第四章 可靠性预计和分配-2011-11-7

2. 系统基本可靠性预计的数学模型
假设：系统各单元工作时间设为相等，服从指数分布。
n
its
Rs ts e i1
n
s i i 1
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4.2.1 系统可靠性预计的一般方法
3. 相似设备法
将被评估的新产品与以往类似产品进行比较，将旧 设备（产品）暴露出来的缺点作为新产品改进的重 点。
串、并联简化 无向网络的贝叶斯简化 有向网络的贝叶斯简化
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例题 已知下图所示混合网络G中各路的工作可靠度均为0.9， 求系统的可靠度Rs。（采用网络系统分析方法中的任何 一种均可）
R s p e P G ( e ) q e P G e
P G e p g P G ( e g ) q g P G e g
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第四章 可靠性预计与分配
4.1 可靠性预计的目的及分类 4.2 可靠性预计方法 4.3 可靠性分配
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4.2 可靠性预计方法
4.2.1 系统可靠性预计的一般方法 4.2.2 电子、电器设备可靠性预计
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4.2.1 系统可靠性预计的一般方法
1. 性能参数法 特点：在统计了大量相似系统的性能参数与可靠性关系 的基础上，进行回归分析，得出一些经验公式及系数， 以便在方案论证及初步设计阶段，能根据初步确定的系 统性能及结构参数预计系统可靠性。
预测值i，但对新设计的系统规定了新的可靠
性要求； 或者根据已掌握的可靠性资料，已能预测得新设
计系统各单元的Fi或i，但尚未满足新设计系统
可靠性要求。
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(2) 比例分配法
串联系统
新系统分配给各单元的不可靠度Fi*与相应单元的不
可靠度预测值Fi成正比
Fi*

F
* s

Fi
n
Fi
间的可靠性的相互关系； 使设计者全面权衡系统的性能、功能、费用及有效性
等与时间的关系，提高产品设计质量； 使系统所获得的可靠度值比分配前更加切合实际，节
省制造的时间及费用。
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4.3 可靠性分配
可靠性分配时的原则
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；
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第四章 可靠性预计与分配
4.1 可靠性预计的目的及分类 4.2 可靠性预计方法 4.3 可靠性分配
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4.3 可靠性分配
可靠性分配 把系统的可靠性指标按一定的方法合理地分配给 分系统、设备、零部件（或元器件）的全过程。
目的
合理地确定系统中每个单元的可靠度指标； 帮助设计者了解零件、单元（子系统）、系统（整体）
第四章 可靠性预计与分配
4.1 可靠性预计的目的及分类 4.2 可靠性预计方法 4.3 可靠性分配
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4.1 可靠性预计的目的及分类
可靠性预计
是为了估计产品在给定工作条件下的可靠性而进行的工 作，它运用以往的工程经验、故障数据、当前的技术水 平，尤其是以元器件、零部件的失效率作为依据，预报 产品实际可能达到的可靠度。
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4.1 可靠性预计的目的及分类
目的
预测产品的可靠度； 在方案论证阶段，根据预计结果（可靠度）选择最
优方案； 综合设计参数及性能指标要求，以达到合理提高产
品可靠性的目的； 发现影响产品可靠性的主要因素，采取必要措施，
降低产品失效率，提高可靠度； 为可靠性增长试验、验证试验及费用核算等方面的
n
P{d} pi i1 n
P{d}1qi i1 Page 13
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解: (1) 选f为分解弧；
R s p fP G (f) q fP G f
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解: (2) 选a为分解弧；
P G f p a P G (fa ) q a P G fa
系统 原理图
画出可靠性 逻辑框图
建立可靠性 数学模型
元部件 基本故障率
环境因子 降额因子
系统可靠性 预计
改进设计来满足 系统可靠性指标
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网络系统
网络 有向弧 无向弧 路 最小路
混合型网络
网络系统的分析方法
状态枚举法 概率图法
路径枚举法 （直观法、联络矩阵法）
网络简化法（贝叶斯简化法）
2. 系统基本可靠性预计的数学模型 基本可靠性模型为串联模型。设各组成单元相互独立。
R s t s R 1 t 1 R 2 t 2 R 3 t 3 R n t n
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Байду номын сангаас
4.2.1 系统可靠性预计的一般方法
1. 性能参数法 特点：在统计了大量相似系统的性能参数与可靠性关系 的基础上，进行回归分析，得出一些经验公式及系数， 以便在方案论证及初步设计阶段，能根据初步确定的系 统性能及结构参数预计系统可靠性。
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4.2.2 电子、电器设备可靠性预计
预计公式
s0N K 1 K 2K 3 K 4 K 5
式中 0——电子元器件平均基本失效率，（1~10）×10-5 h-1;
N——设备所含元器件数量;
K1——降额设计效果因子，（1~10）×10-2；
K2——环境应力筛选效果因子，（0.1~0.5）；
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可靠性预计 目的 分类 系统可靠性预计的一般方法 性能参数法 基本可靠性预计的数学模型（串联模型） 相似设备法 相似电路法 失效率预计法
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4.2 可靠性预计方法
4.2.1 系统可靠性预计的一般方法 4.2.2 电子、电器设备可靠性预计
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4.2.2 电子、电器设备可靠性预计
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4.2.2 电子、电器设备可靠性预计
1. 元件计数法
适用于电子设备方案论证及初步设计阶段； 需已知元器件种类、数量、质量等级、设备环境；
优点：只使用现有的工程信息，不需了解每个元器 件的应力及它们之间的逻辑关系；
n
s Ni(Gi Qi) i1
Gi ， Qi ， Ni—— 第 i 种 元 器 件 的 通 用
复杂程度 考虑分机、部件的复杂程度，越复杂的分配的可靠度指标应 该越低；
重要程度 对重要的单元，该单元失效将会产生严重的后果，或该单元 的失效常会导致全系统的失效，则应分配给较高的可靠度；
任务情况 对整个任务时间内均需连续工作及工作条件恶劣、难以保证 很高可靠性的单元，则应分配给较低的可靠度。
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4.2 可靠性预计方法
2. 研制阶段不同时期可靠性预计方法选取
研制阶段 方案论证 初步设计 详细设计
基本可靠性预计方法 性能参数、相似产品 元件计数、专家评分 故障率预计、应力预计法
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4.2 可靠性预计方法
3. 进行可靠性预计时的注意事项
应尽早进行可靠性预计； 在产品研制的各个阶段，可靠性预计应反复迭代进行； 可靠性预计结果的相对意义比绝对值更为重要； 可靠性预计值应大于成熟期的规定值。
按照经验公式预计失效率。
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4.2.1 系统可靠性预计的一般方法
5. 失效率预计法
前提：当研制工作进展到详细设计阶段，已有了产 品原理图和结构图，选出了元部件，已知它们的类 型、数量、使用环境及应力，并已具有实验室常温 条件测得的失效率时。
该方法对电子产品和非电子产品均适用。
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4.3 可靠性分配
可靠性预测
从单元到系统，由个体到整体；
可靠性分配
由系统到单元，由整体到个体对可靠性进 行落实。
可靠性预测是可靠性分配的基础。
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4.3 可靠性分配
4.3.1 无约束条件的系统可靠性分配方法 4.3.2 有约束条件的系统可靠性分配方法
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4.3.1 无约束条件的可靠性分配
特点
电子、电器设备的寿命大多服从指数分布，因 n 此采用 s i 作为预计设备或系统的可靠 性指标； i1
由标准元器件组成，有成熟的预计标准和手册；
国产电子元器件：国军标GJB/Z 299A《电子设备 可靠性预计手册》；
进口电子元器件：美军标MIL-MDBK-217E《电子 设备可靠性预计》。
失效率、通用质量系数、数量; n——设备所用元器件的种类数
若设备所含各单元在不同环境中工作，则上式按不 同环境考虑，然后将失效率相加即为设备总失效率。
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4.2.2 电子、电器设备可靠性预计
2. 元器件应力分析法
适用于电子设备详细设计阶段；
要求已具备详细的元器件清单、电应力比、环境温 度等信息；
4. 相似电路法
新老系统的电路相似，则按经验公式估计新系统的
失效率
N
s nii
i 1
i——老系统第i种电路的失效率;
ni——新系统有ni条第i种电路; N——新系统的电路总类数。
预计步骤
计算或估计各种单元电路的数目；
利用相似单元电路失效率数据表估计每种单元电路的失效 率；
i=1,2,…,n
i1
若单元寿命服从指数分布时，各单元分配的失效率
i*与相应单元失效率预测值i成正比

* i


* s


i
n
i
i=1,2,…,n
i1
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(2) 比例分配法
例4-1
已知某系统由四个单元组成，原系统工作100h时，各单 元 的 失 效 概 率 分 别 为 F1=0.0425 ， F2=0.0149 ， F3=0.0487 ， F4=0.0004 ， 新 设 计 要 求 工 作 100h 时 系 统 的 可 靠 度 为 R*s=0.95，求分配给各单元的可靠度。
并联系统可靠度分配 Ri*11Rs*1/ni=1,2,…,n
串并联系统可靠度分配
先将串并联系统化简为“等效串联系统”和“等效 单元”，再给同级等效单元分配以相同的可靠度。
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(2) 比例分配法
适用范围
新设计的系统与原有系统基本相同。 已知原有系统各单元不可靠度预测值Fi或失效率
具体内容见《电子设备可靠性预计手册》
其中详细提供了应用元器件应力分析法进行可靠 性预计的基本数据，共包括13类元器件的工作失 效率、基本失效率的预计模型，各种参数值，以 及各类元器件的现场使用失效形式、分类及失效 率预计的计算实例。
并给出15类环境条件的环境系数：地面良好、导 弹发射井、一般或恶劣地面固定、潜艇、飞机等。
由于系统的可靠性与其内部存在的缺陷密切相关， 从旧产品上可以获得产品的失效率与其内部缺陷之 间的关系系数k，来计算新产品的失效率。
设新产品缺陷总数为nr，原产品缺陷总数为nb，ni为 新引进的缺陷总数，ne为已排除的缺陷总数，则：
nr nbni ne
s k nr
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4.2.1 系统可靠性预计的一般方法
研究提供依据； 为可靠性分配奠定基础。
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4.1 可靠性预计的目的及分类
分类
1. 按设计阶段
实现可能性的预测（构思阶段） 设计可靠性预计（设计阶段）
2. 按预计方法
预测偶然失效的失效率 预测耗损失效 预测维修性 分析失效模式的效应 其他：模拟法，失效的树状因果分析法
K3——环境影响因子；
试验室内：1；
普通室内：5；
陆用（固定）:8;
车载：20
K4——机械结构影响因子，（1.5~3.5） ； K5——制造工艺影响因子，（1.5~3.5） 。
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4.2 可靠性预计方法
1. 保证可靠性预计正确的要求
预计模型选取的正确性 数据选取的正确性 非工作状态产品可靠性预计
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4.2.2 电子、电器设备可靠性预计
3. 简单枚举归纳推理可靠性快速预计法
电子设备的可靠性取决于
设备本身的可靠度 工作环境及所承受的电应力、温度应力 设计和制造工艺 机械零部件的失效率 电子元器件的数量
该方法是考虑到上述各因素对电子设备的可靠性影 响而提出的一种简单快速、方便工程应用的预计方 法。
(1) 等分配法 (2) 比例分配法 (3) AGREE分配法 (4) 按复杂性分配
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(1) 等分配法
全部单元分配相等的可靠度。 串联系统可靠度分配
设系统由n个分系统串联组成，给定系统可靠度指 标为Rs*，分配给各单元的可靠度指标Ri*为（*表示 分配指标）
Ri* n Rs* i=1,2,…,n