第四章-系统可靠性模型和可靠度计算-课件.ppt

1、沈阳理工大学装备工程学院第第4章章 系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性模型和可靠度计算4.1系统与系统结构模型分类系统与系统结构模型分类 系统系统是由若干部件（子系统、元器件）相互有机地组合起来，可以完成某种工作任务的具有一定输入、输出特性的整体。系统系统分分系系统统分系统分分系系统统子子系系统统子子系系统统子子系系统统子子系系统统沈阳理工大学装备工程学院武器系统武器系统跟跟踪踪系系统统后后勤勤维维修修系系统统指指挥挥系系统统火火炮炮炮炮弹弹火火力力系系统统弹弹体体爆爆炸炸装装药药发发射射药药药药筒筒点点火火具具引引信信第第4章章 系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性模型和可靠度计算沈阳理工

2、大学装备工程学院 系统的可靠度决定于两个因素：系统的可靠度决定于两个因素：1）单元本身的可靠度；）单元本身的可靠度；2）各个单元的组合方式。）各个单元的组合方式。第第4章章 系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性模型和可靠度计算系统系统非工作储备系统非工作储备系统并联系统并联系统串联系统串联系统工作储备系统工作储备系统r/n表决系统表决系统纯并联系统纯并联系统理想旁联系统理想旁联系统非理想旁联系统非理想旁联系统沈阳理工大学装备工程学院 串联系统串联系统：各单元之间的失效时间随机变量互为独立时，：各单元之间的失效时间随机变量互为独立时，如果有某一单元发生故障，则引起系统失效的系统。如果有某一单元发

3、生故障，则引起系统失效的系统。第第4章章 系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性模型和可靠度计算12n沈阳理工大学装备工程学院 并联系统并联系统：并联冗余系统：并联冗余系统 由于某一元器件失效而不致使系统发生故障，只有当系统由于某一元器件失效而不致使系统发生故障，只有当系统中贮备元器件全部发生失效的情况下，系统才发生故障，这中贮备元器件全部发生失效的情况下，系统才发生故障，这样的系统就称为样的系统就称为“工作贮备系统工作贮备系统”。并联系统属于工作贮备。并联系统属于工作贮备系统的一种。系统的一种。贮备系统分为：工作贮备系统和非工作贮备系统贮备系统分为：工作贮备系统和非工作贮备系统12n第第4章章

4、 系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性模型和可靠度计算 纯并联系统纯并联系统，即多个单元完成同一任务的组合。，即多个单元完成同一任务的组合。所有单元同时工作，弹其中任何一个单元都能单独所有单元同时工作，弹其中任何一个单元都能单独支撑整个系统的运行，只要系统中不是全部单元都支撑整个系统的运行，只要系统中不是全部单元都失效，系统就可以正常运行。失效，系统就可以正常运行。当采用串联当采用串联系统的设计系统的设计不能满足设不能满足设计指标要求计指标要求时，可采用时，可采用贮备系统的贮备系统的设计来提高设计来提高可靠性水平。可靠性水平。沈阳理工大学装备工程学院 工作储备系统工作储备系统：r/n表决系统表

5、决系统，即要求，即要求n个单元组成的并个单元组成的并联系统中，至少有联系统中，至少有r个单元同时正常工作，才能保证正常工个单元同时正常工作，才能保证正常工作状态的系统。作状态的系统。第第4章章 系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性模型和可靠度计算12rn沈阳理工大学装备工程学院 非工作储备系统非工作储备系统：系统中某一个或多个处于工作状态，其：系统中某一个或多个处于工作状态，其它单元处于待命状态，当某一单元出现故障后，处于待命状态它单元处于待命状态，当某一单元出现故障后，处于待命状态的单元通过转换开关将其投入工作状态的系统。的单元通过转换开关将其投入工作状态的系统。理想旁联系统理想旁联系统：转

6、换开关为理想开关，可靠度为：转换开关为理想开关，可靠度为100%。非理想旁联系统非理想旁联系统：转换开关为非理想开关。：转换开关为非理想开关。第第4章章 系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性模型和可靠度计算A1A2沈阳理工大学装备工程学院 基本可靠性基本可靠性：产品在规定条件下无故障的持续时间和概率。：产品在规定条件下无故障的持续时间和概率。基本可靠性模型是用来估计产品及组成元件引起的维修及保障基本可靠性模型是用来估计产品及组成元件引起的维修及保障要求。它是一个串联模型，即使存在冗余单元，也按串联处理。要求。它是一个串联模型，即使存在冗余单元，也按串联处理。系统中任一单元发生故障都需要维修或更

7、换。系统中任一单元发生故障都需要维修或更换。储备元件越多，储备元件越多，系统的基本可靠性越低系统的基本可靠性越低。任务可靠性任务可靠性：产品在规定的任务剖面内，完成规定功能的产品在规定的任务剖面内，完成规定功能的能力。任务可靠性模型是用以估计产品在执行任务过程中规定能力。任务可靠性模型是用以估计产品在执行任务过程中规定功能的概率，描述完成任务过程中产品各单元的预定作用，用功能的概率，描述完成任务过程中产品各单元的预定作用，用以度量工作有效性的模型。以度量工作有效性的模型。储备元件越多，系统的任务可靠性储备元件越多，系统的任务可靠性越高。越高。第第4章章 系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性模型

8、和可靠度计算 可靠性模型：是为预计或估算产品的可靠性所建立的数学可靠性模型：是为预计或估算产品的可靠性所建立的数学模型和可靠性框图。模型和可靠性框图。沈阳理工大学装备工程学院 系统的系统的结构框图结构框图表示组成系统的部件之间的物理关系和工作表示组成系统的部件之间的物理关系和工作关系。关系。系统的系统的可靠性框图可靠性框图是描述系统的功能和组成系统的部件之间是描述系统的功能和组成系统的部件之间的可靠性功能关系。的可靠性功能关系。系统的结构框图与可靠性框图系统的结构框图与可靠性框图第第4章章 系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性模型和可靠度计算沈阳理工大学装备工程学院例1：AB管子阀门系统结构框

9、图管子阀门系统结构框图AB系统流通时的可靠性框图系统流通时的可靠性框图系统截流时可靠性框图系统截流时可靠性框图AB系统能可靠的流通属于正常工作状态系统能可靠的流通属于正常工作状态系统的截流状态属于正常工作状态系统的截流状态属于正常工作状态第第4章章 系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性模型和可靠度计算沈阳理工大学装备工程学院例2：隔爆机构隔爆机构A隔爆机构B引信隔爆机构结构框图隔爆机构A隔爆机构B隔爆机构A引信保险状态的可靠性框图隔爆机构A隔爆机构B引信解除状态的可靠性框图两套保险有一套正常工作两套保险有一套正常工作隔爆机构正常隔爆机构正常两套保险机构都解除保险两套保险机构都解除保险机构正常工

10、作机构正常工作第第4章章 系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性模型和可靠度计算沈阳理工大学装备工程学院 1、串联系统可靠度计算、串联系统可靠度计算 组成系统的所有单元中任一单元的失效就会导致整个组成系统的所有单元中任一单元的失效就会导致整个系统失效的系统叫做串联系统。系统失效的系统叫做串联系统。12n4.2 各系统可靠性模型可靠度计算各系统可靠性模型可靠度计算第第4章章 系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性模型和可靠度计算 设系统的失效时间为设系统的失效时间为T，组成该系统的各单元的失效时间，组成该系统的各单元的失效时间随机变量为随机变量为ti，i=1,2.n,沈阳理工大学装备工程学院第第4章

11、章 系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性模型和可靠度计算则系统的可靠度可表示为则系统的可靠度可表示为TtTtTtPRns211niisRR 在串联系统中，系统可靠地运行必须要求每个单元的失在串联系统中，系统可靠地运行必须要求每个单元的失效时间都要大于系统的失效时间，即系统的可靠度是每个单效时间都要大于系统的失效时间，即系统的可靠度是每个单元的失效时间大于系统失效时间同时发生的概率。元的失效时间大于系统失效时间同时发生的概率。TtPTtPTtPRns21则系统的可靠度为则系统的可靠度为沈阳理工大学装备工程学院串联系统的特点串联系统的特点：1）串联系统的可靠度等于各单元的可靠度的乘积；）串联系统的

12、可靠度等于各单元的可靠度的乘积；2）串联系统的可靠度小于或最多等于系统内最小的单元可）串联系统的可靠度小于或最多等于系统内最小的单元可靠度；靠度；3）随着单元数量的增多，平均无故障工作时间下降，即一）随着单元数量的增多，平均无故障工作时间下降，即一个串联系统串联的单元越多，可靠度越低。个串联系统串联的单元越多，可靠度越低。第第4章章 系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性模型和可靠度计算沈阳理工大学装备工程学院2、并联系统可靠度计算并联系统可靠度计算 1）纯并联系统）纯并联系统 组成系统的所有单元都失效时才会导致系统失效的系统组成系统的所有单元都失效时才会导致系统失效的系统叫做并联系统。叫做并联

13、系统。S1S2Sn第第4章章 系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性模型和可靠度计算 设系统失效时间随机变量为设系统失效时间随机变量为T，系，系统中第统中第i个单元失效时间随机变量为个单元失效时间随机变量为ti，则对于则对于n个单元所组成的纯并联系统的个单元所组成的纯并联系统的失效概率为：失效概率为：TtTtTtPFns21沈阳理工大学装备工程学院第第4章章 系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性模型和可靠度计算 在纯并联系统中，只有在每个单元的失效时间都达不到在纯并联系统中，只有在每个单元的失效时间都达不到系统的工作时间时，即每个单元都出现故障，系统才失效，系统的工作时间时，即每个单元都出现故障

14、，系统才失效，因此，系统不可靠度就是单元同时失效的概率。（单元失效因此，系统不可靠度就是单元同时失效的概率。（单元失效时间随机变量相互独立）时间随机变量相互独立）)-1(-11tRRniisTtPTtPTtPFns21其中TtPi是第i个单元的失效概率Fi(t)，即 tRTtPtFiii1 niistRtF11沈阳理工大学装备工程学院第第4章章 系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性模型和可靠度计算 2）表决系统）表决系统（1）n-1/n表决系统表决系统表示系统是由表示系统是由n个单元并联而成，只允许一个单元失效的系个单元并联而成，只允许一个单元失效的系统，若各单元的可靠度相等时：统，若各单元的

15、可靠度相等时：)1()1(RnRRRnns例：例：2/3表决系统表决系统123D 三个单元的冗余系统，要三个单元的冗余系统，要求同时至少有二个单元正常工求同时至少有二个单元正常工作，整个系统能正常工作。求作，整个系统能正常工作。求右图右图2/3表决系统的可靠度表决系统的可靠度Rs。沈阳理工大学装备工程学院第第4章章 系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性模型和可靠度计算 该表决系统保证正常运行，有四种情况：该表决系统保证正常运行，有四种情况：1、2、3单元全部正常工作；单元全部正常工作；1失效，失效，2、3正常工作；正常工作；2失效，失效，1、3正常工作；正常工作；3失效，失效，1、2正常工作。

16、正常工作。若若T为系统的失效时间，为系统的失效时间，t1,t2,t3为各单元失效时间随机变量，为各单元失效时间随机变量，此时系统的可靠度为：此时系统的可靠度为：TtPTtPTtPTtPTtPTtPTtPTtPTtPTtPTtPTtPRs321321321321沈阳理工大学装备工程学院第第4章章 系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性模型和可靠度计算当t1,t2,t3相互独立时相互独立时 3322113213332122321113213213213213213211RFRFRFtRtRtRRFtRtRtRRFtRtRtRRFtRtRtRtRtRtRtFtRtRtRtFtRtRtRtFtRtRtR

17、tRs若三个单元的可靠度都相同为若三个单元的可靠度都相同为R时时 3232331RRRFRtRs 32)1(323)1(3RRRRRtRns沈阳理工大学装备工程学院（2）n-r/n表决系统表决系统 n个单元并联，只允个单元并联，只允r个单元失效的系统，当各个单元的个单元失效的系统，当各个单元的可靠度相同时，系统的可靠度为可靠度相同时，系统的可靠度为rrnrnnnnnsFRCFRCFnRRR2221第第4章章 系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性模型和可靠度计算沈阳理工大学装备工程学院3、混联系统可靠度计算、混联系统可靠度计算 把若干个串联系统或并联系统重复地加以串联或并联，就得把若干个串联系统

18、或并联系统重复地加以串联或并联，就得到更复杂的可靠性结构模型，称为混联系统。到更复杂的可靠性结构模型，称为混联系统。计算可靠性是通常采用等效系统进行。计算可靠性是通常采用等效系统进行。S1S2S3第第4章章 系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性模型和可靠度计算沈阳理工大学装备工程学院4、非工作贮备系统可靠度计算、非工作贮备系统可靠度计算 组成系统的组成系统的n个单元中只有一个单元工作，当工作单元个单元中只有一个单元工作，当工作单元失效时通过失效监测装置及转换装置接到另一个单元进行工失效时通过失效监测装置及转换装置接到另一个单元进行工作的系统叫做非工作贮备系统。可靠性框图为：作的系统叫做非工作贮

19、备系统。可靠性框图为：A1A2第第4章章 系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性模型和可靠度计算 冷贮备系统：当工作单元工作时，备用或待机单元完全不工作，冷贮备系统：当工作单元工作时，备用或待机单元完全不工作，一般认为备用单元在贮备期间失效率为零，贮备期长短对以后的使一般认为备用单元在贮备期间失效率为零，贮备期长短对以后的使用寿命无影响。用寿命无影响。热贮备系统：当工作单元工作时，备用或待机单元不是完全地热贮备系统：当工作单元工作时，备用或待机单元不是完全地处于停滞状态。实际工作中，不管是冷贮备还是热贮备，备用单元处于停滞状态。实际工作中，不管是冷贮备还是热贮备，备用单元在贮备期间的失效率都不等

20、于零。在贮备期间的失效率都不等于零。沈阳理工大学装备工程学院第第4章章 系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性模型和可靠度计算理想旁联系统可靠度计算理想旁联系统可靠度计算：开关的可靠度为：开关的可靠度为100%C12n 理想旁联系统运行到规定的时间t（两种情况）：1）第一单元单独运行到时间t；2）第一单元在t1时发生故障，第二单元接着运行至规定的时间t。非工作贮备系统分为：理想旁联系统和非理想旁联系统理想旁联系统和非理想旁联系统沈阳理工大学装备工程学院1211)(tttttPttPtRs tsdtttRtftRtR011211)(第第4章章 系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性模型和可靠度计算1

21、211)(tttttttPtRs系统的可靠度为：系统的可靠度为：沈阳理工大学装备工程学院第第4章章 系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性模型和可靠度计算非理想开关的旁联系统：非理想开关的旁联系统：考虑开关的失效概率考虑开关的失效概率C12 1111ttttttttPtRcs 非理想旁联系统成功模型：（两种情况）：1）第一单元单独运行到时间t（不考虑开关失 效问题）；2）当t1t时，第二个单元通过开关投入运行，tct1和t2t-t1两个时间同时发生。tcsdtttRtRtftRtR011211沈阳理工大学装备工程学院5、复杂系统可靠度的计算复杂系统可靠度的计算第第4章章 系统可靠性模型和可靠度计

22、算系统可靠性模型和可靠度计算全概率公式法 首先选出系统中的主要单元，然后把这个单元分成正常工作与故障两种状态，再用全概率公式计算系统的可靠度。可靠度为：Rs=RE R(S|RE)+R(S|FE)FEDECAB沈阳理工大学装备工程学院DCABDCABE单元可靠的条件下，系统能正常工作的概率单元可靠的条件下，系统能正常工作的概率DBCAEFFFFRSR11E单元不可靠的条件下，系统能正常工作的概率单元不可靠的条件下，系统能正常工作的概率DCBADCBAERRRRRRRRFSR第第4章章 系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性模型和可靠度计算DCBADCBAEDBCAEEEEESRRRRRRRRFFF

23、FFRFSRFRSRRR11沈阳理工大学装备工程学院 广义的定义广义的定义:弹药是装有火炸药或化学战剂弹药是装有火炸药或化学战剂,用以达到杀伤、破坏或其他用以达到杀伤、破坏或其他战术目的的物体的总称。战术目的的物体的总称。按此定义弹药的范围包括：枪弹、后装炮弹、迫击炮弹、无坐力炮弹、按此定义弹药的范围包括：枪弹、后装炮弹、迫击炮弹、无坐力炮弹、火箭弹、导弹、空投弹、手投弹、鱼雷、水雷、地雷以及爆破筒、爆破罐、火箭弹、导弹、空投弹、手投弹、鱼雷、水雷、地雷以及爆破筒、爆破罐、炸药包等。炸药包等。狭义的定义狭义的定义：弹药是装有火炸药或化学战剂：弹药是装有火炸药或化学战剂,能能投射投射到敌方达到杀

24、伤、破到敌方达到杀伤、破坏或其他战术目的的物体的总称。坏或其他战术目的的物体的总称。按此定义弹药的范围较窄：它不包括地雷、水雷、地雷以及爆破筒、爆按此定义弹药的范围较窄：它不包括地雷、水雷、地雷以及爆破筒、爆破罐、炸药包等使用时不需要投射的爆炸物。破罐、炸药包等使用时不需要投射的爆炸物。本书所研究的弹药可靠性，主要指狭义的弹药。本书所研究的弹药可靠性，主要指狭义的弹药。第第4章章 系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性模型和可靠度计算4.3 弹药系统可靠性模型弹药系统可靠性模型 弹药的定义弹药的定义沈阳理工大学装备工程学院 弹药系统一般由弹药系统一般由战斗部分战斗部分和和投射部分投射部分组成。组

25、成。战斗部分战斗部分是指被抛射到敌方发挥战斗效能的部分，起毁伤是指被抛射到敌方发挥战斗效能的部分，起毁伤目标和其他任务的作用，它一般由引信、弹壳和装填物组成。目标和其他任务的作用，它一般由引信、弹壳和装填物组成。投射部分投射部分是指用以将战斗部分投射到敌方去的部分，它一是指用以将战斗部分投射到敌方去的部分，它一般由发射装药及其容器（药筒、药包或火箭发动机本体）以及般由发射装药及其容器（药筒、药包或火箭发动机本体）以及点火具五个部分。点火具五个部分。第第4章章 系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性模型和可靠度计算弹药的一般组成弹药的一般组成引信装药弹体发射装药药筒点火具沈阳理工大学装备工程学院第

26、第4章章 系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性模型和可靠度计算弹药系统可靠性模型弹药系统可靠性模型弹药系统弹药系统安全性弹药系统作用可靠性弹药系统贮存可靠性发射周期前安全性发射周期内安全性安全距离内安全性威 力密 集 度射 程 发火可靠性以失效率表示以可靠度表示以贮存寿命表示一般弹药系统的可靠一般弹药系统的可靠性指标分为安全性、性指标分为安全性、作用可靠性与贮存可作用可靠性与贮存可靠性。靠性。沈阳理工大学装备工程学院 引信作为一个系统研究引信作为一个系统研究,主要由着发机构、保险机构、延期主要由着发机构、保险机构、延期解除保险机构、隔爆机构、爆炸序列五个部分组成。解除保险机构、隔爆机构、爆炸序

27、列五个部分组成。引信产品的可靠性作用有引信产品的可靠性作用有:瞎火、早炸、正常作用。瞎火、早炸、正常作用。对于特殊的引信有：延期作用、自炸作用、近炸作用、时间对于特殊的引信有：延期作用、自炸作用、近炸作用、时间作用、破甲作用。作用、破甲作用。着发机构着发机构保险机构保险机构延期解延期解除保险除保险机构机构隔爆机构隔爆机构爆炸序列爆炸序列引信系统可靠性模型引信系统可靠性模型第第4章章 系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性模型和可靠度计算沈阳理工大学装备工程学院以贮存寿命表示以贮存寿命表示引信可靠性引信可靠性引信安全性引信安全性引信作用引信作用可靠性可靠性引信贮存引信贮存可靠性可靠性发射周期前安全

28、性发射周期前安全性发射周期内安全性发射周期内安全性安全距离内安全性安全距离内安全性发火可靠性发火可靠性延期可靠性延期可靠性自炸可靠性自炸可靠性 近炸可靠性近炸可靠性以失效率表示以失效率表示以可靠度表示以可靠度表示弹道安全可靠性弹道安全可靠性第第4章章 系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性模型和可靠度计算沈阳理工大学装备工程学院A2触发机构正常状态B2雷管正常作用状态C2隔爆机构正常状态C3隔爆机构欠隔离状态（提早或不能隔爆）A2B2非隔爆型引信作用可靠性框图B2A2C2C3隔爆型引信作用可靠性框图第第4章章 系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性模型和可靠度计算引信系统可靠性模型引信系统可靠性模型沈阳理工大学装备工程学院隔爆装置的保险机构可靠性模型隔爆装置的保险机构可靠性模型保险机构1保险机构2隔爆件双保险的隔爆机构结构框图保险机构1保险机构2保险机构1保险机构2双保险机构的安全可靠性框图双保险机构解除保险可靠性框图第第4章章 系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性模型和可靠度计算