可靠性工程7A

1、可靠性工程可靠性工程 张志俭张志俭 核科学与技术学院核科学与技术学院 2012年6月 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* 第四章第四章 系统可靠性设计系统可靠性设计 （2 2） 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* 思考题思考题 n可靠性设计的内容可靠性设计的内容 n可靠性分配的原则可靠性分配的原则 n可靠性分配

2、的步骤可靠性分配的步骤 n加权分配的特性加权分配的特性 n第四章第四章 习题习题1111、1212、1313 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 一、可靠性预计的概念一、可靠性预计的概念(Conception) n可靠性预计可靠性预计(Reliability Prediction)(Reliability Prediction)是对所设计系统是对所设计系统 可靠性的定量估算，一般根据系统的可靠性模型和可靠性的定量估

3、算，一般根据系统的可靠性模型和 可靠性数据，预计单元的可靠性，再由单元的可靠可靠性数据，预计单元的可靠性，再由单元的可靠 性推出系统的可靠性，是一个由局部到整体的综合性推出系统的可靠性，是一个由局部到整体的综合 过程；过程； n不同阶段的预计方法不同，单元与系统的预计方法不同阶段的预计方法不同，单元与系统的预计方法 也不同。也不同。 4.3.1 概述概述(Introduction) 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预

4、计 二、可靠性预计的目的用途二、可靠性预计的目的用途 (Purposes and Applications) n评价系统是否满足要求；评价系统是否满足要求； n比较不同的设计方案；比较不同的设计方案； n发现薄弱环节，找到改进的途径；发现薄弱环节，找到改进的途径； n为可靠性设计与试验提供依据；为可靠性设计与试验提供依据； n为可靠性分配提供基础条件为可靠性分配提供基础条件 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 三、

5、各阶段可靠性预计的特点三、各阶段可靠性预计的特点 ( (Characteristic) ) n各设计阶段的具体目的不同可靠性预计所采用的预计各设计阶段的具体目的不同可靠性预计所采用的预计 方法也不同，按层次随设计的深入而完善；方法也不同，按层次随设计的深入而完善； n方案设计阶段（方案设计阶段（Schematic Design Phase）：）：用于比较用于比较 各种方案的可靠性指标，并为制定系统整体可靠性指各种方案的可靠性指标，并为制定系统整体可靠性指 标提供依据。该阶段只有分系统和主要设备的数据，标提供依据。该阶段只有分系统和主要设备的数据， 所采用的可靠性预计方法有相似设备法，相似复杂法

6、所采用的可靠性预计方法有相似设备法，相似复杂法 和功能预计法和功能预计法。 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 n初步设计阶段初步设计阶段( (Preliminary Design Phase) )：可靠性可靠性 预计用于评定设计能否达到合同规定的可靠性指标，预计用于评定设计能否达到合同规定的可靠性指标， 并发现设计中的薄弱环节加以改进。并发现设计中的薄弱环节加以改进。 采用的预计方采用的预计方 法有元器件计数法、

7、可靠性模型预计法、上下限法法有元器件计数法、可靠性模型预计法、上下限法 等等。 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 n详细设计与生产阶段详细设计与生产阶段( (Detailed Design and Production Phase) )：用于审查分配到各分系统、设备的可靠性指用于审查分配到各分系统、设备的可靠性指 标能否达到；最终设计的系统可靠性指标能否满足合标能否达到；最终设计的系统可靠性指标能否满足合 同要求

8、；评价所选择的元器件、器材、设备是否合适；同要求；评价所选择的元器件、器材、设备是否合适； 为系统可靠性增长实验和验证实验提供依据等。为系统可靠性增长实验和验证实验提供依据等。 采用采用 的预计方法有：应力分析法、机械结构的可靠性预计的预计方法有：应力分析法、机械结构的可靠性预计 法和可靠性模型预计法等法和可靠性模型预计法等。 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 四、程序四、程序( (Procedures) ) n

9、系统定义系统定义( (System Definition) )； n确定故障判据确定故障判据( (Fault Criterion)； n确定工作条件确定工作条件( (Working Condition)； n绘制可靠性框图绘制可靠性框图( (RBD) )； n建立数学模型建立数学模型( (Mathematic Model) )； n计算基本和任务可靠性计算基本和任务可靠性( (Basic and Mission Reliability) )； n系统变更时再预计系统变更时再预计( (Re-prediction) )。 核科学与技术学院 College of Nuclear Science an

10、d Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 五、注意事项五、注意事项( (Notice) ) n可靠性预计越准确越好；可靠性预计越准确越好； n相对的预计依然具有重要意义；相对的预计依然具有重要意义； n应尽早进行可靠性预计；应尽早进行可靠性预计； n根据预计结果改进设计。根据预计结果改进设计。 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* 4.3.1 相似设备法相

11、似设备法(Similar Equipment) n 一般应用于方案分析研究阶段，一个新设计的系统一般应用于方案分析研究阶段，一个新设计的系统 已确定由一定的分系统和主要设备组成，根据与新系统已确定由一定的分系统和主要设备组成，根据与新系统 中所采用的分系统、主要设备功能、特性、环境相似中所采用的分系统、主要设备功能、特性、环境相似 （以致同一生产厂）的其它系统中的分系统、设备的使（以致同一生产厂）的其它系统中的分系统、设备的使 用经验和数据，以用经验和数据，以MTBFMTBF、故障率或其它可靠性参数对、故障率或其它可靠性参数对 分系统和主要设备的可靠性进行简单的估算，然后由此分系统和主要设备的

12、可靠性进行简单的估算，然后由此 推出系统的可靠度，这一方法称为相似设备法。推出系统的可靠度，这一方法称为相似设备法。 一、概述一、概述(Introduction) 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* n 用于估计在现有技术水平的约束条件下某种系统方案用于估计在现有技术水平的约束条件下某种系统方案 达到最低可靠性指标的可行性。达到最低可靠性指标的可行性。 二、作用二、作用(Function) 三、步骤三、步骤 (Pr

13、ocedures) n 确定所设计系统中的设备功能、特性、设备定义、工确定所设计系统中的设备功能、特性、设备定义、工 作环境，估计可能的生产工艺方法；作环境，估计可能的生产工艺方法； 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* n 确定与所设计系统中的设备最相似的现有设备（功能、确定与所设计系统中的设备最相似的现有设备（功能、 特性、工作环境相似、最好具有相同的生产制造厂家）。特性、工作环境相似、最好具有相同的生产制造厂家

14、）。 n 获得并分析现有设备的数据，求得它的可靠性指标；获得并分析现有设备的数据，求得它的可靠性指标； n 假设相似设备具有相似的可靠性指标，得到新设备的假设相似设备具有相似的可靠性指标，得到新设备的 可靠性指标，推出所设计系统的可靠性指标。可靠性指标，推出所设计系统的可靠性指标。 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* 四、例题四、例题(Example) 某水面舰船的动力装置拟选用燃气轮机动力装置，一种设某水面舰船的

15、动力装置拟选用燃气轮机动力装置，一种设 计方案如图所示。使预计这一方案，即燃气轮机动力装置计方案如图所示。使预计这一方案，即燃气轮机动力装置 的平均无故障间隔时间的平均无故障间隔时间MTBFMTBF。 燃油系统燃油系统滑油系统滑油系统燃气轮机燃气轮机传动系统传动系统 动力装置动力装置 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* 解：（一）确定各系统的定义解：（一）确定各系统的定义 电机电机泵泵 电机电机泵泵 加热器加热器

16、加热器加热器 滤清器滤清器 滤清器滤清器 分离器分离器 分离器分离器 燃油系统燃油系统 n 燃油系统由电机、泵、加热器、滤清器混联组成，它燃油系统由电机、泵、加热器、滤清器混联组成，它 的功能是完成燃油供应，油量可调，连续运行，工作环境的功能是完成燃油供应，油量可调，连续运行，工作环境 为舰船舱室，所有设备由有关的动力厂生产、船厂总装。为舰船舱室，所有设备由有关的动力厂生产、船厂总装。 1. 燃油系统燃油系统 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineer

17、ing University* 电机电机泵泵 电机电机泵泵 滤清器滤清器 滤清器滤清器 冷却器冷却器 冷却器冷却器 滑油系统滑油系统 n 滑油系统由电机、泵、加热器、滤清器、冷却器混联组滑油系统由电机、泵、加热器、滤清器、冷却器混联组 成，其功能是完成滑油的供应，连续运行，油量可调，压成，其功能是完成滑油的供应，连续运行，油量可调，压 力恒定，工作环境为舰船的舱室，所有设备由有关动力厂力恒定，工作环境为舰船的舱室，所有设备由有关动力厂 生产，船厂总装。生产，船厂总装。 2. 滑油系统滑油系统 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Scie

18、nce and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* 燃气轮机燃气轮机离合器离合器 燃气轮机燃气轮机 3. 燃气轮机燃气轮机 n 燃气轮机由燃气轮机本体和离合器串联组成，功能为提燃气轮机由燃气轮机本体和离合器串联组成，功能为提 供主动力，运行方式为低工况、巡航工况、高速工况交替供主动力，运行方式为低工况、巡航工况、高速工况交替 连续运行，可多次启动，工作环境为海洋条件，拟采用进连续运行，可多次启动，工作环境为海洋条件，拟采用进 口机组。口机组。 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nucle

19、ar Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* 减速器减速器轴系轴系 传动系统传动系统 n 传动系统由减速器、轴系、变距桨组成，变负荷连续运传动系统由减速器、轴系、变距桨组成，变负荷连续运 行，传递载荷，有部分冲击振动，工作环境为舰船舱室，行，传递载荷，有部分冲击振动，工作环境为舰船舱室， 海水中。由有关动力厂生产，船厂总装。海水中。由有关动力厂生产，船厂总装。 4. 传动系统传动系统 变距桨变距桨 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science an

20、d Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* （二）确定现有相似设备（二）确定现有相似设备 n 燃油系统，某舰用蒸汽动力装置的燃油系统采用与现在燃油系统，某舰用蒸汽动力装置的燃油系统采用与现在 系统同样的混联方式，组成相同，功能特性相同，工作环系统同样的混联方式，组成相同，功能特性相同，工作环 境条件也相同，同为舰船舱室，只是供油不同，所有设备境条件也相同，同为舰船舱室，只是供油不同，所有设备 也同样由有关厂家生产，船厂总装，因此，可把某舰用蒸也同样由有关厂家生产，船厂总装，因此，可把某舰用蒸 汽装置的燃油系统作为燃油系统的相似设备。汽

21、装置的燃油系统作为燃油系统的相似设备。 n以前国内未有燃气轮机动力装置的舰船，可参考的国外以前国内未有燃气轮机动力装置的舰船，可参考的国外 商船的燃气轮机动力装置的组成与该系统也不相同，不存商船的燃气轮机动力装置的组成与该系统也不相同，不存 在相似的燃气轮机动力装置，由各系统来考虑。在相似的燃气轮机动力装置，由各系统来考虑。 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* n 滑油系统和传动系统与现有某舰用蒸汽动力装置的滑油系

22、统滑油系统和传动系统与现有某舰用蒸汽动力装置的滑油系统 和传动系统具有相同的组成、功能、特性、工作环境，差别仅和传动系统具有相同的组成、功能、特性、工作环境，差别仅 是供油量及传递的动力不同，由同一厂家生产所有设备，船厂是供油量及传递的动力不同，由同一厂家生产所有设备，船厂 总装。因此，可确定某舰用蒸汽动力装置的燃油系统作为燃油总装。因此，可确定某舰用蒸汽动力装置的燃油系统作为燃油 系统的相似设备。系统的相似设备。 n 燃气轮机，国外某商船燃气动力装置采用同型号燃气轮机，燃气轮机，国外某商船燃气动力装置采用同型号燃气轮机， 功能特性相同，工作环境基本相同，所不同的是商船一般多在功能特性相同，工

23、作环境基本相同，所不同的是商船一般多在 设计工况下工作，而舰用燃气动力装置在巡航工况下工作，有设计工况下工作，而舰用燃气动力装置在巡航工况下工作，有 时较长时间在低速工况下工作，短时间在高速巡航下工作，在时较长时间在低速工况下工作，短时间在高速巡航下工作，在 设计点工作时间相对较短，也可确定它为所涉及动力装置燃气设计点工作时间相对较短，也可确定它为所涉及动力装置燃气 轮机的相似设备。轮机的相似设备。 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering U

24、niversity* （三）获得数据，分析求得相似设备的可靠性指标（三）获得数据，分析求得相似设备的可靠性指标 相似设备相似设备 某舰用蒸汽某舰用蒸汽 动力装置燃动力装置燃 油系统油系统 某舰用蒸汽某舰用蒸汽 动力装置滑动力装置滑 油系统油系统 某国外商船某国外商船 的燃气轮机的燃气轮机 （与引进的（与引进的 同一型号，同一型号， 厂家）厂家） 某舰用蒸汽某舰用蒸汽 动力装置传动力装置传 动系统动系统 MTBFMTBF统计值统计值4500h4500h4400h4400h3700h3700h20000h20000h 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of N

25、uclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* （四）根据相似设备法确定新系统的可靠性指标（四）根据相似设备法确定新系统的可靠性指标 n 燃油系统的现有相似设备的燃油系统的现有相似设备的MTBFMTBF为为4500h4500h，考虑技术的，考虑技术的 不断完善和可靠性的增长因素，新燃油系统的不断完善和可靠性的增长因素，新燃油系统的MTBFMTBF可预计可预计 为：为： hFMTBF new 470005. 14500)( n 同样可求得滑油系统和传动系统的同样可求得滑油系统和传动系统的MTBFMTBF为：

26、为： hEMTBF new 006405. 10044)( hRTMTBF new 2040002. 120000)( 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* n 国外商船用汽轮机的国外商船用汽轮机的MTBFMTBF为为3700h3700h，考虑到低工况、，考虑到低工况、 高速工况均使燃气轮机的工作条件变坏，影响寿命，高速工况均使燃气轮机的工作条件变坏，影响寿命， MBTFMBTF势必下降，预计舰用燃气轮机的势必下降，

27、预计舰用燃气轮机的MTBFMTBF为为 hTGMTBF new 33309 . 03700)( 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* n 由于所设计舰船燃气轮机动力装置方案由四个系统串联由于所设计舰船燃气轮机动力装置方案由四个系统串联 组成，因此它的故障率为：组成，因此它的故障率为： newnewnewnew TGMTBFRTMTBFEMTBFFMTBF)( 1 )( 1 )( 1 )( 1 h/107795. 0

28、3 hMTBF1282 107795. 0 11 3 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* 五、特点和适用范围五、特点和适用范围(Characteristic & Application Scope) n 可根据相似设备已取得的经验和数据很简单地估算出新可根据相似设备已取得的经验和数据很简单地估算出新 系统的故障率，可用于方案的比较选择、权衡决策。系统的故障率，可用于方案的比较选择、权衡决策。 n 这一估计的精确性取

29、决于新系统中所采用设备与现有设这一估计的精确性取决于新系统中所采用设备与现有设 备的相似程度和现有设备的数据准确性。备的相似程度和现有设备的数据准确性。 n 适用于早期方案论证设计，既适用于电子设备类，也适适用于早期方案论证设计，既适用于电子设备类，也适 用于机电、机械设备类，其关键是寻找到恰当的相似设备，用于机电、机械设备类，其关键是寻找到恰当的相似设备， 并有准确的统计数据。并有准确的统计数据。 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering U

30、niversity* 3.4.2 相似复杂性法相似复杂性法(Similar Complexity) n 系统的可靠性是由组成系统的单元多少、组成方式、系统的可靠性是由组成系统的单元多少、组成方式、 单元可靠度和工作环境所决定的。对于无冗余系统，系单元可靠度和工作环境所决定的。对于无冗余系统，系 统的复杂性与可靠性之间存在着直接可预计的相互关系，统的复杂性与可靠性之间存在着直接可预计的相互关系， 这种关系和环境条件是密切相关的。这种关系和环境条件是密切相关的。 一、相似复杂性法原理一、相似复杂性法原理(Principle) 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College

31、of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* n 将设备（系统）的故障率与有源器件数和使用环境关将设备（系统）的故障率与有源器件数和使用环境关 联起来的图解方法，这种方法建立在大量的统计数据基联起来的图解方法，这种方法建立在大量的统计数据基 础上，将所有的无源器件的故障率归并到有源器件的失础上，将所有的无源器件的故障率归并到有源器件的失 效率上，从而用有源器件的数目预测设备的可靠性的方效率上，从而用有源器件的数目预测设备的可靠性的方 法。法。 二、相似复杂性法定义二、相似复杂性法定义(Defin

32、ition) 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* n 把各类系统分为高、中、低三个质量等级，加上系统把各类系统分为高、中、低三个质量等级，加上系统 工作环境构成可靠性分类；工作环境构成可靠性分类； n 分类统计绘出系统平均故障间隔时间与有源期间数的分类统计绘出系统平均故障间隔时间与有源期间数的 函数关系曲线；函数关系曲线； n 根据系统平均故障间隔时间求出系统的可靠度。根据系统平均故障间隔时间求出系统的可靠度。 三

33、、方法三、方法(Method) 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* 设备类型 可靠性等级 低质量中等质量高质量 机载，电子管式A1A2A3 机载，晶体管式B1B2B3 地面，电子管式B1B2B3 地面，晶体管式C2C3D1 移动，电子管式A2A3B1 移动，晶体管式B2B3C1 导弹，电子管式A1A2A3 导弹，晶体管式B1B2B3 船载，电子管式B1B2B3 船载，晶体管式C1C2C3 航天器，电子管式B1B2B

34、3 航天器，晶体管式C1C2C3 可靠性分类表可靠性分类表4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* 10102103104105 10 102 103 104 105 平均故障间隔时间（小时）平均故障间隔时间（小时） 各种可靠性等级下有源器件数与平均故障间隔时间的关系各种可靠性等级下有源器件数与平均故障间隔时间的关系 A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3 4.3 4.3 可靠性预计可靠性

35、预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* 四、例题四、例题(Example) 某机载系统是高质量的晶体管设备，装有某机载系统是高质量的晶体管设备，装有500500各有源器件，各有源器件， 试估计该系统工作试估计该系统工作5 5小时的可靠度。小时的可靠度。 解：解： 查分类表，这一系统对应的分类是查分类表，这一系统对应的分类是B3B3所对应的曲线。由有所对应的曲线。由有 源器件数为源器件数为500500，得，得MTBF=90hMTBF=90h，又已知，又

36、已知t=5ht=5h，得，得 9460. 0)5( 90/5 etR 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* 五、相似复杂性法特点五、相似复杂性法特点(Characteristic) n 用于初期的可靠性预计，适用于复杂电子设备的设计；用于初期的可靠性预计，适用于复杂电子设备的设计； n 得出有源器件数与平均故障间隔时间的关系需要大量得出有源器件数与平均故障间隔时间的关系需要大量 统计工作；统计工作； n 机械系统不适

37、用。机械系统不适用。 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* 3.4.3 功能预计法功能预计法(Function Prediction) n把系统的可靠性与功能特性联系起来，由统计数据的把系统的可靠性与功能特性联系起来，由统计数据的 回归处理，得到功能与可靠性的关系方程，通过这一方回归处理，得到功能与可靠性的关系方程，通过这一方 程进行可靠性预计的方法称为功能预计法。程进行可靠性预计的方法称为功能预计法。 一、定义一、

38、定义 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* n 系统的一定功能是由一定的系统组成来实现的，功系统的一定功能是由一定的系统组成来实现的，功 能越强，系统就越复杂（采用的元器件就越多），相应能越强，系统就越复杂（采用的元器件就越多），相应 的可靠性低，随着时间的推移、技术的进步、可靠性的的可靠性低，随着时间的推移、技术的进步、可靠性的 增长，系统可靠性也得以提高，因此系统的可靠性与系增长，系统可靠性也得以提高，因此系统的

39、可靠性与系 统功能及生产年代存在着相互关系。统功能及生产年代存在着相互关系。 二、理论依据二、理论依据(Theoretical Foundation) 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* 三、例题三、例题(Example) n 已知某雷达系统的回归方程和设计特性参数，使预计已知某雷达系统的回归方程和设计特性参数，使预计 该雷达的平均故障间隔时间该雷达的平均故障间隔时间MTBFMTBF。 设计参数单位值 设计年代（D

40、Y）1970 检测范围（DR）海里150 接收机动态范围（RDR）分贝60 多目标分辨力（MTR）千英尺0.1 脉冲宽度（PW）微妙4.0 半功率波束宽度（HP）度1.0 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* )(10586. 3)(10307. 08277. 0ln 12 MTRDYP )(10603. 7)(10959. 6)(1087. 3 122 HPPWCR )(102 . 2)(1071. 4 43 RD

41、RDRDRMTR 雷达的回归方程：雷达的回归方程： 式中：式中：n P P：元器件平均数：元器件平均数 n DYDY：设计年代，如：设计年代，如19801980等等 n MTR MTR：多目标分辨力，单位千英尺（：多目标分辨力，单位千英尺（1 1英尺英尺=0.3046=0.3046米）米） n DR DR：探测距离，单位：海里：探测距离，单位：海里 n PW PW： 脉冲宽度，单位：微妙脉冲宽度，单位：微妙 n HP HP：半功率波束宽度，单位：度：半功率波束宽度，单位：度 n RDRRDR：接收机动态范围，单位：分贝：接收机动态范围，单位：分贝 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与

42、技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* )( 1 PFR MTBF 雷达的预期雷达的预期MTBFMTBF： 式中：式中： n FR FR：元器件的平均故障率：元器件的平均故障率 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* 元器件种类雷达计算机显示器通讯设备 电容器0.18550.15080.1

43、3990.3912 电阻器0.3130.27090.22720.3416 二极管0.21690.13720.25530.0682 晶体管0.11270.05320.14200.0717 集成电路0.11580.36100.17060.013 电感器0.03930.01320.05270.1076 电子管0.007900.01220 混合电路0.00890.01370.00010.0067 元器件分布元器件分布 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineer

44、ing University* 种类 失效率 （10-6） 环境因子 机载地面船载 电容器0.04988.6461.07665.907 电阻器5.8103.1110.214460.101 二极管1.0004.3220.8741.29 晶体管1.1198.0041.50080.363 集成电路6.0007.013 电感器0.341.011 电子管1.3136.00211 混合电路12.0007.013 MIL-HDBK-217MIL-HDBK-217元器件可靠性数据元器件可靠性数据 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science an

45、d Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* 0491.10lnP 23134 0491.10 eP )(PFR 环境因子元器件失效率元器件分布FR h/3108. 0 hMTBF22. 3 1 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* 四、功能预计法特点四、功能预计法特点(Characteristic) n 在已知系统可靠性指标和功能参数的回归方程条件下，在已知

46、系统可靠性指标和功能参数的回归方程条件下， 进行系统的可靠性预计是比较简单的；进行系统的可靠性预计是比较简单的； n 多用于早期设计阶段；多用于早期设计阶段； n 不仅适用于电子设备，也适用于机械设备和机电组合不仅适用于电子设备，也适用于机械设备和机电组合 系统。（例如：美国福特公司的飞机参数回归方程）系统。（例如：美国福特公司的飞机参数回归方程） 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* 3.4.4 元器件计数法元器件

47、计数法(Element Numeration) n根据通用元器件的种类及数量、元器件的质量等级、根据通用元器件的种类及数量、元器件的质量等级、 设备环境条件，对系统（设备）可靠性进行预测的方法，设备环境条件，对系统（设备）可靠性进行预测的方法， 称为元器件计数法，这一方法适用于合同和初步设计阶称为元器件计数法，这一方法适用于合同和初步设计阶 段。段。 一、定义一、定义(Definition) 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering Unive

48、rsity* 二、方法二、方法(Method) n i iQGi N 1 )(设备 式中：式中： 设备总失效率设备总失效率 设备 第第ii种元器件的通用质量系数种元器件的通用质量系数 Q 第第ii种元器件的通用失效率种元器件的通用失效率 G 第第ii种元器件的数量种元器件的数量 n设备所有元器件的种类数目设备所有元器件的种类数目 i N GJB299-87 GJB299-87 电子设备可靠性预计手册电子设备可靠性预计手册 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin En

49、gineering University* 三、特点三、特点(Characteristic) n 适用于同一种环境的设备，如设备所包含的适用于同一种环境的设备，如设备所包含的N N个单元是个单元是 在不同环境中工作，则应该分别考虑，然后将这些在不同在不同环境中工作，则应该分别考虑，然后将这些在不同 环境下工作的单元失效率相加，即得设备的总失效率。环境下工作的单元失效率相加，即得设备的总失效率。 n 多用于电子设备；多用于电子设备； n 当有机械零部件的数据时，也可用于机械系统初步预计；当有机械零部件的数据时，也可用于机械系统初步预计； n 若经过元器件计数法预测不能达到合同要求，则应选择若经过

50、元器件计数法预测不能达到合同要求，则应选择 更好的元器件或采用冗余设计。更好的元器件或采用冗余设计。 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* 3.4.5 应力分析法应力分析法(Stress Analysis) n根据元器件所受应力水平，对元器件的失效率做出根据元器件所受应力水平，对元器件的失效率做出 预计的方法。预计的方法。 一、定义一、定义(Definition) 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学

51、院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* n元器件的强度与元器件工作的应力水平之间的相互元器件的强度与元器件工作的应力水平之间的相互 关系决定着在给定条件下的元器件失效率，元器件处于关系决定着在给定条件下的元器件失效率，元器件处于 不同的应力水平就会有不同的失效率。不同的应力水平就会有不同的失效率。 n 已知元器件将要承受的预期的或实际的应力及这些应已知元器件将要承受的预期的或实际的应力及这些应 力对元器件失效率的影响。据此对各个元器件的基本失力对元器件失效率的影响。据此

52、对各个元器件的基本失 效率进行修正，求得各个元器件在一定的应力环境下的效率进行修正，求得各个元器件在一定的应力环境下的 失效率。失效率。 二、原理二、原理(Principle) 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* n多用于详细设计阶段，能准确地计算出设备中各种元多用于详细设计阶段，能准确地计算出设备中各种元 器件的失效率，再结合所建的设备可靠性模型，可准确器件的失效率，再结合所建的设备可靠性模型，可准确 地预计所设

53、计设备的可靠性水平。地预计所设计设备的可靠性水平。 n 不足之处是比较麻烦和费时。不足之处是比较麻烦和费时。 三、特点三、特点(Characteristic) 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* n 确定每一元器件的基本失效率确定每一元器件的基本失效率 b b。已知元器件类型、。已知元器件类型、 环境温度和应力水平，查环境温度和应力水平，查GJB299-87GJB299-87中有关图表求得；中有关图表求得； n 根

54、据根据GJB299-87GJB299-87提供的图标或公式，求得修正公式和提供的图标或公式，求得修正公式和 修正系数；修正系数； n 使用修正公式，由基本失效率、修正系数计算元器件使用修正公式，由基本失效率、修正系数计算元器件 失效率。失效率。 四、步骤四、步骤(Procedures) 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* n 一个功率线绕电阻器，使用工作功率一个功率线绕电阻器，使用工作功率3W3W，额定功率，额定功

55、率 为为10W10W，使用环境为舰船良好舱室（代号，使用环境为舰船良好舱室（代号N Ns1 s1），温度 ），温度 40C40C。阻值为。阻值为1.5k1.5k。它是按电子部部标技术条件组织。它是按电子部部标技术条件组织 生产和管理的产品，质量等级为生产和管理的产品，质量等级为B B2 2。求它的工作失效率。求它的工作失效率。 五、例题五、例题(Examples) 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* 解解： （1

56、1）电阻器的应力水平）电阻器的应力水平S=3W/10W=0.3, T=40CS=3W/10W=0.3, T=40C 查查GJB299-87GJB299-87中的表中的表2.4.5-52.4.5-5，得到功率线绕电阻，得到功率线绕电阻 器的基本失效率器的基本失效率 b b=0.562=0.5621010-6 -6/h /h (2) (2) 电阻器的工作失效率模型为：电阻器的工作失效率模型为： p p= = b b（ E EQ Q R R） E E：环境系数；：环境系数； Q Q：质量系数； ：质量系数； R R：阻值系数：阻值系数 五、例题五、例题(Examples) 4.3 4.3 可靠性预计

57、可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* 解解： (2) (2) 环境为环境为N Ns1 s1，查表 ，查表2.4.5-22.4.5-2得得 E E=2.5=2.5 质量等级质量等级B B2 2，查表查表2.4.5-12.4.5-1得得 Q Q=1 =1 查表查表2.4.5-32.4.5-3，得，得 R R=1.4=1.4 （3 3） p p= = b b（ E EQ Q R R）= =1.9671.96710-6/h10-6/h 五、例题五、例

58、题(Examples) 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* 3.4.6 可靠性模型预计法可靠性模型预计法(RBD Prediction) n可靠性模型预计法是指在已知各级单元失效率的条件可靠性模型预计法是指在已知各级单元失效率的条件 下，利用系统的可靠性模型，由前述章节所讲述的可靠下，利用系统的可靠性模型，由前述章节所讲述的可靠 性计算方法预计系统的可靠性的方法。性计算方法预计系统的可靠性的方法。 一、定义一、定义

59、 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* n 一般用于详细设计阶段，此时已建立起较为详细的一般用于详细设计阶段，此时已建立起较为详细的 可靠性模型，并已知各级单元的种类、数量、环境及可靠性模型，并已知各级单元的种类、数量、环境及 应力情况，由此也给定了它们的失效率。电子设备的应力情况，由此也给定了它们的失效率。电子设备的 元器件工作失效率可用应力分析法求得，非电子零部元器件工作失效率可用应力分析法求得，非电子零部 件的

60、工作失效率可查有关非电子零部件的可靠性数据件的工作失效率可查有关非电子零部件的可靠性数据 手册。手册。 二、方法二、方法(Method) 4.3 4.3 可靠性预计可靠性预计 核科学与技术学院 College of Nuclear Science and Technology 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering University* n 若零部件或设备的可靠性数据准确，则这一方法的若零部件或设备的可靠性数据准确，则这一方法的 预计结果是准确的；预计结果是准确的； n 既适合于电子书设备，也适合于机械设备；既适合于电子书设备，也适合于机械设备； n 有利于编写计算机软件，提高