04可靠性工程-可靠性分配

可靠靠性性工工程程專專題題———可可靠靠性性分分配配現(xiàn)代代航航天天企企業(yè)業(yè)制制造造信信息息化化技技術(shù)術(shù)學(xué)習(xí)習(xí)內(nèi)內(nèi)容容可靠靠性性分分配配目目的的、、用用途途與與分分類類可靠靠性性分分配配與與可可靠靠性性預(yù)預(yù)計(jì)計(jì)的的關(guān)關(guān)系系可靠靠性性分分配配程程序序可靠靠性性分分配配的的原原理理與與準(zhǔn)準(zhǔn)則則可靠靠性性分分配配方方法法可靠靠性性分分配配的的注注意意事事項(xiàng)項(xiàng)可靠靠性性分分配配概概念念可靠靠性性分分配配概概念念系統(tǒng)統(tǒng)可可靠靠性性分分配配就就是是將將使使用用方方提提出出的的，，在在系系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)任任務(wù)務(wù)書書(或或合合同同)中中規(guī)規(guī)定定的的可可靠靠性性指指標(biāo)標(biāo)，，從從上上而而下下，，由由大大到到小小，，以以整整體體到到局局部部，，逐逐步步分分解解，，分分配配到到各各分分系系統(tǒng)統(tǒng)，，設(shè)設(shè)備備和和元元器器件件。。可靠靠性性分分配配目目的的、、用用途途與與分分類類可靠靠性性分分配配目目的的與與用用途途可靠靠性性分分配配的的目目的的是是使使各各級(jí)級(jí)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)人人員員明明確確其其可可靠靠性性設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)要要求求，，根根據(jù)據(jù)要要求求估估計(jì)計(jì)所所需需的的人人力力、、時(shí)時(shí)間間和和資資源源，，并并研研究究實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)這這個(gè)個(gè)要要求求的的可可能能性性及及辦辦法法。。如同同性性能能指指標(biāo)標(biāo)一一樣樣，，是是設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)人人員員在在可可靠靠性性方方面面的的一一個(gè)個(gè)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)目目標(biāo)標(biāo)。。可靠靠性性分分配配目目的的、、用用途途與與分分類類可靠靠性性分分配配的的分分類類可靠靠性性分分配配包包括括基本本可可靠靠性性分分配配任務(wù)務(wù)可可靠靠性性分分配配特點(diǎn)點(diǎn)這兩兩者者有有時(shí)時(shí)是是相相互互矛矛盾盾的的，，提提高高產(chǎn)產(chǎn)品品的的任任務(wù)務(wù)可可靠靠性性，，可可能能合合降降低低是是基基本本可可靠靠性性，，反反之之亦亦然然。。在可可靠靠性性分分配配時(shí)時(shí)，，要要兩兩者者之之間間的的符符合合權(quán)權(quán)衡衡，，或或采采取取其其他他不不相相互互影影響響的的措措施施。。返回回可靠靠性性分分配配與與可可靠靠性性預(yù)預(yù)計(jì)計(jì)的的關(guān)關(guān)系系可靠靠性性分分配配與與可可靠靠性性預(yù)預(yù)計(jì)計(jì)的的關(guān)關(guān)系系可靠靠性性分分配配結(jié)結(jié)果果是是可可靠靠性性預(yù)預(yù)計(jì)計(jì)的的依依據(jù)據(jù)和和目目標(biāo)標(biāo)，，可可靠靠性性預(yù)預(yù)計(jì)計(jì)相相對(duì)對(duì)結(jié)結(jié)果果是是可可靠靠性性分分配配與與指指標(biāo)標(biāo)調(diào)調(diào)整整的的基基礎(chǔ)礎(chǔ)。。返回回返回回可靠靠性性分分配配程程序序可靠靠性性分分配配程程序序明確確系系統(tǒng)統(tǒng)可可靠靠性性參參數(shù)數(shù)指指標(biāo)標(biāo)要要求求分析析系系統(tǒng)統(tǒng)特特點(diǎn)點(diǎn)選取取分分配配方方法法（（同同一一系系統(tǒng)統(tǒng)可可選選多多種種方方法法））準(zhǔn)備備輸輸入入數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)進(jìn)行行可可靠靠性性分分配配驗(yàn)算算可可靠靠性性指指標(biāo)標(biāo)要要求求可靠靠性性分分配配的的原原理理可靠靠性性分分配配的的原原理理系統(tǒng)統(tǒng)可可靠靠性性分分配配是是求求解解下下面面的的基基本本不不等等式式對(duì)于于簡簡單單串串聯(lián)聯(lián)系系統(tǒng)統(tǒng)而而言言，，上上式式就就轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換為為如果果對(duì)對(duì)分分配配沒沒有有任任何何約約束束條條件件，，則則上上兩兩式式可可以以有有無無數(shù)數(shù)個(gè)個(gè)解解，，有有約約束束條條件件，，也也可可能能有有多多個(gè)個(gè)解解。。因因此此，，可可靠靠性性分分配配的的關(guān)關(guān)鍵鍵在在于于要要確確定定一一個(gè)個(gè)方方法法，，通通過過它它能能得得到到合合理理的的可可靠靠性性分分配配值值的的唯唯一一解解或或有有限限數(shù)數(shù)量量解解。。可靠性分配的的準(zhǔn)則分配準(zhǔn)則可靠性分配的的要求值應(yīng)是是成熟期的規(guī)規(guī)定值。為了減少分配配的反復(fù)次數(shù)數(shù)，并考慮到到分配中存在在忽略不計(jì)的的其他因素項(xiàng)項(xiàng)目，因此可可靠性分配時(shí)時(shí)應(yīng)該留出15%~20%的余量。。某些非電子組組件故障率很很低時(shí)，可以以不直接參加加可靠性分配配，而歸并在在其他因素項(xiàng)項(xiàng)目中一并考考慮。進(jìn)行可靠性指指標(biāo)分配時(shí)，，應(yīng)保證基本本可靠性指標(biāo)標(biāo)分配值與任任務(wù)可靠性指指標(biāo)分配值的的協(xié)調(diào)，使系系統(tǒng)的基本可可靠性和任務(wù)務(wù)可靠性指標(biāo)標(biāo)同時(shí)得到滿滿足。可靠性分配應(yīng)應(yīng)在研制階段段早期即開始始進(jìn)行。根據(jù)不同研制制階段，選定定分配方法進(jìn)進(jìn)行分配?？煽啃苑峙涞牡臏?zhǔn)則分配準(zhǔn)則對(duì)于復(fù)雜度高高的分系統(tǒng)、、設(shè)備等，應(yīng)應(yīng)分配較低的的可靠性指標(biāo)標(biāo)，因?yàn)楫a(chǎn)品品越復(fù)雜，其其組成單元就就越多，要達(dá)達(dá)到高可靠性性就越困難并并且更為費(fèi)錢錢。對(duì)于技術(shù)上不不成熟的產(chǎn)品品，分配較低低的可靠性指指標(biāo)。對(duì)于這這種產(chǎn)品提出出高可靠性要要求會(huì)延長研研制時(shí)間，增增加研制費(fèi)用用。對(duì)于處于惡劣劣環(huán)境條件下下工作的產(chǎn)品品，應(yīng)分配較較低的可靠性性指標(biāo)，因?yàn)闉閻毫拥沫h(huán)境境會(huì)增加產(chǎn)品品的故障率。。當(dāng)把可靠度作作為分配參數(shù)數(shù)時(shí)，對(duì)于需需要長期工作作的產(chǎn)品，分分配較低的可可靠性指標(biāo)，，因?yàn)楫a(chǎn)品的的可靠性隨著著工作時(shí)間的的增加而降低低?？煽啃苑峙涞牡臏?zhǔn)則分配準(zhǔn)則對(duì)于重要度高高的產(chǎn)品，應(yīng)應(yīng)分配較高的的可靠性指標(biāo)標(biāo)，因?yàn)橹匾雀叩漠a(chǎn)品品的故障會(huì)影影響人身安全全或任務(wù)的完完成。分配時(shí)還應(yīng)結(jié)結(jié)合維修性、、保障性，如如可達(dá)性差的的產(chǎn)品，分配配較高的可靠靠性指標(biāo)，以以實(shí)現(xiàn)較好的的綜合效能等等。對(duì)于已有可靠靠性指標(biāo)、貨貨架產(chǎn)品，不不再進(jìn)行可靠靠性分配，同同時(shí)，在進(jìn)行行可靠性分配配時(shí)，要從總總指標(biāo)中剔除除這些單元的的可靠性值。。返回可靠性分配方方法可靠性分配方方法無約束分配法法等分配法評(píng)分分配法比例組合法考慮重要度和和復(fù)雜度的分分配方法余度系統(tǒng)的比比例組合法可可靠性分配可靠度的再分分配法有約束分配法法拉格朗日乘數(shù)數(shù)法動(dòng)態(tài)規(guī)劃法直接尋查法等分配法等分配法的原原理串聯(lián)系統(tǒng)中各各單元的可靠靠性水平相同同等分配法等分配法舉例例某型抗荷服是是由衣面、膠膠囊、接鏈三三個(gè)部分串聯(lián)聯(lián)組成。若要要求該抗荷服服的可靠度指指標(biāo)為0.9987，試試用等分配法法確定衣面、、膠囊、拉鏈鏈的可靠度指指標(biāo)。評(píng)分分配法評(píng)分分配法含含義在可靠性數(shù)據(jù)據(jù)非常缺乏的的情況下，通通過有經(jīng)驗(yàn)的的設(shè)計(jì)人員或或?qū)＜覍?duì)影響響可靠性的幾幾種因素評(píng)分分，對(duì)評(píng)分進(jìn)進(jìn)行綜合分析析而獲得各單單元產(chǎn)品之間間的可靠性相相對(duì)比值，根根據(jù)評(píng)分情況況給每個(gè)分系系統(tǒng)或設(shè)備分分配可靠性指指標(biāo)。評(píng)分分配法評(píng)分因素復(fù)雜度，技術(shù)術(shù)發(fā)展水平，，工作時(shí)間，，環(huán)境條件評(píng)分原則復(fù)雜度最復(fù)雜的評(píng)10分，最簡簡單的評(píng)1分分。技術(shù)發(fā)展水平平水平最低的評(píng)評(píng)10分，水水平最高的評(píng)評(píng)1分。工作時(shí)間單元工作時(shí)間間最長的評(píng)10分，最短短的評(píng)1分。。環(huán)境條件單元工作過程程中會(huì)經(jīng)受極極其惡劣而嚴(yán)嚴(yán)酷的環(huán)境條條件的評(píng)10分，環(huán)境條條件最好的評(píng)評(píng)1分。評(píng)分分配法評(píng)分分配法原原理評(píng)分分配法分配步驟確定系統(tǒng)的基基本可靠性指指標(biāo)，對(duì)系統(tǒng)統(tǒng)進(jìn)行分析，，確定評(píng)分因因素。確定該系統(tǒng)中中“貨架”產(chǎn)產(chǎn)品或已單獨(dú)獨(dú)給定可靠性性指標(biāo)的產(chǎn)品品。聘請(qǐng)?jiān)u分專家家，專家人數(shù)數(shù)不宜過少（（至少5人））。產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員員向評(píng)分專家家介紹產(chǎn)品及及其組成部分分的構(gòu)成、工工作原理、功功能流程、任任務(wù)時(shí)間、工工作環(huán)境條件件、研制生產(chǎn)產(chǎn)水平等情況況；或?qū)＜彝ㄍㄟ^查閱相關(guān)關(guān)技術(shù)文件獲獲得相關(guān)信息息。評(píng)分分配法分配步驟評(píng)分。首先由由專家按照評(píng)評(píng)分原則給各各單元打分，，填寫評(píng)分表表格。再由負(fù)負(fù)責(zé)可靠性分分配的人員，，將各專家對(duì)對(duì)產(chǎn)品的各項(xiàng)項(xiàng)評(píng)分總和，，即每個(gè)單元元的4個(gè)因素素評(píng)分為各專專家評(píng)分的平平均值，填寫寫表格。按公式分配各各單元可靠性性指標(biāo)。評(píng)分分配法評(píng)分分配法舉舉例某飛機(jī)共由18個(gè)分系統(tǒng)統(tǒng)組成，其中中五個(gè)分系統(tǒng)統(tǒng)是已使用過過的成件并已已知其MFHBF，見下下表。規(guī)定飛飛機(jī)的可靠性性指標(biāo)MFHBF=2.9(飛行小小時(shí))。試用用評(píng)分分配法法對(duì)其余13個(gè)分系統(tǒng)進(jìn)進(jìn)行分配。分系統(tǒng)名稱已知的MFHBF發(fā)動(dòng)機(jī)50前緣襟懵80應(yīng)急系統(tǒng)500飛控系統(tǒng)142彈射救生系統(tǒng)280總計(jì)22．166評(píng)分分配法評(píng)分分配法舉舉例分系統(tǒng)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)分配給各單元的MFHBF結(jié)構(gòu)8410412800．127626.15動(dòng)力裝置811086400．063852.30發(fā)動(dòng)機(jī)接口32841920．0191174.71燃油系統(tǒng)521088000．079741.87液壓系統(tǒng)52875600．055859.80前輪結(jié)構(gòu)45834800．047869.81………….…………航空電子978735280．35169.49其他25552500．0249134.02總計(jì)100341.03.337比例組合法比例組合法原原理一個(gè)新設(shè)計(jì)的的系統(tǒng)與老的的系統(tǒng)非常相相似，也就是是組成系統(tǒng)的的各單元類型型相同。對(duì)這個(gè)新系統(tǒng)統(tǒng)只是提出新新的可靠性要要求?？梢愿鶕?jù)老系系統(tǒng)中各單元元的故障率，，按新系統(tǒng)可可靠性的要求求，給新系統(tǒng)統(tǒng)的各單元分分配故障率。。如果有老系統(tǒng)統(tǒng)中各分系統(tǒng)統(tǒng)故障數(shù)占系系統(tǒng)故障數(shù)百百分比的統(tǒng)計(jì)計(jì)資料，可以以按下式進(jìn)行行分配比例組合法比例組合法舉舉例一一個(gè)液壓動(dòng)力力系統(tǒng)，原故故障率為256.0×10-6/h，改進(jìn)設(shè)設(shè)計(jì)要求故障障率為200.0×10-6/h，試把這這指標(biāo)分配給給各分系統(tǒng)。。序號(hào)分系統(tǒng)名稱原故障率(10-6/h)新故障率(10-6/h)1油箱3.02.32拉緊裝置1.00.783油泵75.059.0..………8聯(lián)軸節(jié)1.00.789導(dǎo)管3.02.310啟動(dòng)器67.052.0總計(jì)(系統(tǒng))256.0199.6比例組合法比例組合法舉舉例二要求設(shè)計(jì)一種種飛機(jī)，在5h的飛行任任務(wù)時(shí)間內(nèi)可可靠度為0.9。根據(jù)這這種類型飛機(jī)機(jī)各分系統(tǒng)故故障百分比的的統(tǒng)計(jì)資料，，將指標(biāo)分配配給各分系統(tǒng)統(tǒng)。序號(hào)分系統(tǒng)名稱按歷史資料占飛機(jī)故障數(shù)的百分比新飛機(jī)分系統(tǒng)分配的故障率(1/h)分配給分系統(tǒng)的可靠度指標(biāo)1機(jī)身與貨艙12.00.0025290.98742起落架7.00.0014750.99273操縱系統(tǒng)5.00.0010540.99474動(dòng)力裝置26.00.0054790.9930……………13通訊、導(dǎo)航5.00.0010540.994714其他各項(xiàng)5.00.0010540.9947總計(jì)100.00.021072≈0.90考慮重要度和和復(fù)雜度分配配法重要度和復(fù)雜雜度概念示例例說明考慮重要度和和復(fù)雜度分配配法重要度關(guān)系分分析考慮重要度和和復(fù)雜度分配配法復(fù)雜度關(guān)系分分析考慮重要度和和復(fù)雜度分配配法綜合考慮重要要度和復(fù)雜度度分配分配給第i個(gè)個(gè)分系統(tǒng)(第第j個(gè)設(shè)備)的可靠性指指標(biāo)與該分系系統(tǒng)的重要度度成正比，與與它的復(fù)雜度度成反比?？紤]重要度和和復(fù)雜度分配配法考慮重要度和和復(fù)雜度分配配法舉例某機(jī)載電子設(shè)設(shè)備要求工作作12h的可可靠度0.923，這臺(tái)臺(tái)設(shè)備的各分分系統(tǒng)(設(shè)備備)的有關(guān)數(shù)數(shù)據(jù)見下表，，試對(duì)各分系系統(tǒng)(設(shè)備)進(jìn)行可靠度度分配。序號(hào)分系統(tǒng)(設(shè)備)名稱分系統(tǒng)構(gòu)成部件數(shù)工作時(shí)間重要度1發(fā)動(dòng)機(jī)10212.01.02接收機(jī)9112.01.03起飛用自動(dòng)裝置953.00.34控制設(shè)備24212.01.05電源4012.01.0共計(jì)570考慮重要度和和復(fù)雜度分配配法考慮重要度和和復(fù)雜度分配配法舉例計(jì)算結(jié)果余度系統(tǒng)的比比例組合法可可靠性分配方法說明常規(guī)的比例組組合法只適用用于基本可靠靠性指標(biāo)的分分配，即只適適用于串聯(lián)模模型。對(duì)于簡單的冗冗余系統(tǒng)來說說，可采用的的分配方法有有：考慮重要要度、復(fù)雜度度的分配法；；拉格朗日乘乘數(shù)法；動(dòng)態(tài)態(tài)規(guī)劃法；直直接尋查法等等。這些方法多是是從數(shù)學(xué)優(yōu)化化的角度并考考慮某些約束束條件來研究究系統(tǒng)的冗余余問題，在工工程上往往不不是簡易可行行的，而且不不能應(yīng)用于含含有冷貯備等等多種模型的的情況。下面介紹如何何把比例組合合法應(yīng)用于含含有串、并、、旁聯(lián)等混和和模型的方法法。余度系統(tǒng)的比比例組合法可可靠性分配可靠性分配原原理新系統(tǒng)各組成成單元故障率率的分配值與與老系統(tǒng)相似似單元的故障障率之比值相相等系統(tǒng)各組成單單元的壽命服服從指數(shù)分布布余度系統(tǒng)的比比例組合法可可靠性分配分配舉例某系統(tǒng)由A、、B、C、D、E5個(gè)個(gè)單元組成，，如下圖所示示，由相似系系統(tǒng)可得各單單元故障率如如圖中所示，，若要求的系系統(tǒng)可靠度為為0.9(在在任務(wù)時(shí)間內(nèi)內(nèi))，試將此此指標(biāo)分配給給各單元。余度系統(tǒng)的比比例組合法可可靠性分配分配舉例計(jì)算