质量管理与可靠性13

控制科学与工程,管理科学与工程,工商管理

第十三章 可靠性设计第一节 可靠性设计概述 第二节 系统可靠性模型 第三节 可靠性预测 第四节 可靠性分配 第五节 可靠性分析 第六节 可靠性设计的常用技术

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第一节 可靠性设计概述一、影响产品可靠性的因素及其比率分配 二、系统可靠性设计方法 三、产品可靠性设计一般程序 四、现代可靠性设计的主要体现

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一、影响产品可靠性的因素及其比率分配设计技术 40%

内在可靠性 产品可靠性 使用可靠性

零部件、原材料 30% 制造技术 10% 使用、操作 20% 维修等

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二、系统可靠性设计的方法可靠性预测：按照已知零部件或各单元的可靠性数据, 计算系统的可靠性指标，以得到比较满意的系统设计方 案。 可靠性分配：按照已给定的系统可靠性指标，对组成系 统的单元进行可靠性分配。并在多种设计方案中比较、 选优。

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三、可靠性设计的一般程序确定产品可靠性是指：收集零部件、元器件的失效数据，考虑环境及负荷，确定失效率； 确定产品的寿命剖面、任务剖面及使用环境； 根据零部件、元器件、组件之间的功能关系，建立可靠性模型； 进行产品可靠性指标初次分配和预测； 根据给出的失效率指标，选择零部件、元器件的类型，以及额定值和降 额应力比，确定产品的环境； 根据初选的零部件、元器件，以及所选的模型，用较精确的方法预测可 靠性，并重新进行可靠性分配； 进行故障模式、影响及危害度分析(FMECA)或故障树分析(FTA); 改进设计； 进行电磁兼容设计、热设计、降额、耐环境、安全性、容差、加固、人 -机系统和维修设计等。

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四、现在可靠性设计的主要体现更严格的简化及降额设计。 采用计算机辅助可靠性设计。 非电子设备的可靠性设计研究取得了相当大的发展。 软件可靠性已成为一个新的可靠性分支，并得到迅速发 展 。 为尽早发现并剔除引起早期失效的薄弱元器件及工艺缺 陷，采用组合环境应力试验和加强环境应力筛选试验。 进行可靠性增长试验，即预先进行的鉴定试验 。

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第二节

系统可靠性模型

一、串联系统

二、并联系统

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一、串联系统串联系统的可靠性框图单元1 单元2 单元n

串联系统的可靠度Rs(t): 假设n单元的可靠度为 Rn(t),则串联系统的可靠度Rs ( t ) = R1 ( t ) R 2 ( t )...R n ( t ) =

∏ R (t )i i =1

n

串联系统的平均无故障工作时间(MTTFs):MTTFs =

∫

∞

tf (t )dt =

0

∫

∞

0

Rs (t ) dt =

∫ ∏ R (t )dt0 i i =1

∞ n

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[例13.2.2]一个电子放大器由152个独立元件串联组成，各元件均服从指 数分布，其失效率如表13.2.2所示。试求放大器正常工作100小 时的可靠度及平均无故障工作时间。失效个

数 失效率 10-4/小时 5 0.6 10 0.8 15 0.4 30 0.2 40 0.5 52 0.1

[解] λ =5×0 .6+10×0.8+15×0.4+30×0.2+40×0.5+52×0.1 =0.0048/小时

Rs (t ) = e 0.0048t , Rs (100) = e 0.0048×100 = e 0.48 = 0.6187MTTFs = 1

λ

=

1 = 208.33 0.0048

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[例13.2.1]串联系统由n个可靠性Ri相等的单元构成，试求 n=1,5,10,15,20,25,30,35,40,45时，Ri为1,0.99,0.98,0.97,0.96,0.95的 系统可靠度。 n [解] 因为 Rs (t ) = ∏ Ri = Rin ,计算与不同n相应的系统可靠度,结 果如表13.2.1。 i =1 1.2n Ri1 5 10 15 20 25 30 35 40 45 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 0.990 0.990 0.951 0.904 0.860 0.818 0.778 0.740 0.703 0.669 0.636 0.980 0.980 0.904 0.817 0.739 0.668 0.603 0.545 0.493 0.446 0.403 0.970 0.970 0.859 0.737 0.633 0.544 0.467 0.401 0.344 0.296 0.254 0.960 0.960 0.815 0.665 0.542 0.442 0.360 0.294 0.240 0.195 0.159 0.950 0.950 0.774 0.599 0.463 0.358 0.277 0.215 0.166 0.129 0.099

1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 1 5

R=1 R=0.99 R=0.98 R=0.97 R=0.95 R=0.96

10 15 20 25 30 35 40 45

图13-2-3 Ri关系曲线 13-

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二、并联系统并联系统可靠性框图单元1 单元2 …… 单元n

并联系统可靠度 系统的平均寿命MTTFs =

R s (t ) = 1 -

∏ [1 - Ri =1

n

i

( t )]

∫

∞

0

Rs (t ) dt =

∫

∞

{1-

0

∏ [1- R (t )]}dti i=1

n

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[例13.2.3]若系统由n个寿命服从指数分布、失效率相同的单元并联组成， 试求n=1,3,5,8,10时，失效率λ=0.01,0.05,0.1,0.2,0.3,0.5,0.6,0.8时 系统的可靠度R,平均无故障时间。 [解] 因本题系统各单元的失效率相同，且寿命服从指数分布， n 由 Rs (t ) = 1 ∏ [1 e λ t ]i

i =1

计算不同单元数n的可靠度，结果如表13.2. 3。对应不同失 效率λ、单元个数n与系统可靠度R的关系如图13-2-5所示。

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不同失效率λ和 的可靠度计算值 表13.2.3 不同失效率 和n的可靠度计算值

n

λ0.01 0.05 0.10 0.20 0.40 0.50 0.60 0.80

1 0.990050 0.951229 0.904837 0.818731 0.670320 0.606531 0.548812 0.449329

3 0.999999 0.999884 0.999138 0.994044 0.964167 0.939084 0.908151 0.833015

5 1.000000 1.000000 0.999992 0.999804 0.996105 0.990569 0.981302 0.949364

8 1.000000 1.000000 1.000000 0.999999 0.999860 0.999426 0.998283 0.991545

10 1.000000 1.000000 1.000000 1.000000 0.999985 0.999911 0.999650 0.997436

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λ=0.01

1λ=0.2

0.9

λ=0.6

0.8 λ=0.1 0.7 0.6 0.5 1 2 3 4 5 6 7 13图13-2-5 8 10λ=0.8

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由公式 MTTF s

计算 λ = 500,1000,1500,2000,3000 n=1,2,5,8,10时，系统平均无故障时间，结果如表13.2.4所示。 因为单元平均无故障工作时间MTTF=1/λ,系统平均无故障 工作时间与单元平均无故障工作时间之间的关系，可表为：1n

=

1 ∑ λ i =1 i

1

n

1

1 1 MTIFs = ∑ = λ i=1 i MTIF

1 ∑i i =1

n

n 1/λ 500 1000

1 500.00 1000.00 1500.00 2000.00 2500.00 3000.00

3 916.67 1833.33 2750.00 3666.67 4583.33 5500.00

5 1141.67 2283.33 3425.00 4566.67 5708.33 6850.00

8 1358.93 2717.86 4076.79 5

435.71 6794.64 8153.57

10 1464.48 292 …… 此处隐藏：2809字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……