可靠性模型.

任务及基本可靠性框图，必须明确地给出系统
的任务定义及故障判据，把它们作为系统可靠 性定量分析计算的依据和判据。
产品或产品的一部分不能或将不能完成预定功能的 事件或状态，称为故障。
对于具体的产品应结合产品的功能以及装备的性质 与使用范畴，给出产品故障的判别标准，即故障判 据。故障判据是判断产品是否构成故障的界限值。
1
2
3
n
串联系统可靠性框图
2020/6/11
30
串联系统数学模型
t
n
n i (t )dt
Rs (t) Ri (t)＝ e 0
i 1
i 1
当各单元服从指数分布时：
n
Rs (t)
n
e e it
it
i1
i 1
2020/6/11
31
串联系统数学模型
– 当各单元的寿命分布均为指数分布时，系统的寿命也 服从指数分布，系统的故障率为单元的故障率之和：
2020/6/11
33
串联模型
在设计时，为提高串联系统的可靠性，可从下列三方面 考虑：
(a) 尽可能减少串联单元数目 (b) 提高单元可靠性，降低其故障率 (c) 缩短工作时间
n
Rs (t) Ri (t) i1
2020/6/11
34
并联模型
并联模型
组成系统的所有单元都发生故障时，系统才发生故障 的称为并联系统。 并联系统是最简单的冗余系统（有贮备模型）。 并联系统的逻辑图如图所示，其数学模型为：
可以描述这类系统的功能关系，为建立系统可靠 性框图模型奠定基础
功能流程图的一个缺陷：没有对系统功能的持续 时间及功能间的时间进行描述，缺少一个时间坐 标
时间特性是可靠性分析中不可缺少的一个要素
2020/6/11
23
时间分析-2
复杂系统一般具有两方面的特点：
（1）系统具有多功能，各功能的执行时机是有时序的， 各功能的执行时间长短不一
48
发送有效载荷 或 和子系统数据
410
转到空间运 或 输系统轨道
(60)参考
2020/6/11
接收指令 （全向）
46
获取子系统 状态数据
49
或
发送子系 统数据
411
22
时间分析-1
功能框图——静态（不随时间而变）
系统级的功能以及它们的子功能具有唯一的时间 基准（所有功能的执行时间一样长）
系统的功能随时间而变的系统——功能流程图
通过自上而下的功能分解过程，可以得到系统功能
的层次结构
功能的逐层分解可以细分到可以获得明确的技术 要求的最低层次（如部件）为止。
进行系统功能分解可以使系统的功能层次更加清晰， 同时也产生了许多低层次功能的接口问题。
对系统功能的层次性以及功能接口的分析，是建立 可靠性模型的重要一步。
2020/6/11
机体
起落架
自检
图3-4 F/A-18基本可靠性框图
2020/6/11
12
F18任务可靠性模型
发动机 1
发动机 2
燃油系 统
应急燃 油系统
液压泵 1
液压泵 2
液压飞 控系统
备用手 动系统
通用液 压系统
右 发电机
左 发电机
电力分 配网
应急电 力系统
环境控 制系统
超高频 通信
甚高频 通信
雷达
武器控 制系统
2020/6/11
10
基本可靠性模型－任务可靠性模型
在进行设计时，根据要求同时建立基本可靠性
及任务可靠性模型的目的在于，需要在人力、 物力、费用和任务之间进行权衡。 设计者的责任就是要在不同的设计方案中利用 基本可靠性及任务可靠性模型进行权衡，在一 定的条件下得到最合理的设计方案。 为正确地建立系统的任务可靠性模型，必须对 系统的构成、原理、功能、接口等各方面有深 入的理解。
虚单元 不含桥联的复杂系统任务可靠性模型 含桥联的复杂系统任务可靠性模型
建模实例：某卫星过渡轨道、同步及准同步轨道任务可靠性 系统任务可靠性建模的注意事项
2020/6/11
3
系统、单元——产品
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。
“系统”、“单元” 相对概念 ▪ 可以是按产品层次划分：零部件、组件、 设备、分系统、系统、装备中任何相对的 两层 “系统”包含“单元”，其层次高于“单元”
17
功能的分解
系统
1
2
4
3
1.1
1.2
2.1
2.2
1.4
1.3
4.1
4.2
2.4
2.3
3.1
3.2
4.4
4.3
3.4
3.3
图3-6 功能分解示意图
2020/6/11
18
功能的分类
在系统功能分解的基础上，可以按照给定的任务，对系 统的功能进行整理。
按重 要程 度分
按用 户要 求分
分类 基本功能
辅助功能
2020/6/11
11
F18基本可靠性模型
发动机 1
发动机 2
燃油系 统
应急燃 油系统
液压泵 1
液压泵 2
液压飞 控系统
备用手 动系统
通用液 压系统
右
左
发电机 发电机
电力分 配网
环境控 制系统
应急电 力系统
超高频 通信
甚高频 通信
雷达
武器控 制系统
武器
塔康 系统
惯性 导航
备用 罗盘
大气数 据系统
固定 增稳
功能分析
1、规定产 品定义
（3）规定性能参数及范围 （4）确定物理界限与功能接口 （5）确定故障判据
故障定义
（6）确定寿命剖面及任务剖面
时间及环境条件 分析
2.建立可靠 （7）明确建模任务并确定限制条件
性框图 （8）建立系统可靠性框图
3.确定数学（9）确定未列入模型的单元 模型 （10）系统可靠性数学模型
s
ln( Rs (t)) t
n
i 1
ln( Ri (t)) t
n i 1
i
– 系统的平均故障间隔时间：
n
TBFS 1 s 1 i i 1
2020/6/11
32
串联模型
x1
x2
x3
S——系统正常 xi——单元i正常
S=x1 ∩ x2∩x3
当几个单元相互独立，系统可靠度：
Rs t P S P x1gP x2gP x3 R1 t R2 t R3 t
（c）就故障概率来说，用不同方框表示的不同功能或单 元其故障概率是相互独立的。
（d）系统的所有输入在规定极限之内，即不考虑由于输 入错误而引起系统故障的情况；
（e）当软件可靠性没有纳入系统可靠性模型时，应假设 整个软件是完全可靠的；
（f）当人员可靠性没有纳入系统可靠性模型时，应假设 人员是完全可靠的，而且人员与系统之间没有相互作 用问题。
(b)不能
闭合故障 模式
闭合故障
n
Rs (t)
n
模n式
Ri (t) eit
it e i1
图3- 35行程开关可i 1 靠性框图i 1
2020/6/11
8
基本可靠性模型
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。 度量使用费用 全串联模型 储备单元越多，系统的基本可靠性（无故障持 续时间和概率）越低
2020/6/11
15
系统功能分析
对系统的构成、原理、功能、接口等各方面深 入的分析是建立正确的系统任务可靠性模型的 前导。
前导工作的主要任务就是进行系统的功能分析
功能的分解与分类 功能框图与功能流程图 时间分析 任务定义及故障判据
2020/6/11
16
功能的分解与分类
功能的分解
系统往往是多任务与多功能的 一个系统及功能是由许多分系统级功能实现的
2020/6/11
26
典型可靠性模型分类
典型可靠性模型
非储备模型
有储备模型
工作储备模型
非工作储备模型
串联模型 并联模型 表决模型 桥联模型 旁联模型
2020/6/11
27
假设
（a）系统及其组成单元只有故障与正常两种状态，不存 在第三种状态；
（b）用框图中一个方框表示的单元或功能发生故障就会 造成整个系统的故障（有替代工作方式的除外）；
1 2
n 并联系统可靠性框图
n
RS (t) 1 1 Ri (t) i 1
2020/6/11
35
并联模型
B1
B2
B3
B——系统故障 Bi——单元i故障 B=B1 ∩ B2∩B3
当个单元相互独立，系统不可靠度：
可靠பைடு நூலகம்模型
Reliability Model
北京航空航天大学工程系统工程系
2020/6/11
1
系统可靠性模型建立-1
可靠性模型有关术语及定义 基本可靠性模型－任务可靠性模型 建立系统任务可靠性模型的程序 系统功能分析 典型的可靠性模型
2020/6/11
2
系统可靠性模型建立-2
不可修系统可靠性模型
必要功能 不必要功能
定义
1. 起主要的必不可少的作用； 2. 担任主要的任务，实现其工作目的； 3. 它的作用改变了，就会产生整体性的
变化。
针对某种特定的构思所必需的功能，或 辅助实现基本功能所需要的功能。它相 对于基本功能是次要的或从属的。
对于用户的任务需求而言，是必要的和 不可缺少的。
对于用户的任务需求而言，该功能并非 是非有不可的。