企业设备培训九不可修复系统的可靠性

1、1第7章设备的可靠性管理周剑峰.2系统可靠度的计算第一节 可靠性框图第二节 串联络统第三节 并联络统 第四节 混联络统 3第一节 可靠性框图 一、可靠性框图 可靠性框图(Reliability Block Diagram)是从可靠性角度出发研讨系统与部件之间的逻辑图，这种图依托方框和连线的布置，绘制出系统的各个部分发生缺点时对系统功能特性的影响。 4 如图1a所示是最简单的振荡电路，它由一个电感和一个电容并联衔接的。但根据振荡电路的任务原理，电感和电容中恣意一个缺点都会引起振荡电路缺点，因此，振荡电路的可靠性框图为串联衔接，如图1b所示。 5 a) b)图1振荡电路功能图和可靠性框图a) 振荡

2、电路功能图 b) 振荡电路可靠性框图LCLC6图2a为三个并联衔接的电阻组成系统的原理图，但随着功能要求的不同，对应的可靠性框图也不同。图2b所示。当电路功能要求三个电阻中至少两个完好才满足要求，得到图2c所示的三中取二的可靠性框图。 7图2 系统原理图及可靠性框图a) 系统原理图 b) 电阻串联可靠性框图 c) 三中取二系统的可靠性框图a)b)c)1231231212338 又如，一液压系统如图3a所示，图中各单元为：1-电动机，2-泵，3-滤油器，4-溢流阀，5、6-单向阀防止泵不任务时产生倒流，7-蓄能器，8-三位四通电磁换向阀，9-任务油缸。 9图3a 液压功能系统图 10 分析保证该

3、液压系统正常任务时各单元的任务形状，可以画出系统的可靠性框图如图3b所示。 1-电动机 ,2-泵, 3-滤油器, 4-溢流阀 ,5、6-单向阀防止泵不任务产生倒流, 7-蓄能器, 8-三位四通电磁换向阀 ,9-任务油缸11图3b 液压系统可靠性框图12第二节 串联络统 设由n个部件组成的系统，其中任一部件发生缺点，系统即出现缺点，或者说只需全部部件都正常系统才正常，这样的系统称为串联络统，其可靠性框图如图4所示。 图4 串联络统可靠性框图12n13设第 个部件的寿命为 ，可靠度为 假定 随机变量相互独立，假设初始 时辰时，一切部件都是新的，且同时任务。显然串联络统的寿命为: t 时系统缺点概率

4、： (1)14故系统的可靠度为: (2)15系统失效概率密度函数 (3) 系统失效率函数 (4)16 即系统失效率是各部件失效率之和。 当第 个部件的失效率 为常数时，系统失效率 亦为常数。 (5)17 因此，一个由独立部件组成的串联络统的失效率是一切部件失效率之和，(4)式阐明了串联络统失效率相加的性质；2式阐明了串联络统可靠度相乘的性质。由此可见，对于串联络统，部件数目和任务时间所起的作用是一样的。为了提高系统的可靠性，应使系统的任务时间尽能够缩短或者使部件数目尽能够减少。18通常串联络统的可靠度总是小于或等于最不可靠部件的可靠度。即对串联模型而言有 ,i=1,2,n (6)因此在设计串联

5、络统时，应中选择可靠度较高的部件，并尽量减少串联的部件数。串联络统的平均寿命为: (7)19当部件的寿命服从参数为 的指数分布，即 系统的可靠度和平均寿命为: (8) (9)在阅历上，部件数目 愈大，串联络统缺点率 愈接近于一个与时间无关的数值，因此在 时可近似以为 为常数。20例1 某容错计算机由60片集成电路芯片组成，每一片上有25个焊点，15个金属化孔。这60片集成电路芯片分别装在两块板上，每块板平均有80个插件接头。设各部件服从指数分布：集成电路芯片的缺点率为 ，焊点的缺点率为 金属化孔的缺点率为 ，插件接头的缺点率为 ，求系统任务2h的可靠度 和平均无缺点任务时间 。21解：该容错计

6、算机系统中各部件是串联组成的，利用串联络统可靠性模型可以得到 系统的可靠度和平均寿命为：22第三节 并联络统 设系统由n个部件组成，假设至少一个部件正常系统即正常，或必需一切n个部件都发生缺点时系统才出现缺点，这样的系统称为并联络统。并联络统的可靠性框图如图5所示 图523设第i个部件的寿命 ，可靠度为 设 和 分别表示部件i的失效率和可靠度。假定 随机变量 相互独立，那么并联络统的寿命为： (10) 系统失效率 (11)24系统失效概率密度函数 (12)由于 ，易知 。系统可靠度为： (13)25式13阐明并联络统的可靠度高于任何一个部件的可靠度。 当部件的寿命服从参数为 的指数分布，即 ，

7、系统的可靠度为： (14) 系统的平均寿命为： (15)26特别当 时，有 (16)27例2 某飞控系统由三通道并联组成，设单通道服从指数分布，缺点率为 求系统任务 1h的可靠度、缺点率和平均寿命。 解：对于单通道而言，由于服从指数分布且 ，那么28对于三通道并联络统由此可以看出，采用了三通道并联络统 可以大大提高系统义务时间内的可靠度。29小结1 串联2 并联30图7 串-并联模型第四节 混联络统一、串-并联络统31由n个分系统串联组成，每个分系统内部部件是并联的。 假设各部件的可靠度分别为 且一切部件的缺点都相互独立，那么由式(17)可得串-并联模型的可靠度为： (17)32当一切 ，一切

8、 ，那么 18特别当 时，那么有 1933二、并-串联络统 各个分系统之间并联，每个分系统部件是串联的。 图7 并-串联模型 至少有一个分系统正常，系统就能正常任务，这类系统又称系统冗余构造。 34假设各部件可靠度分别为 ，且一切部件相互独立，此时系统可靠度为： 20 当一切 ，一切 ，那么 2135特别当 时 ， 2236例3 设系统由四个部件组成，每个部件的可靠度均为 ，试分析下面图8a和图8b所示的两种方式构成的系统的可靠度。 a) b)图8 两种方式构成的系统的可靠度37解：代入式(20)和式(17)可以得到如下结果： 图(a)所示系统的可靠度为： 图b所示系统的可靠度为： 由以上结果

9、可见采用部件冗余构造比系统冗余构造可靠度高，因此在设计系统时常采用部件冗余构造设计技术。38更复杂的冗余： 1飞机上，运用两重或三重二作冗余液压动力系统，万一一切主电路失效还可用紧急备份系统。 2飞机的电子飞行控制独特别运用了三重表决任务冗余，假设一个系统传输的信号与另两个系统所传输的不同。传感系统将自动封锁这个系统而且还有一个人工备份系统可靠性评价必需计及一切三个主系统、传感系统和人工系统的可靠性。39共模失效 共模或共因失效是一种可以在冗余配置中引起一切途径失效的情况共模失效源的例子：1.检测某途径失效的传感器系统2.警告人员有某途径失效的指示系统3.不同途径共用的电力或燃油供应系统404

10、.不同途径共用的维修活动，例如，飞机发动机油料检查后，维修人员没有改换一切发动机上的油封实践发生了两次，每次部几乎引起大的灾难5.对不同途径共用的操作行为，从而同样的人为误差将导致两个通道都遭到损害6.一切途径共用的软件，或并行处置器之间软件的同步问题41实践和逻辑的误差 1 两个二极管或两个逆止阀相串联，假设任何一个有断路缺点(卡死在闭合位)，将没有电流流体，流过，从可靠性的观念看它们是串联另一方面，假设任何一个有短路缺点或卡死在开位，另一个将提供系统所需的系统功能电流或流体将以一个方向流动从可靠性的观念看它们是并联。422 两个热启动开关(恒热调理安装)以导线并联衔接可经过启动冷却风扇为系

11、统提供过热维护，一旦一个开关失效那么有另一个作为后备；可由这种配置建立起两个开关的并联模型。但是实践工程上的思索是：一假设一个失效而未能闭合，另一个将执行维护功能。但是，无法知道哪一个曾经失效一假设一个失效在永久闭合的位置，风扇将能够延续运转43由于两个开关能够在有微小差别的条件下任务，一个开关将能够完成一切的开闭转换任务，所以这个功能不能被平等分担假设首先任务的开关在翻开的位置失效。另一个开关由于未触发而致使接通才干下降，因此不能转换假设它们做了一样次数的开闭转换，两个能够以一样的速率退化(接触耗损)，因此当一个失效了，另一个很快会失效。3 对共模失效很难估计：技术人员没有改换飞机发动机机油取样塞，引起一切发动机失效切尔诺贝利核反响堆事故是由操作员进展未经授权的测试呵斥的：444 不测事件的组合例如：协和式飞机坠毁是由于跑道上的碎片引起轮胎失效，轮胎的碎片又刺破了燃油箱呵斥的飞经长岛海湾的波音747爆炸是由于电缆绝缘失效、燃油丈量探针上有导电污染物堆积以及在高空时