAPAAPAAPAAAAPAAAAPAAAAPAAAAAA2/3表决系统：0112101211201()1()tttSSRteee转换装置的失效率为λ0：第一章:绪论可靠性:是指产品在规定条件下和规定时间内,完成规定功能的能力.可靠性三要素:规定条件:包括使用时的环境条件和工作条件,规定时间:指产品规定了的任务时间,规定功能:指产品规定了的必须具备的功能及技术指标.故障(失效):设备在工作过程中,因某种原因“丧失规定功能”或危害安全的现象.任务可靠性:产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能力.基本可靠性:产品在规定条件下,无故障的持续时间或概率.任务可靠性比基本可靠性要求更高.这两者有时是相互矛盾的,提高产品的任务可靠性,可能会降低基本可靠性,反之亦然.在可靠性分配时,要进行两者之间的权衡,或采取其他不相互影响的措施.固有可靠性:产品在生产过程中确立的可靠性.生产厂在模拟实际工作标准环境下,对产品进行检测并给以保证的可靠性.使用可靠性:与产品的使用条件密切相关,受到使用环境、操作水平、保养与维修、使用者的素质等因素的影响.维修性:产品在发生故障或失效后,能迅速修复以维持良好而完善的状态的难易性.广义可靠性:产品在整个寿命周期内完成规定功能的能力.包括狭义可靠性和维修性.可靠性研究内容:可靠性数学、物理、工程(管理、技术).可靠性设计:应用可靠性理论、技术和设计参数的统计数据,在给定的可靠性指标下,对零件、部件、设备或系统进行设计.可靠度R(t):产品在规定的条件下和规定的时间内,完成规定功能的概率.产品可靠度是时间的函数.不可靠度(累积失效概率)F(t):产品在规定的条件下和规定的时间内,丧失规定功能概率称为不可靠度R(t)+F(t)=1.可靠度的观测值:直到规定的时间终了为止,能完成规定功能的产品数与该区间开始时刻投入工作产品数之比.失效率(或故障率):工作到某时刻尚未故障的产品,在该时刻后单位时间内发生失效(或故障)的概率.平均失效率:在某一规定的时期内失效率的平均值.浴盆曲线:大多数产品的故障率随时间的变化曲线形似浴盆,称之为浴盆曲线.依次为早期故障期、偶然故障期、损耗故障期.可靠寿命:给定的可靠度所对应的产品工作时间.中位寿命:产品的可靠度等于0.5时的寿命.特征寿命:产品的可靠度等于e-1时的寿命.平均寿命:产品寿命的平均值.对于不可修产品,平均寿命就是平均故障前时间;对于可修复产品,平均寿命就是平均故障间隔时间.平均故障前时间(MTTF)、平均首次故障前时间(MTTFF)、平均故障间隔时间(MTBF)第二章:可靠性数学基础概率:对事件发生的可能性大小的数量的描述值//若对于随机试验的每一个基本可能的结果ω,都对应着一个实数X(ω),且随着ω的不同,X(ω)取不同的实数值,则变量X为定义在样本空间上的随机变量.按取值形式分为离散性和连续型随机变量.数学期望(均值)E(X)分布的平均值、方差D(X)=E(X-E(X))2、标准差中位数(值)分布密度图的中间值、众数频率(或频数)为最大的随机变量的位置、极差R(最大最小值之差)、变异系数(标准差比均值)、协方差cov(X,Y)=E{[X-E(X)][Y-E(Y)]}相关系数:ρx,y=cov(X,Y)/[√D(X)√D(Y)].协方差和相关系数是描述和研究二维随机变量X和Y之间的相互关联程度的两个数字特征.二项分布(0p1):Pn(k)=Cnkpkqn-k(q=1-p)记作X~B(n,p).二项分布中,n较大且p很小时,可用泊松分布近似计算.泊松分布:Pλ(k)=P(X=k)=(λke-λ)/k!(k=0,1,2,...,n)均匀分布[a,b]:E(X)=(a+b)/2,D(X)=(b-a)2/12随机变量的统计特征值:寿命概率密度函数f(t),寿命分布函数F(t),可靠度函数R(t)、失效率函数λ(t).指数分布(λ0):特点:1)失效率是常数,2)平均寿命与特征寿命相同,均为失效率的倒数,3)当产品工作至平均寿命时间时,其可靠度下降到36.8%,4)无记忆性.正态分布(σ0):E(X)=μ,D(X)=σ2记作X~N(μ,σ2)1)概率密度函数曲线的形状是中间高、两边低,左右对称2)含有两个未知参数,即均值和方差3)概率密度函数曲线的包络面积为1.对数正态分布:1)概率密度函数呈不对称的山包形,顶部附近失效密度较高,2)含有两个未知参数,即均值和方差,3)概率密度函数曲线的包络面积为1.抽样和样本:抽样是随机的抽取和组成样本的过程.样本是取自总体的部分个体的集合.样本所包含的个体数目,称为样本容量.第三章:系统可靠性设计系统:由相互作用和相互依赖的若干单元结合成的具有特定功能的有机整体.为了完成某一特定功能,由若干个彼此有联系的而且又能相互协调工作的单元组成的综合体,各单元相互协调.(系统和单元的含义是相对的.)系统可靠性设计的目的:1)保证性能指标,获得最大的可靠性,2)根据给定可靠性指标,设计满足各项要求的产品.系统分类:①非储备系统(串联系统)②储备系统A工作储备(并联系统、混连系统、表决系统、桥联系统)B非工作储备(旁连系统)③复杂系统.能否修复:可修复/不可修复系统.影响系统可靠性的因素:①各组成单元的可靠性②各单元的组合方式③各单元的性能匹配.原理图:反映了系统及其组成单元之间的物理上的连接与组合关系.表示系统中各部分之间的物理关系.而可靠性逻辑框图则表示系统中各部分之间的功能关系,即用简明扼要的直观方法表现能使系统完成任务的各种串-并-旁联方框的组合.功能框图、功能流程图:反映了系统及其组成单元之间的功能关系.系统的原理图、功能框图和功能流程图是建立系统可靠性模型的基础.基本可靠性模型:用以估计产品及其组成单元发生故障所引起的维修及保障要求的可靠性模型.任务可靠性模型:用以估计产品在执行任务过程中完成规定功能的概率(在规定任务剖面中完成规定任务功能的能力),描述完成任务过程中产品各单元的预定作用,用以度量工作有效性的一种可靠性模型.系统中储备单元越多,则其任务可靠性越高.说明:系统逻辑框图只表明各单元功能与系统功能逻辑关系,而不表明各单元之间结构上的关系;各单元的排列次序无关紧要,一般情况下,输入和输出单元的位置,常常相应地排列在系统逻辑框图的首和尾,而中间其他单元的次序可任意排列.认为系统及其组成的各单元均可能处于两种状态:正常和失效.各单元所处的状态是相互独立的.组成系统的所有单元中任一单元的故障都会导致整个系统故障的称为串联系统.(串联系统各单元寿命均服从指数分布时,串联系统的寿命也服从指数分布)提高串联系统的可靠性:1)尽可能减少串联单元数目2)提高单元可靠性,降低其故障率3)缩短工作时间.并联系统:组成系统的所有单元都发生故障时,系统才发生故障.优缺点:并联系统单元数越多,系统可靠度越大;但是系统的结构尺寸及重量都越大,造价高.n常取2,3.一般混联系统是由串联和并联混合组成的系统.串并联系统由若干个子系统串联构成,每个子系统由若干个单元并联而成.并串联系统由若干个子系统并联构成,每个子系统由若干个单元串联而成.系统由n个单元组成,若系统中有k个或k个以上单元正常,则系统正常,这样的系统称作n中取k表决系统.2/3表决系统:Rs(t)=3R2(t)-2R3(t).组成系统的各单元只有一个单元工作,当工作单元故障时,通过转换装置接到另一个单元继续工作,直到所有单元都故障时系统才故障,称为旁联系统,又称非工作储备系统.优缺点:非工作储备的优点是能大大提高系统的可靠度.缺点是:1)由于增加了故障监测与转换装置而提高了系统的复杂度;2)要求故障监测与转换装置的可靠度非常高,否则储备带来的好处会被严重削弱.第四章:可靠性分配与预计可靠性分配:将使用方提出的系统可靠性指标,从上而下,由大到小,从整体到局部,逐步分解,分配到各分系统,设备和元器件.可靠性预计:在系统的设计阶段根据组成系统的元器件等在规定条件下的可靠性指标、系统的结构、系统的功能以及工作方式等来推测系统的可靠性.是一个由局部到整体、由小到大,由下到上的一种综合过程.可靠性分配目的:合理确定系统各子系统及其下级单元的可靠度,确保系统的可靠性指标得以实现.使各级设计人员明确其可靠性设计要求.设计者可以更加全面地权衡系统性能、功能、重量、费用等之间的关系,合理进行系统设计.使系统所获得的可靠度值更加合理,节省制造的时间和费用.可靠性预计的目的:将预计结果与要求的可靠性指标相比较,审查设计任务书中提出的可靠性指标是否能达到.在方案论证阶段,根据预计结果进行方案比较,选择最优方案.在设计阶段,通过预计发现设计中的薄弱环节,加以改进.为可靠性增长试验、验证试验及费用核算等方面的研究提供依据.通过预计给可靠性分配奠定基础.可靠性分配的原则:①技术水平:技术上不成熟的产品;分配较低的可靠性指标.对于这种产品提出高可靠性要求会延长研制时间;增加研制费用.技术上成熟的产品;可以分配较高的可靠性指标.②复杂程度:对于复杂度高的分系统、设备等;应分配较低的可靠性指标;因为产品越复杂;其组成单元就越多;要达到高可靠性就越困难.③重要程度:对于重要度高的产品;应分配较高的可靠性指标;因为重要度高的产品的故障会影响人身安全或任务的完成.④任务情况:对于处于恶劣环境条件下工作的产品;应分配较低的可靠性指标;因为恶劣的环境会增加产品的故障率.以下均为无约束分配方法等分配法又称为平均分配法.适用于系统中各单元具有近似的复杂程度、重要性以及制造成本.这种分配法虽简单;但不太合理.因为在实际系统中;一般不可能存在各单元可靠性水平均等的情况;但对一个新系统;在方案论证阶段进行初步分配是可取的.评分分配法: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获得各单元产品之间的可靠性相对比值(评分因素:复杂度、技术水平、工作时间、环境条件);根据评分情况给每个分系统或设备分配可靠性指标.再分配法:如果系统可靠性预计结果小于规定的系统可靠度;则须重新进行可靠度分配;适用于详细设计阶段.(提高低可靠性单元的可靠度并按等分配法进行再分配;原可靠度较高的单元可靠度则保持不变)采用比例分配法根据老系统中各分系统的故障率;按新系统可靠性的要求;给新系统的各分系统分配故障率.新系统中子系统的故障率=新系统的故障率指标╳老系统中子系统的故障率/老系统的故障率指标.相对失效率(失效概率)法、AGREE法.可靠性预计目的与用途:①评估系统可靠性;审查是否能达到要求的可靠性指标.②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平;为最优方案的选择及方案优化提供依据.③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;找出薄弱环节;采取设计措施;提高系统可靠性.④为可靠性分配奠定基础.系统可靠性预计:系统可靠性预计是以组成系统的各单元产品的预计值为基础;根据系统可靠性模型;对系统基本/任务可靠性进行预计.系统可靠性预计必须注意时间基准的问题.(分为基本可靠性预计和任务可靠性预计)元器件计数法:按不同种类元器件的数量来预计单元和系统可靠度的方法.采用这个方法进行预计;首先确定设计方案中各种元器件的类型.(统计每一类元器件的数目;用某一类元器件的数目乘以该类元器件的通用失效率;各类元器件的失效率相加)系统的失效率=(累加)元器件数量╳通用失效率╳质量系数常用的单元可靠性预计方法:相似产品法,评分预计法,应力分析法,机械产品可靠性预计法可靠性框图法:以系统组成单元的预计值为基础,依据建立的可靠性框图及数学模型计算得出系统任务可靠度.可靠性预计方法:数学模型法、相似产品法、相似复杂性法、功能预计法、应力分析法、边值法(上下限法)、元部件计数法.边值法又称为上下限法,将一个复杂的系统先简化成某些单元组成的串联系统,求该串联系统的可靠度预测