系统可靠性理论与威布尔分布PPT
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20
1.5 可靠性设计
(1) 问题识别：获取改进可靠性的机会。工具：维修数据 分析、用户意见分析、可靠性试验、可靠性分析等。 (2) 失效分析。认识失效机理和发现改进措施。工具： FMECA，FTA等。 (3) 寿命周期费用和保修费用分析。 (4) 比较研究（Trade-off studies），可靠性优化，费 用—效益分析。 (5) 可靠性目标确定。工具：QFD等。 (6) 可靠性优化分配。
模拟分析可以克服
解析法的缺点，完成复
杂系统的可靠性分析。
其原理：基于the Monte
Carlo simulation method,
根据每个单元的失效分
布产生随机失效时间，
模拟系统的工作状态，
然后对系统可靠度作经
验估计。
19
1.5 可靠性设计
在产品开发阶段要尽 早考虑和构造可靠性。
将可靠性和性能一样 设计到产品中去。
2. the Event Space Method.
3. the Path-Tracing Method.
图9 可靠性复杂系统模型示例
16
1.3 单元重要度
分析单元重要度，可以找出系统的薄弱环节。 单元i的概率结构重要度： 关键重要度 FV重要度 BP重要度
17
1.4 系统可靠性分析
系统可靠性评估的第一 步是获取数据（寿命或 成功次数等），估计单 元的可靠性水平。
单元可靠性估计的流程
8
1.2 系统可靠性模型
(1) 串联系统 (2) 并联系统 (3) k/n表决系统 (4) 串并联混合系统 (5) 储备系统 (6)复杂系统
9
可靠性Leabharlann Baidu联系统
系统可靠度为
可靠性串联系统中，可 靠性最差的单元对系统 的可靠性影响最大。
21
1.6 可靠性分配和可靠性优化
有两个方法改进系统的
可靠性：故障避免和 故障容错。
避免故障，要求使用高 质量和高可靠性的元件， 通常比故障容错方法的 成本低些。而故障容错， 需要冗余，导致设计难 度加大，成本、重量、 体积等增加。
典型的可靠性增长曲线
22
1.6 可靠性分配和可靠性优化
优化前需要明确规定： a) 成本函数
6
可靠性方块图 (RBDs—Reliability Block Diagrams)
可靠性方块图 是系统单元及其可靠 性意义下连接关系的 图形表达, 表示单元 的正常或失效状态对 系统状态的影响。在 一些情况下，它不同 于结构连接图。
计算机的简化可靠性方块图
7
可靠性方块
一个方块可以代表零件 （元件）、部件、子系 统或装配件，取决于它 选择的“黑箱”水平 （具体层次）。
(1) 系统可靠度估计
引入单元可靠度函数， 运用上述模型即可计算 系统可靠度。
(2) 寿命预测
根据系统可靠度，可以计算 系统的平均寿命、保证寿命、 BX （ 如 ： B10 ） 、 可 靠 寿 命 等。此外，可以计算系统的 寿命分布规律、失效率。
18
1.4 系统可靠性分析
(3) 模拟分析
系统可靠性基本术语
（1） 系统（System） 一个系统是由一组零
件（元件）、部件、子 系统或装配件（统称为 单元）构成的、完成期 望的功能、并具有可接 受的性能和可靠性水平 的一种特定设计。
4
系统实例
5
对系统可靠性的认识误区
1.在特定的时间内，已知系统所有单元的可靠度为 90%,则系统可靠度为90%。
26
1.7 可修复系统
对于可修复系统，须同时考虑可靠性和 维修性。类似于基于寿命数据的可靠性 建模方法，可以处理修复数据获得维修 性特征量，如：维修度、修复率、平均 修复时间等。可用性综合考虑可靠性和 维修性。
27
维修方式：事后维修和预防维修
事后维修的三个典型 步骤： a)问题诊断； b) 故 障 零 件 的 更 换 或 修理； c)维修确认。
10
可靠性串联系统
11
可靠性并联系统
系统可靠度为
n
Rs 1 (1 Ri ) i 1
冗余最大 例：双工系统
图7 可靠性并联系统
12
可靠性并联系统
13
k/n表决系统
特例：1/n—串联系统
n/n—并联系统
系统可靠度：
14
k/n表决系统
15
复杂系统
分析方法：
1. 分解分析方法：选择关键单元， 先分解系统，再组合计算。
系统可靠性理论与工程实践
1
内容安排
1 系统可靠性基础理论
理论体系探讨
2 工程实践
Intersil公司 、Ford公司
3 可靠性工程几个热点问题
发展趋势展望
2
可靠性
一个满意的顾客会告诉8个人， 一个不满意的顾客会告诉20个人， 只有可靠的产品才能带来长期效益和忠诚的顾客！
3
1 系统可靠性基础理论
2. Mechanical engineers know everything. 3. Reliability is a project. 4. The craftsman is only involved in repair, not in
reliability. 5. The key to high reliability is speedy repair.
Cost/Penalty Function
b) 可靠度上限 Maximum Achievable Reliability
23
1.6 可靠性分配和可靠性优化
改进难度和可靠度上限的影响
24
1.6 可靠性分配和可靠性优化
建立系统可靠性优化的目标函数：
25
1.6 可靠性分配和可靠性优化
例：由三个单元组成的可靠性串联系统，在100小时内的 目标可靠度为0.90，考虑五种情况： Case 1—三个单元都服从β=1.318、η=312hrs的威布尔 分布，改进可行性中等。 Case 2—同Case 1，但改进可行性不同：单元1—易， 单元2—中，单元3—难。 Case 3—在100小时内，单元1、2、3的可靠度分别为 0.7、0.8、0.9，改进可行性相同：易。 Case 4—在100小时内，单元1、2、3的可靠度分别为 0.7、0.8、0.9，改进可行性分别为：易、中、难。 Case 5—在100小时内，单元1、2、3的可靠度分别为 0.7、0.8、0.9，改进可行性分别为：难、易、中。 假设在100小时内，MAR均为0.999，则优化结果如右表 1所示。
1.5 可靠性设计
(1) 问题识别：获取改进可靠性的机会。工具：维修数据 分析、用户意见分析、可靠性试验、可靠性分析等。 (2) 失效分析。认识失效机理和发现改进措施。工具： FMECA，FTA等。 (3) 寿命周期费用和保修费用分析。 (4) 比较研究（Trade-off studies），可靠性优化，费 用—效益分析。 (5) 可靠性目标确定。工具：QFD等。 (6) 可靠性优化分配。
模拟分析可以克服
解析法的缺点，完成复
杂系统的可靠性分析。
其原理：基于the Monte
Carlo simulation method,
根据每个单元的失效分
布产生随机失效时间，
模拟系统的工作状态，
然后对系统可靠度作经
验估计。
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1.5 可靠性设计
在产品开发阶段要尽 早考虑和构造可靠性。
将可靠性和性能一样 设计到产品中去。
2. the Event Space Method.
3. the Path-Tracing Method.
图9 可靠性复杂系统模型示例
16
1.3 单元重要度
分析单元重要度，可以找出系统的薄弱环节。 单元i的概率结构重要度： 关键重要度 FV重要度 BP重要度
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1.4 系统可靠性分析
系统可靠性评估的第一 步是获取数据（寿命或 成功次数等），估计单 元的可靠性水平。
单元可靠性估计的流程
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1.2 系统可靠性模型
(1) 串联系统 (2) 并联系统 (3) k/n表决系统 (4) 串并联混合系统 (5) 储备系统 (6)复杂系统
9
可靠性Leabharlann Baidu联系统
系统可靠度为
可靠性串联系统中，可 靠性最差的单元对系统 的可靠性影响最大。
21
1.6 可靠性分配和可靠性优化
有两个方法改进系统的
可靠性：故障避免和 故障容错。
避免故障，要求使用高 质量和高可靠性的元件， 通常比故障容错方法的 成本低些。而故障容错， 需要冗余，导致设计难 度加大，成本、重量、 体积等增加。
典型的可靠性增长曲线
22
1.6 可靠性分配和可靠性优化
优化前需要明确规定： a) 成本函数
6
可靠性方块图 (RBDs—Reliability Block Diagrams)
可靠性方块图 是系统单元及其可靠 性意义下连接关系的 图形表达, 表示单元 的正常或失效状态对 系统状态的影响。在 一些情况下，它不同 于结构连接图。
计算机的简化可靠性方块图
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可靠性方块
一个方块可以代表零件 （元件）、部件、子系 统或装配件，取决于它 选择的“黑箱”水平 （具体层次）。
(1) 系统可靠度估计
引入单元可靠度函数， 运用上述模型即可计算 系统可靠度。
(2) 寿命预测
根据系统可靠度，可以计算 系统的平均寿命、保证寿命、 BX （ 如 ： B10 ） 、 可 靠 寿 命 等。此外，可以计算系统的 寿命分布规律、失效率。
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1.4 系统可靠性分析
(3) 模拟分析
系统可靠性基本术语
（1） 系统（System） 一个系统是由一组零
件（元件）、部件、子 系统或装配件（统称为 单元）构成的、完成期 望的功能、并具有可接 受的性能和可靠性水平 的一种特定设计。
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系统实例
5
对系统可靠性的认识误区
1.在特定的时间内，已知系统所有单元的可靠度为 90%,则系统可靠度为90%。
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1.7 可修复系统
对于可修复系统，须同时考虑可靠性和 维修性。类似于基于寿命数据的可靠性 建模方法，可以处理修复数据获得维修 性特征量，如：维修度、修复率、平均 修复时间等。可用性综合考虑可靠性和 维修性。
27
维修方式：事后维修和预防维修
事后维修的三个典型 步骤： a)问题诊断； b) 故 障 零 件 的 更 换 或 修理； c)维修确认。
10
可靠性串联系统
11
可靠性并联系统
系统可靠度为
n
Rs 1 (1 Ri ) i 1
冗余最大 例：双工系统
图7 可靠性并联系统
12
可靠性并联系统
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k/n表决系统
特例：1/n—串联系统
n/n—并联系统
系统可靠度：
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k/n表决系统
15
复杂系统
分析方法：
1. 分解分析方法：选择关键单元， 先分解系统，再组合计算。
系统可靠性理论与工程实践
1
内容安排
1 系统可靠性基础理论
理论体系探讨
2 工程实践
Intersil公司 、Ford公司
3 可靠性工程几个热点问题
发展趋势展望
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可靠性
一个满意的顾客会告诉8个人， 一个不满意的顾客会告诉20个人， 只有可靠的产品才能带来长期效益和忠诚的顾客！
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1 系统可靠性基础理论
2. Mechanical engineers know everything. 3. Reliability is a project. 4. The craftsman is only involved in repair, not in
reliability. 5. The key to high reliability is speedy repair.
Cost/Penalty Function
b) 可靠度上限 Maximum Achievable Reliability
23
1.6 可靠性分配和可靠性优化
改进难度和可靠度上限的影响
24
1.6 可靠性分配和可靠性优化
建立系统可靠性优化的目标函数：
25
1.6 可靠性分配和可靠性优化
例：由三个单元组成的可靠性串联系统，在100小时内的 目标可靠度为0.90，考虑五种情况： Case 1—三个单元都服从β=1.318、η=312hrs的威布尔 分布，改进可行性中等。 Case 2—同Case 1，但改进可行性不同：单元1—易， 单元2—中，单元3—难。 Case 3—在100小时内，单元1、2、3的可靠度分别为 0.7、0.8、0.9，改进可行性相同：易。 Case 4—在100小时内，单元1、2、3的可靠度分别为 0.7、0.8、0.9，改进可行性分别为：易、中、难。 Case 5—在100小时内，单元1、2、3的可靠度分别为 0.7、0.8、0.9，改进可行性分别为：难、易、中。 假设在100小时内，MAR均为0.999，则优化结果如右表 1所示。