可靠性技术培训材料(共56页)

1、PAGE 64可靠性维修性设计与分析(fnx)技术培训材料hw第一章 可靠性工程(gngchng)概述1基本概念 可靠性产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定的功能的能力，可靠性的概率度量(dling)称可靠度。产品用来泛指可靠性的对象，它可以指任何元器件、零部件、组件、设备(shbi)、分系统、系统，可以是硬件、软件或两者的结合。规定的条件指产品所处的环境条件、负荷大小及工作方式。环境条件包括气候环境（温度、湿度、雾、风、沙等）和机械环境（振动、冲击、碰撞、摇摆、跌落等）；负荷条件包括所加的电压、电流、功率及所处的电场条件等；工作方式分为连续工作或间断工作等。规定的时间是指规定（预期）产品

2、完成规定功能的时间，任何产品的可靠性总是随时间的增长而下降的，不同产品下降的速度不同，产品可靠性是时间的函数定义中“时间”是广义的，一般指日历时间或钟表时间，也可用与时间相当的工作次数或距离表示，如开关、继电器的动作次数，舰炮发射炮弹的“发数”，车、船的行驶或航行距离等。规定的功能是指由用户提出的或能满足用户需要的技术性能指标和要求。产品的规定功能包括两个方面：一是要求产品执行什么任务，二是产品执行这些任务的程度。能力是指产品在前面两个“规定”（条件、时间）制约下，达到第三个“规定”（功能）的可能性的大小，它可以用数学上的“概率”来表示。 基本可靠性 产品在规定的条件下，无故障的持续时间或概率

3、。 任务可靠性 产品在规定的任务剖面内，完成规定功能的能力。 固有可靠性 产品从设计到制造过程中所确定了的内在可靠性，是产品的固有属性。 使用可靠性考虑(kol)了使用、维护对产品可靠性的影响。 可靠性工程(gngchng)为达到产品可靠性要求而进行的有关设计(shj)、试验和生产等一系列工作。2可靠性工程的主要内容2.1组成可靠性要求可靠性分析可靠性设计可靠性试验与评估可靠性信息可靠性管理2.2 可靠性要求 两种，定量要求，定性要求。2.2.1定量要求2.2.1.1使用参数与指标 使用指标有两种值，一是门限值(使用中可接受的)，另一个是目标值(使用中应能达到的)。舰船常用的两种主要参数：使用

4、可用度、任务可靠度。2.2.1.2合同参数与指标也有两种值，规定值和最低可接收值。在方案阶段，将门限值转换为最低可接收值，将目标值转换为规定值。舰船常用的两种主要参数：固有可用度、任务可靠度。在提出可靠性定量要求时，军方同时应明确如下事项： 寿命剖面 任务剖面 故障判别准则 维修保障方案 指标的验证时机和方法 何时(h sh)或何阶段的指标 其它(qt)假设或约束条件。2.2.2定性(dng xng)要求 两种，分为定性设计要求和定性设计分析要求2.2.2.1定性分析要求表1 定性分析要求项目表序号分析项目分析方法目 的1功能危险分析综合的、系统的演绎方法检查系统功能故障，确定设计方案的可行性

5、，发现设计中潜在的问题，提出改进措施2故障模式和影响分析系统的、自下而上的归纳分析法评价每个零部件或设备的故障模式对装备或系统产生的影响，确定其严酷度，发现设计中的薄弱环节，提出改进措施3故障树分析系统的、自上而下的演绎分析法分析造成产品某种故障状态的各种原因和条件，以确定各种原因或原因的组合。发现设计中的薄弱环节，提出改进措施4区域安全性分析按装备的安装部位进行分析、检查法判断是否会由于系统、设备安装不当而产生不可接受的风险，或是否会由于该区域中某些系统的设备故障而引起另一系统的故障2.2.2.2定性设计要求表2 定性设计要求项目表序号要求项目名称目的1制定和实施可靠性设计准则，将可靠性要求

6、及使用中的约束条件转换为设计边界条件，给设计人员规定了专门的技术要求和设计原则，以提高产品的可靠性2简化设计减少产品的复杂性，提高其基本可靠性3余度设计用多于一种的途径来完成规定的功能，以提高产品任务可靠性和安全性4降额设计降低元器件、零部件的故障率，提高产品的基本、任务可靠性和安全性5制定和实施元器件大纲对电子元器件、机构零部件进行控制与管理，提高产品可靠性，降低保障费用6确定关键件、重要件把有限的资源用于关键产品的可靠性续表2 定性设计(shj)要求项目表序号要求项目名称目的7环境防护设计选择能抵消环境作用或影响的设计方案和材料，或提出一些能改变环境的方案，或把环境应力控制在可按受的极限范

7、围内8热设计通过元器件选择、电路设计、结构设计、布局来减少温度对产品可靠性的影响，使产品能在较宽的温度范围内可靠地工作9软件可靠性设计通过采用N版本编程法、恢复块法和贯彻执行软件工程规范等来提高软件的可靠性10包装、装卸、运输、储存等设计通过对产品在包装、装卸、运输、储存期间性能变化情况的分析，确定应采取的保护措施，从而提高可靠性11工程保证及生产质量保证采用工程方法及生产质量保证方法来保证产品的可靠性3可靠性管理(gunl)表3 可靠性管理(gunl)的主要工作项目序号工作项目类别研制生产阶段论证方案工程研制生产1制定可靠性工作计划管理2对转承制方和供应方的监督和控制管理3可靠性大纲评审管理

8、4建立故障报告、分析和纠正措施系统管理5故障审查及组织管理4可靠性分析(fnx)表4 可靠性分析(fnx)的主要工作项目序号工作项目类别研制生产阶段论证方案工程研制生产1故障模式、影响及危害度分析工程2潜在电路分析工程3故障树分析工程4电子元器件和电路的容差分析工程5可靠性设计(shj)表5 可靠性设计工作项目序号工作项目类别研制生产阶段论证方案工程研制生产1建立可靠性模型工程2可靠性分配工程3可靠性预计工程4可靠性设计准则工程5制定元器件大纲工程6确定可靠性关键件、重要件工程7确定功能测试、包装、贮存、运输、维修对可靠性的影响工程6可靠性试验与评估表6 可靠性试验与评估主要工作项目序号工作项

9、目类别研制生产阶段论证方案工程研制生产1环境应力筛选工程2可靠性增长试验工程3可靠性鉴定试验计算4可靠性验收试验计算5可靠性评估计算第二章 研制各阶段(jidun)的主要可靠性工作1论证(lnzhng)阶段提出(t ch)可靠性定量、定性要求并纳入研制总要求。2方案阶段承制方根据使用方提出的可靠性大纲要求编制并逐步完善可靠性保证大纲。方案阶段结束时，完成可靠性保证大纲的编制并经批准。1)主要工作 a)组织可靠性(含维修性，下同)方案的论证； b)编制可靠性保证大纲； c)可靠性方案评审。2)要点应明确可靠性定性、定量要求，并将其纳入研制任务书。完整的可靠性定量要求应包括： 可靠性参数、可靠性指

10、标(规定值和最低可接受值，也可只提出最低可接 受值，并说明是任务可靠性还是基本可靠性)； 相应的任务剖面和寿命剖面； 置信水平； 可靠性定量要求的验证方法设想等。应明确为达到可靠性定性、定量要求需要开展的可靠性基本工作项目及所需要的保障。 c)研制方案论证报告应当包括： 达到可靠性与维修性指标及相关要求必须采取的技术方案分析； 与技术方案相适应的可靠性与维修性工作项目； 可靠性与维修性经费预算的依据。3初步设计阶段1)主要工作 a)完善可靠性保证大纲，制定和实施可靠性工作计划； b)实施可靠性保证大纲中规定的工作项目； c)对外协配套产品提出合理的可靠性要求； d)对转承单位的可靠性工作情况(

11、qngkung)进行监督。2)要点(yodin) 可靠性工作计划(jhu)应具体可操，应明确各工作项目的进度、保障条件等。应设置评审点，对此阶段所进行的可靠性工作进行审查。4详细设计阶段1)主要工作 a)全面开展可靠性设计与分析工作，解决可靠性技术关键； b)进行可靠性设计评审；2)要点 应将完善、明确的可靠性要求纳入技术规格书，设置评审点进行可靠性工作审查。5设计定型阶段1)主要工作 a)进行设备的可靠性与维修性考核。 b)在各种试验开展过程中，收集与可靠性有关的信息； c)建立并有效运行故障报告、分析、纠正措施系统(FRACAS)。2)要点 a)设备设计定型评审应包括可靠性与维修性评审，提

12、交的设计定型材料应包括可靠性与维修性设计资料。 b)制定可靠性考核计划。第三章 几项重要的可靠性设计与分析(fnx)工作1可靠性模型(mxng)的建立1.1概述(i sh) 定义：可靠性模型是指为预计或估算系统和设备等的可靠性所建立的可靠性框图和数学模型，它反映系统或设备及其组成单元之间的可靠性逻辑关系和数量关系。 建模目的：建立可靠性模型的目的和用途在于对产品进行可靠性分析，特别是定量分配、估算产品的可靠性，它是产品研制过程中，进行可靠性预计和分配的基础。 内涵：一个可靠性模型包括一个可靠性框图和一个相应的数学模型。 可靠性框图与其它框图的关系：与产品的工作原理图、功能框图等相协调，但也有所

13、区别：工作原理图：表示产品各组成单元之间的物理关系功能框图：表示产品各组成单元之间的功能关系或工作流程可靠性框图：表示产品各组成单元的故障或它们的组合如何导致产品故障的逻辑图。 模型分类：按用途划分，可靠性模型分为基本可靠性模型和任务可靠性模型。基本可靠性模型：用以估计产品及其组成单元引起的维修和保障要求。由于产品中的任一组成单元(包括贮备单元)发生故障后都要进行维修或更换，因此即使存在冗余单元，也按串联情况处理，因而基本可靠性模型是一个包含所有组成单元的全串联模型。任务可靠性模型：用以估计产品在执行任务过程中完成规定功能的概率。模型中只包括与产品(chnpn)完成任务有关的组成单元，用于冗余

14、的单元反映为并联或其他贮备模式。复杂产品的任务可靠性模型往往是由串联、并联、及旁联等形式构成的复杂结构。基本可靠性模型与任务可靠性模型不能相互代替，只有在无冗余或替代工作模式(msh)时，基本可靠性模型与任务可靠性模型才一致。1.2典型(dinxng)的可靠性模型 根据产品各组成单元之间的功能关系和逻辑关系，典型的可靠性模型有多种类型，图1-1为分类关系图。可靠性模型非贮备工 作 贮 备非工作贮备并 联串 联多数表决混 联旁 联n中取r简单混合网络模型 图1-1 典型可靠性模型的分类 在上述典型可靠性模型中，串联、简单并联、多数表决、n中取r和旁联模型是基本模型，大型复杂的系统和设备用到的混联

15、模型是由这几种基本模型组合而成的。1.2.1串联模型 当产品组成单元中任一单元的故障均会导致产品故障或分析产品的基本可靠性时，所建立的可靠性模型即是串联模型。 串联模型的可靠性框图如图1-2所示：单元n单元2单元1 图1-2 串联模型的可靠性图 串联模型的数学模型为： 式中：为产品组成(z chn)单元的个数； 为各组成单元(dnyun)的可靠度。1.2.2并联(bnglin)模型 在组成产品的所有单元中，只要有一个单元能正常工作，产品就能工作，或当组成产品的所有单元都故障时，产品才发生故障，所建立的可靠性模型为并联模型。 并联模型的可靠性框图如图1-3所示：单 元 1单 元 2单 元 n图1

16、-3 并联模型的可靠性框图 并联模型的数学模型为： 式中：为产品组成单元的个数； 为各组成单元的可靠度。1.2.3 n中取r模型 由n个单元组成的产品，如果只要有r(r取1到n的整数)个单元能正常工作，则产品就能正常工作，此时建立的模型即为n中取r模型，记为。当时，该模型为并联模型；当时，该模型为串联模型。工程实际中，这样的模型较常见，此模型还有另一种定义：若有r个单元故障，则产品故障，记为，这种定义等同于。 n中取r模型的可靠性框图如图1-4所示。单元1单元2单元n 图1-4 n中取r模型(mxng)的可靠性框图 n中取r模型(mxng)的数学模型为：式中：R为各单元(dnyun)的可靠度。

17、1.2.4旁联模型 在组成产品的单元中，只有一个单元工作，当该单元发生故障时，通过对运行状况的实时监测发现故障，用切换装置接到另一个单元继续工作，在这种情况下所建立的可靠性模型即为旁联模型。该模型也称冷贮备模型，其可靠性框图如图1-6所示。单 元 1单 元 2单 元 n 图1-5 旁联模型的可靠性框图 在建立旁联模型的数学模型时要考虑两种情况：一种情况是单元单独工作到规定的时间而不发生故障，另一种情况是单元工作到时刻发生故障，切换装置接通到另一个单元工作到规定的时间。综合两种情况，建立旁联模型的数学模型为： 式中：为单元单独工作到规定时间的可靠度； 为切换装置的可靠度； 为单元工作到时刻的失效

18、密度函数； 为单元从工作到规定时间的可靠度。1.3建立可靠性模型的程序和步骤1.3.1程序 建立可靠性模型的一般程序为： 1)产品定义； 2)确定可靠性框图； 3)建立可靠性数学模型。1.3.2详细(xingx)步骤1.3.2.1产品(chnpn)定义 对产品定义的理解是建立可靠性模型的前提(qint)，这里提及的产品定义是指对与产品可靠性定义有关的产品功能、工作模式、故障判据、任务剖面和寿命剖面等的描述。通常情况下，对产品的定义包括以下几个步骤： 1)明确产品的功能、任务及组成 准确地描述产品的功能和任务，若该产品有多种功能和任务，则要将各种功能和任务详细地一一列出。 2)确定工作模式 工作

19、模式包括正常功能工作模式和代替工作模式，对可以用多种方法完成某一功能的产品，必须详细列出每一种实现该功能的方法。例如，某通信系统，正常情况下需要用甚高频发射机发射的信息，在一些特殊的情况下，可以用超高频发射机来代替发射，这就是一种代替工作模式。由于在硬件上二者并不是贮备的关系，因此在任务可靠性模型中应画为旁联模型。 3)确定任务成功或失败的判别准则 明确影响产品完成任务的条件，除了产品及其组成单元的硬、软件故障外，性能参数的超限也会导致任务失败，因此也要明确产品的性能参数和及其上、下限。如某船动力系统在某一工况下不能提供应有的推力和电力，或电力的电压、频率超过上、下限等。 4)确定任务时间模型

20、 在产品完成规定任务的这一段时间内，产品的一些组成单元并不是一直工作的，在建立与之有关的可靠性数学模型时，可以用占空系数修正。在此给出两种情况下可参照使用的处理方法： a单元(指数分布情况下)不工作时期内故障率可以不计 式中：单元的可靠度； 单元的故障率； 产品的工作时间 占空系数，。 b单元不工作时期内故障率与工作时不同 式中：单元(dnyun)工作时间的故障率； 单元(dnyun)不工作时期内的故障率； 其它(qt)符号意义同前。5)确定环境条件多数产品可以在不同的环境条件下使用，环境条件可能差异较大，产品在完成某种任务时，该任务可能由几个阶段组成，不同任务阶段所处的环境条件也会有所区别。

21、在建立可靠性模型必须考虑环境条件的影响，为此可分下述两种情况处理：a产品用于多个环境条件下的情况：此时产品的任务可靠性模型不变，而要用环境因子去修正故障率。b任务的几个阶段所处环境不同的情况：可按每个任务阶段建立可靠性模型，然后将结果综合到一个总的可靠性模型中。1.3.2.2确定可靠性框图在明确了产品定义后，便可在一些假设条件下，依据基本的规则，按步骤绘制可靠性框图。 1)框图的假设 在绘制可靠性框图时，工程上通常要作一些假设。所作的假设分为两种，一种是一般假设，另一种是技术假设。技术假设与产品的特点、工作模式、限制条件密切相关，而一般假设适用于所有的可靠性框图。工程上常用的一般假设如下： a

22、在分析产品的可靠性时，必须考虑方框所代表的单元或功能的可靠性特征值； b所有方框之间的连线没有可靠性值，不代表与产品有关的导线和连接器。导线和连接器就单独放入一个方框或作为另一个单元或功能的一部分。 c产品的所有输入均在规定的范围内。 d在没有替代工作模式的情况下，用框图中一个方框表示的单元或功能失效会导致产品失效。 e就失效的概率而言，用一个方框表示的单元或功能的失效概率是相互独立的。 f当软件可靠性没有纳入产品的可靠性模型时，应该假设软件是完全可靠的； g当人员的可靠性没有纳入产品可靠性模型时，应假设人员是完全可靠的，且人员与产品之间没有相互作用的问题。 2)绘制可靠性框图的基本规则 在绘

23、制可靠性框图时，应遵循以下基本规则： a框图的标题(biot)和任务每个可靠性框图应有一个标题，该标题应包括产品(chnpn)的标志、任务说明等。 b限制(xinzh)条件每个可靠性框图应包括所有规定的限制条件，这些条件包括用于分析的可靠性参数或可靠性变量，以及作用的假设或简化形式。 c框图的顺序和标志框图中的方框按逻辑顺序排列，此顺序代表产品操作过程中事件发生的顺序。每个方框都应该加以标志，当方框较多时，应统一编码，并将编码标志填入方框内。 d方框的代表性和可靠性变量每一个方框应只代表一个单元或功能，应对每个方框确定可靠性变量。 e未列入模型的单元对产品中没有被包括在可靠性模型内的硬件或功能

24、单元，必须以单独的一张清单说明其理由。1.3.2.3建立可靠性数学模型 在完成了可靠性框图的绘制后，接下来的工作便是建立可靠性数学模型。建立可靠性数学模型的方法很多，可以根据产品的复杂程度和特点，用不同的方法建立可靠性数学模型，工程上常见的方法有以下几种： 1)普通概率法利用普通的概率关系式，根据产品的可靠性框图建立可靠性数学模型； 2)布尔真值表法利用布尔代数法，根据产品的可靠性框图建立可靠性数学模型； 3)逻辑图法利用逻辑图，根据产品的可靠性框图建立可靠性数学模型； 4)蒙特卡洛法利用随机抽样方法，根据产品各单元的概率和可靠性框图，计算产品完成任务的概率，不能产生可靠性数学模型的显式公式。

25、 上述四种方法都适用于单一功能和多功能的产品，就方法的复杂程度而言，普通概率法最为简单。多数的产品都采用普通概率法作为建立可靠性数学模型的方法。1.4工作要点与应注意的事项 工作要点： 1)可靠性模型的建立应在研制阶段的早期进行。建立可靠性模型主要为进行可靠性定量设计与分析提供基础，因此，此项工作开展的时机应与可靠性预计、分配的时机相一致。 2)随着(su zhe)产品设计工作的进展，产品定义应不断的补充、修改和完善，以适应产品当前的设计结果，保证所建立可靠性模型的精确程度；3)随着产品设计的深化，可靠性框图应按级展开，直到满足(mnz)所要求的层次。大型复杂的系统应先建立分系统之间的可靠性模

26、型，然后按分系统再逐次展开，直到要求的层次。 应注意(zh y)的事项： 1)为了提高产品任务可靠性，首先应努力提高元器件、零部件和组件的可靠性水平，只有在采取了这种方法仍不奏效时，才使用贮备模型； 2)若要采用贮备模型，应首先在低层次的部位上采用贮备，这样做的效果要比在高层次上采用贮备的效果好； 3)在某些条件下，如电源功率不足、单元发热问题较大、故障单元不易有效隔离等的情况下，不能采用工作贮备模型； 4)当不能对产品故障进行实时监测或切换装备可靠度不高，以及工作需要有继承性时，不能采用非工作贮备模型； 5)采用贮备模型虽然可以提高任务可靠性，但却以降低基本可靠性为代价。因此，在选择模型时必

27、须进行综合权衡；6)若要选择简单并联模型，单元并非越多越好。一方面，当并联单元超过一定的数量时，可靠性提高的速度大大减慢，影响单元并联的效率；另一方面，会大大降低产品的基本可靠性。1.5示例(shl)某舰电力(dinl)系统可靠性建模产品(chnpn)定义系统组成：由3台柴油发电机组、2台变压器、主配电板（包括前、后主配电板）、电站监控装置等设备，前主配电板由2屏发电机控制屏，1屏负载屏及1屏并车屏组成，安装于辅机舱。后主配电板由1屏发电机控制屏，1屏负载组成，安装于主机舱。工作模式：用3台柴油发电机组中任意2台发电机组供电，余下一台发电机组作为备用机组，2台变压器分别安装于主、辅机舱，一台工

28、作，一台备用。任务：完成发电、输配电，系统监测保护，全舰照明和通讯联络用电。 故障判据：不能完成上述任务之一，则系统故障。任务时间：累计工作时间74小时。绘制可靠性框图柴油发电机组1柴油发电机组2柴油发电机组32/3电站监控装置前主配电板后主配电板变压器1变压器2电力系统任务可靠性模型建立可靠性数学模型 2 可靠性分配(fnpi)2.1概述(i sh) 定义(dngy)： 可靠性分配是把产品的可靠性定量要求(可靠性指标的规定值，如MTBF=2000小时)，按照一定的原则和方法分配给各组成部分而进行的工作。它是一个由整体到局部、由上到下的分解过程。 目的：一是将产品的可靠性指标分配到单元中去，使

29、各级设计人员明确其可靠性设计要求，并根据要求估计所需要的时间、人力和资源，研究实现该可靠性要求的可行性和方法。二是为实现产品的可靠性指标而进行的综合权衡决策提供依据。 2.2常用的可靠性分配方法 按除可靠性指标外，是否还具有费用、重量、体积、消耗功率等限制条件，可靠性分配可分为无约束条件的可靠性分配方法和有约束条件的可靠性分配方法。前者主要包括等分配法、评分分配法、比例分配法、考虑重要度和复杂度的分配方法；后者主要包括拉格朗日乘数法、动态规划法、直接查寻法等。此外，还有介于二者之间的可靠度再分配法。2.2.1无约束的可靠性分配法2.2.1.1等分配法 本方法将产品的可靠性指标平均分配给产品各组

30、成单元，其分配的模型为： 1)串联模型 或 式中： 产品的可靠度； 分配给第个功能单元的可靠度； 产品中功能单元的个数 2)并联模型 、或 式中各符号(fho)的意义同前。2.2.1.2评分(png fn)分配法 本方法的思路是：当缺乏产品中各功能单元的统计信息时，邀请有实践经验的专家按给定的评定因子对功能单元进行评分，根据评分结果给每个单元分配(fnpi)可靠度，一般要求参加评分的专家不少于6个。 1)分配模型 产品由个功能单元串联组成，有个评定因子，有位专家对各功能单元进行评分，由有： 式中：第位专家对第个单元第个评定因子的评分值； 第个功能单元第个评定因子的评分值，它是各专家评分值的平均

31、值； 第个功能单元的评分值； 产品总的评分值； 要分配的产品的故障率； 分配给第功能单元的故障率； 第个功能单元的工作时间； 分配给第个功能单元的可靠度。 2)评定因子及数值范围 工程上常用的评定因子及其取值范围如下： a)重要性因子(ynz)：取值范围110，越重要的功能(gngnng)单元分值越低； b)复杂性因子(ynz)：取值范围110，越复杂的功能单元分值越高； c)成熟性因子：取值范围110，越成熟的功能单元分值越低； d)维修性因子：取值范围110，越便于维修的功能单元分值越高； e)环境条件因子：取值范围110，环境条件越恶劣的功能单元分值越高； f)工作时间因子：取值范围11

32、0，工作时间越长的功能单元分值越高。 对于以上的评定因子，可根据产品的实际情况全部或部分的选用，也可以增加其它适合产品特点的评定因子。2.2.1.3比例分配法 本方法是将要分配的产品的故障率按预计的故障率比例分配给产品的各组成单元，其先决条件是可靠性模型为串联模型，各功能单元的故障率相互独立且故障率为常数，产品的一次任务的工作时间与各功能单元的一次任务工作时间相同，分配模型为： 式中：要分配的新产品的故障率； 老产品中第个功能单元的故障率； 分配给新产品中第个功能单元的故障率； 产品中功能单元的个数。2.2.1.4考虑重要度和复杂度的分配法 本方法将产品各组成单元的复杂程度和重要程度综合考虑，

33、将较复杂的功能单元分配较低的可靠度，而给重要的组成功能单元分配较高的可靠度，其分配模型为： 式中：第个功能单元的基本构成部件数； 产品的基本构成部件数； 第个功能单元(第个分单元)的工作时间； 分配给第个功能单元(第个分单元)的平均故障间隔时间； 要分配的产品的可靠度。 第个功能(gngnng)单元(第个分单元(dnyun)的重要(zhngyo)度，其计算方法为： 式中：第个功能单元(第个分单元)的故障次数； 由于第个功能单元(第个分单元)的故障引起产品故障的次数。 值得注意的是当功能单元没有冗余的时候，上述公式中的下标就是指第个功能单元。2.2.2可靠度再分配法 在产品预计的可靠度不能满足规

34、定的可靠度指标要求时，必须改进原设计，提高一些功能单元的可靠度。根据以往的工程经验，改进可靠度低的功能单元的设计相对要容易。本分配方法的基本思想是：把原来可靠度较低的功能单元的可靠度提高到某个值，而原来可靠度较高的功能单元可靠度保持不变，即： 式中的是按下式示出的最大值： 式中，于是有： 重新分配后的产品的可靠度为： 在上述各式中：产品要分配的可靠度； 各功能单元的可靠度预计值； 各功能单元(dnyun)的可靠度分配值。2.2.3有约束(yush)的可靠性分配法 相比较而言，有约束的可靠性分配方法比较复杂，但却更符合实际情况，而且有些方法的分配结果(ji gu)是经过最优化的。工程上常见的有约

35、束的可靠性分配方法主要有以下三种。2.2.3.1拉格朗日乘数法本方法的基本思路是：对于给定的约束条件和目标函数，通过构造拉氏函数，将有约束条件情况下求极值的问题转换成无约束条件下求极值的问题，然后利用拉氏函数对各变量的偏微分值为零的条件，建立一组联立方程并求解，得到优化的结果。2.2.3.2动态规划化法本方法的基本思路是：在现有设计不能满足可靠度要求的情况下，通过对功能单元采取余度设计的方法，使得新的设计满足产品的可靠度要求，并在此情况下，使得组成产品的各功能单元为达到分配的可靠度所用的花费最小。2.2.3.3直接查寻法本方法的基本思路是：对由个功能单元组成的串联模型，每个单元可以有不同的冗余

36、度，每次在串联模型中不可靠性最大的一级上并联一个冗余单元，并检查约束条件，在约束条件允许的范围内，通过一系列的试探，可以使产品的可靠性接近最大值。本方法得到的结果是近似最优的2.3可靠性分配的原则和方法的选用 2.3.1可靠性分配的原则 在不考虑约束条件的情况下进行可靠性分配，一般应遵循以下准则： 1)复杂程度高的功能单元分配较低的可靠性指标； 2)重要程度高的功能单元分配较高的可靠性指标； 3)技术上继承性好、较成熟的功能单元分配较高的可靠性指标； 4)处于恶劣环境的功能单元分配较低的可靠性指标； 5)难于维修、更换的功能单元分配较高的可靠性指标； 6)任务时间长的功能单元分配较低的可靠性指

37、标。2.3.2可靠性分配方法(fngf)的选取 在选择可靠性分配方法时，除了考虑产品本身的特点外，还应考虑对产品可靠性信息的拥有程度，分配方法的适用性等。不同(b tn)的分配方法适用于不同的工程研制阶段。根据分配方法的精确程度和所要求的信息量，工程研制各阶段可用的分配方法如表2-1所示。表2-1 研制各阶段(jidun)适用的可靠性分配方法研制阶段可选择的可靠性分配方法方案阶段等分配法初步设计评分分配法、比例分配法技术设计考虑重要度和复杂度的分配法、可靠度再分配法、有约束条件的可靠性分配法 此外，在选择可靠性分配方法时，要考虑可靠性指标类型(基本可靠性或任务可靠性)，不同的可靠性指标类型也需

38、要不同的可靠性分配方法，详见表2-2。表2-2 各分配方法适用的指标类型序号分配方法适用指标类型1等分配法基本或任务可靠性分配2评分分配法基本或任务可靠性分配3比例分配法基本可靠性分配4考虑重要度和复杂度分配法基本或任务可靠性分配5可靠度再分配法基本可靠性分配6拉格朗日分配法任务可靠性分配7动态规划化任务可靠性分配8直接寻查法任务可靠性分配2.4可靠性分配的程序与步骤2.4.1可靠性分配的一般程序 产品的可靠性分配通常按以下程序进行： 1)明确分配的可靠性参数和指标 确定分配的指标是基本可靠性还是任务可靠性，分配的参数是可靠度、MTBF还是其它，并明确与参数和指标相关的约束条件。 2)建立(j

39、inl)可靠性模型 按建模要求、方法和步骤建立(jinl)与可靠性指标分配相适应的可靠性模型。 3)明确可靠性分配(fnpi)的原则 确定在进行可靠性分配时的原则和一些必要的工程假设。 4)选择适当的可靠性分配方法 根据所拥有的信息量、分配方法的精确程度、分配的时机、分配方法适用的指标类型和约束条件等，选择可靠性分配方法。 5)按各分配方法的实施步骤进行分配，以表格等较明显的形式给出分配的结果。 6)验证分配的结果 在完成一次分配后，对分配结果进行验证，若不能满足要求，则应重新进行可靠性分配或修改设计。2.4.2分配方法的实施步骤 不同的可靠性分配方法有各自的步骤，结合可靠性分配的实际，在此给

40、工程上常用的三种无约束条件下可靠性分配方法的实施步骤。2.4.2.1评分分配法 评分分配方法的详细步骤职下： 1)组成专家评分小组，介绍产品的详细情况 2)确定评分因子 3)评分专家按经验和产品情况按评分因子给出评分值 4)计算专家评分值的平均值 5)计算产品及其组成单元的评分值和单元的相对评分值 6)分配故障率2.4.2.2可靠度再分配法 可靠度再分配的步骤如下： 1)将各功能单元可靠性按由低至高依次排序 2)确定需提高可靠度的单元数目 3)计算需提高可靠度单元应提高至的可靠度水平 4)验算是否达到要求的可靠度。2.4.2.3比例组合法 比例组合法的步骤如下： 1)确定相似(xin s)产品

41、及其组成单元的故障率 2)计算相似产品(chnpn)组成单元故障率占相似产品故障率的比例 3)确定(qudng)新产品的故障率4)按第2步计算出的比例将新产品的故障率分配给各组成单元。2.5应注意的事项 1)在进行产品的可靠性分配时，必须按规定值分配。如果在合同中仅规定了最低可接收值，则应根据工程经验选择含有一定余量的规定值作为分配值； 2)产品的可靠性分配应在研制阶段早期开始进行，以便使设计人员尽早明确设计要求，研究实现要求的可能性，为提出外购件和外协件的可靠性指标提供初步依据，同时便于估算所须人力和费用等。在方案阶段就应该进行初步的分配工作； 3)可靠性分配应随着研制工作进展和可靠性模型的

42、细化由粗到细地深入进行，以增强分配的合理性。如果技术设计阶段的产品设计与初步设计阶段有所不同，则应根据技术设计阶段的产品设计状态重新进行可靠性分配，不能用初步设计阶段的可靠性分配替代；4)进行产品的可靠性分配时，为了减少可靠性分配的重复次数，可在可靠性指标规定值的基础上，适当的留有一定的余量，保证分配下去的指标进行验算时能满足要求。2.6示例分配对象：某舰电力系统任务可靠度0.9635分配方法：评分分配法评分标准： 1）复杂性根据组成系统的分系统或设备下一层次产品的数量来评定。取评分基数为5分，评分范围列方程组求解确定：即为复杂度因子评分范围(fnwi)。如果，则修正(xizhng)为。根据线

43、性内插法求出各单元(dnyun)的评分数。 2）维修性设备维修困难程度最低的评2分，困难程度最高的评8分。评分参照的等级为：难78分，较难46分，一般23分。 3）成熟性经常发生故障78分，偶尔发生故障46分，很少发生故障23分。 4）重要性重要度最高的评2分，最低的评8分。评分参照的等级为：重要23分，较重要46分，一般78分。 5）环境条件环境条件最差的评7分，环境条件最好的评2分。评分参照的等级为：舱外和主机舱67分，辅机舱5分，无温控舱室4分，有温控舱室23分。 6）时间因子给出任务剖面内系统或分系统和设备的工作时间。具体评分方法与复杂度的计算方法相同。各分系统或设备评分：说明：各分系

44、统或设备任务时间相同序号分系统或设备名称复杂性维修性成熟性重要性环境条件Ci1柴油发电机组4257514000.35642前主配电板434726720.17113后主配电板434726720.17114电站监控装置654249600.24445变压器422722240.057063928各分系统或设备可靠度分配：说明：电力系统可靠性模型见建模示例序号分系统或设备名称计算值分配值1柴油发电机组0.98680.93212前主配电板0.99370.99373后主配电板0.99370.99374电站监控装置0.99100.99105变压器0.99790.95403 可靠性预计(yj)3.1概述(i s

45、h) 定义(dngy)： 为了估计产品在给定条件下的可靠性而进行的工作。预计时根据组成单元的可靠性来推测产品的可靠性，是一个由局部到整体、由下到上的综合过程。 产品的可靠性预计是一种重要的可靠性定量设计方法，预计结果可为各阶段的设计决策提供依据。 目的： 1)将预计的结果与可靠性指标要求相比较，审查设计是否满足要求； 2)在方案阶段，根据可靠性预计结果的相对性进行方案比较，选择最优设计方案； 3)在设计阶段，通过可靠性预计可以发现设计中存在的薄弱环节，以便改进设计； 4)可靠性预计可为产品开展可靠性增长试验、验证试验及费用估算等方面的研究提供依据； 5)通过可靠性预计，为可靠性分配奠定基础。3

46、.2常用的可靠性预计方法常用的可靠性预计方法可分为通用的预计方法、电子和电器设备特殊的预计方法及机械产品特殊的预计方法三种类型。3.2.1通用的可靠性预计法3.2.1.1相似产品法 本方法利用成熟的相似产品所取得的经验数据来估计新产品的可靠性，预计的精度取决于成熟产品的可靠性数据和产品的相似程度，相似程度可从产品的作用、功能、特征参数、设计、制造、使用和管理等方面比较，其预计的模型为： 或 式中：新产品(chnpn)的故障率； 成熟(chngsh)产品第个功能(gngnng)单元的故障率； 修正系数； 新产品的平均故障间隔时间； 成熟产品第个功能单元的平均故障间隔时间； 产品中功能单元的个数。

47、3.2.1.2专家评分法本方法的思路是：依靠有实践经验的专家按几种因素进行评分，按评分结果，由已知的某单元故障率根据评分系数算出其它单元的故障率。评分时考虑的因素根据产品的特点确定，常用的评分因素有以下四种： 1)复杂度根据组成单元的元部件数量以及组装的难易程度来评定，最简单的评1分，最复杂的评10分； 2)技术发展水平根据组成单元目前的技术水平和成熟程度来评定，水平最低的评10分，最高的评1分； 3)工作时间根据组成单元的工作时间来评定，产品工作时，单元一直工作的评10分，工作时间最短的评1分。 4)环境条件根据组成单元所处的环境来评定，单元工作过程处于恶劣和严酷的环境条件的评10分，环境条

48、件最好的评1分。 本方法的预计模型为： 式中：产品中已知的某单元故障率； 产品中其它单元的故障率； 第个单元的评分系数，用下式计算： 式中：故障率已知单元(dnyun)的评分数； 第个功能单元(dnyun)的评分数，用下式计算： 式中：第个功能(gngnng)单元第个因素的评分数，它是各专家评分值的平均值，计算方法为： 式中：第位专家对第个单元第个评分因素的评分数； 复杂度； 技术发展水平； 工作时间； 环境条件。2.2.1.3故障率预计法本方法又称可靠性模型预计法，是在各级组成单元故障率已知的情况下，利用产品的可靠性模型来预计产品的可靠性方法。在详细设计阶段，已建立起详细的可靠性模型，并已知

49、各单元的类型、数量、环境和使用应力情况，并由此获得了各单元的故障率后，可采用此方法，利用可靠性数学模型预计产品的故障率。本方法使用的预计模型与所建立可靠性模型中的可靠性数学模型相同。3.2.2电子和电器产品特殊的可靠性预计方法 电子和电器产品的主要特点有两个，第一是故障率可近似认为是常数，第二是产品均由分立元器件、集成电路等标准化程度高的单元组成，对于这些标准件，已积累了大量的试验、统计故障数据。针对以上特点，工程上有两种常用的可靠性预计方法，元器件计数法和元器件应力分析法。3.2.2.1元器件计数法 本方法根据产品中各类元器件的数量和该类元器件的通用失效率、元器件质量等级以及产品的应用环境类

50、别，来估算产品的可靠性，其通用预计模型为： 式中：产品(chnpn)的故障率； 第种类(zhngli)元器件的通用失效率； 第种类(zhngli)元器件的通用质量系数； 第种类元器件的数量； 产品所用元器件的种类数目。 在使用本方法时，需要掌握三方面的信息，第一方面是产品所用元器件的种类及每类元器件的数量；第二方面是各类元器件的质量等级；第三方面是产品应用的环境类别。不同电子元器件的质量等级可在GJB/Z299B中查到。用此方法时，环境类别这一项并不出现在计算公式内，而主要是依据环境类别和通用工作环境温度来查通用失效率。3.2.2.2元器件应力(yngl)分析法本方法是通过分析电子产品中元器件

51、所承受的应力、计算元器件在该应力条件下的工作失效率，并按所建立的产品可靠性模型来预计产品可靠性，各类元器件有其各自的可靠性预计模型，详细的模型参见GJB/Z299B。在使用本方法时，需要掌握产品中各元器件工作时所承受的电、热应力及其额定值、元器件的质量等级、工艺结构参数和应用环境等信息。在确定元器件的环境温度(wnd)时，若有类似产品的实船测试数据，则首先应认这些数据为依据，当无实测数据时，可用估算的方法，一般情况下，元器件的环境温度可用设备所在舱室的温度加温升的方法估计。若无特殊情况，温升值可取10至20度。3.2.3机械产品特殊(tsh)的可靠性预计方法 与电子类产品相比，机械产品具有这样

52、的特点：机械零部件通用性不强，标准化程度不高；机械部件的故障不是常值；对载荷、使用方式和利用率更敏感。以上特点决定了目前尚没有电子产品那样通用、被广泛接受的预计方法，相比较而言，修正系数法和相似产品类比论证法这两种方法使用较多。3.2.3.1修正系数法本方法的思路是：将机械产品分解到零件级，则在此级别上有许多基础零件是通用的，将这些通用件分成若干类，通过数据收集、处理与回归分析，建立零部件故障率与设计、使用等参数的数学关系，利用此数学模型进行可靠性预计。目前已有一些文献给出了常用零部件的可靠性预计模型，如机械设备可靠性预计程序手册、非电子零部件可靠性数据等，可以作为预计时的参考。3.2.3.2

53、相似产品类比论证法本方法的思路是：根据仿制或改型的类似产品已知的故障率，从结构、使用环境、原材料、元器件水平、工艺水平等方面分析产品之间的差异，通过专家评分给出修正系数，综合成一个修正系数，对产品的可靠性水平进行预计。3.3可靠性预计方法的选用可靠性预计方法的选择，其主要依据是预计方法的适用性。预计方法的适用性主要指方法适用的产品类型(电子或机械)、工程研制阶段、预计的参数类型(基本可靠性或任务可靠性)、方法的精确程度和所要求的信息量。例如，对于电子产品，在方案论证阶段，只有产品的总体情况、功能要求和结构设想等粗略的信息，只能用相似产品法等粗略的估计产品可能达到的可靠性水平；在初步设计阶段，已

54、有了产品的工程图或草图，产品的组成已基本确定，可用元器件计数法、专家评分法等方法进行预计；而在详细设计阶段，则可以采用故障率预计法或应力分析法。各种方法的适用范围如表3-1。表3-1 可靠性预计(yj)方法的适用范围序号预计方法适用范围适用阶段1相似产品法电子、机电、机械类产品，基本可靠性或任务可靠性预计方案论证阶段2故障率预计法电子、机电、机械类产品，基本可靠性或任务可靠性预计详细设计阶段3专家评分法机电、机械类产品，基本可靠性或任务可靠性预计初步设计阶段4元器件计数法电子类产品，基本可靠性的预计初步设计阶段5元器件应力分析法电子类产品，基本可靠性的预计详细设计阶段6相似产品类比论证法机械类

55、产品，基本可靠性的预计初步设计阶段7修正系数机械类产品，基本可靠性的预计初步设计阶段3.4可靠性预计(yj)的程序与步骤3.4.1可靠性预计(yj)的一般程序 可靠性预计通常按以下程序进行： 1)明确预计的可靠性参数和指标 确定预计的指标是基本可靠性还是任务可靠性，预计的参数是可靠度、MTBF还是其它，并明确与参数和指标相关的约束条件。 2)建立可靠性模型 按第一章的建模要求、方法和步骤建立与指标相适应的可靠性模型。 3)编制元器件目录 根据产品的组成和可靠性模型中所涉及的功能单元，编制预计时所用到的元器件目录。 4)预计的假设和工程(gngchng)简化； 简述进行产品可靠性预计时所作的假设

56、(jish)和为了便于工程计算所作出的简化。 5)预计方法(fngf)的选择 明确所选择的可靠性预计方法及选择该方法的理由。 6)预计的数据来源及说明 简述进行可靠性预计时所用数据的来源和依据。 7)按各预计方法的步骤进行预计 8)预计结果及分析对预计结果进行分析，找出设计的薄弱环节，分析提高产品可靠性的措施。3.4.2预计方法的实施步骤 在此给工程上常用的三种通用预计方法和电子产品特殊预计方法的实施步骤。3.4.2.1相似法（相似产品法、相似电路法） 1)确定与新设计产品最相似的现有产品 2)确定相似产品的可靠性水平（若已知其可靠性水平，可省略此步） 3)比较新、老产品的差别程度，确定适当的

57、修正量3.4.2.2故障率预计法 1)画出可靠性框图 2)按可靠性框图建立可靠性模型 3)确定各方框中单元的故障率 4)根据模型计算系统的故障率3.4.2.3专家评分法 1)确定已知故障率的单元 2)确定评分因子 3)组成评分专家组，介绍产品情况 4)评分专家根据经验和产品情况给出评分值 5)计算各组成单元的评分系数 6)计算各组成单元的故障率3.4.2.4元器件计数法 1)列出元器件种类及每类元器件的数量、质量等级及设备的应用环境类别 2)查找各种类元器件在该环境类别下的通用失效率及通用质量系数 3)将以上两个步骤得到的数据填入规范化的预计表 4)计算不同应用环境条件下的分机的故障率 5)将

58、分机故障率相加，得到(d do)设备的故障率3.4.2.5元器件应力(yngl)分析法 1)建立产品可靠性模型，确定(qudng)预计单元 2)分析产品中各元器件的工作应力 3)编制产品的元器件的工作应力清单 4)计算各单元内各元器件的工作失效率 5)将单元内元器件工作失效率相加，得到单元的故障率 6)按产品的可靠性模型预计产品的故障率3.5应注意的事项 1)产品的可靠性预计应尽早进行，以便当任一级别上的可靠性预计值没有达到可靠性分配值时，能及早采取必要的措施。早在方案阶段，就应该在对相似产品各种数据收集与分析的基础上，用相似产品法进行比较粗略的预计，为方案的选择提供参考； 2)为了便于定量比

59、较，可靠性预计的层次一般应与可靠性分配的层次相一致； 3)可靠性预计应随着研制工作进展、可靠性模型的细化和可靠性分配工作的深入由粗到细地深入进行，以增强预计的合理性。例如对于某一个电子产品，在初步阶段采用元器件计数法进行预计是合理的，而在详细设计阶段则应采用应力分析法进行更为准确的预计； 4)可靠性预计结果的相对意义比预计的值更重要，其主要的目的是找出产品的薄弱环节并加以改进，在对不同的方案间进行优选时，作为重要的依据之一。可靠性预计时，所使用的各种系数、失效率是由大量数据统计得到的平均值，加上预计公式的近似性，在某此情况下预计结果与真值相差一、二倍也是正常的，因此不能将预计结果作为产品验收时

60、是否达到可靠性指标的依据，而应将重点放在发现薄弱环节并加以改进的工作中。5)可靠性预计的值应大于成熟期的规定值，若果不能满足这一要求，则应考虑重新选择质量规格高的元器件或更改设计。3.6示例1 故障率预计法示例对象：某船电力系统数据(shj)来源：数据的来源主要是分系统(xtng)和设备的可靠性预计值，在缺少预计值的情况下，选用了有关相似设备的可靠性指标，在既没有预计值也没有相似设备的数据时，采用了系统、设备的研制总要求、技术规格书等有关技术文件中的可靠性指标数据。预计(yj)数据：柴油发电机组MTBF1000hMTTR24h前主配电板MTBF10000hMTTR0.5h后主配电板MTBF10