可靠性设计5.pptVIP

第五讲：可靠性设计 第一节：可靠性和可靠度的计算 第二节：可靠度函数与故障率 第三节：可靠度设计 第四节：可靠性试验 第一节：可靠性和可靠度的计算 可靠性概念: 可靠性也即是可靠度，是指元器件、设备或系统在给定条件下和规 定的时间内完成规定功能的概率。 1) 工作可靠度Ro(Operational Reliability): 这是实际使用时，机器的 可靠度。 2) 固有可靠度Ri(Inherent Reliability): 这是产品内在的可靠度，是厂 家在生产过程中已经确立下来的可靠度，它是系统、产品从企业规 划阶段就已确立的指标，是综合其它指标后的可靠性指标。 3) 使用可靠度Ru(Use Reliability): 它与产品的使用有关，与包装、 运输、保管、环境、操作情况、维修等因素有关。 第一节：可靠性和可靠度的计算 可靠度的计算: 设可靠度为R，故障概率为F， 显然有R+F=1. 我们就元件构成系统的不同类型，讨论系统与元件之间可靠度的关 系。假设各元件故障的发生是独立的，记Ei为元件i成功运转事件， Ri = P(Ei) 为元件i 的可靠度，Fi=P(Ei)为元件i 的故障概率，Rs为系 统的可靠度，Fs为系统的故障概率。 第一节：可靠性和可靠度的计算 可靠度的计算(2): 串联方式:设系统由多个元件构成，如果其中任一元件发生故障，都 会导致整个系统发生故障，这种构成方式称为串联方式。 假设系统由n个元件串联而成，则有 由于事件的独立性，有 由于Ri1(I=1,2,…,n), 所以系统的可靠度随着元件个数的增加而下降 计算串联方式可靠度的近似方法： 1) 假设构成系统的n件元件的故障率都相等，记为q,则 假定q很小，利用二项式展开，再忽略q的高次项，则 2) 假设各元件的故障率为qi, 则有 第一节：可靠性和可靠度的计算 可靠度的计算(3): 要提高系统的可靠度RS，可以从两方面考虑： 1) 减少串联元件个数；2) 提高各元件的可靠度； 由于元件数目增加而引起系统可靠度的降低在图上表现得很明显， 对同样数量的元件，元件可靠度的提高，可使系统的可靠度提高， 但由元件数改变所引起的系统可靠度的改变量变小。 第一节：可靠性和可靠度的计算 可靠度的计算(4): 并联方式:设系统由多个元件构成，如果其中某一元件发生故障，系 统仍能正常工作，只有当所有元件都发生故障时，系统才不能正常 工作，这种构成方式称为并联方式。 假设系统由n个元件并联而成，则有 由于事件的独立性，有 而 所以有 由于Fi1, 因此系统的故障概率随着元件个数的增加而下降。所以 系统的可靠度提高，因此并联方式可作为提高系统可靠度的一种手 段，这叫冗余性。对n个可靠度都相等的元件，系统的可靠度可用前 式算出。 第一节：可靠性和可靠度的计算 可靠度的计算(5): 对串联系统，尽管各个零件的可靠度很高，但随着零件个数的增加, 系统的可靠度下降很快；对并联系统，虽然各零件的可靠度不算太 高，随着零件个数的增加，系统的可靠度迅速提高。 第一节：可靠性和可靠度的计算 可靠度的计算(6): 串-并联方式:假定有mX n个元件 的系统，采取串联、并联两种方 式构成，分两种情况考虑。 (1) 先并联再串联(低级冗余) 假设每个元件的可靠度都是 R， 则每个并联组合的可靠度为 系统的可靠度为 对不同的元件可靠度R，在不 同的m,n时所对应的系统可靠 度关系如图所示。 第一节：可靠性和可靠度的计算 可靠度的计算(7): (2) 先串联再并联(高级冗余) 假设每个元件的可靠度都是 R， 则每个并联组合的可靠度为 系统的可靠度为 对不同的元件可靠度R，在不 同的m,n时所对应的系统可靠 度关系如图所示。 在所有情况下，低级冗余比高级冗余 都有较高的可靠度。因此，提供备用 元件比提供备用组合有更好的整体可靠性。 第二节：可靠度函数与故障率 故障率曲线: 例： 现取1000个零件进行试验，观察 随着时间的变化出现故障的情况， 把测到的数据列在表中。 从表中(2)栏的数看出，开始故障 较多，然后逐渐减少，并在一定 范围内有较稳定的情况，然后故 障数再次增多，直到结束。 第二节：可靠度函数与故障率 故障率曲线(2): 图中故障率开始高，然后有一段 平稳，最后又有一段升高，把它 画成一条连续曲线得出故障率曲 线，它的形状象浴盆，又称为浴 盆曲线。 第二节：可靠度函数与故障率 故障率曲线(3): 这个曲线分三段 1) 早期故障时期(DFR型)。这是 使用初期故障率比较高的时期， 它是由于机器内在的设计错误， 原材料、工艺产生的缺陷造成的 2) 偶发