可靠性設(shè)計(jì)分析ReliabilityDesignand

可靠性估計(jì)

ReliabilityPrediction1ReliabilityPrediction課程內(nèi)容可靠性估計(jì)的目的、用途與分類可靠性估計(jì)的程序單元可靠性估計(jì)系統(tǒng)可靠性估計(jì)不同研制階段可靠性估計(jì)方法的選取可靠性估計(jì)的特點(diǎn)與本卷須知2ReliabilityPrediction目的、用途可靠性估計(jì)目的與用途評(píng)價(jià)系統(tǒng)可靠性，審查能否能到達(dá)要求的可靠性目的。在方案論證階段，經(jīng)過可靠性估計(jì)，比較不同方案的可靠性程度，為最優(yōu)方案的選擇及方案優(yōu)化提供根據(jù)。在設(shè)計(jì)中，經(jīng)過可靠性估計(jì)，發(fā)現(xiàn)影響系統(tǒng)可靠性的主要要素，找出薄弱環(huán)節(jié)，采取設(shè)計(jì)措施，提高系統(tǒng)可靠性。為可靠性分配奠定根底。3ReliabilityPrediction分類根據(jù)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)中可靠性的定量要求根本可靠性估計(jì)義務(wù)可靠性估計(jì)〔義務(wù)剖面、任務(wù)時(shí)間及功能特性等〕不可修產(chǎn)品可修產(chǎn)品從產(chǎn)品構(gòu)成角度分析：單元可靠性估計(jì)系統(tǒng)可靠性估計(jì)前往4ReliabilityPrediction系統(tǒng)可靠性估計(jì)程序程序明確系統(tǒng)定義明確系統(tǒng)的缺點(diǎn)判據(jù)明確系統(tǒng)的任務(wù)條件繪制系統(tǒng)的可靠性框圖建立系統(tǒng)可靠性數(shù)學(xué)模型估計(jì)各單元的可靠性根據(jù)系統(tǒng)可靠性模型估計(jì)根本可靠性或義務(wù)可靠性前往5ReliabilityPrediction單元可靠性估計(jì)闡明系統(tǒng)可靠性是各單元可靠性的概率綜合單元可靠性估計(jì)是系統(tǒng)可靠性估計(jì)的根底直接估計(jì)系統(tǒng)各單元的缺點(diǎn)率或可靠度常用的單元可靠性估計(jì)方法：類似產(chǎn)品法評(píng)分估計(jì)法應(yīng)力分析法缺點(diǎn)率估計(jì)法機(jī)械產(chǎn)品可靠性估計(jì)法前往6ReliabilityPrediction類似產(chǎn)品法方法闡明類似產(chǎn)品法就是利用與該產(chǎn)品類似的現(xiàn)有成熟產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù)來估計(jì)該產(chǎn)品的可靠性。成熟產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù)主要來源于現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)和實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。類似產(chǎn)品法思索的的類似要素普通包括產(chǎn)品構(gòu)造、性能的類似性設(shè)計(jì)的類似性資料和制造工藝的類似性運(yùn)用剖面(保證、運(yùn)用和環(huán)境條件)的類似性7ReliabilityPrediction類似產(chǎn)品法估計(jì)過程確定類似產(chǎn)品分析類似要素對(duì)可靠性的影響確定類似系數(shù)新產(chǎn)品可靠性估計(jì)8ReliabilityPrediction類似產(chǎn)品法例如某型號(hào)導(dǎo)彈射程為3500km，知飛行可靠性目的為0.8857，各分系統(tǒng)可靠性目的為——戰(zhàn)斗部：0.99、平安自毀系統(tǒng)：0.98、彈體構(gòu)造：0.99、控制系統(tǒng)：0.98、發(fā)動(dòng)機(jī)：0.9409。為了將導(dǎo)彈射程提高到5000km，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)采取了三項(xiàng)改良措施：采用能量更高的裝藥；發(fā)動(dòng)機(jī)長度添加1m；發(fā)動(dòng)機(jī)殼體壁厚由5mm減為4.5mm。試估計(jì)改良后的導(dǎo)彈飛行可靠性。9ReliabilityPrediction類似產(chǎn)品法例如分析計(jì)算壁厚減薄會(huì)使殼體強(qiáng)度下降，會(huì)使熄滅室的可靠性下降從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性。類似系數(shù)d=9.412×106/〔9.806×106〕發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性R=0.9409×d=0.9033前往10ReliabilityPrediction評(píng)分估計(jì)法方法闡明在可靠性數(shù)據(jù)非常缺乏的情況下(可以得到個(gè)別產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù))，經(jīng)過有閱歷的設(shè)計(jì)人員或?qū)＜覍?duì)影響可靠性的幾種要素評(píng)分，對(duì)評(píng)分進(jìn)展綜合分析而獲得各單元產(chǎn)品之間的可靠性相對(duì)比值，再以某一個(gè)知可靠性數(shù)據(jù)的產(chǎn)品為基準(zhǔn)，估計(jì)其他產(chǎn)品的可靠性。時(shí)間基準(zhǔn)：系統(tǒng)任務(wù)時(shí)間〔普通〕11ReliabilityPrediction評(píng)分估計(jì)法評(píng)分要素、評(píng)分原那么以產(chǎn)品缺點(diǎn)率為估計(jì)參數(shù)，各種要素評(píng)分值范圍為1~10，評(píng)分越高闡明可靠性越差。復(fù)雜度——它是根據(jù)組成單元的元部件數(shù)量以及它們組裝的難易程度來評(píng)定。技術(shù)程度——根據(jù)單元目前技術(shù)程度的成熟程度來評(píng)定。任務(wù)時(shí)間——根據(jù)單元任務(wù)的時(shí)間來評(píng)定〔前提是以系統(tǒng)的任務(wù)時(shí)間為時(shí)間基準(zhǔn)〕。環(huán)境條件——根據(jù)單元所處的環(huán)境來評(píng)定。12ReliabilityPrediction評(píng)分估計(jì)法方法原理13ReliabilityPrediction評(píng)分估計(jì)法例如某飛行器由動(dòng)力安裝、武器等六個(gè)分系統(tǒng)組成。知制導(dǎo)安裝缺點(diǎn)率284.5×10-6/h，試用評(píng)分法求得其它分系統(tǒng)的缺點(diǎn)率。計(jì)算表格前往序號(hào)單元名稱復(fù)雜度技術(shù)水平工作時(shí)間環(huán)境條件各單元評(píng)分?jǐn)?shù)各單元評(píng)分系數(shù)單元的故障率×10-61動(dòng)力裝置56557500.385.42武器761028400.33695.63制導(dǎo)裝置10105525001.0284.54飛行控制裝置885722400.896254.95機(jī)體421086400.25672.86輔助動(dòng)力裝置65557500.385.414ReliabilityPrediction應(yīng)力分析法方法闡明用于產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)階段的電子元器件失效率估計(jì)。對(duì)某種電子元器件在實(shí)驗(yàn)室的規(guī)范應(yīng)力與環(huán)境條件下，經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)，并對(duì)其結(jié)果統(tǒng)計(jì)而得出該種元器件的“根本失效率〞。在估計(jì)電子元器件任務(wù)失效率時(shí)，應(yīng)根據(jù)元器件的質(zhì)量等級(jí)、應(yīng)力程度、環(huán)境條件等要素對(duì)根本失效率進(jìn)展修正。電子元器件的應(yīng)力分析法已有成熟的估計(jì)規(guī)范和手冊。15ReliabilityPrediction應(yīng)力分析法失效率模型晶體管和二極管的失效率計(jì)算模型〔GJB299〕16ReliabilityPrediction應(yīng)力分析法應(yīng)力分析法表格編號(hào)型號(hào)規(guī)格元器件類別數(shù)量N質(zhì)量等級(jí)各π系數(shù)λb(10-6/h)工作失效率(10-6/h)λpNλp17ReliabilityPrediction應(yīng)力分析法估計(jì)要求估計(jì)根據(jù)的選取估計(jì)環(huán)境的選取估計(jì)溫度的選取TJ=TA+20〔二極管〕TJ=TA+30〔三極管〕TJ=TA+30〔集成電路〕降額系數(shù)的選取質(zhì)量系數(shù)的選取18ReliabilityPrediction應(yīng)力分析法舉例數(shù)字電路54LS00為國產(chǎn)器件，質(zhì)量等級(jí)為B1，環(huán)境類別為AIF，計(jì)算該器件的任務(wù)失效率。計(jì)算步驟國產(chǎn)器件，運(yùn)用GJB/Z299B-98雙極型數(shù)字電路，查GJB/Z299B-98的表5.1.1.1-1，得失效率模型質(zhì)量等級(jí)為B1，查GJB/Z299B-98的表5.1.1.1-3，得質(zhì)量系數(shù)πQ=0.5環(huán)境類別為AIF，查GJB/Z299B-98的表5.1.1.1-2，得環(huán)境系數(shù)πE=1719ReliabilityPrediction前往應(yīng)力分析法舉例計(jì)算步驟查GJB/Z299B-98的表5.1.1.1-4，得成熟系數(shù)πL=1.0查GJB/Z299B-98的表5.1.1.1-8，得溫度系數(shù)πT=1.35查GJB/Z299B-98的表5.1.1.1-15，得電路復(fù)雜度失效率C1=0.074，C2=0.005查GJB/Z299B-98的表5.1.1.1-28，得封裝復(fù)雜度C3=0.08320ReliabilityPrediction前往應(yīng)力分析法舉例計(jì)算步驟查GJB/Z299B-98的表5.1.1.1-12，得電壓應(yīng)力系數(shù)πV=1.0任務(wù)失效率λP=πQ[C1πTπV+(C2+C3)πE]πL=0.779725(10-6/h)21ReliabilityPrediction缺點(diǎn)率估計(jì)法方法闡明主要用于非電子產(chǎn)品的可靠性估計(jì)，其原理與電子元器件的應(yīng)力分析法根本一樣。對(duì)于非電子產(chǎn)品可思索降額因子D和環(huán)境因子K對(duì)失效率的影響。非電子產(chǎn)品的任務(wù)失效率為：

目前尚無正式可供查閱的數(shù)據(jù)手冊。前往22ReliabilityPrediction機(jī)械產(chǎn)品可靠性估計(jì)方法方法闡明對(duì)機(jī)械類產(chǎn)品而言，它具有一些不同于電子類產(chǎn)品的特點(diǎn)，諸如：許多機(jī)械產(chǎn)品是為特定用途單獨(dú)設(shè)計(jì)的，通用性不強(qiáng)，規(guī)范化程度不高；機(jī)械產(chǎn)品的缺點(diǎn)率通常不是常值，其設(shè)備的缺點(diǎn)往往是由于耗損、疲勞和其他與應(yīng)力有關(guān)的缺點(diǎn)機(jī)理呵斥；機(jī)械產(chǎn)品的可靠性與電子產(chǎn)品可靠性相比對(duì)載荷、運(yùn)用方式和利用率更加敏感。23ReliabilityPrediction機(jī)械產(chǎn)品可靠性估計(jì)方法方法闡明看起來很類似的機(jī)械部件，其缺點(diǎn)率往往是非常分散的。用數(shù)據(jù)庫中已有的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)展估計(jì)，其精度是無法保證的。目前估計(jì)機(jī)械產(chǎn)品可靠性尚沒有相當(dāng)于電子產(chǎn)品那樣通用、可接受的方法?，F(xiàn)階段參考：<機(jī)械設(shè)備可靠性估計(jì)程序手冊>(草案)<非電子零部件可靠性數(shù)據(jù)>(NPRD-3)24ReliabilityPrediction修正系數(shù)法根本思緒將機(jī)械產(chǎn)品分解到零件級(jí)，有許多根底零件是通用的。將機(jī)械零件分成密封件、彈簧、電磁鐵、閥門、軸承、齒輪和花鍵、作動(dòng)器、泵、過濾器、制動(dòng)器和離合器等十類。對(duì)諸多零件進(jìn)展失效方式及影響分析，找出其主要失效方式及影響這些方式的主要設(shè)計(jì)、運(yùn)用參數(shù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)搜集、處置及回歸分析，可以建立各零件失效率與上述參數(shù)的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系。25ReliabilityPrediction類似產(chǎn)品類比論證法根本思緒根據(jù)仿制或改型的類似國內(nèi)外產(chǎn)品知的缺點(diǎn)率，分析兩者在以下方面的差別組成構(gòu)造運(yùn)用環(huán)境原資料元器件程度制造工藝程度經(jīng)過專家評(píng)分給出各修正系數(shù)，綜合權(quán)衡后得出一個(gè)缺點(diǎn)率綜合修正因子D:前往26ReliabilityPrediction系統(tǒng)可靠性估計(jì)概念與分類系統(tǒng)可靠性估計(jì)概念系統(tǒng)可靠性估計(jì)是以組成系統(tǒng)的各單元產(chǎn)品的估計(jì)值為根底，根據(jù)系統(tǒng)可靠性模型，對(duì)系統(tǒng)根本/義務(wù)可靠性進(jìn)展估計(jì)。系統(tǒng)可靠性估計(jì)必需留意時(shí)間基準(zhǔn)的問題。系統(tǒng)可靠性估計(jì)分類根本可靠性估計(jì)義務(wù)可靠性估計(jì)義務(wù)期間不可修系統(tǒng)的義務(wù)可靠性估計(jì)義務(wù)期間可修系統(tǒng)的義務(wù)可靠性估計(jì)27ReliabilityPrediction根本可靠性估計(jì)的普通方法串聯(lián)模型關(guān)系系統(tǒng)組成單元之間相互獨(dú)立各單元均服從指數(shù)分布

28ReliabilityPrediction元件計(jì)數(shù)法方法闡明適用于電子設(shè)備方案論證階段和初步設(shè)計(jì)階段，元器件的種類和數(shù)量大致已確定，但詳細(xì)的任務(wù)應(yīng)力和環(huán)境等尚未明確時(shí)，對(duì)系統(tǒng)根本可靠性進(jìn)展估計(jì)。根本原理是對(duì)元器件“通用失效率〞的修正。計(jì)算模型 Pi=GiQiNi29ReliabilityPrediction元器件計(jì)數(shù)法估計(jì)表元件計(jì)數(shù)法估計(jì)表格編號(hào)元器件類別數(shù)量N質(zhì)量等級(jí)質(zhì)量系數(shù)πQλG(10-6/h)NλG(10-6/h)30ReliabilityPrediction元件計(jì)數(shù)法舉例某電子設(shè)備由4個(gè)調(diào)整二極管、2個(gè)合成電阻器、4個(gè)云母電容器組成，一切器件都是國產(chǎn)的，質(zhì)量等級(jí)都是B1。設(shè)備的任務(wù)環(huán)境為戰(zhàn)斗機(jī)座艙。計(jì)算該設(shè)備的根本可靠性。計(jì)算步驟國產(chǎn)器件，運(yùn)用GJB/Z299B-98確定設(shè)備的任務(wù)環(huán)境類別：AIF確定元器件的種類：調(diào)整二極管、合成電阻器、云母電容器；確定元器件的質(zhì)量等級(jí)，全部為B131ReliabilityPrediction元件計(jì)數(shù)法舉例舉例計(jì)算步驟查GJB/Z299B-98中的表5.2-15、表5.2-17、表5.2-18，確定元器件的通用失效率查GJB/Z299B-98中的表5.2-24、表5.2-25，確定元器件的質(zhì)量系數(shù)確定元器件的數(shù)目計(jì)算設(shè)備的根本可靠性λ設(shè)備=N1λ1πQ1+N2λ2πQ2+N3λ3πQ3=4.78(10-6/h)MTBF設(shè)備=1/λ設(shè)備=209205h前往32ReliabilityPrediction義務(wù)可靠性估計(jì)概念義務(wù)可靠性估計(jì)概念義務(wù)可靠性估計(jì)即對(duì)系統(tǒng)完成某項(xiàng)規(guī)定義務(wù)勝利概率的估計(jì)。義務(wù)可靠性估計(jì)是針對(duì)某一義務(wù)剖面進(jìn)展的。在進(jìn)展義務(wù)可靠性估計(jì)時(shí)，單元的可靠性數(shù)據(jù)該當(dāng)是對(duì)影響系統(tǒng)平安和義務(wù)完成的缺點(diǎn)統(tǒng)計(jì)而得出的數(shù)據(jù)。但當(dāng)缺乏單元義務(wù)可靠性數(shù)據(jù)時(shí)，也可用根本可靠性的估計(jì)值替代，但系統(tǒng)估計(jì)結(jié)果偏保守。前往33ReliabilityPrediction義務(wù)可靠性估計(jì)概念系統(tǒng)的義務(wù)可靠性估計(jì)過程如下建立系統(tǒng)的義務(wù)可靠性框圖，確定飛行時(shí)間T；確定系統(tǒng)內(nèi)各電子設(shè)備的任務(wù)時(shí)間t；計(jì)算電子設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)比S/F；將設(shè)備的MTBF單元轉(zhuǎn)換為MTBCF單元： MTBCF單元=MTBF單元/(S/F)電子設(shè)備的可靠度為： R單元(T)=EXP(-T/MTBCF單元)根據(jù)可靠性框圖計(jì)算系統(tǒng)的可靠度。前往34ReliabilityPrediction不可修系統(tǒng)的義務(wù)可靠性估計(jì)可靠性框圖法以系統(tǒng)組成單元的估計(jì)值為根底，根據(jù)建立的可靠性框圖及數(shù)學(xué)模型計(jì)算得出系統(tǒng)義務(wù)可靠度。根據(jù)義務(wù)剖面建立系統(tǒng)義務(wù)可靠性框圖；估計(jì)單元的缺點(diǎn)率或MTBCF；確定單元的任務(wù)時(shí)間；根據(jù)可靠性框圖計(jì)算系統(tǒng)義務(wù)可靠度。35ReliabilityPrediction可靠性框圖法例如某飛機(jī)共有六個(gè)義務(wù)剖面，完成復(fù)雜特技的義務(wù)可靠性框圖如以下圖所示36ReliabilityPrediction可靠性框圖法例如假設(shè)各單元產(chǎn)品均以指數(shù)分布，任務(wù)時(shí)間均為1.0小時(shí)，其缺點(diǎn)率如下表所示。單元名稱故障率×10-6(1/h)單元名稱故障率×10-6(1/h)燃油泵(A)900油箱(H)1切數(shù)開關(guān)(B)30油量指標(biāo)器(I)50發(fā)動(dòng)機(jī)低壓燃油泵(C)800耗量偉感器(J)45沖壓口(D)20油盡信量器(K)30安全活門(E)30主油路壓力信號(hào)器(L)35噴射泵(F)700低油面信號(hào)器(M)20連通單向活門(G)4037ReliabilityPrediction可靠性框圖法例如其義務(wù)可靠度估計(jì)如下串聯(lián)單元1，由A、B組成，其可靠度為旁聯(lián)單元2，由1、C組成，其可靠度為38ReliabilityPrediction可靠性框圖法例如例如其義務(wù)可靠度估計(jì)如下串聯(lián)單元3，由D、E、F、G、H、I、J、K，其可靠性為39ReliabilityPrediction可靠性框圖法例如其義務(wù)可靠度估計(jì)如下并聯(lián)單元4，由L、M組成，其可靠度為那么燃油系統(tǒng)義務(wù)可靠度為40ReliabilityPrediction不可修系統(tǒng)的義務(wù)可靠性估計(jì)多義務(wù)剖面義務(wù)可靠度綜合估計(jì)在對(duì)飛機(jī)等武器配備的可靠性目的要求中，一個(gè)重要的目的是完成義務(wù)勝利概率〔MCSP〕，即整機(jī)總的義務(wù)可靠度。它是多種義務(wù)剖面的綜合義務(wù)可靠度目的。如前所述在義務(wù)可靠性估計(jì)時(shí)必需根據(jù)不同的義務(wù)剖面，估計(jì)其各自的義務(wù)可靠度。需求將各義務(wù)剖面的義務(wù)可靠度綜合，估計(jì)出整機(jī)總的義務(wù)可靠度。前往41ReliabilityPrediction可修系統(tǒng)的可用度估計(jì)可修系統(tǒng)在義務(wù)執(zhí)行期間，當(dāng)系統(tǒng)缺點(diǎn)而不能執(zhí)行義務(wù)時(shí)允許修繕，修復(fù)后繼續(xù)執(zhí)行義務(wù)。其義務(wù)可靠性不僅受各單元可靠性的影響，而且遭到各單元維修特性的影響?？尚尴到y(tǒng)的可用度研討系統(tǒng)開場任務(wù)后，在恣意時(shí)辰系統(tǒng)處于任務(wù)形狀的概率。估計(jì)方法解析法馬爾可夫過程法仿真法42ReliabilityPrediction馬爾可夫過程隨機(jī)過程隨機(jī)事件的變化過程，它無法用確定性的方式來描畫。在運(yùn)用期間可以修復(fù)的復(fù)雜系統(tǒng)，由系統(tǒng)部件的可靠性和維修性決議了系統(tǒng)在義務(wù)期間的某一時(shí)辰，系統(tǒng)能夠隨機(jī)地處于某種形狀：正常形狀缺點(diǎn)形狀或修繕形狀形狀轉(zhuǎn)移是個(gè)隨機(jī)過程，要用系統(tǒng)在各種形狀下的概率來