【精品课件】系统可靠性模型建立
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产品可以指任何层次，也可视为系统或单 元。
描述系统的模型
原理图
反映了系统及其组成单元之间的物理上的连接 与组合关系。
功能框图、功能流程图
反映了系统及其组成单元之间的功能关系。
系统的原理图、功能框图和功能流程图是 建立系统可靠性模型的基础。 可靠性模型描述了系统及其组成单元之间 的故障逻辑关系。
可靠性模型概念
F/A-18基本可靠性模型
发动机 1
通用液 压系统
发动机 2
燃油系 统
右 发电机
左 发电机
应急燃 油系统
液压泵 1
电力分 配网
环境控 制系统
液压泵 2
液压飞 控系统
应急电 力系统
超高频 通信
备用手 动系统
甚高频 通信
雷达
武器控 制系统
武器
塔康 系统
惯性 导航
源自文库
备用
大气数
固定
罗盘
据系统
增稳
机体
起落架
自检
固定 增稳
雷达
武器控 制系统
机体
起落架
图3-5 F/A-18任务可靠性框图
可靠性逻辑关系
K1
K2 双开关系统原理图
K1 K1 K2
K2
(a) 电路导通
(b)电路断开
双开关系统可靠性框图
建立任务可靠性模型的步骤
建模步骤
①确定任务和功能
②确定工作模式
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
RBD和原理图的关系
原理图表示系统中各部分之间的物理关系， 而RBD表示系统中各部分之间的功能关系， 即用简明扼要的直观方法表现能使系统完 成任务的各种串—并—旁联方框的组合。 虽然根据原理图也可以绘制出可靠性逻辑 图，但并不能将它们二者等同起来。
RBD和原理图的关系
建立RBD时绝不能从结构和原理上判定系 统类型，而应从功能上研究系统类型。
可靠性框图
系统可靠性（方）框图(Reliability Block Diagrams，简写RBD）
方框：产品或功能 逻辑关系：功能布局 连线：系统功能流程的方向
无向的连线意味着是双向的。
节点（节点可以在需要时才加以标注）
输入节点：系统功能流程的起点 输出节点：系统功能流程的终点 中间节点
可靠性模型示例
用以估计产品在执行任务过程中完成规定功能 的概率（在规定任务剖面中完成规定任务功能 的能力），描述完成任务过程中产品各单元的 预定作用，用以度量工作有效性的一种可靠性 模型。
系统中储备单元越多，则其任务可靠性越高。
注意事项
模型描述的是各单元之间的可靠性逻辑关系。
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。
建立系统可靠性模型的目的和用途在于定 量分配、估算和评估系统的可靠性。 根据系统特点，有多种可靠性建模方法 :
可靠性框图 网络可靠性模型 故障树模型 事件树模型 马尔可夫模型 Petri网模型 GO图模型
可靠性模型概念
可靠性模型建立于系统可靠性（方）框图，即为 预计或估算产品的可靠性所建立的可靠性方框图 和数学模型，也称可靠性逻辑框图及其数学模型。 了解系统中各个部分(或单元)的功能和它们相互 之间的联系以及对整个系统的作用和影响对建立 系统的可靠性数学模型、完成系统的可靠性设计、 分配和预测都具有重要意义。借助于可靠性框图 可以精确地表示出各个功能单元在系统中的作用 和相互之间的关系。
可靠性框图
（收音机）1
1
1
2
天线
2 高频 放大
3
3
4
混频
4 振荡
5
5 中频 放大
6
2
6
7
检波
7 低频 放大
8
8 放音
9
9 电源
10
3
图3-2 收音机可靠性框图
1
2
3
4
4
可靠性（闭a数合）故学提障前模型
(b)不能 闭合故障
n
模式
n
Rs(t)
模n式
Ri(t) eit
it ei1
图 3-35行 程 开 关i1可 靠 性 框i图1
5. 建模实例：某卫星过渡轨道、同步及准
同步轨道任务可靠性
6. 系统任务可靠性建模的注意事项
1. 可靠性模型概述
系统、单元和产品
系统
系统是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”
可靠性设计—— II.系统可靠性模型建立
内容提要-1
1. 可靠性模型概述
1.1 术语及定义 1.2 基本可靠性模型－任务可靠性模型 1.3 建模的程序
2. 系统功能分析 3. 典型的可靠性模型
内容提要-2
4. 不可修系统可靠性模型
4.1 虚单元 4.2 不含桥联的复杂系统任务可靠性模型 4.3 含桥联的复杂系统任务可靠性模型
⑥确定寿命剖面及任务剖面
⑦明确建模任务并确定限制条件 2.建立可靠 ⑧建立系统可靠性框图
性框图 ⑨确定未列入模型的单元
图3-4 F/A-18基本可靠性框图
F/A-18任务可靠性模型
发动机 1
发动机 2 右 发电机 左 发电机
武器
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
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
塔康 系统
惯性
导航
备用
罗盘
大气数 据系统
下图所示的流体系统，从结构上看是由管道及 其上安装的两个阀门串联组成。为确定系统类 型，一定要分析系统的功能及其失效模式。
2个串联阀系统示意图
RBD和原理图的关系
第一种情况，若单元1，2功能是相互独立的，只有每个 单元都实现自己的功能（开启），系统才能实现液体流 通的功能，若其中有一个单元功能失效，则系统功能就 失效，液体就被截流。 第二种情况，单元1，2功能至少有一个功能正常，系统 就能实现截流功能。只有当所有的单元功能都失效，系 统功能才失效。
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。
全串联模型，即使存在冗余单元，都按串联处理。 故储备单元越多，系统的基本可靠性（无故障持续 时间和概率）越低。 度量使用费用。任一单元发生故障，都会引起维修 和保障要求。
任务可靠性模型
任务可靠性模型
描述系统的模型
原理图
反映了系统及其组成单元之间的物理上的连接 与组合关系。
功能框图、功能流程图
反映了系统及其组成单元之间的功能关系。
系统的原理图、功能框图和功能流程图是 建立系统可靠性模型的基础。 可靠性模型描述了系统及其组成单元之间 的故障逻辑关系。
可靠性模型概念
F/A-18基本可靠性模型
发动机 1
通用液 压系统
发动机 2
燃油系 统
右 发电机
左 发电机
应急燃 油系统
液压泵 1
电力分 配网
环境控 制系统
液压泵 2
液压飞 控系统
应急电 力系统
超高频 通信
备用手 动系统
甚高频 通信
雷达
武器控 制系统
武器
塔康 系统
惯性 导航
源自文库
备用
大气数
固定
罗盘
据系统
增稳
机体
起落架
自检
固定 增稳
雷达
武器控 制系统
机体
起落架
图3-5 F/A-18任务可靠性框图
可靠性逻辑关系
K1
K2 双开关系统原理图
K1 K1 K2
K2
(a) 电路导通
(b)电路断开
双开关系统可靠性框图
建立任务可靠性模型的步骤
建模步骤
①确定任务和功能
②确定工作模式
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
RBD和原理图的关系
原理图表示系统中各部分之间的物理关系， 而RBD表示系统中各部分之间的功能关系， 即用简明扼要的直观方法表现能使系统完 成任务的各种串—并—旁联方框的组合。 虽然根据原理图也可以绘制出可靠性逻辑 图，但并不能将它们二者等同起来。
RBD和原理图的关系
建立RBD时绝不能从结构和原理上判定系 统类型，而应从功能上研究系统类型。
可靠性框图
系统可靠性（方）框图(Reliability Block Diagrams，简写RBD）
方框：产品或功能 逻辑关系：功能布局 连线：系统功能流程的方向
无向的连线意味着是双向的。
节点（节点可以在需要时才加以标注）
输入节点：系统功能流程的起点 输出节点：系统功能流程的终点 中间节点
可靠性模型示例
用以估计产品在执行任务过程中完成规定功能 的概率（在规定任务剖面中完成规定任务功能 的能力），描述完成任务过程中产品各单元的 预定作用，用以度量工作有效性的一种可靠性 模型。
系统中储备单元越多，则其任务可靠性越高。
注意事项
模型描述的是各单元之间的可靠性逻辑关系。
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。
建立系统可靠性模型的目的和用途在于定 量分配、估算和评估系统的可靠性。 根据系统特点，有多种可靠性建模方法 :
可靠性框图 网络可靠性模型 故障树模型 事件树模型 马尔可夫模型 Petri网模型 GO图模型
可靠性模型概念
可靠性模型建立于系统可靠性（方）框图，即为 预计或估算产品的可靠性所建立的可靠性方框图 和数学模型，也称可靠性逻辑框图及其数学模型。 了解系统中各个部分(或单元)的功能和它们相互 之间的联系以及对整个系统的作用和影响对建立 系统的可靠性数学模型、完成系统的可靠性设计、 分配和预测都具有重要意义。借助于可靠性框图 可以精确地表示出各个功能单元在系统中的作用 和相互之间的关系。
可靠性框图
（收音机）1
1
1
2
天线
2 高频 放大
3
3
4
混频
4 振荡
5
5 中频 放大
6
2
6
7
检波
7 低频 放大
8
8 放音
9
9 电源
10
3
图3-2 收音机可靠性框图
1
2
3
4
4
可靠性（闭a数合）故学提障前模型
(b)不能 闭合故障
n
模式
n
Rs(t)
模n式
Ri(t) eit
it ei1
图 3-35行 程 开 关i1可 靠 性 框i图1
5. 建模实例：某卫星过渡轨道、同步及准
同步轨道任务可靠性
6. 系统任务可靠性建模的注意事项
1. 可靠性模型概述
系统、单元和产品
系统
系统是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”
可靠性设计—— II.系统可靠性模型建立
内容提要-1
1. 可靠性模型概述
1.1 术语及定义 1.2 基本可靠性模型－任务可靠性模型 1.3 建模的程序
2. 系统功能分析 3. 典型的可靠性模型
内容提要-2
4. 不可修系统可靠性模型
4.1 虚单元 4.2 不含桥联的复杂系统任务可靠性模型 4.3 含桥联的复杂系统任务可靠性模型
⑥确定寿命剖面及任务剖面
⑦明确建模任务并确定限制条件 2.建立可靠 ⑧建立系统可靠性框图
性框图 ⑨确定未列入模型的单元
图3-4 F/A-18基本可靠性框图
F/A-18任务可靠性模型
发动机 1
发动机 2 右 发电机 左 发电机
武器
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
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
塔康 系统
惯性
导航
备用
罗盘
大气数 据系统
下图所示的流体系统，从结构上看是由管道及 其上安装的两个阀门串联组成。为确定系统类 型，一定要分析系统的功能及其失效模式。
2个串联阀系统示意图
RBD和原理图的关系
第一种情况，若单元1，2功能是相互独立的，只有每个 单元都实现自己的功能（开启），系统才能实现液体流 通的功能，若其中有一个单元功能失效，则系统功能就 失效，液体就被截流。 第二种情况，单元1，2功能至少有一个功能正常，系统 就能实现截流功能。只有当所有的单元功能都失效，系 统功能才失效。
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。
全串联模型，即使存在冗余单元，都按串联处理。 故储备单元越多，系统的基本可靠性（无故障持续 时间和概率）越低。 度量使用费用。任一单元发生故障，都会引起维修 和保障要求。
任务可靠性模型
任务可靠性模型