2.9-系統(tǒng)可靠性分析法(D)-人機系統(tǒng)對可靠度資料

一、機器的可靠度計算機器的可靠度是機器、設(shè)備、部件、元件等在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(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，必須先求故障率λ(t)或λ(當(dāng)其為常數(shù)時)和運行時間t。求取λ可先從表9-10至表9-11中查出，再查表9-12，求取嚴重系數(shù)K。此時λ可由下式給出:所謂嚴重系數(shù)K，即使用條件下的故障率λ與實驗條件下的故障率λ0的比值，稱為嚴重系數(shù)，即K=λ/λ0。2.9系統(tǒng)可靠性分析(D):人機系統(tǒng)的可靠度一、機器的可靠度計算第二節(jié)人的操作可靠度

一、機器的可靠度計算第二節(jié)人的操作可靠度

一、機器的可靠度計算例：求汽車離合器在使用1000h條件下其可靠度為多少?二、人機系統(tǒng)的可靠度人機系統(tǒng)的可靠度是評價人機系統(tǒng)設(shè)計的重要內(nèi)容，人機系統(tǒng)最重要的形式就是人與機器的相互結(jié)合。為了獲得人機系統(tǒng)的最高效能，除了機器本身可靠度指標要高外，還要求操作者的操作可靠度指標也要高。一般情況下，人機系統(tǒng)的可靠度RS由機子系統(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、機兩子系統(tǒng)均處于正常狀態(tài)，即人和機器同時處于較高的可靠性時，人機系統(tǒng)才有較高的可靠性。按串聯(lián)系統(tǒng)的概率計算原則，人機系統(tǒng)的可靠度RS為:二、人機系統(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，要提高人機系統(tǒng)的可靠度，必須從提高RM和RH兩個方面人手，過分提高某一個值，往往收效不大。例如，當(dāng)RM=0.95,RH=0.8時，RS=0.76，若改進機器,使機器可靠度RM=0.99,RH=0.79，RS=0.79，并沒有什么改善。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)的進步和發(fā)展，使得機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越重要了，這一點應(yīng)當(dāng)引起我們的重視。三、人機系統(tǒng)的可靠度的計算第三節(jié)人機系統(tǒng)的可靠度人機系統(tǒng)的可靠度計算是一個比較復(fù)雜的技術(shù)。為了進行可靠度計算，首先要對組成人機系統(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，同時還要畫出可靠性邏輯圖。如果組成系統(tǒng)的任何一個單元發(fā)生故障，就會導(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)概率的獨立事件乘法定理，應(yīng)為:三、人機系統(tǒng)的可靠度的計算2.并聯(lián)系統(tǒng)在一些可靠性要求較高的人機系統(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，這個系統(tǒng)才會發(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個單元并聯(lián)起來同時工作，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算。三、人機系統(tǒng)的可靠度的計算第三節(jié)人機系統(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、人機系統(tǒng)的可靠度的計算2.并聯(lián)系統(tǒng)(2)待機冗余在圖9-10中，一個單元發(fā)生故障時，有同樣功能的另一單元立即接上去進行工作，使系統(tǒng)得以繼續(xù)維持，這種方式稱為待機冗余或后備冗余。即開始時不是常用冗余，只是主單元處于工作狀態(tài)，另一個單元處于待命狀態(tài)。這種替換操作猶如司機和副司機等。假定有n個單元，其可靠度R1=R2=R3=…=Rn，故障率λ1=

λ2=

…=λn，則待機冗余系統(tǒng)的可靠度R(t)為:可見，待機冗余系統(tǒng)的平均壽命或平均故障間隔時間為單個系統(tǒng)的2倍。三、人機系統(tǒng)的可靠度的計算2.并聯(lián)系統(tǒng)(3)表決冗余為了減少正常狀態(tài)下的誤動作和異常狀態(tài)下沒有做出正確動作的概率，可采用由監(jiān)視者或作業(yè)者或單元多數(shù)表決的方式。假定有一個由n個單元組成的系統(tǒng)，當(dāng)其中有r個單元發(fā)生故障時，系統(tǒng)便失去功能，若單元組成部分的可靠度均為R，則整個系統(tǒng)的可靠度為:將此原則用到安全監(jiān)視上可以進一步提高避免事故的可靠度，同時也減少了正常狀態(tài)的誤動作。例如：3個人進行安全監(jiān)視，有2個人執(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、人機系統(tǒng)的可靠度的計算第三節(jié)人機系統(tǒng)的可靠度2.并聯(lián)系統(tǒng)(3)表決冗余例如：3個人進行安全監(jiān)視，有2個人執(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n=3,r=2):如果是3個人同時進行監(jiān)測，構(gòu)成并聯(lián)冗余，此時系統(tǒng)的的可靠度為：若由3個人進行安全監(jiān)視，串聯(lián)時的可靠度為:不同情況下系統(tǒng)的可靠度比較賤圖9-11所示。三、人機系統(tǒng)的可靠度的計算2.并聯(lián)系統(tǒng)由圖可見，當(dāng)表決冗余系統(tǒng)中各單元的可靠度R大于0.5時，其系統(tǒng)的可靠度將會提高，若R小于0.5，則可靠度反而會降低。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，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、人機系統(tǒng)的可靠度的計算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)字模型及計算方法，實際上人機系統(tǒng)的聯(lián)接是極其復(fù)雜的。如果把m個由n個相同可靠度單元組成的串聯(lián)系統(tǒng)再并聯(lián)起來，就稱為系統(tǒng)并聯(lián)，其可靠度計算的表示式為:(4)系統(tǒng)并聯(lián)與單元串聯(lián)如果把n個由m個相同可靠單元組成的并聯(lián)系統(tǒng)再串聯(lián)起來，就稱為單元并聯(lián)，其可靠度計算表示式為:三、人機系統(tǒng)的可靠度的計算2.并聯(lián)系統(tǒng)(4)系統(tǒng)并聯(lián)與單元串聯(lián)示例：有一汽車的制動系統(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、人機系統(tǒng)的可靠度的計算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，該系統(tǒng)有兩套獨立的子系統(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個單元組成：腳踏板A1、液壓系統(tǒng)A2、制動盤A3；同時動作。手剎系統(tǒng)由2個單元組成：手控干B1、機械聯(lián)動裝置B2；同時動作。兩個剎車子系統(tǒng)控制同一套閥瓦，或者同時兩個前輪、或者同時兩個后輪，只要有一套發(fā)揮作用汽車就不會失控。而剎車系統(tǒng)和車輪系統(tǒng)是串聯(lián)關(guān)系。該制動系統(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D2兩個單元組成的可靠性串聯(lián)子系統(tǒng)。三、人機系統(tǒng)的可靠度的計算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、人機系統(tǒng)的可靠度的計算2.并聯(lián)系統(tǒng)(4)系統(tǒng)并聯(lián)與單元串聯(lián)解：(3)求整個系統(tǒng)的的可靠度：

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