系统可靠性仿真

图10-6 在模板中创建的每个部件的块
• 到现在可以通过把模板中的块拖到RBD图 纸上来创建一个RBD图。方法是在模板中 选择相应的部件，然后按住鼠标左键向 RBD图纸方向拖动，最后在你想放置的位 置释放鼠标左键，这时就会有一个模板中 相应部件的副本出现在图纸上。放置的结 果如图10-7所示。
• 接下来按表10-2设置各个部件的失效分布 及其各自的参数属性。选中要设置属性的 部件，双击鼠标左键或通过右键快捷菜单 打开“Block Properties”对话框。对于 Starting Block部件只是作为起始点，在块 属性对话框中的【Reliability】标签页中使 【Block Can Fail】选项处于非选中状态， 不参与可靠性计算。其他部件需选中该选 项，然后设置其分布类型及相应的参数。 修改块的名字可在【General】标签中进行。 硬盘1的属性设置如图10-8所示。
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第十章 系统可靠性仿真
第一节 概述 第二节 BlockSim软件使用介绍 习题
第一节 概述
一、 可靠性仿真基本方法及步骤 （1）建立可靠性数据库(RDBF)。 （2）构造故障树(FTA)。 （3）建立可靠性模型。 （4）建立可靠性仿真模型。 （5）编制仿真程序。 （6）可靠性仿真试验。 （7）可靠性仿真结果分析与评定。
0.999
Easy
威布 尔
0.999
Hard
完成如下内容： （1）创建一个可靠性框图（RBD）； （2）计算系统运行到730天的系统可靠度； （3）基于可靠性框图进行“What-If”可靠度 计算。如果Hard Drive1被移除，计算系统 运行到730天时的可靠度； （4）给出达到系统整体可靠度0.98的各部件 可靠度优化分配方案； （5）基于给定的维修性参数进行系统的有 效度和维修度仿真。
二、 BlockSim 6软件界面介绍 1．BlockSim 6软件的启动 在Windows环境下，点击【开始】菜单— 【Reliasoft Office】—【BlockSim 6】— 【BlockSim 6】即可启动系统主界面。默认情 况下主界面前方同时出现一个对话框，如图10-1 所示。这个对话框提供了两种开始工作的方式， 一个是创建一个新工程，另一个是打开已存在的 工程。最近曾经创建和使用的工程显示在该对话 框的列表框中，可以通过双击鼠标打开对应的工 程。如果工程不在列表中，可以点击【Open an Existing Project】按钮通过常规打开对话框定 位相应的工程文件来启动一个已有的工程。
（3）模型验证。将仿真试验结果与真实试 验结果相对比，对可靠性仿真模型作部分 修改，逐步完善模型。 （4）模型确认。用经过验证后的仿真模型 进行仿真试验，并将仿真试验结果与有关 的试验数据进行对比分析，在此基础上可 邀请各方面专家对仿真模型予以确认。
四、 可靠性仿真前景 1． 可靠性仿真的特点 （1）能提高系统可靠性。可靠性仿真能够 处理各种可靠性问题，并且较全面地激发 系统故障和失效，以便找出影响可靠性的 薄弱环节。 （2）节省可靠性投入。
图10-9 连接后的可靠性框图
• 这时用户便可以基于这个分析来绘制相应 的图形。点选控制面板中该区域的 【Analytical Plot】按钮或【Tools】菜单 中的对应菜单项。默认情况下，绘制的是 不可靠度与时间图形，如图10-10所示。可 以通过选择图形右边控制面板中【Plot Type】下拉列表框选择希望看到的相应图 形。这时如果要回到RBD图形状态，可以 通过单击该项面下的标签【Diagram】实 现。
图10-5 Block Style对话框
• 依照上述方法，分别在模板中创建了硬盘 块（Hard Drive）、电路板块（Circuit Board）以及一个开始块（Starting Block），如图10-6所示。因为对于一个 RBD图必须有一个起点和一个终点，这个 开始块只是作为一个起始标志，其不具有 失效特性。
• 双击Hard Drive1部件块打开块属性对话框。 选择【Other】标签页进行可靠性分配设置。 选择【Block to be used in optimized allocation】选项，对该部件可靠度进行优 化，并设置【Max Achievable Reliability】 为0.999，这个设置表明该部件经过努力可 达到最高可靠度。然后拖动【System Pre-Defined-Feasibility】中的滑块到 “Moderate”，表明对于提高该部件可靠 度处于中等难度。设置结果如图10-12所示。
图10-7 部件布置结果
图10-8 Hard Drive1块的属性设置
• 现在连接四个部件来呈现该系统的功能关 系。点选工具栏中的【Join Blocks】按钮， 当鼠标移动图纸区域时，光标变成了十成 形状，依次连接Starting Block到Hard Drive1，Starting到Hard Drive2，Hard Drive1到Circuit Board，Hard Drive2到 Circuit Board。然后在图纸区域任意地方 右击鼠标右键，光标恢复点选【Join Blocks】之前的形状。连接后如图10-9所 示。
表10-2 部件可靠性和优化特性 部件 失效 分布 参数 最大可达可 靠度 提高可靠度 的难度
硬盘1 Hard drive1
威布 尔
Beta=2.5 Eta=3000天 Gamma=0
0.999
Moderate
硬盘2 Hard Drive2 电路板 Circuit Board
指数
Mean Time=10000 Gamma=0 Beta=1.5 Eta=5000天 Gamma=0
图10-10 不可靠度与时间图形
（2）计算系统运行到730天的系统可靠度 选择控制面板中的【Analytical QCP】按 钮或【Tools】菜单中对应菜单项。快速计 算薄QCP对话框将被打开。QCP中包含两 个标签页，常规页【general】和优化页 【Optimization】。在常规页中选择【Std. Probability Calculations】来计算系统的 可靠度。在任务结束时间【Mission End Time】中输入730，然后点选【Calculate】 按钮，这时在结果一栏中将出现如图10-11 所示的结果，系统可靠度为0.9438。
Байду номын сангаас
（3）逻辑图法。 利用逻辑图根据可靠性框 图建立可靠性数学模型。这种方法比普通 概率法麻烦，但它是布尔真值表法的简化 方法，通过各项合并来简化任务可靠度公 式。
（4）蒙特卡洛模拟法。 利用随机抽样方法 根据可靠性框图进行可靠性预计。
三、 建立可靠性仿真模型 为确保可靠性仿真结构与实际产品试验结 果接近，在建立可靠性仿真模型之后，要 进行如下工作： （1）模型校验。主要验证仿真模型与理论 模型是否相符合。 （2）程序校验。在计算机上运行可靠性仿 真程序，通过试验等手段对程序进行测试。
• 首先选择模板使其处于激活状态（即为当 前窗口）， • 然后单击工具栏中的【Add New Block】 或【Template】菜单中的【Add Block】 菜单项，在模板中创建一个块。对于块的 外观、名称、颜色、尺寸、字体及文字等 都可以通过选定该块然后单击鼠标右键， 在其快捷菜单中点选【Block Style】选项 打开“块类型”对话框进行设置。 • 如图10-5所示。每个块的表面可以象工具 栏中按钮一样在其表面附着一个有意义的 gif图片使其更直观。
图10-11 QCP对话框
（3）基于可靠性框图进行“What-If”可靠度 计算。如果Hard drive1被移除，计算系统 运行到730天时的可靠度； （4）给出达到系统整体可靠度0.98的各部件 可靠度优化分配方案 BlockSim也提供了进行可靠性分配优化功 能，通过提高个别部件的可靠性达到系统 的可靠性目标。
（5）通用性好。可靠性仿真过程中建立的 数据库、可靠性仿真模型、计算机系统(包 括硬件和软件)通过局部修改、调整，可以 应用到不同型号的可靠性研究中，更有利 于可靠性工作的开展。
2． 可靠性仿真应用前景 可靠性仿真应用于电子、机械等可靠研究，对提 高产品可靠性起到了明显的效果，它还具有经济 性好、应用范围广、通用性好、难度小、直观、 保密等优点，对仿真计算机的要求也不高。因此， 我们有理由相信，可靠性仿真作为仿真技术在可 靠性领域的研究成果，作为一种全新的、有效的 可靠性研究方法，它必将在有关产品研制生产的 可靠性工程中取得更广泛的应用和更好的效果。 随着可靠性分析及仿真软件的逐渐成熟，许多可 靠性仿真工作可以借助于软件实现，大大减少了 程式化的工作。
第二节 BlockSim软件使用介绍
一、 BlockSim 6软件简介 BlockSim 6利用可靠性框图(RBD)对系统 进行分析，能够从分立组件的数据中获得 整个系统的可靠性精确结果。该软件运用 精确代数方法进行可靠性计算和适宜的可 靠性配置，提供复杂离散事件的仿真引擎， 能够对系统的可靠性、可维修性、可用性、 生产能力、寿命周期成本进行分析。
2．系统界面元素介绍 系统界面如图10-4所示。
菜单栏 工具条
工程浏览器 处于工作 区内 RBD作 图区
模板 模板标签 状态条
图10-4 系统界面元素介绍
三、 基于RBD图进行可靠性分析与仿真 例10-1 一个计算机由两个硬盘和一块电路板 三个部件组成。两个硬盘在系统中并联。 • 每个部件的可靠性和优化特性如表10-2所 示。
（3）提高可靠性分析的精度。对于导弹等 复杂的武器系统，它的寿命分布类型较多， 用一般的解析方法估计其可靠性参数值， 常与实际值有较大的差距，引起整个系统 可靠性分析的误差，而可靠性仿真则要准 确可靠得多。
（4）应用范围广。传统分析方法一般只能 处理具有指数分布类型的系统或设备，如 果加上正态分布、对数正态分布和威布尔 分布以及其它复杂的分布类型，解析方法 就无法解决。
图10-2 新建工程对话框向导第一步
• 对此可以选择【Finish】按钮结束创建新工 程工作。当然可以选择【Next】按钮进入 第三步，然后再选择【Finish】按钮结束创 建新工程工作，第三步通常给用户提供一 个创建新工程的报告。这时系统将创建一 个用户定制的新工程。
图10-3 新建工程对话框向导第二步
操作步骤如下： （1）创建一个可靠性框图（RBD） 在系统启动状态下，也可以通过点击 【New】按钮或者选择【File】菜单中 【New】菜单项启动创建新工程向导对话 框。如事先已打开了一个工程，并对其内 容进行了修改，系统会提示你是否保存， 按需要进行相关操作便可。对于本例，请 依次在向导中选择Blank Project、A New Blank Diagram、A New Blank Template 选项完成新工程创建，进入系统主界面。
图10-1 系统启动主界面
如点击【Create a New Project】按钮则启动创 建新工程向导对话框，如图10-2所示。该对话框 通过交互方式帮助用户创建一个新工程，通常需 要经历三步。
新建工程对话框向导第一步提供了三种方式来创 建一个新工程，分别为基于一个已存在的基本工 程进行创建；基于一个已存在工程的部分内容进 行创建；创建一个空工程。（以空工程为例）选 择相应的需要点击【Next】进入第二步，对话框 如图10-3所示。在这个界面下，用户可以对新建 工程中将使用的内容进行选择。“A new blank diagram”创建一个空图纸，“A new blank fault tree”创建一个空图纸；“A new blank template”创建一个空模板。
二、可靠性建模方法 （1）普通概率法。 利用普通的概率关系式， 根据产品的可靠性框图建立可靠性数学模 型。这种方法可用于单功能和多功能的系 统。
（2）布尔真值表法。 利用布尔代数法，根 据产品可靠性框图建立可靠性数学模型。 这种方法比普通概率法麻烦，但在熟悉布 尔代数的情况下，这种方法还是有用的。