機械零件可靠性設(shè)計研究生大作業(yè)格式

1、研究生課程考試成績單（試卷封面） 任課教師簽名： 日期：注：1. 以論文或大作業(yè)為考核方式的課程必須填此表，綜合考試可不填?！昂喴u語”欄缺填無效。2. 任課教師填寫后與試卷一起送院系研究生秘書處。 3. 學(xué)位課總評成績以百分制計分。系統(tǒng)可靠性設(shè)計可靠性的預(yù)測一、系統(tǒng)與系統(tǒng)可靠性的基本概念1、系統(tǒng)及單元系統(tǒng)是指由某些彼此相互協(xié)調(diào)工作的零、部件、子系統(tǒng)組成的，為了完成某一特定功能的綜合體。組成系統(tǒng)并相對獨立的構(gòu)件，統(tǒng)稱為單元。2、系統(tǒng)的可靠性在系統(tǒng)工作中，由于各種載荷的作用，組成系統(tǒng)的各個單元的功能參數(shù)會逐漸劣化，可能導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生故障。（注意：一般在計算中，為了簡化計算，認(rèn)為單元的失效均為獨立事

2、件，與其他單元無關(guān)。）系統(tǒng)的可靠性不僅與該系統(tǒng)的各單元的可靠性有關(guān)，且與組成系統(tǒng)的各單元間的組合方式和相互匹配有關(guān)。3、系統(tǒng)可靠性設(shè)計的目的進行系統(tǒng)可靠性設(shè)計的目的，即使要使系統(tǒng)在滿足規(guī)定的可靠性指標(biāo)、完成預(yù)定功能的前提下，使該系統(tǒng)的技術(shù)性能、重量指標(biāo)、制造成本及實用壽命等取得協(xié)調(diào)并達到最優(yōu)化的結(jié)果；或者在性能、重量、成本、壽命和其它要求的約束下，設(shè)計出高可靠性的系統(tǒng)。4、系統(tǒng)可靠性的設(shè)計方法系統(tǒng)可靠性的設(shè)計方法，可歸結(jié)為兩種類型：（1）可靠性預(yù)測：按照已知零部件或各單元的可靠性數(shù)據(jù)，計算系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。此方法中，應(yīng)進行系統(tǒng)的幾種結(jié)構(gòu)模型的計算、比較，以得到滿意的系統(tǒng)設(shè)計方案和可靠性指標(biāo)。（

3、2）可靠性分配：按照已給定的系統(tǒng)可靠性指標(biāo)，對組成系統(tǒng)的單元進行可靠性的分配，并在多種方案中比較、選優(yōu)。有時需要聯(lián)用這兩種方法。首先根據(jù)各單元的可靠度，計算預(yù)測系統(tǒng)的可靠度，看其是否滿足規(guī)定的系統(tǒng)可靠性指標(biāo)：若不能滿足時，要將系統(tǒng)規(guī)定的可靠性指標(biāo)重新分配到各單元。二、系統(tǒng)可靠性的預(yù)測1、系統(tǒng)可靠性預(yù)測的目的：（1）檢驗本設(shè)計能否滿足給定的可靠性目標(biāo)，預(yù)測產(chǎn)品的可靠度值； （2）協(xié)調(diào)設(shè)計參數(shù)及性能指標(biāo)，以求得合理地提高產(chǎn)品的可靠性；（3）比較不同的設(shè)計方案的特點及可靠度，找出薄弱環(huán)節(jié)，以采取必要的措施，降低產(chǎn)品的失效率，提高其可靠度?？煽啃灶A(yù)測包括單元可靠性預(yù)測和系統(tǒng)可靠性預(yù)測兩部分。2、單元可

4、靠性預(yù)測1）基本失效率和應(yīng)用失效率基本失效率是在一定的環(huán)境條件（包括一定的試驗條件、使用條件）下得到的，設(shè)計時可以從手冊、資料中查到。而應(yīng)用失效率是單元在現(xiàn)場使用中的失效率?？梢愿鶕?jù)不同的使用環(huán)選取相應(yīng)的修正系數(shù)值，并用計算式求出該環(huán)境下的應(yīng)用失效率 ： 下表中是一些常見設(shè)備的失效率修正系數(shù)值2）單元可靠度函數(shù) 由于單元多為元件、零部件，而在機械產(chǎn)品中的零部件都是經(jīng)過磨合階段才正常工作，因此其失效率基本保持一定，處于偶然失效期，故其可靠度函數(shù)服從指數(shù)分布，即：3、系統(tǒng)可靠性預(yù)測1）數(shù)學(xué)模型法 a 、串聯(lián)系統(tǒng)：系統(tǒng)可靠度的表達式為由上式可見，具有串聯(lián)系統(tǒng)邏輯圖的串聯(lián)系統(tǒng)，其可靠度與功能關(guān)系呈串聯(lián)

5、的單元數(shù)量n 及單元的可靠度有關(guān)。隨著單元數(shù)量的增加和單元可靠度的減小，串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度將迅速降低。b 、并聯(lián)系統(tǒng)： 并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度表達式為并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度總是大于系統(tǒng)中任何一個單元的可靠度，并且并聯(lián)單元數(shù)越多，系統(tǒng)的可靠度越大。隨著單元數(shù)和單元可靠度的增大，系統(tǒng)可靠度將迅速增大。c 、貯備系統(tǒng)：當(dāng)并聯(lián)系統(tǒng)中只有一個單元工作，其他單元不工作而作貯備，當(dāng)工作單元失效時貯備單元中的一個單元立即頂替上換下失效單元，使系統(tǒng)工作不致中斷，這種系統(tǒng)為貯備系統(tǒng)也稱后備系統(tǒng)或后冗余系統(tǒng)。 在由n 個單元構(gòu)成的貯備系統(tǒng)中，如果故障檢查器與轉(zhuǎn)換開關(guān)可靠度很高，則在給定的時間內(nèi)，只要累積的失效單元數(shù)不多于（n-1

6、）個，則系統(tǒng)均不會失效。貯備系統(tǒng)的可靠度可用泊松分布的部分求和公式計算d 、表決系統(tǒng)（典型為2/3表決系統(tǒng)）： 表決系統(tǒng)的可靠度可由概率乘法定理及加法原理計算e 、串并聯(lián)系統(tǒng)：串并聯(lián)系統(tǒng)可靠度的計算思想是轉(zhuǎn)換串并聯(lián)系統(tǒng)為等效的串聯(lián)系統(tǒng)。 2）布爾真值表法（狀態(tài)窮舉法）布爾真值表法用于復(fù)雜系統(tǒng)的分析。在有n 個單元組成的系統(tǒng)中，系統(tǒng)中各單元有“正常”（1）和“失效”（0）兩種狀態(tài)，列表逐個分析該系統(tǒng)的2n 種狀態(tài)。對這2n 種狀態(tài)作逐一分析，即可得出該系統(tǒng)可正常工作的狀態(tài)有哪幾種，并可分別計算其正常工作的概率。然后，將該系統(tǒng)所有正常工作的概率相加，即可得到該系統(tǒng)的可靠度。而這一過程可借助布爾真值

7、表進行。（例題電橋式系統(tǒng)的分析見PPT 中詳述）3）卡諾圖法（概率法）在布爾真值表的基礎(chǔ)上，將表中處于S 狀態(tài)的各行轉(zhuǎn)移到概率圖的相應(yīng)方格中并標(biāo)以“*”號。然后將這些標(biāo)有“*”號的方格按相鄰行列分成若干組，每組均以虛線框起來，即得卡諾圖。在卡諾圖中各組分別代表系統(tǒng)處于S 狀態(tài)時的相應(yīng)概率，系統(tǒng)的可靠度就是這些概率值之和。 4）邊值法（上、下限法）邊值法的基本思想是將復(fù)雜系統(tǒng)簡單地看成某些單元的串聯(lián)系統(tǒng)，求出該串聯(lián)系統(tǒng)的上限值、下限值，然后逐次考慮系統(tǒng)的復(fù)雜情況，求出越來越精確的上、下限值，當(dāng)達到一定的精度要求后，再將上限值和下限值作數(shù)學(xué)處理，合成一個可靠度單一預(yù)測值。在處理復(fù)雜的系統(tǒng)時，它比模

8、擬法節(jié)省費用，當(dāng)系統(tǒng)較簡單時，此法又比數(shù)學(xué)模型法簡便，且所得的結(jié)果也相當(dāng)精確。 a 、上限值的計算：計算系統(tǒng)可靠度的上限值時只考慮系統(tǒng)中的串聯(lián)單元。m 系統(tǒng)中各串聯(lián)單元的可靠度F j F k 并聯(lián)的兩個單元同時失效而導(dǎo)致系統(tǒng)失效時，該兩單元的失效概率之積s 一對并聯(lián)單元同時失效而導(dǎo)致系統(tǒng)失效的單元對數(shù) b 、下限值的計算計算系統(tǒng)可靠度的下限值時把系統(tǒng)中的所有單元都看成是串聯(lián)的。P1 考慮系統(tǒng)的并聯(lián)子系統(tǒng)中有一個單元失效，系統(tǒng)仍能正常工作的概率 P2 考慮系統(tǒng)的任一并聯(lián)子系統(tǒng)中有2個單元失效，系統(tǒng)仍能正常工作的概率 c、按上、下限值綜合預(yù)測系統(tǒng)的可靠度 參考文獻： 1. 金光, 周經(jīng)倫, 何小懷. 計算機應(yīng)用研究. 1999. 12: 45-46. 2. N. Valisena & T. de. Mollerat 著, 常亮明譯, 國外質(zhì)量可靠性. 1994. 5: 41-44. 3. 程侃, 壽命分布與可靠性數(shù)學(xué)理論. 北京: 科學(xué)出版社, 1999.陳玉波, 于永利, 封會娟,曲 長征, 聶成龍, 系統(tǒng)仿真學(xué)報. 2006. 18: 294-296.