2.9-系统可靠性分析法(D)-人机系统对可靠度资料

一、机器的可靠度计算机器的可靠度是机器、设备、部件、元件等在规定条件下和规定时间内完成规定功能的概率，用RM表示。根据本章第一节讨论可知:由此可知，求取RM(t)时，必须先求故障率λ(t)或λ(当其为常数时)和运行时间t。求取λ可先从表9-10至表9-11中查出，再查表9-12，求取严重系数K。此时λ可由下式给出:所谓严重系数K，即使用条件下的故障率λ与实验条件下的故障率λ0的比值，称为严重系数，即K=λ/λ0。2.9系统可靠性分析(D):人机系统的可靠度一、机器的可靠度计算第二节人的操作可靠度

一、机器的可靠度计算第二节人的操作可靠度

一、机器的可靠度计算例：求汽车离合器在使用1000h条件下其可靠度为多少?二、人机系统的可靠度人机系统的可靠度是评价人机系统设计的重要内容，人机系统最重要的形式就是人与机器的相互结合。为了获得人机系统的最高效能，除了机器本身可靠度指标要高外，还要求操作者的操作可靠度指标也要高。一般情况下，人机系统的可靠度RS由机子系统的可靠度RM和人的操作可靠度RM，两部分串联组成，如图9-6所示。此系统要求人、机两子系统均处于正常状态，即人和机器同时处于较高的可靠性时，人机系统才有较高的可靠性。按串联系统的概率计算原则，人机系统的可靠度RS为:二、人机系统的可靠度根据式(9-36)，可绘成图9-7的关系曲线。根据以上分析可知，要提高人机系统的可靠度，必须从提高RM和RH两个方面人手，过分提高某一个值，往往收效不大。例如，当RM=0.95,RH=0.8时，RS=0.76，若改进机器,使机器可靠度RM=0.99,RH=0.79，RS=0.79，并没有什么改善。此种情况下，应考虑提高人的操作可靠度RH。在目前，科学技术的进步和发展，使得机器的可靠度有了很大的提高。那么，提高人的可靠度就显得越来越重要了，这一点应当引起我们的重视。三、人机系统的可靠度的计算第三节人机系统的可靠度人机系统的可靠度计算是一个比较复杂的技术。为了进行可靠度计算，首先要对组成人机系统的功能及其相互关系及其可靠度取值，其次是人的操作可靠度的确定，同时还要画出可靠性逻辑图。如果组成系统的任何一个单元发生故障，就会导致整体系统发生故障。那么这种系统称为串联系统。如图9-8所示。1.串联系统图9-8中，在功能上独立的单元i=1,2,3,…,n串联布置，假定各单元的可靠度分别为R1,R2,R3,…,Rn，根据概率的独立事件乘法定理，应为:三、人机系统的可靠度的计算2.并联系统在一些可靠性要求较高的人机系统中，常采用冗余的方式，它用一系列平行工作的单元组成，只有当各构造单元全发生故障时，这个系统才会发生故障，这种系统为并联系统。并联系统的结构形式有许多种类，现扼要介绍常用的几种。

(1)并联冗余如图9-9所示，将n个单元并联起来同时工作，执行同一功能，并且只要不是所有的单元都发生故障，系统就不会发生故障，这种连接称为并联冗余。系统的可靠度Rs(t)可按概率相容事件加法公式计算。三、人机系统的可靠度的计算第三节人机系统的可靠度2.并联系统(1)并联冗余结果应该为：三、人机系统的可靠度的计算2.并联系统(2)待机冗余在图9-10中，一个单元发生故障时，有同样功能的另一单元立即接上去进行工作，使系统得以继续维持，这种方式称为待机冗余或后备冗余。即开始时不是常用冗余，只是主单元处于工作状态，另一个单元处于待命状态。这种替换操作犹如司机和副司机等。假定有n个单元，其可靠度R1=R2=R3=…=Rn，故障率λ1=

λ2=

…=λn，则待机冗余系统的可靠度R(t)为:可见，待机冗余系统的平均寿命或平均故障间隔时间为单个系统的2倍。三、人机系统的可靠度的计算2.并联系统(3)表决冗余为了减少正常状态下的误动作和异常状态下没有做出正确动作的概率，可采用由监视者或作业者或单元多数表决的方式。假定有一个由n个单元组成的系统，当其中有r个单元发生故障时，系统便失去功能，若单元组成部分的可靠度均为R，则整个系统的可靠度为:将此原则用到安全监视上可以进一步提高避免事故的可靠度，同时也减少了正常状态的误动作。例如：3个人进行安全监视，有2个人执行操作才能切断电源。这种多数表决方式的可靠度为:三、人机系统的可靠度的计算第三节人机系统的可靠度2.并联系统(3)表决冗余例如：3个人进行安全监视，有2个人执行操作才能切断电源。这种多数表决方式的可靠度为(此时n=3,r=2):如果是3个人同时进行监测，构成并联冗余，此时系统的的可靠度为：若由3个人进行安全监视，串联时的可靠度为:不同情况下系统的可靠度比较贱图9-11所示。三、人机系统的可靠度的计算2.并联系统由图可见，当表决冗余系统中各单元的可靠度R大于0.5时，其系统的可靠度将会提高，若R小于0.5，则可靠度反而会降低。通常在异常状态下正确操作的概率R1一般都比较高，假定R1=0.90；而正常状况下误操作的概率F一般比较低，假定F=0.15，即R2=(1-F)=0.85，则3人的多种表决冗余系统在异常状态下的可靠度R1S，在正常状态下的可靠度R2S、分别为:由此可见，多数表决冗余系统中，异常状况下的可靠性和正常状态下的可靠性都得到改善。(3)表决冗余三、人机系统的可靠度的计算2.并联系统以上介绍了串联和并联系统的可靠度的数字模型及计算方法，实际上人机系统的联接是极其复杂的。如果把m个由n个相同可靠度单元组成的串联系统再并联起来，就称为系统并联，其可靠度计算的表示式为:(4)系统并联与单元串联如果把n个由m个相同可靠单元组成的并联系统再串联起来，就称为单元并联，其可靠度计算表示式为:三、人机系统的可靠度的计算2.并联系统(4)系统并联与单元串联示例：有一汽车的制动系统可靠性连接关系如图2-19所示，求系统的可靠度。已知组成系统各单元的可靠度分别为: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、人机系统的可靠度的计算2.并联系统(4)系统并联与单元串联解：(1)系统分析

由图中可见，该系统有两套独立的子系统，一套是脚踏操作式液压系统（脚刹系统）A，另一套是手控机械系统（手刹系统）B，二者是并联关系。脚刹系统由3个单元组成：脚踏板A1、液压系统A2、制动盘A3；同时动作。手刹系统由2个单元组成：手控干B1、机械联动装置B2；同时动作。两个刹车子系统控制同一套阀瓦，或者同时两个前轮、或者同时两个后轮，只要有一套发挥作用汽车就不会失控。而刹车系统和车轮系统是串联关系。该制动系统可看做是由A-B子系统和C-D子系统组成的可靠性串联系统。

A-B子系统是由A子系统和B子系统组成的可靠性并联系统;A子系统是A1、A2和A3三个单元组成的可靠性串联子系统;B子系统是B1和B2两个单元组成的可靠性串联子系统;C-D子系统是由C子系统和D子系统组成的可靠性并联系统;C子系统是C1和C2两个单元组成的可靠性串联子系统;D子系统是D1和D2两个单元组成的可靠性串联子系统。三、人机系统的可靠度的计算2.并联系统(4)系统并联与单元串联解：(2)分别求解A、B、C、D四个子系统的可靠度：

(3)分别求解并联A-B子系统和C-D并联子系统的可靠度：

三、人机系统的可靠度的计算2.并联系统(4)系统并联与单元串联解：(3)求整个系统的的可靠度：

计算结果表明：目前该制动系统的可靠度为0.996(不可靠度为0.004)。即如果有1000辆车，则有4辆可能因为车闸故障而造成事故。随着使用时间加长，可靠度将不断下降，而不可靠度将不断上升。上题所演示的汽车制动系统，其手刹和脚刹均同时作用于前