03第二章系统可靠性模型01

1第二章系统可靠性模型(1)系统（复杂产品）是指完成特定功能的综合体，是由若干协调工作单元的有机组合。系统和单元的概念是相对的。例如由许多元器件组成的电子整机可以看成一个系统，在大型复杂系统中也可以看成产品。本章仅从系统、单元的相对意义上进行讨论，介绍各类型的系统可靠性模型。建立系统可靠性模型的目的：是为建立系统可靠性特征量与组成其单元可靠性特征量的关系式。然后根据已知单元的可靠性特征量求系统可靠性特征量。2第一节产品定义和可靠性框图的建立一、产品定义和分级---------------------------（3）二、系统可靠性框图的建立------------------（5）三、建立可靠性模型的程序------------------（6）四、建立可靠性模型的示例------------------(10)3第一节产品定义和可靠性框图的建立一、产品定义和分级：1.产品定义—产品是指作单独研究和分别试验对象的任何元件、器件、设备或系统，可以表示产品的总体、样品等。2.产品分级—因为最终是系统在工作，因此人们认为系统可靠性是衡量设计优劣、质量高低的重要指标。生产出来的物品，分零件、部件、组合件、单机、机组、装置、分系统、系统八个等级。4但是应该指出的，我们该章研究的并不是上面的狭义系统（产品等级中的一个固定等级），而是相应于单元概念的系统，如由许多电子元器件组成的电子整机也可以看成一个系统等。产品的分级是相对的，例如汽轮厂生产的减速机，虽在电力系统中仅是一个组合件，但也可看做是一个由轴、齿轮、机座、机壳、螺栓、螺母、垫圈、零件、轴承等零部件组成的系统。可见,从事以上各种产品生产的单位都应懂得系统可靠性的基本知识。返回25研究系统可靠性首先应会建立可靠性框图。二、系统可靠性框图的建立1.建立原则：用简明扼要的直观方法表示出产品每次使用能成功完成任务时所有元件之间的相互依赖关系。（2）方框连线：方框的连线没有可靠性值（绝对可靠性值当1处理）。(1)方框：每个方框只代表一个单元或功能的可靠性值，且各单元或功能的可靠性相互独立。2.可靠性框图的组成②连线①方框返回26三、建立可靠性模型的程序1.规定产品定义—规定产品定义有以下五个步骤：第一步是确定产品目的，用途或任务；第二步是规定产品及其分系统的性能参数及容许界限。建立可靠性模型的程序(2)确定产品可靠性框图(3)确定计算产品可靠性的概率表达式（可靠性数学模型）(1)规定产品定义7例如表2-1中第2、3和第4列举例说明了某产品性能参数清单及其容许界限。m5.误差范围nmile4.侦察范围HdB3.电压增益An=40+0信道数目2.信道容量nkW1.功率输出（4）以性能超限为标准的失效分类（3）规定的要求及容许的界限（2)测量单位（1）性能参数0P%205005000P200400200:00PP极大偏差：大偏差244824:nn极大偏差：大偏差340A303730:AA极大偏差：大偏差150250150:HH极大偏差：大偏差md1000m0d050300H202010:mmdd极大偏差：大偏差表2-1性能参数及容许界限8第三步是确定产品的结构界限和功能接口；第四步是确定构成任务失效的条件；①结构界限：如最大尺寸、最大重量、安全规定，人的因素限制，材料允许能力以及其他。②功能接口是指只要考虑的产品包括在另一产品，产品的相互关系就必须协调一致（兼容性）。例如人—机关系，与控制中心、功率源、数据要求的关系等。失效是指产品不能在规定的条件下完成规定的任务。应该确定和列出构成任务失效的条件。例如完成任务的一个条件是发射机输出功率不能200kw。如果导致P0200kw的硬件或软件失效，必然导致任务失效。表2-1第4列中举例说明了失效判据的定义。92.确定产品可靠性框图3.确定计算产品可靠性的概率表达式（可靠性数学模型）第五步是确定寿命周期模型。1.寿命周期模型是指全面描述从产品接收到报废期间的所有事件和环境。下面举例说明建立可靠性模型的程序:①规定产品定义,②确定产品可靠性框图,③确定计算产品可靠性的概率表达式（可靠性数学模型）。返回210四、建立可靠性模型的示例例1.设有一个工作室的照明线路如下（见图1）：~220V图1工作室照明线路图11解：（一）四个灯必须全亮情况：(1)产品：用于工作室照亮的电工线路。灯泡为220V灯泡，电压保证百分之百正常供电，连接导线工作绝对可靠。由于工作需要对该线路有下列两种要求：试建立这两种情况线路系统的可靠性模型。（1）四个灯必须全亮；（2）四个灯至少亮一个。设四个电灯的可靠度分别为。、、、4321RRRR1个至4个灯泡不亮(每天天黑不亮灯)。构成任务失效的条件：~220V图112(2)确定产品可靠性框图只要1个灯泡失效,产品（系统）就失效；或灯泡必须全可靠产品才可靠。R1R2R3R4图2~220V图1由于要求四个灯必须全亮，所以四个灯泡必须都可靠，即可靠性框图为串联系统图（见图2）。13(3)确定计算产品可度度的概率表达式：设产品的可靠事件为E，电灯可靠的事件分别为1、2、3、4。根据可靠性框图可得4321RRRR)4()3((2)(1))4321()(PPPPPEPRR1R2R3R4图214（二）四个灯至少亮一个(1)产品(同前):用于工作室照亮的电工线路。灯泡为220V灯泡，电压保证百分之百正常供电，连接导线工作绝对可靠。(2)可靠性框图只要一个灯泡可靠，系统就可靠，可靠性框图为并联系统，如图3所示。图3R4R2R3R1构成任务失效的条件为：四灯全不亮。~220V图115(3)线路可靠度的概率表达式：图3R4R2R3R1根据可靠性框图图3设系统失效概率为Q；灯泡的失效概率分别为：q1、q2、q3、q4。)-)(1-)(1-)(1-(1-1-1-143214321RRRRqqqqQR则系统可靠度为16由上例可见：系统原理（功能）图与可靠性框图是不同的。同一系统，要求功能不同，可靠性框图也不一样。（见图1～图3)建立可靠性框图的目的是建立系统的可靠性数学模型，则需使用这方面数学的知识。图3R4R2R3R1~220V图1R1R2R3R4图217在工程实践中，常用功能原理图和可靠性框图来描述系统及其单元之间的关系，但应注意它们之间有联系，但也有区别。例2.一个电容器C和一个电感线圈L组成的振荡回路。LC振荡器的功能原理图（并联）如图2-1所示。18从可靠性关系来看，L和C中有一个失效，LC振荡器就失效。因此，可靠性框图为串联系统，如图2-2所示。从LC振荡器的功能原理看，它为并联系统，如图2-1所示。图2-1LC振荡回路功能系统图19例3.由一个泵1和两个抑制阀2、3串联组成一个流体系统。抑制阀的作用是：泵不工作时且倒流压力超过顺流压力,也能阻止水倒流，其功能原理图（串联）如图2-3所示。20因为只要有一个抑制阀可靠，系统就可靠。故流体系统的可靠性框图为串并联（混联）系统，如图2-4所示。图2-3一个泵两个阀串联功能系统图从功能原理看，它为串联系统，如图2-3所示。21例4.一个液压系统如图2-5所示。1－电动机,2－泵,3－滤油器,4－溢流阀,5、6－单向阀,7－蓄能器,8－三位四通电磁换向阀,9－工作油缸。22由图2-5可见，系统中如果单元1、2、3、4、7、8、9可靠和单元5、6中只要有一个可靠，系统就可靠。图2-6液压系统可靠性框图1－电动机,2－泵,3－滤油器,4－溢流阀,5、6－单向阀,7－蓄能器,8－三位四通电磁换向阀,9－工作油缸。所以液压系统的正常工作的可靠性框为图2-6所永。返回223图2-1LC振荡回路功能系统图图2-3一个泵两个阀串联功能系统图1－电动机,2－泵,3－滤油器,4－溢流阀,5、6－单向阀,7－蓄能器,8－三位四通电磁换向阀,9－工作油缸。24