2.9-系統(tǒng)可靠性分析法(D)-人機(jī)系統(tǒng)對(duì)可靠度資料

一、機(jī)器的可靠度計(jì)算機(jī)器的可靠度是機(jī)器、設(shè)備、部件、元件等在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率，用RM表示。根據(jù)本章第一節(jié)討論可知:由此可知，求取RM(t)時(shí)，必須先求故障率λ(t)或λ(當(dāng)其為常數(shù)時(shí))和運(yùn)行時(shí)間t。求取λ可先從表9-10至表9-11中查出，再查表9-12，求取嚴(yán)重系數(shù)K。此時(shí)λ可由下式給出:所謂嚴(yán)重系數(shù)K，即使用條件下的故障率λ與實(shí)驗(yàn)條件下的故障率λ0的比值，稱為嚴(yán)重系數(shù)，即K=λ/λ0。2.9系統(tǒng)可靠性分析(D):人機(jī)系統(tǒng)的可靠度一、機(jī)器的可靠度計(jì)算第二節(jié)人的操作可靠度

一、機(jī)器的可靠度計(jì)算第二節(jié)人的操作可靠度

一、機(jī)器的可靠度計(jì)算例：求汽車(chē)離合器在使用1000h條件下其可靠度為多少?二、人機(jī)系統(tǒng)的可靠度人機(jī)系統(tǒng)的可靠度是評(píng)價(jià)人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，人機(jī)系統(tǒng)最重要的形式就是人與機(jī)器的相互結(jié)合。為了獲得人機(jī)系統(tǒng)的最高效能，除了機(jī)器本身可靠度指標(biāo)要高外，還要求操作者的操作可靠度指標(biāo)也要高。一般情況下，人機(jī)系統(tǒng)的可靠度RS由機(jī)子系統(tǒng)的可靠度RM和人的操作可靠度RM，兩部分串聯(lián)組成，如圖9-6所示。此系統(tǒng)要求人、機(jī)兩子系統(tǒng)均處于正常狀態(tài)，即人和機(jī)器同時(shí)處于較高的可靠性時(shí)，人機(jī)系統(tǒng)才有較高的可靠性。按串聯(lián)系統(tǒng)的概率計(jì)算原則，人機(jī)系統(tǒng)的可靠度RS為:二、人機(jī)系統(tǒng)的可靠度根據(jù)式(9-36)，可繪成圖9-7的關(guān)系曲線。根據(jù)以上分析可知，要提高人機(jī)系統(tǒng)的可靠度，必須從提高RM和RH兩個(gè)方面人手，過(guò)分提高某一個(gè)值，往往收效不大。例如，當(dāng)RM=0.95,RH=0.8時(shí)，RS=0.76，若改進(jìn)機(jī)器,使機(jī)器可靠度RM=0.99,RH=0.79，RS=0.79，并沒(méi)有什么改善。此種情況下，應(yīng)考慮提高人的操作可靠度RH。在目前，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，使得機(jī)器的可靠度有了很大的提高。那么，提高人的可靠度就顯得越來(lái)越重要了，這一點(diǎn)應(yīng)當(dāng)引起我們的重視。三、人機(jī)系統(tǒng)的可靠度的計(jì)算第三節(jié)人機(jī)系統(tǒng)的可靠度人機(jī)系統(tǒng)的可靠度計(jì)算是一個(gè)比較復(fù)雜的技術(shù)。為了進(jìn)行可靠度計(jì)算，首先要對(duì)組成人機(jī)系統(tǒng)的功能及其相互關(guān)系及其可靠度取值，其次是人的操作可靠度的確定，同時(shí)還要畫(huà)出可靠性邏輯圖。如果組成系統(tǒng)的任何一個(gè)單元發(fā)生故障，就會(huì)導(dǎo)致整體系統(tǒng)發(fā)生故障。那么這種系統(tǒng)稱為串聯(lián)系統(tǒng)。如圖9-8所示。1.串聯(lián)系統(tǒng)圖9-8中，在功能上獨(dú)立的單元i=1,2,3,…,n串聯(lián)布置，假定各單元的可靠度分別為R1,R2,R3,…,Rn，根據(jù)概率的獨(dú)立事件乘法定理，應(yīng)為:三、人機(jī)系統(tǒng)的可靠度的計(jì)算2.并聯(lián)系統(tǒng)在一些可靠性要求較高的人機(jī)系統(tǒng)中，常采用冗余的方式，它用一系列平行工作的單元組成，只有當(dāng)各構(gòu)造單元全發(fā)生故障時(shí)，這個(gè)系統(tǒng)才會(huì)發(fā)生故障，這種系統(tǒng)為并聯(lián)系統(tǒng)。并聯(lián)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式有許多種類，現(xiàn)扼要介紹常用的幾種。

(1)并聯(lián)冗余如圖9-9所示，將n個(gè)單元并聯(lián)起來(lái)同時(shí)工作，執(zhí)行同一功能，并且只要不是所有的單元都發(fā)生故障，系統(tǒng)就不會(huì)發(fā)生故障，這種連接稱為并聯(lián)冗余。系統(tǒng)的可靠度Rs(t)可按概率相容事件加法公式計(jì)算。三、人機(jī)系統(tǒng)的可靠度的計(jì)算第三節(jié)人機(jī)系統(tǒng)的可靠度2.并聯(lián)系統(tǒng)(1)并聯(lián)冗余結(jié)果應(yīng)該為：三、人機(jī)系統(tǒng)的可靠度的計(jì)算2.并聯(lián)系統(tǒng)(2)待機(jī)冗余在圖9-10中，一個(gè)單元發(fā)生故障時(shí)，有同樣功能的另一單元立即接上去進(jìn)行工作，使系統(tǒng)得以繼續(xù)維持，這種方式稱為待機(jī)冗余或后備冗余。即開(kāi)始時(shí)不是常用冗余，只是主單元處于工作狀態(tài)，另一個(gè)單元處于待命狀態(tài)。這種替換操作猶如司機(jī)和副司機(jī)等。假定有n個(gè)單元，其可靠度R1=R2=R3=…=Rn，故障率λ1=

λ2=

…=λn，則待機(jī)冗余系統(tǒng)的可靠度R(t)為:可見(jiàn)，待機(jī)冗余系統(tǒng)的平均壽命或平均故障間隔時(shí)間為單個(gè)系統(tǒng)的2倍。三、人機(jī)系統(tǒng)的可靠度的計(jì)算2.并聯(lián)系統(tǒng)(3)表決冗余為了減少正常狀態(tài)下的誤動(dòng)作和異常狀態(tài)下沒(méi)有做出正確動(dòng)作的概率，可采用由監(jiān)視者或作業(yè)者或單元多數(shù)表決的方式。假定有一個(gè)由n個(gè)單元組成的系統(tǒng)，當(dāng)其中有r個(gè)單元發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)便失去功能，若單元組成部分的可靠度均為R，則整個(gè)系統(tǒng)的可靠度為:將此原則用到安全監(jiān)視上可以進(jìn)一步提高避免事故的可靠度，同時(shí)也減少了正常狀態(tài)的誤動(dòng)作。例如：3個(gè)人進(jìn)行安全監(jiān)視，有2個(gè)人執(zhí)行操作才能切斷電源。這種多數(shù)表決方式的可靠度為:三、人機(jī)系統(tǒng)的可靠度的計(jì)算第三節(jié)人機(jī)系統(tǒng)的可靠度2.并聯(lián)系統(tǒng)(3)表決冗余例如：3個(gè)人進(jìn)行安全監(jiān)視，有2個(gè)人執(zhí)行操作才能切斷電源。這種多數(shù)表決方式的可靠度為(此時(shí)n=3,r=2):如果是3個(gè)人同時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，構(gòu)成并聯(lián)冗余，此時(shí)系統(tǒng)的的可靠度為：若由3個(gè)人進(jìn)行安全監(jiān)視，串聯(lián)時(shí)的可靠度為:不同情況下系統(tǒng)的可靠度比較賤圖9-11所示。三、人機(jī)系統(tǒng)的可靠度的計(jì)算2.并聯(lián)系統(tǒng)由圖可見(jiàn)，當(dāng)表決冗余系統(tǒng)中各單元的可靠度R大于0.5時(shí)，其系統(tǒng)的可靠度將會(huì)提高，若R小于0.5，則可靠度反而會(huì)降低。通常在異常狀態(tài)下正確操作的概率R1一般都比較高，假定R1=0.90；而正常狀況下誤操作的概率F一般比較低，假定F=0.15，即R2=(1-F)=0.85，則3人的多種表決冗余系統(tǒng)在異常狀態(tài)下的可靠度R1S，在正常狀態(tài)下的可靠度R2S、分別為:由此可見(jiàn)，多數(shù)表決冗余系統(tǒng)中，異常狀況下的可靠性和正常狀態(tài)下的可靠性都得到改善。(3)表決冗余三、人機(jī)系統(tǒng)的可靠度的計(jì)算2.并聯(lián)系統(tǒng)以上介紹了串聯(lián)和并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度的數(shù)字模型及計(jì)算方法，實(shí)際上人機(jī)系統(tǒng)的聯(lián)接是極其復(fù)雜的。如果把m個(gè)由n個(gè)相同可靠度單元組成的串聯(lián)系統(tǒng)再并聯(lián)起來(lái)，就稱為系統(tǒng)并聯(lián)，其可靠度計(jì)算的表示式為:(4)系統(tǒng)并聯(lián)與單元串聯(lián)如果把n個(gè)由m個(gè)相同可靠單元組成的并聯(lián)系統(tǒng)再串聯(lián)起來(lái)，就稱為單元并聯(lián)，其可靠度計(jì)算表示式為:三、人機(jī)系統(tǒng)的可靠度的計(jì)算2.并聯(lián)系統(tǒng)(4)系統(tǒng)并聯(lián)與單元串聯(lián)示例：有一汽車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)可靠性連接關(guān)系如圖2-19所示，求系統(tǒng)的可靠度。已知組成系統(tǒng)各單元的可靠度分別為:R(A1)=0.995,R(A2)=0.975,R(A3)=0.972,R(B1)=0.990,R(B2)=0.980,R(C1)=R(C2)=R(C3)=R(C4)=0.995。三、人機(jī)系統(tǒng)的可靠度的計(jì)算2.并聯(lián)系統(tǒng)(4)系統(tǒng)并聯(lián)與單元串聯(lián)解：(1)系統(tǒng)分析

由圖中可見(jiàn)，該系統(tǒng)有兩套獨(dú)立的子系統(tǒng)，一套是腳踏操作式液壓系統(tǒng)（腳剎系統(tǒng)）A，另一套是手控機(jī)械系統(tǒng)（手剎系統(tǒng)）B，二者是并聯(lián)關(guān)系。腳剎系統(tǒng)由3個(gè)單元組成：腳踏板A1、液壓系統(tǒng)A2、制動(dòng)盤(pán)A3；同時(shí)動(dòng)作。手剎系統(tǒng)由2個(gè)單元組成：手控干B1、機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置B2；同時(shí)動(dòng)作。兩個(gè)剎車(chē)子系統(tǒng)控制同一套閥瓦，或者同時(shí)兩個(gè)前輪、或者同時(shí)兩個(gè)后輪，只要有一套發(fā)揮作用汽車(chē)就不會(huì)失控。而剎車(chē)系統(tǒng)和車(chē)輪系統(tǒng)是串聯(lián)關(guān)系。該制動(dòng)系統(tǒng)可看做是由A-B子系統(tǒng)和C-D子系統(tǒng)組成的可靠性串聯(lián)系統(tǒng)。

A-B子系統(tǒng)是由A子系統(tǒng)和B子系統(tǒng)組成的可靠性并聯(lián)系統(tǒng);A子系統(tǒng)是A1、A2和A3三個(gè)單元組成的可靠性串聯(lián)子系統(tǒng);B子系統(tǒng)是B1和B2兩個(gè)單元組成的可靠性串聯(lián)子系統(tǒng);C-D子系統(tǒng)是由C子系統(tǒng)和D子系統(tǒng)組成的可靠性并聯(lián)系統(tǒng);C子系統(tǒng)是C1和C2兩個(gè)單元組成的可靠性串聯(lián)子系統(tǒng);D子系統(tǒng)是D1和D2兩個(gè)單元組成的可靠性串聯(lián)子系統(tǒng)。三、人機(jī)系統(tǒng)的可靠度的計(jì)算2.并聯(lián)系統(tǒng)(4)系統(tǒng)并聯(lián)與單元串聯(lián)解：(2)分別求解A、B、C、D四個(gè)子系統(tǒng)的可靠度：

(3)分別求解并聯(lián)A-B子系統(tǒng)和C-D并聯(lián)子系統(tǒng)的可靠度：

三、人機(jī)系統(tǒng)的可靠度的計(jì)算2.并聯(lián)系統(tǒng)(4)系統(tǒng)并聯(lián)與單元串聯(lián)解：(3)求整個(gè)系統(tǒng)的的可靠度：

計(jì)算結(jié)果表明：目前該制動(dòng)系統(tǒng)的可靠度為0.996(不可靠度為0.004)。即如果有1000輛車(chē)，則有4輛可能因?yàn)檐?chē)閘故障而造成事故。隨著使用時(shí)間加長(zhǎng)，可靠度將不斷下降，而不可靠度將不斷上升。上題所演示的汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)，其手剎和腳剎均同時(shí)作用于前