第三篇,可靠性设计方法举例
第三范式举例
第三范式举例第三范式（Third Normal Form，3NF）是关系数据库设计中的一个原则，用于消除数据冗余和数据依赖性，提高数据库的灵活性和可靠性。
在符合第三范式的数据库设计中，数据被分解成多个表，每个表只包含一个主题的数据，表与表之间通过外键关联。
下面是一些符合第三范式的例子：1. 学生信息管理系统：学生表（学生ID，姓名，性别，年龄，班级ID）班级表（班级ID，班级名称，班级人数，班主任ID）教师表（教师ID，姓名，性别，职称）2. 电商平台：商品表（商品ID，商品名称，商品价格，商品分类ID）商品分类表（分类ID，分类名称）订单表（订单ID，用户ID，商品ID，购买数量，订单日期）3. 酒店预订系统：酒店表（酒店ID，酒店名称，酒店地址，酒店电话）房间表（房间ID，酒店ID，房间类型，房间价格）预订表（预订ID，用户ID，房间ID，入住日期，离店日期）4. 学生成绩管理系统：学生表（学生ID，姓名，性别，年龄）科目表（科目ID，科目名称）成绩表（学生ID，科目ID，成绩）5. 音乐播放器：音乐表（音乐ID，音乐名称，歌手，专辑，时长）歌手表（歌手ID，歌手名称，国籍）专辑表（专辑ID，专辑名称，发行时间）6. 人力资源管理系统：员工表（员工ID，姓名，性别，出生日期，部门ID）部门表（部门ID，部门名称，部门经理ID）7. 餐厅点餐系统：餐厅表（餐厅ID，餐厅名称，餐厅地址，餐厅电话）菜品表（菜品ID，菜品名称，菜品价格）订单表（订单ID，用户ID，餐厅ID，菜品ID，下单时间）8. 图书馆管理系统：书籍表（书籍ID，书名，作者，出版社，出版日期）作者表（作者ID，姓名，国籍）出版社表（出版社ID，名称，地址）9. 航班预订系统：航班表（航班号，起飞时间，到达时间，起飞地点，目的地）乘客表（乘客ID，姓名，性别，出生日期）订单表（订单ID，乘客ID，航班号，出发日期，订单时间）10. 医院挂号系统：医生表（医生ID，姓名，性别，职称，科室ID）科室表（科室ID，科室名称）患者表（患者ID，姓名，性别，出生日期，病历号）这些例子中的数据库设计都符合第三范式，通过将数据分解为多个表，并通过外键关联，实现了数据的规范化和减少了数据冗余，提高了数据库的可靠性和可维护性。
可靠性指标分配报告
可靠性指标分配报告：可靠性分配指标报告可靠性分配方法可靠性设计指标分配gjb 可靠性指标分配公式篇一：可靠性分配第三章可靠性与维修性指标分配3.1 概述3.2 AGREE可靠性指标分配法3.3 可靠性工程加权分配法3.4 维修性工程加权分配法3.5 进行可靠性与维修性指标分配在工程实施上应注意事项第三章可靠性与维修性指标分配3.1 概述可靠性与维修性指标分配是为了把系统的可靠性与维修性定量要求按照一定的准则分配给系统各组成单元而进行的工作。
其目的是将整个系统的可靠性与维修性要求转换为每一个分系统或单元的可靠性与维修性要求，使之协调一致。
它是一个由整体到局部，由上到下的分解过程。
通过可靠性与维修性指标分配，把设计目标落实到相应层次的设计人员身上。
各相应层次的设计人员通过可靠性与维修性指标预计，当感到采用常规的设计不能达到系统的要求时，可以采取特殊设计措施。
比如：采取降额设计、冗余设计、动态设计、热设计、优选元器件、最大的减少元器件数量等措施，以满足系统可靠性要求。
采取可接近性设计、可更换性设计、模块化设计、故障定位（BIT）设计等措施以满足系统维修性要求。
通过可靠性与维修性指标分配，还可以暴露系统设计汇总的薄弱环节及关键单元和部位，为指标监控和改进措施提供依据，为管理提供所需的人力、时间和资源等信息。
因而，可靠性与维修性指标分配是可靠性设计中不可靠缺少的工作项目，也是可靠性工程与维修性工程决策点。
可靠性与维修性指标分配应在系统研制的早期进行，可按可靠性结构模型进行分配，使各分系统、单元的可靠性与维修性指标分配值随着研制任务同时下达，在获得较充分的信息后进行再分配。
随着系统研制的进展和设计的更动，可靠性与维修性分配要逐步完善和进行再分配。
可靠性与维修性指标分配方法很多，在这里仅将工程实用、科学合理方法予以介绍。
3.2 AGREE 可靠性指标分配法这是美国电子设备可靠性顾问组在一份报告中所推荐的分配方法。
通用可靠性设计方法
通用可靠性设计分析方法 １．识别任务剖面、寿命剖面和环境剖面 在明确产品的可靠性定性定量要求以前，首先要识别产品的任务剖面、寿命剖面和 环境剖面。
（１）任务剖面 “剖面”一词是英语 ｐｒｏｆｉｌｅ 的直译，其含义是对所发生的事件、 过程、状态、功能及所处环境的描述。
显然，事件、状态、功能及所处环境都与时间有 关，因此，这种描述事实上是一种时序的描述。
任务剖面的定义为： 产品在完成规定任务这段时间内所经历的事件和环境的时序描 述。
它包括任务成功或致命故障的判断准则。
对于完成一种或多种任务的产品，均应制定一种或多种任务剖面。
任务剖面一般应 包括： １）产品的工作状态； ２）维修方案； ３）产品工作的时间与程序； ４）产品所处环境（外加有诱发的）时间与程序。
任务剖面在产品指标论证时就应提出，它是设计人员能设计出满足使用要求的产品 的最基本的信息。
任务剖面必须建立在有效的数据的基础上。
图 １ 表示了一个典型的任务剖面。
（２）寿命剖面 寿命剖面的定义为：产品从制造到寿命终结或退出使用这段时间 内所经历的全部事件和环境的时序描述。
寿命剖面包括任务剖面。
寿命剖面说明产品在整个寿命期经历的事件，如：装卸、运输、储存、检修、维修、 任务剖面等以及每个事件的持续时间、顺序、环境和工作方式。
寿命剖面同样是建立产品技术要求不可缺少的信息。
图 ２ 表示了寿命剖面所经历的事件。
图 １ 任务剖面示例 图 ２ 寿命剖面所经历的事件 （３）环境剖面 环境剖面是任务剖面的一个组成部分。
它是对产品的使用或生存有影 响的环境特性，如温度、湿度、压力、盐雾、辐射、砂尘以及振动冲击、噪声、电磁干 扰等及其强度的时序说明。
产品的工作时间与程序所对应的环境时间与程序不尽相同。
环境剖面也是寿命剖面 和任务剖面的一个组成部分。
２．明确可靠性定性定量要求 明确产品的可靠性要求是新产品开发过程中首先要做的一件事。
产品的可靠性要求 是进行可靠性设计分析的最重要的依据。
结构可靠性设计基础结构可靠性理论的基本概念
第三章 结构可靠性理论的基本概念
主要内容：
3.1 结构可靠度的定义 3.2 结构的失效概率 3.3 结构可靠指标 3.4 可靠指标的几何意义 3.5 可靠指标与安全系数的关系 3.6 可靠指标与分项系数的关系
第3章 结构可靠度理论的基本概念
3.1 结构可靠度的定义
3.1 结构可靠度的定义
3.1.1 结构的可靠性
结构在规定的时间，在规定的条件，完成预定功能的 能力。结构的可靠性，包括结构的安全性、适用性和耐久 性。
1. 规定时间
设计使用年限 - 设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预期
目的使用的时期。
- 即房屋结构在正常设计、正常施工、正常使用和正常 维护下所应达到的使用年限，如达不到这个年限则意 味着在设计、施工、使用与维修的某一环节上出现了 非正常情况，应查找原因。
问题：设计基准期是否等于设计使用期？
3.1 结构可靠度的定义
2. 规定条件
– 正常设计 – 正常施工 – 正常使用
不考虑人为错误
3. 预定功能 – 极限承载能力要求 能承受正常施工和使用期间可能出现的各种作用。
– 结构适用性要求 在正常使用时具有良好的工作性能；
– 结构的耐久性要求 在正常维护下具有足够的耐久性。
– 结构整体承载能力要求
遭受及其偶然的作用时，能保持必要的整体稳定性偶然作 用如地震、龙卷风、爆炸（煤气或恐怖袭击）、火灾等
3.1 结构可靠度的定义
3.1.2 极限状态、极限状态方程
“极限状态”定义 整个结构或结构的一部分超过某一特定状态(达到极限
承载力；失稳；变形、裂缝宽度超过某一规定限制等)就不 能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能 的极限状态。
机械可靠性设计
零件失效的概率或零件的故障概率Q(t)定义为：
常用故障频 数直方图来 反映某类零 件发生故障 的概率。
横坐标取为某类零件的寿命间隔； 纵坐标表示某类零件在各寿命间隔内发生故障的 个数（或频次）。
故障概率密度函数f(t)
二、三种失效率——失效模式
产品的失效(或故障)有其规律。 ※ 大量的研究表明，机电产品零件的典型失效率曲线，明显可 划分为三个区域：早期失效区域、正常工作区域和功能失效区域。 1）早期失效区域的失效率较 高，故障率由较高的值迅速下 降。一般属于试车的跑合期。 2）正常工作区域出现的失效 具有随机性，故障率变化不太 大，有的微微下降或上升。可 以称为使用寿命期或偶然故障 期。在此区域内，故障率较低。 3）功能失效区域的失效率迅速上升。一般情况下，零件表现为 耗损、疲劳或老化所致的失效。 失效率曲线的三个区域反映了零件的三种故 障模式，它们均具有一定的概率分布特性。
7)重要度(Importance)。 1)可靠度(Reliability)；
6)有效度(Availability)；
一、可靠度和失效率
可靠度: 零、部件在规定的寿命期限内，在规定的使用条 件下，无故障地进行工作的概率。 在规定的使用条件下，可靠度是时间的函数，用R(t)表示。 对总数为N个零件进行试验，经过t时间后，有NQ(t)件失效， NR(t)件仍正常工作，那么该类零件的可靠度R(t)定义为：
安全系数法对问题的提法是：零件的安全系数（等于零件的强
度除以零件的应力；即n=F/S)是多大?
在计算安全系数时，零件材料的强度F和零件所承受的应力
S都是取单值的。
机械可靠性设计方法认为：零件的应力、强度以及其他的设计
参数，如载荷、几何尺寸和物理量等都是多值的，即呈分布状态。
可靠性分析在机械结构设计中的应用研究
可靠性分析在机械结构设计中的应用研究引言：在现代工程设计中，机械结构的可靠性是一个至关重要的指标。
可靠性分析作为一种评估和优化机械结构设计的方法，已经被广泛应用于许多领域。
本文将探讨可靠性分析在机械结构设计中的应用研究，并重点介绍一些常用的可靠性分析方法和工具。
一、可靠性分析方法可靠性分析方法是评估机械系统中部件和系统的可靠性的数学和统计学方法。
其中，最常用的方法包括故障模式与效果分析（FMEA）、故障树分析（FTA）和可靠性增益图（RBD）等。
故障模式与效果分析（FMEA）是一种通过分析系统中各个部件的故障模式和故障对系统的影响程度来评估系统可靠性的方法。
通过FMEA，工程师们可以识别和评估系统中的潜在故障，并采取相应的措施来提高系统的可靠性。
故障树分析（FTA）是一种通过构建树状图来分析和评估系统故障概率的方法。
在FTA中，各个事件（包括故障事件和故障的原因）通过逻辑门（例如与门、或门和非门）相连接，形成树状结构。
通过分析系统中各个事件的故障概率，可以计算系统整体的故障概率，并提出相应的改进方案。
可靠性增益图（RBD）是一种通过图形的方式来表示系统结构和可靠性指标的方法。
在RBD中，每个系统组件由一个方框表示，方框之间通过线段连接。
通过分析RBD中各个组件的可靠性指标，可以评估整个系统的可靠性，并对系统进行优化设计。
二、可靠性分析工具为了支持可靠性分析的实施，工程师们使用了许多可靠性分析工具。
其中，最常用的工具包括故障模式与效果分析软件（如FMEA软件）、故障树分析软件（如FTA软件）和可靠性增益图软件（如RBD软件）等。
故障模式与效果分析软件是一种用于支持FMEA分析的工具。
通过这种软件，工程师们可以方便地识别、评估和管理系统中的潜在故障。
此外，这种软件还可以生成报表和图表，以便更好地分析和优化系统的可靠性。
故障树分析软件是一种用于支持FTA分析的工具。
通过这种软件，工程师们可以方便地构建和分析故障树，从而评估系统的故障概率。
可靠性优化设计简介
可靠性优化技术简介班级：2014级车辆工程2班学号：222014322220127 作者：熊健宇前言在现代生产中可靠性技术已贯穿到产品的开发研制、设计、制造、试验、使用、运输、保管及维修保养等各个环节, 统称为可靠性工程。
可靠性设计是可靠性工程的一个重要分支, 因为产品的可靠性在很大程度上取决于设计的正确性。
优化设计是现代设计方法的重要内容之一,机械优化设计是以数学规划为理论基础，设计过程中存在着大量的计算,所以必须与计算机技术相结合。
而机械可靠性设计则是可靠性工程的一个重要分支关键词可靠性优化技术 CAD人们对于可靠性的一般理解, 就是认为可靠性表示元件、组件、零件、部件、总成、机器、设备、或整个系统等产品, 在正常使用条件下的工作是否长期可靠, 性能是否长期稳定的特性。
这里除了有概率统计等量的概念外, 尚包含有预期使用条件, 工作的满意程度, 正常工作期间的长短等内容在可靠性的上述定义中, 含有以下因素:(1)对象可靠性问题的研究对象是产品,它是泛指的,可以是元件、组件、零件、部件、总成、机器、设备,甚至整个系统。
(2) 使用条件包括运输条件、储存条件、使用时的环境条件(如温度、压力、湿度、载荷、振动、腐蚀、磨损等等)、使用方法、维修水平、操作水平等预期的运输、储存及运行条件, 对其可靠性都会有很大影响。
(3) 规定时间与可靠性关系非常密切的是关于使用期限的规定, 因为可靠度是一个有时间性的定义。
对时间性的要求一定要明确。
时间可以是区间(0,t),也可以是区间(t1,t2) 。
(4) 规定功能要明确产品的规定功能的内容。
一般来说, 所谓“完成规定功能”是指在规定的使用条件下能维持所规定的正常工作而不失效(或发生故障), 指研究对象(产品)能在规定的功能参数下正常运行。
(5) 概率“可靠度”是可靠性的概率表示。
把概念性的可靠性用具体的教学形式——概率表示, 这就是可靠性技术发展的出发点。
可靠性优化技术举例----计算机辅助设计CAD技术传统的机械设计思路大致是设计，然后分析评价，再设计的不断重复及优化的过程,依据机械设计工作的任务要求，采用调查研究和搜集资料的工作，参考或比照相似的任务或者较为成熟已完成的的设计方案，凭借设计工作者的工作经验，并结合想用的数据分析和计算，拟定一个初始的试用方案，并通过对方案的初步估算以确定有关参数，并评价方案的合理性和使用价值，当某些结果与任务要求不相符合时，就需要修改试用方案或者重新设计一个新的试用方案，然后继续重复上述过程；如此多次反复，直到获得满意的设计方案，整个设计活动才算完成了初始的部分，之后还要根据制造出的产品和具体使用情况和用户的反馈来继续对方案进行改进。
可靠性设计
1 1 0.0004 次/小时 MTBF 2500
R(t 500) e t e 0.0004500 0.8187
R(t 1000 ) e t e 0.00041000 0.6703
28
4.正态分布（normal distribution）—— 连续型分布函数
R(t 400) R( z 2.5) F ( z 2.5) 0.9938 失效概率 F (t 400) 1 R(t 400) 1 0.9938 0.0062
失效数r=1000×0.0062=6.2(个)≈6（个）
30
（2）t=600h时，标准正态变量
r r nr f (r ) C n p q
25
设事件发生次数的均值为m，事件实际发生次数为r，对泊松分布
而言，则有：
事件发生r次概率为:
m r m f (r ) e r!
F (c ) f ( r )
r 0 c
事件发生次数不超过c的累积概率为: 其泊松分布的均值E(r)=np=m，方差s=m
17
由此得到失效率、可靠度与概率密度之间的关
系为：
f (t ) (t ) R(t )
18
举例： 某零件的失效时间随机变量服从指数分布，为了让１０００小时的可靠 度在８０％以上，该零件的失效率应低于多少？
解：分析可知，失效时间随机变量服从指数分布，即 f (t ) e t 因为 由于
N f (t ) N s (t ) N 0 N f (t ) R(t ) 1 N0 N0 N0 由于０≤Ｎｆ(ｔ)≤Ｎ０，故０≤Ｒ(ｔ)≤１。
11
可靠度表达式-B
设ｔ为零件（系统）的失效时间（随机变量），Ｔ为
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第三篇:可靠性设计方法举例
一、利用标准正态分布函数进行可 靠性计算 二、函数的可靠性计算 三、可靠性设计方法举例
《机械可靠性 设计》讲义 单击此处编辑母版标题样式
一、标准正态分布函数可靠性计算
标准正态分布：当μ=0 ； σ=1时，得到正 态分布n（0，1）N，叫做标准正态分布。它 x 的概率密度为： 1 2
2
应力分布的标准差
s
1
则化作标准正态分布有：
z
A
S S P 20
2 2
F S
2 F
2 S
184 280 26 . 7 20
2 2
2 . 878
查表得，Q=0.002，R=99.8%
《机械可靠性 设计》讲义 单击此处编辑母版标题样式
序号 7 8 9 10 基本函 数形式 Z=1/x Z=x1/2 Z=x2 Z=x3 数学期望
1 x
1 2 x x sx
2 2
标准差
sx x 1 sx
2
1 2
2 x
x x x
2
2 xsx
3
3x sx
2
11
平均应力μs
A s
4
30 2
706 . 8 mm
3
2
2
p A
130 10 706 . 8
184 N / mm
《机械可靠性 设计》讲义 单击此处编辑母版标题样式
A的标准差可通过d的标准差计算
A
dA dd
d
d 18 . 85 mm
2
推论 有限个独立随机变量的和的方差等于它们各 自的方差和：
D
D
i i
《机械可靠性 设计》讲义 单击此处编辑母版标题样式
例1：设已知某零件的强度，μF=250Mpa，标准差 σF=16Mpa；又知零件所受应力μS=210Mpa，标准差 σS=20Mpa。求可靠度R。 假定分布是正态分布，根据函数的标准差和均值， 则两者之差分布的均值与标准差分别为：
对此问题可以根据:
R t 1 2
t
2
e
2
dt
t
R (t )
4000
f t dt
z
t t
4000 5000 400
2 .5
由z=-2.5,自表中查得失效率Q(t)
R t 1 Q t 1 0 . 62 % 99 . 38 %
《机械可靠性 设计》讲义 单击此处编辑母版标题样式
正态分布函数的特征值
序号 基本函 数形式 Z=a 数学期望 标准差
1 2
3 4 5 6
a
Hale Waihona Puke 0Z=axZ=a+x Z=a±y Z=x*y Z=x/y
ax
a x
as x
x y
x . y s x .s y
x x .s y s y sx 2 y y y x
F S 40 F S
2 2
25
则化作标准正态分布有： z
0
40 25
1 . 56
查表得，Q=0.06，R=94%
《机械可靠性 设计》讲义 单击此处编辑母版标题样式
例2：设结构件的强度F，拉力P和杆的直径d都服 从正态分布。而且这些参数都是独立的随机变量， 它们的均值分别是： μF=280Mpa， μP=130kN， μd=30mm；现假定： σF=26.7Mpa， σP=14kN， μd=0.4mm求可靠度R 平均截面积μA
12
Z=xn
Z=lgx
x
nx
n 1
sx
lg x
0 . 434 c x
Cx变差系数
《机械可靠性 设计》讲义 单击此处编辑母版标题样式
2、n维随机变量平均值与标准差的近似计算
当函数中的随机变量x是一维时，函数在 x=μ处的泰勒展开式为：
y f x f x f ' x
数学期望
E y f ( 1 , 2 , 3 ... n )
n
方差
Dy
1
f x xi
D xi xi i
2
《机械可靠性 设计》讲义 单击此处编辑母版标题样式
随机变量函数的数学期望.关于数字特征的定理
定理1 两个随机变量的和的数学期望等于它们的 数学期望的和：
E ( y ) E f x f
2
f " 2
...
则：
D ( y ) D f x f ' x D x
2
《机械可靠性 设计》讲义 单击此处编辑母版标题样式
扩大到n维问题时，相应地有：
y f ( x 1 , x 2 , x 3 ... x n )
2
x
2
e
引进函数
则得：
x
1 2
x
t
2
e
2
dt
x2 x1 P x1 x 2
《机械可靠性 设计》讲义 单击此处编辑母版标题样式
显然，函数就是标准正态分布的分布函数，它具 有下列性质： 1 . 0 0 . 5
2 . 0 0 . 5 3 . x 1 x
例如，设某零件的可靠度服从正态分布，并已知 平均寿命μt=5000小时，标准差σ=400小时。求 该零件工作4000小时后的可靠度。
《机械可靠性 设计》讲义 单击此处编辑母版标题样式
这个问题就是求t>4000小时的概率；
《机械可靠性 设计》讲义 单击此处编辑母版标题样式
二、函数的可靠性计算
在可靠性设计中常常要对随机变量或随机 函数进行运算，或求平均值与标准差，由于理论 计算很麻烦，故采用近似计算。 1、正态分布函数平均值与标准差的近似计算 随机变量x,y服从正态分布，则：其线型 函数服从正态分布，其积、商及其高次函数不 服从正态分布，在一定条件下近似地服从正态 分布；
E E E
推论 有限个随机变量和的数学期望等于它们数学 期望的和：
E
E
i i
《机械可靠性 设计》讲义 单击此处编辑母版标题样式
定理2 两个随机变量的和的方差等于它们各自的 方差与它们相关矩的二倍和：
D D D 2 E E E 定理3 两个独立随机变量的和的方差等于它们各 自的方差和： D D D
s
x
2
sx
2 x
2
s y 2 sxs y
2
2 2 2 2 2
2
1 2
2
s y y s x s x s y 2 x ys x s y s x s y
1 2
1 2 sy sx s y 2 x sx 2 2 2 y y x xy 2