《系统可靠性设计》PPT课件
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《可靠性安全性设计》课件
环境适应性设计
环境适应性分析
分析产品在各种环境条件下的性能表现，找出潜在的环境适应性风险。
环境适应性设计
根据分析结果，采取相应的设计措施，提高产品在各种环境条件下的稳定性和 可靠性。
03
安全性设计
安全风险评估故障、人为操作失误、环境因
素等。
安全风险评估标准
《可靠性安全性设计》PPT课件
目 录
• 可靠性安全性设计概述 • 可靠性设计 • 安全性设计 • 可靠性安全性设计的实施与管理 • 可靠性安全性设计的未来发展
01
可靠性安全性设计概述
定义与重要性
可靠性
产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能 的能力。
安全性
产品在正常工作或异常情况下，避免造成人员伤亡、 财产损失或环境损害的能力。
冗余设计
并联冗余
通过增加并联单元来提高系统的可靠 性，当某个单元出现故障时，其他单 元仍能正常工作。
串联冗余
通过增加串联单元来提高系统的可靠 性，所有单元必须正常工作才能保证 系统正常运转。
容错设计
故障检测
通过检测系统中的故障信号，及时发现并处理故障，防止故 障扩大。
故障隔离
将故障单元与其他正常单元隔离，防止故障扩散，同时保证 系统其他部分正常运转。
接地保护
采取接地保护措施，将设 备的外露可导电部分与大 地连接。
漏电保护
安装漏电保护器，在设备 漏电时及时切断电源，防 止电击事故发生。
04
可靠性安全性设计的实施与管 理
设计审查与验证
总结词
设计审查与验证是确保可靠性安全性 设计实施的重要环节。
详细描述
在设计阶段，应对设计方案进行审查 ，确保其满足可靠性安全性要求。在 产品开发过程中，应定期进行设计验 证，确保设计在实际应用中的效果。
系统可靠性设计-1
▲
尽可能减少或消除产品表面初始 尽可能减少或消除产品表面初始 裂纹的尺寸， 裂纹的尺寸，对于延长零件的疲劳 寿命有着比提高材料性能更为显著 的作用。
▲
机械系统可靠性设计
一、机械系统可靠性设计的概念
针对机械系统，从其全局和内部 针对机械系统，从其全局和内部 构成要素出发综合进行对应的 可靠性 构成要素 出发综合进行对应的可靠性 出发综合进行对应的 分析、 测算和安排， 在保证系统功能 分析 、 测算和安排 ， 稳定和性能可靠的同时其内部构成要 素也稳定可靠关系协调。 素也稳定可靠关系协调。
r1 r2
-----
ri
系统正常工作的概率为各单元正常工 作的概率之积
Rs = r1 ⋅ r2 ⋯ rn = i∏1 ri =
n
R s = r1 ⋅ r2 ⋯ rn =
ri i =1
∏
n
0 < ri < 1
串联系统的可靠性伴随构成单 串联系统的可靠性伴随构成单 伴随构成 元数量的增加而降低． 元数量的增加而降低．
串联系统构建原则 １、采用等寿命单元组成系统 ２、组成越小越好
单元数增加而降低， 单元数增加而降低，且系统可靠度低 于其可靠度最低的构成单元。 于其可靠度最低的构成单元。
原因：串联系统的可靠度因其组成 原因：
提高串联系统可靠度的途径
1）提高各组成单元的可靠度 ） 2）降低各组成单元的失效率 ）
注意事项： 注意事项：
二、机械系统可靠性设计的内容
１）系统可靠性预测
在分析确定系统各要素可靠度的 基础上，计算确定系统的可靠度。 基础上，计算确定系统的可靠度。
２）系统的可靠性分配
基于系统可靠度指标安排系统中 的零部件等各要素的可靠度。 的零部件等各要素的可靠度。
尽可能减少或消除产品表面初始 尽可能减少或消除产品表面初始 裂纹的尺寸， 裂纹的尺寸，对于延长零件的疲劳 寿命有着比提高材料性能更为显著 的作用。
▲
机械系统可靠性设计
一、机械系统可靠性设计的概念
针对机械系统，从其全局和内部 针对机械系统，从其全局和内部 构成要素出发综合进行对应的 可靠性 构成要素 出发综合进行对应的可靠性 出发综合进行对应的 分析、 测算和安排， 在保证系统功能 分析 、 测算和安排 ， 稳定和性能可靠的同时其内部构成要 素也稳定可靠关系协调。 素也稳定可靠关系协调。
r1 r2
-----
ri
系统正常工作的概率为各单元正常工 作的概率之积
Rs = r1 ⋅ r2 ⋯ rn = i∏1 ri =
n
R s = r1 ⋅ r2 ⋯ rn =
ri i =1
∏
n
0 < ri < 1
串联系统的可靠性伴随构成单 串联系统的可靠性伴随构成单 伴随构成 元数量的增加而降低． 元数量的增加而降低．
串联系统构建原则 １、采用等寿命单元组成系统 ２、组成越小越好
单元数增加而降低， 单元数增加而降低，且系统可靠度低 于其可靠度最低的构成单元。 于其可靠度最低的构成单元。
原因：串联系统的可靠度因其组成 原因：
提高串联系统可靠度的途径
1）提高各组成单元的可靠度 ） 2）降低各组成单元的失效率 ）
注意事项： 注意事项：
二、机械系统可靠性设计的内容
１）系统可靠性预测
在分析确定系统各要素可靠度的 基础上，计算确定系统的可靠度。 基础上，计算确定系统的可靠度。
２）系统的可靠性分配
基于系统可靠度指标安排系统中 的零部件等各要素的可靠度。 的零部件等各要素的可靠度。
第4章系统可靠性设计PPT课件
则单元分配的可靠度为：
Ri (Rs )1 n (i 1, 2, , n)
（4-68）
第16页/共23页
（2）并联系统
对于并联系统，由式(4-8)可知：
Rs 1 (1 Ri )n
故单元应分配的可靠度
为：
Ri 1 (1 Rs )1 n (i 1, 2, , n)
:
第17页/共23页
2. 按相对失效概率分配可靠度
n
Fs (1 R1 )(1 R2 ) (1 Rn ) (1 Ri ) i 1
所以并联系统的可靠度为
n
Rs 1 Fs 1 (1 Ri ) i 1
（4-7）
当 R 1 R 2 R n R 时，则有
Rs 1 (1 R)n
（4-8）
由此可知，并联系统的可靠度 Rs 随单元数量的增加和单元可靠度 的增加而增加。
设各元件的复杂度为 Ci (i 1, 2, , n) 。 因为各元件的失效概率 正比于其复杂度 则对串联系统有下式成立
，即 Fia kCi ，
n
n
Rsa (1 Fia ) (1 kCi )
i 1
i 1
（a）
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由于 是已知的，而 可由元件的结构复杂程度以及零部件的 数目大小定出，也是已知的，
第15页/共23页
1. 平均分配法
平均分配法是对系统中的全部单元分配以相等的可靠度。
（1）串联系统 当系统中n 个单元具有近似的复杂程度、重要性以及制造成本时， 则可用平均分配法分配系统各单元的可靠度。 该分配法是按照系统中各单元的可靠度均相等的原则进行分配。 对由n 个单元组成的串联系统，若知系统可靠度为Rs ，由于
可靠性预测是一种预报方法，它是从所得的失效率数据预报一个 元件、部件、子系统或系统实际可能达到的可靠度，即预报这些元件 或系统等在特定的应用中完成规定功能的概率。
电子系统可靠性设计-嵌入式系统软件的可靠性设计PPT课件【2024版】
数据速率、误差检验、输入输出状态指示、格式要求、 时钟、选通脉冲等
嵌入式系统软件的可靠性设计 电子系统可靠性设计
2）控制要求或处理要求
嵌入式系统对实时性要求较高
工作顺序要求严格：发送数据的时间、接收数据的时间、 时序关系、CPU和外设的同步 3）可靠性问题
对软件的可靠性要求和出错处理的要求
确定出错处理方案，列出各种错误图像、显示错误的 方法 用户的需求：全面详细的了解，设计者的理解和用户的解 释必须完全一致，形成文档
5、性能错误
电子系统可靠性设计
指设计的软件性能和用户的需求相差太大，不能满足用 户的要求
例如：软件的响应时间、执行时间、控制系统的精度等
例如：
计算机的语音识别，尽管识别率满足要求，但是识别 时间不能太长，如果需要几分钟进行识别，无法应用
嵌入式系统发生故障时：
需要立即做出响应，自动保护和报警
如果响应时间过长：会发生严重的后果
依赖于设计者的思路、方法 在软件开发的每一步：都可能引入故障 每一个阶段都要采取质量控制手段
实现软件的可靠性要求 一、软件工程的开发模式 二、嵌入式系统的软件开发 三、软件可靠性管理
嵌入式系统软件的可靠性设计 电子系统可靠性设计
一、软件工程的开发模式 1、瀑布式开发模型 2、原型法开发模型 3、螺旋形开发模式 4、面向对象的软件开发模型
上个例子:
故障率λ=0.004
平均故障间隔时间MTBF =1/λ =250
嵌入式系统软件的可靠性设计 电子系统可靠性设计
嵌入式系统软件的可靠性设计 电子系统可靠性设计
嵌入式系统软件的可靠性设计
2、方案中有错误
电子系统可靠性设计
当用户需求充分了解后，进行软件的总体方案设计
嵌入式系统软件的可靠性设计 电子系统可靠性设计
2）控制要求或处理要求
嵌入式系统对实时性要求较高
工作顺序要求严格：发送数据的时间、接收数据的时间、 时序关系、CPU和外设的同步 3）可靠性问题
对软件的可靠性要求和出错处理的要求
确定出错处理方案，列出各种错误图像、显示错误的 方法 用户的需求：全面详细的了解，设计者的理解和用户的解 释必须完全一致，形成文档
5、性能错误
电子系统可靠性设计
指设计的软件性能和用户的需求相差太大，不能满足用 户的要求
例如：软件的响应时间、执行时间、控制系统的精度等
例如：
计算机的语音识别，尽管识别率满足要求，但是识别 时间不能太长，如果需要几分钟进行识别，无法应用
嵌入式系统发生故障时：
需要立即做出响应，自动保护和报警
如果响应时间过长：会发生严重的后果
依赖于设计者的思路、方法 在软件开发的每一步：都可能引入故障 每一个阶段都要采取质量控制手段
实现软件的可靠性要求 一、软件工程的开发模式 二、嵌入式系统的软件开发 三、软件可靠性管理
嵌入式系统软件的可靠性设计 电子系统可靠性设计
一、软件工程的开发模式 1、瀑布式开发模型 2、原型法开发模型 3、螺旋形开发模式 4、面向对象的软件开发模型
上个例子:
故障率λ=0.004
平均故障间隔时间MTBF =1/λ =250
嵌入式系统软件的可靠性设计 电子系统可靠性设计
嵌入式系统软件的可靠性设计 电子系统可靠性设计
嵌入式系统软件的可靠性设计
2、方案中有错误
电子系统可靠性设计
当用户需求充分了解后，进行软件的总体方案设计
机械可靠性设计系统可靠性设计
54
• 1 表决系统（工作储备系统）
55
1）2/3表决系统
56
57
58
例4-4
有一架装有3台发动机的飞机，它至少需要 2台发动机正常才能飞行，设飞机发动机的平 均无故障工作时间MTBF=2000h，试估计工作 时间为10h和100h的飞机可靠度。 解：n=3,k=2
RS (t) 3R 2 2R 3 3e 2t 2e 3t
73
1）冷储备系统 （1）两个单元（一个单元备用）的系统
74
75
（2）n个单元（n-1个单元备用）的系统
76
77
（3）多个单元工作的系统
Ri e t
RS(t )
e
Lt
1
Lt
(Lt )2 2!
(Lt )3 3!
(Lt )n n!
78
（4）考虑检测器和开关可靠性的系统
Rs(t ) e 1t
84
85
86
87
88
89
2 全概率公式法（分解法）
90
91
92
3 检出支路法（路径枚举法）
93
94
95
4.3 系统可靠性预计
1 可靠性预计的目的
可靠性预计是指产品的设计与研制阶段，根据产品的功能 结构、工作环境以及组成产品单元的相互关系和可靠性数据， 推测产品可能达到的可靠性指标。可靠性预计是一个由局部 到整体、由小到大、由下到上的过程，是一个综合的过程。
52
• Rs1=R1R2R3 Rs2=R4R5 Rs3=1-(1-Rs1)(1Rs2) Rs4=1-(1-R6)(1R7) Rs=Rs3Rs4R8
53
• 储备模型 当采用串联模型的设计不能满足设计指标要求时，
• 1 表决系统（工作储备系统）
55
1）2/3表决系统
56
57
58
例4-4
有一架装有3台发动机的飞机，它至少需要 2台发动机正常才能飞行，设飞机发动机的平 均无故障工作时间MTBF=2000h，试估计工作 时间为10h和100h的飞机可靠度。 解：n=3,k=2
RS (t) 3R 2 2R 3 3e 2t 2e 3t
73
1）冷储备系统 （1）两个单元（一个单元备用）的系统
74
75
（2）n个单元（n-1个单元备用）的系统
76
77
（3）多个单元工作的系统
Ri e t
RS(t )
e
Lt
1
Lt
(Lt )2 2!
(Lt )3 3!
(Lt )n n!
78
（4）考虑检测器和开关可靠性的系统
Rs(t ) e 1t
84
85
86
87
88
89
2 全概率公式法（分解法）
90
91
92
3 检出支路法（路径枚举法）
93
94
95
4.3 系统可靠性预计
1 可靠性预计的目的
可靠性预计是指产品的设计与研制阶段，根据产品的功能 结构、工作环境以及组成产品单元的相互关系和可靠性数据， 推测产品可能达到的可靠性指标。可靠性预计是一个由局部 到整体、由小到大、由下到上的过程，是一个综合的过程。
52
• Rs1=R1R2R3 Rs2=R4R5 Rs3=1-(1-Rs1)(1Rs2) Rs4=1-(1-R6)(1R7) Rs=Rs3Rs4R8
53
• 储备模型 当采用串联模型的设计不能满足设计指标要求时，
第六章系统可靠性设计
串联系统可靠度计算应用实例：
某带式输送机输送带的接头共有54个， 已知各接头的强度服从指数分布，其失效 率如表所示，试计算该输送带的平均寿命 和工作到1000h的可靠度。
λ ×
接头数
3
5
8
10
12
16
λ×
/h 10 4
0.2
0.15
0.35
0.21
0.18
0.1
解答见书上P65
2)并联系统可靠性模型
s Rdt
0
2
1 1.5 1.5 2
3)混联系统可靠性模型
• 混联系统可靠性模型——是由串联和并联 混合组成的模型。下图为混联系统的可靠 性框图，其数学模型可运用串联和并联两 种基本模型将系统中一些串联及并联部分 简化为等效单元。例如图中ຫໍສະໝຸດ a可按图中b，c，d的次序依次简化.
• 并联系统中系统的可靠度Rs大于任一单元 的可靠度; • 组成系统的单元数越多，系统的可靠度越 高，但系统的造价也越高；
• 机械系统采用并联时，尺寸、重量、价 格都随并联数n成倍地增加。在动力装置、 安全装置、制动装置采用并联时，常取 n=2～3。
若单元可靠度服从指数分布：
Ri e
i t
系统可靠度：
RS (t ) 3R 2 2 R 3 3e 2t 2e 3t
平均无故障工作时间
表决系统可靠度计算实例：
有一架装有3台发动机的飞机，它至少需要 2台发动机正常才能飞行，设飞机发动机的平 均无故障工作时间MTBF=2000h，试估计工作 时间为10h和100h的飞机可靠度。 解：n=3,k=2
系统可靠性设计方法：归纳为两种类型 可靠性预测——按照已知零部件或各单 元的可靠性数据，计算系统的可靠性指标。 可靠性分配——按照已给定的系统可靠 性指标，对组成系统的单元进行可靠性分 配。并在设计方案中比较、优选。
四. 汽车系统可靠性分析 可靠性设计课件
显然： Rs m i1~in{nRi} 即串联系统的可靠度总是不大于系统中任何一个单元的可靠度。
另有观点认为，串联系统应是一种链式系统模型，即系统的可靠 性取决于其中最弱环节的可靠性，因此有：
s im 1~inn{i}
即串联系统的工作寿命总是等于系统中寿命最短的一个零件的寿命。
２、并联系统：系统中只要有一个零件正常，系统系便统分正析3 常，只有 在全部零件发生故障后，整个系统才不能工作。
图4—5后备系统逻辑图
相同条件下，各简单系统的可靠度大小顺序： 贮备系统>并联系统>n中取m表决系统>串联系统
6、复杂系统：在工程应用中，会遇到大量非串联、非并联的复杂系统， 如图所示的桥形网络是典型的复杂系统。
复杂系统可靠度的计算方法：条件概率法、割集与连集分析法、联络矩 阵法、布尔真值表法、卡诺图法、边值法。
在相同的条件下，串并联系统的可靠度大于并串联系统的可靠度。
例：
有三个单元组成的系统，单元的可靠度分别为：R1 ＝0.98, R2 ＝0.95, R3 ＝0.90,求系统的可靠度。
3
1
2
串并联系统
3
33子系统可靠度
2
Rs3(t)1 (1Ri(t)) i1
1(10.90)20.99
系统可靠度
R s(t)R 1(t)R 2(t)R s3(t)
最小割集：割集的最小子集合。根据最小割集中所包含的单元数，分为1阶 最小割集，2阶最小割集……等。
割集法原理：
找出系统中的每一个最小割集（最小割集中的每一个单元是并联的），将每 一个最小割集串联后，转化后的新系统与原系统等效，求该新系统的可靠度 即为原系统的可靠度。
系统最小割集的求取
可靠性设计课件
有限元法
3
有限元法
4
有限元法
5.有限元法最早以解决结构力学、弹性力学问题发展起来的，它的理论基础是 变分原理 。
6.
7．试列举有限元分析中常用单元类型（至少5种） •杆单元（梁单元）；平面单元；薄板（弯曲）单元 •多面体单元；等参数单元；轴对称单元
有限元法
8．有限元求解中，力学模型的简化需要注意哪些Hale Waihona Puke 题？5MPaZR
S 220 185 2.214
2
2 S
152 52
R (ZR ) 0.98655
可靠性设计
5.
6. 7.
可靠性设计
8.
可靠性设计
可靠性设计
9.
可靠性设计
10．常用的产品可靠性指标有哪些？ 平均寿命；寿命方差与标准差；可靠寿命、中位寿命与特征寿命；维修度；有效度。 11.若统计得到人的身高X～N(1650,602)mm，希望碰头的概率小于1%，试设计车门高度。
创新设计
10．设计的三个层面是什么? 答案： 设计哲学、设计理论与方法、应用 11．什么是正向参数？ 答案： 指这些参数变大时，使系统或子系统的性能变好。
有限元法
1.试简述等参元有什么特点。
等参单元内任一点的位移与节点位移之间的关系恰好和该点的坐标 与节点坐标之间的关系相同。
2. 试阐述虚位移原理和最小势能原理，并说明二者的等价性。
•判别实际结构是属于哪一种问题 •注意实际结构的对称性 •对实际结构建模时可以去除一些不必要的细节 •简化后的力学模型必须是静定或超静定结构
9．有限元工程分析中，为减小解题规模而采取的“周期性条件”是何含义？ 机械上有许多旋转件，其结构形状和所受载荷呈现周期性变化的特点，利用
控制系统的可靠性课件
方法 在产品上施加高于正常应力的条件，如高温、高湿、高电 压等，加速产品老化过程，观察产品性能变化；根据失效 数据，利用统计方法进行寿命预测和鉴定。
注意事项 选择合适的加速因子和试验条件，确保试验结果的准确性 和可靠性。
基于性能退化数据的可靠性评估方法
目的
利用性能退化数据，评估产品的可靠性水平，预测产品寿命。
失效率与平均寿命
失效率
单位时间内控制系统失效的概率，通常以每千小时失效率（失效率×1000）表 示。失效率越低，表示系统越可靠。
平均寿命
衡量控制系统从开始运行到第一次故障的平均时间。平均寿命越长，表示系统 越可靠。
维修性与可用性
维修性
衡量控制系统在发生故障后，进行维修的难易程度。维修性 越好，表示系统在故障后能够尽快恢复正常运行，从而提高 系统的可靠性。
可用性
衡量控制系统在需要使用时能够正常使用的概率。可用性越 高，表示系统在需要时越能够发挥作用，从而提高系统的可 靠性。通常通过计算系统的平均无故障时间（MTBF）和平均 修复时间（MTTR）来评估可用性。
03
控制系统可靠性分析方法
故障模式影响及危害性分析（FMECA）
定义
通过分析系统中每一组成单元潜 在的故障模式及其对系统的影响，
方法
收集产品在使用过程中性能退化的数据，如磨损、老化、失效等；利用统计方法和数学模型对数据进行处理和分析， 得出产品的可靠性指标和寿命预测结果。
注意事项 选择合适的性能退化指标和数据处理方法，确保评估结果的准确性和可靠性。
06
提高控制系统可靠性的措施和建议
优化设计方案，提高固有可靠性水平
01
02
确定初始事件、建立事件树、进行定性分析、进行定量分析、制定预防措施。
注意事项 选择合适的加速因子和试验条件，确保试验结果的准确性 和可靠性。
基于性能退化数据的可靠性评估方法
目的
利用性能退化数据，评估产品的可靠性水平，预测产品寿命。
失效率与平均寿命
失效率
单位时间内控制系统失效的概率，通常以每千小时失效率（失效率×1000）表 示。失效率越低，表示系统越可靠。
平均寿命
衡量控制系统从开始运行到第一次故障的平均时间。平均寿命越长，表示系统 越可靠。
维修性与可用性
维修性
衡量控制系统在发生故障后，进行维修的难易程度。维修性 越好，表示系统在故障后能够尽快恢复正常运行，从而提高 系统的可靠性。
可用性
衡量控制系统在需要使用时能够正常使用的概率。可用性越 高，表示系统在需要时越能够发挥作用，从而提高系统的可 靠性。通常通过计算系统的平均无故障时间（MTBF）和平均 修复时间（MTTR）来评估可用性。
03
控制系统可靠性分析方法
故障模式影响及危害性分析（FMECA）
定义
通过分析系统中每一组成单元潜 在的故障模式及其对系统的影响，
方法
收集产品在使用过程中性能退化的数据，如磨损、老化、失效等；利用统计方法和数学模型对数据进行处理和分析， 得出产品的可靠性指标和寿命预测结果。
注意事项 选择合适的性能退化指标和数据处理方法，确保评估结果的准确性和可靠性。
06
提高控制系统可靠性的措施和建议
优化设计方案，提高固有可靠性水平
01
02
确定初始事件、建立事件树、进行定性分析、进行定量分析、制定预防措施。
软件可靠性设计及分析ppt课件
软件避错设计 • 慎重使用容易引入缺陷的结构和技术
– 浮点数 – 指针 – 动态内存分配 – 并行 – 递归 – 中断 – 继承 – 别名 – 默认输入的处理
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
软件查错设计
数据采集的多路冗余设计
关键数据的采集可采用多路冗余设计，即可以从 多个通讯口对同一数据进行采集，通过表决进行有 效数据的裁决。通常多采用奇数路的冗余设计，如3 路、5路等。
(1)开关量的裁决可采用多数票的裁决，如3取2、 5取3等。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
看门狗的设计
看门狗技术是控制运行时间的一种有效方法。看门狗实际上是
一种计时装置，当计时启动后看门狗在累计时间，当累计时间到了
规定值时触发到时中断（即狗叫），看门狗在不需要时可以关闭。
快查明，以限制错误的损害并降低排错的 难度。
• 负效应
– 所设置的“接收判据”不可能与预期的正
确结果完全吻合，导致错判 或漏判；
– 软件增加了冗余可能降低可靠性
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
被动式错误检测的实施方法
当然这必须与避免潜在的死循环的设计准则联合使用。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
握手标志置不上的可能
可靠的设计方法
– 浮点数 – 指针 – 动态内存分配 – 并行 – 递归 – 中断 – 继承 – 别名 – 默认输入的处理
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
软件查错设计
数据采集的多路冗余设计
关键数据的采集可采用多路冗余设计，即可以从 多个通讯口对同一数据进行采集，通过表决进行有 效数据的裁决。通常多采用奇数路的冗余设计，如3 路、5路等。
(1)开关量的裁决可采用多数票的裁决，如3取2、 5取3等。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
看门狗的设计
看门狗技术是控制运行时间的一种有效方法。看门狗实际上是
一种计时装置，当计时启动后看门狗在累计时间，当累计时间到了
规定值时触发到时中断（即狗叫），看门狗在不需要时可以关闭。
快查明，以限制错误的损害并降低排错的 难度。
• 负效应
– 所设置的“接收判据”不可能与预期的正
确结果完全吻合，导致错判 或漏判；
– 软件增加了冗余可能降低可靠性
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
被动式错误检测的实施方法
当然这必须与避免潜在的死循环的设计准则联合使用。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
握手标志置不上的可能
可靠的设计方法
可靠性设计ppt课件
一般当N足够大 R(t) NNf (t) N
因为０≤Ｎf (t)≤Ｎ，故０≤Ｒ(t)≤１
现代设计方法
2）不可靠度(Faulty)
不可靠度或失效概率；指在规定的条件下和规 定的时间内，产品功能失效的概率。 产品的失效概率也是时间的函数，用F(t)表示 ，称为失效概率函数。
显然
现代设计方法
R(t)P(t) F (t) ( t) 1 R (t)
f(t)
f(t)dF (t)dR (t)
dt
dt
f(t)
失效概率
F(t)
t
f (t)dt
0
F(ta)
R(ta)
0
ta
t
可靠度 R(t)1F(t) f(t)dt t
图1-3 f(t)与F(t)
现代设计方法
4）失效率（故障率）
• 工作到时刻 t尚未失效的产品，在这t 时刻后，在单
现代设计方法
可 靠 性 设 计（1）
Reliability Design ——可靠性概述
大学CAD中心
现代设计方法
本讲主要内容
可靠性基本概念和特点 可靠性设计的常用指标 可靠性设计常用分布函数
现代设计方法
1.可靠性设计的概念与特点
• 什么是可靠性？
• 可靠性的由来
1952年，美国国防部成立了“电子设备可靠性咨询小组（AGREE）” ，1957年发表了著名的“军用电子设备的可靠性”报告，提出了在生 产、试制过程中产品可靠性指标进行试验、验证和鉴定的方法，以及包 装、储存、运输过程中的可靠性问题及要求。这份报告被公认是电子产 品可靠性工作的奠基性文件。至此，可靠性理论的研究开始起步，并逐 渐在世界范围内展开，可靠性工程开始形成一门独立的工程学科。
因为０≤Ｎf (t)≤Ｎ，故０≤Ｒ(t)≤１
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2）不可靠度(Faulty)
不可靠度或失效概率；指在规定的条件下和规 定的时间内，产品功能失效的概率。 产品的失效概率也是时间的函数，用F(t)表示 ，称为失效概率函数。
显然
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R(t)P(t) F (t) ( t) 1 R (t)
f(t)
f(t)dF (t)dR (t)
dt
dt
f(t)
失效概率
F(t)
t
f (t)dt
0
F(ta)
R(ta)
0
ta
t
可靠度 R(t)1F(t) f(t)dt t
图1-3 f(t)与F(t)
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4）失效率（故障率）
• 工作到时刻 t尚未失效的产品，在这t 时刻后，在单
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可 靠 性 设 计（1）
Reliability Design ——可靠性概述
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可靠性基本概念和特点 可靠性设计的常用指标 可靠性设计常用分布函数
现代设计方法
1.可靠性设计的概念与特点
• 什么是可靠性？
• 可靠性的由来
1952年，美国国防部成立了“电子设备可靠性咨询小组（AGREE）” ，1957年发表了著名的“军用电子设备的可靠性”报告，提出了在生 产、试制过程中产品可靠性指标进行试验、验证和鉴定的方法，以及包 装、储存、运输过程中的可靠性问题及要求。这份报告被公认是电子产 品可靠性工作的奠基性文件。至此，可靠性理论的研究开始起步，并逐 渐在世界范围内展开，可靠性工程开始形成一门独立的工程学科。
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。如果
各个单元的失效互相独立，根据概率乘法定理，则由n个单元组成的并
联系统的失F效s 概(1率 可R1)按(1 下R式2 ) 计(1算 Rn
)
n
(1
Ri
)
i 1
所以并联系统的可靠度为
n
Rs 1 Fs 1 (1 Ri ) i 1
（4-7）
当 R1 R2 Rn R
时，则有
Rs 1 (1 R)n
图4-5 串联系统逻辑图
设各单元的可靠度分别为R1, R2, , Rn ，如果各单元的失效互相独
立，则由n个单元组成的串联系统的可靠度，可根据概率乘法定理按下
式计算 或写成
Rs R1R2
n
Rn Ri i 1
n
Rs (t) R1(t)R2 (t) Rn (t) Ri (t) i 1
（4-3）
4.2系统可靠性模型或预测
可靠性预测是一种预报方法，它是从所得的失效率数据预报一个 元件、部件、子系统或系统实际可能达到的可靠度，即预报这些元件 或系统等在特定的应用中完成规定功能的概率。
可靠性预测的目的： (1) 协调设计参数及指标，提高产品的可靠性； (2) 对比设计方案，以选择最佳系统； (3) 预示薄弱环节，以采取改进措施。
R 3456 [1 (1 R34 )(1 R56 )] R 78 [1 (1 R7 )(1 R8 )]
(3)最后得到一个等效串联系统 S 18 ，如图 (c)所示，该系统的可
靠度 为R s
Rs R1 R2 R3456 R78 R1R2[1 (1 R34 )(1 R56 )][1 (1 R7 )(1 R8)]
系统可靠性设计的内容可分为两方面： 1）按已知零部件的可靠性数据，计算系统的可靠性指标。 2）按规定的系统可靠性指标，对各组成零部件进行可靠性分配。 这两方面工作简称作：
■ 系统的可靠性预测 ■ 系统的可靠性分配
系统可靠性设计的目的：
就是要使系统在满足规定的可靠性指标、完成预定功能的前提 下，使系统的技术性能、重量指标、制造成本、寿命等各方面取得 协调，并求得最佳的设计方案；或是在性能、重量、成本、寿命和 其它要求的约束下，设计出最佳的可靠性系统 。
可靠性预测是可靠性设计的重要内容之一，它包括： ➢ 元件可靠性预测 ➢ 系统可靠性预测
元件可靠性预测
基于大多数产品的可靠性预测都是采用指数分布，则元件（零件） 的可靠度预测值为
Ri (t) eit
在完成了元件（零部件）的可靠性预测工作后，就可以进行系统 可靠性预测。
系统可靠性预测
系统（或称设备）的可靠性是与组成系统的单元（零部件）数量、 单元的可靠度以及单元之间的相互功能关系和组合方式有关。
2. 并联系统的可靠性
如果组成系统的所有元件中只要一个元件不失效，整个系统就 不会失效，则称这一系统为并联系统，或称工作冗余系统。
其逻辑图见图4-6。
图4-6 并联系统逻辑图
设各单元的可靠度分别为R 1, R2, , R n
，则各单元的
失效(1概R率1),分(1别R2为), , (1 R n )
4. 工作储备系统——表决系统的可靠 性
如果组成系统的n个元件中，只要有k个（1≤k≤n）元件不失效， 系统就不会失效，则称该系统称为n 中取k 表决系统，或称 k/n系统。
在机械系统中，通常只用3中取2表决系统，即2/3系统，其逻辑 图见图4-8。
A1
A2
D
A3
图4-8
2/3表决系统逻辑图
2/3系统要求失效的元件不多于1个，因此有4种成功的工作情况， 即没有元件失效、只有元件1失效（支路③通）、只有元件2失效（支路 ②通）和只有元件3失效（支路①通）。
在数学模型法中，主要有：
➢ 串联系统的可靠性预测 ➢ 并联系统的可靠性预测 ➢ 贮备系统的可靠性预测 ➢ 表决系统的可靠性预测 ➢ 串并联系统的可靠性预测
1. 串联系统的可靠性
如果组成系统的所有元件中有任何一个元件失效就会导致系统失效， 则这种系统称为串联系统。串联系统的逻辑图如 图4-5 所示。
若各单元的可靠度分别为 R1, R2 , R3，则根据概率乘法定理和加法定 理，2/3系统的可靠度为
由于 0 Ri (t) 1，所以 Rs (t随) 单元数量的增加和单元可靠度的减小 而降低，则串联系统的可靠度总是小于系统中任一单元的可靠度。
因此，简化设计和尽可能减少系统的零件数，将有助于提高串联 系统的可靠性。
在机械系统可靠性分析中，例如齿轮减速器可视为一个串联系统， 因为齿轮减速器是由齿轮、轴、键、轴承、箱体、螺栓、螺母等零件 组成，从功能关系来看，它们中的任何一个零件失效，都会使减速器 不能正常工作，因此，它们的逻辑图是串联的，即在齿轮减速器分析 时，可将它视作一个串联系统。
（4-8）
由此可知，并联系统的可靠度 Rs 随单元数量的增加和单元可靠度 的增加而增加。
在提高单元的可靠度受到限制的情况下，采用并联系统可以提高
系统的可靠度。
3. 串并联系统的可靠性
串并联系统是一种串联系统和并联系统组合起来的系统。
图 (a)所示为一串并
联系统，共由8个元件串、
并联组成，若设各元件的
(a)
可靠度分别为：
R1, R 2, , R 8
则对于这种系统的可
(b)
靠度计算，其处理办法如
下：
(c)
图 一串并联系统及其简化
(1)先求出串联元件3、4和5、6两个子系统 分别为：
R34 R3 R4
R56 R5 R6
S3、4 S56的可靠度
(2)求出S34和 S56以及并联元件7、8子系统 S78的可靠度分别为：
第4章 系统可靠性设计
4.1概述 4.2系统可靠性模型及预测 4.3系统可靠性分配 4.5系统可靠性设计方法
4.1 系统可靠性设计概述
进行系统可靠性设计，这里所谓的系统是指由零件、部件、子系 统所组成，并能完成某一特定功能的整体。
系统的可靠性不仅取决于组成系统零、部件的可靠性，而且也取 决于各组成零部件的相互组合方式。
系统的可靠性预测方法有多种，最常用的预测方法如下：
● 数学模型法 ● 布尔真值表法
在可靠性工程中， 常用结构图表示系统中各元件的结构装配关系； 而用逻辑图表示系统各元件的功能关系。
逻辑图包含一系列方框，每个方框代表系统的一个元件，方框之 间用短线连接起来，表示各元件功能之间的关系，亦称可靠性框图。