1、6.6.机械可靠性设计机械可靠性设计西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程6.4 疲劳强度可靠性设计疲劳强度可靠性设计6.4.1 疲劳强度可靠性设计基础疲劳强度可靠性设计基础6.4.2 稳定变应力疲劳强度可靠性设计稳定变应力疲劳强度可靠性设计西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程6.4.1 疲劳强度可靠性设计的基础疲劳强度可靠性设计的基础1、应力参数、应力参数 直接测得的计算点的应力直接测得的计算点的应力实测的载荷推算出计算点的应力实测的载荷推算出计算点的应力应力密度函数应力密度函数和分布参数和分布参数
2、2、材料疲劳强度分布资料、材料疲劳强度分布资料 1）构件或零件的疲劳试验资料，如）构件或零件的疲劳试验资料，如R-S-N曲曲线或等寿命曲线。线或等寿命曲线。2）标准试件的疲劳试验资料，如）标准试件的疲劳试验资料，如标准件的标准件的R-S-N曲线或标准件的等寿命曲线。曲线或标准件的等寿命曲线。3）根据经验数据或公式进行估算）根据经验数据或公式进行估算西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程6.4.1 疲劳强度可靠性设计的基础疲劳强度可靠性设计的基础零件零件R-S-N曲线曲线零件等寿命疲劳曲线零件等寿命疲劳曲线西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程6.4.1 疲劳
3、强度可靠性设计的基础疲劳强度可靠性设计的基础3）结构尺寸参数）结构尺寸参数 公差公差，一般呈正态分布。未给出公差，可根据，一般呈正态分布。未给出公差，可根据加工精度确定。加工精度确定。4）强度修正系数的统计特性）强度修正系数的统计特性有效应力集中系数有效应力集中系数Ka：Ka=q(a-1)+1尺寸系数尺寸系数 是考虑零件尺寸比试件尺寸大，从而使疲劳是考虑零件尺寸比试件尺寸大，从而使疲劳强度降低的系数。其较好的符合强度降低的系数。其较好的符合正态分布正态分布。=a+bZ 其中：其中：a为均值，为均值，b为分布标准差为分布标准差S，Z为标为标准正态偏差。准正态偏差。西南科技大学网络教育系列课程西南
4、科技大学网络教育系列课程6.4.1 疲劳强度可靠性设计的基础疲劳强度可靠性设计的基础表面加工系数表面加工系数1 由于零部件的加工方法不同，其表面粗糙度由于零部件的加工方法不同，其表面粗糙度不同于不同于磨光试样磨光试样的表面粗糙度。的表面粗糙度。表面强化系数表面强化系数2 该系数表示的是该系数表示的是表面经过处理表面经过处理后对料材疲劳后对料材疲劳强度改善的影响。强度改善的影响。以上这些参数可以经过查手册获得。以上这些参数可以经过查手册获得。西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程无限寿命可靠性设计，无限寿命可靠性设计，N0=1061076.4.2 稳定变应力疲劳强度可靠性设计疲
5、劳强度可靠性设计1、按零件实际疲劳曲线设计、按零件实际疲劳曲线设计1）按零件的）按零件的R-S-N曲线设计曲线设计西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程6.4.2 稳定变应力疲劳强度可靠性设计疲劳强度可靠性设计.30438,45035301010.:11155MPaMPa，PMPaSMPa，NNSR。，NNSR，ccc应力为该轴危险断面上的弯曲处曲线查得由试计算其可靠度处不产生疲劳失效要求在曲线实验测得该轴的有一钢质心轴例MPaSMPa：30,438:工作应力解MPa，c530:1疲劳强度,67.264503111MPaScc,450311MPaScc由：，可得可靠性指数为应
6、力干涉根据前面讲得的强度设两者服从正态分布西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程6.4.2 稳定变应力疲劳强度可靠性设计疲劳强度可靠性设计29.214.409267.2630438530222211SSZccR%9.98989.029.2:R查正态表得西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程6.4.2 稳定变应力疲劳强度可靠性设计疲劳强度可靠性设计2）按零件等寿命疲劳极限图设计）按零件等寿命疲劳极限图设计 受任意循环（对称或非对称的）变应力的疲劳受任意循环（对称或非对称的）变应力的疲劳强度可靠性计算，都可利用等寿命疲劳曲线极限强度可靠性计算，都可利用等寿命疲劳
7、曲线极限图计算。图计算。西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程6.4.2 稳定变应力疲劳强度可靠性设计疲劳强度可靠性设计maxminmax12121rmmaxminmax12121r西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程6.4.2 稳定变应力疲劳强度可靠性设计疲劳强度可靠性设计22:MaMmrc强度21222222MaMmMaMaMmMmrcSSS22:LaLmL工作应力21222222LaLmLaLaLmLmSSSL西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程6.4.2 稳定变应力疲劳强度可靠性设计疲劳强度可靠性设计根据以上计算的强度和应力，可
8、以利用强度根据以上计算的强度和应力，可以利用强度-应力应力干涉模型计算其可靠度。干涉模型计算其可靠度。西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程6.4.2 稳定变应力疲劳强度可靠性设计疲劳强度可靠性设计2、按材料标准试件的疲劳曲线设计、按材料标准试件的疲劳曲线设计 其设计方法和步骤和以上方法一样，在这里就其设计方法和步骤和以上方法一样，在这里就不再讲了。不再讲了。西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程6.5 机械系统可靠设计6.5.1系统模型系统模型6.5.2系统可靠性预测系统可靠性预测6.5.3 系统的可靠性分配系统的可靠性分配6.5.4系统可靠性优化系统可靠
9、性优化6.5.5 系统可靠性管理系统可靠性管理西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程6.5.1 系统模型和可靠度预测系统模型和可靠度预测1、串联系统、串联系统1）定义）定义:系统中的下属几个组件全部工作正常时，系统中的下属几个组件全部工作正常时，系统才正常；当系统中有一个或一个以上的组件系统才正常；当系统中有一个或一个以上的组件失效时，系统就失效，这样的系统就称串联系统失效时，系统就失效，这样的系统就称串联系统。串联系统的可靠性框图，就是下属几个组件的串串联系统的可靠性框图，就是下属几个组件的串联图。设系统下属组件的可靠度分别为联图。设系统下属组件的可靠度分别为 nrrr,2
10、1r1r2-ri串联系统的框图为串联系统的框图为西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程 用用Ss和和Si分别表示系统和单元的正常工作状分别表示系统和单元的正常工作状态，则依据串联系统的定义，串联系统中正常事态，则依据串联系统的定义，串联系统中正常事件是件是“交交”的关系，逻辑上为的关系，逻辑上为“与与”的关系，的关系，系统要正常工作，必须各子系统都正常工作，则系统要正常工作，必须各子系统都正常工作，则有有nsSSSSS321iniissSPSP1)(tRPss)()(trSPiii系统正常工作的概率为各单元概率之积，因此系统正常工作的概率为各单元概率之积，因此由于由于西南科技
11、大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程niinsrrrrR121所以所以 2）对于指数分布对于指数分布 如果在串联系统中，各单元的失效率为如果在串联系统中，各单元的失效率为i服服从指数分布，则系统的失效率等于各组成单元失从指数分布，则系统的失效率等于各组成单元失效率之和。效率之和。nii1 则系统的可靠度为：则系统的可靠度为：tSniietR1西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程系统的平均无故障工作时间为：系统的平均无故障工作时间为：niiSMTBF111例：某电子产品由例：某电子产品由8个部件组成，各部件的失效率个部件组成，各部件的失效率服从指数分布，其失效率已
12、知是：服从指数分布，其失效率已知是：NO.1-12010-6;NO.2-10010-6;NO.3-14510-6;NO.4-1010-6;NO.5-7010-6;NO.6-2510-6;NO.7-2010-6;NO.8-1810-6。试预测产品在。试预测产品在1000小时和小时和10小时的可靠性。小时的可靠性。解：其失效率服从指数分布，所以利用上面的公式解：其失效率服从指数分布，所以利用上面的公式可得：可得：西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程000508.010508101820257010145100120661nii:1000 的可靠度为h%1.60601.01000
13、000508.01eetRtSnii:10 的可靠度为h%4.99994.010000508.01eetRtSnii西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程 对于串联系统，提高系统的可靠度，可以通过对于串联系统，提高系统的可靠度，可以通过下面两个途径：下面两个途径：1）提高各组成单元的）提高各组成单元的可靠度可靠度 2）降低各组成单元的）降低各组成单元的失效率失效率注意：注意：1）这两种方法，都必将提高产品的制造成本，所）这两种方法，都必将提高产品的制造成本，所以我们应该对这两方面进行以我们应该对这两方面进行权衡权衡后采取相应的措施。后采取相应的措施。并联组合并联组合可以不用提
14、高零件可靠度，就能提高系统可以不用提高零件可靠度，就能提高系统的可靠度。的可靠度。2）串联系统的可靠度因其组成单元数地增加而降）串联系统的可靠度因其组成单元数地增加而降低，且其值要比可靠度最低的那个单元的可靠还低。低，且其值要比可靠度最低的那个单元的可靠还低。所以最好采用等寿命单元组成系统，组成越小越好。所以最好采用等寿命单元组成系统，组成越小越好。西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程2、并联系统、并联系统 设组成组件的可靠度分别为设组成组件的可靠度分别为 相应组件的失效（故障）相应组件的失效（故障）概率分别为概率分别为 并设并联系统的失效（故并设并联系统的失效（故障）概率
15、为障）概率为 Qsr1(t)r2(t)ri(t)nrrr,21nqqq,21 1）定义）定义:系统中的几个下属组件，只要其中一系统中的几个下属组件，只要其中一个工作正常，则系统就正常工作，只有全部组件都个工作正常，则系统就正常工作，只有全部组件都失效时，系统才失效，这样的系统就称并联系统失效时，系统才失效，这样的系统就称并联系统。并联系的可靠性方框图为并联系的可靠性方框图为n个组件的并联图。个组件的并联图。西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程 用用Ss和和Si分别表示系统和单元的正常工作状态，分别表示系统和单元的正常工作状态，用用FS 和和 Fi表示系统和单元不正常工作，则
16、依据并表示系统和单元不正常工作，则依据并联系统的定义联系统的定义,并联系统中并联系统中不正常事件不正常事件是是“交交”的的关系，逻辑上为关系，逻辑上为“与与”的关系，系统要不正常工作的关系，系统要不正常工作,必须各子系统都不正常工作必须各子系统都不正常工作,则有则有nsFFFFF321iniissSFSF1 系统不正常工作的概率为各单元不正常工作概系统不正常工作的概率为各单元不正常工作概率之积，因此率之积，因此西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程)(tQFss)()(tqSFiii)1(121niinsrqqqQ)1(11111niiniissrqQR可靠度由于所以西南科技
17、大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程2）对于指数分布）对于指数分布,若失效率用若失效率用表示表示0)(dttRsMTBFnnnjijinijMTBF2111111110)1(1dtentn1211当当N个相个相同时，则同时，则西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程例：某飞机由例：某飞机由3台发动机驱动。只要有一台发动机台发动机驱动。只要有一台发动机工作，飞机就不坠落。各台发动机的失效率分别为：工作，飞机就不坠落。各台发动机的失效率分别为：0.01%/小时；小时；0.02%/小时；小时；0.03%/小时。每航行小时。每航行一次飞行一次飞行10小时。试预测此飞机的可靠
18、度。小时。试预测此飞机的可靠度。：，hh其可靠度为时当解10,/0001.0:1999.0100001.011eert：，hh其可靠度为时当同样10,/0002.02998.0100002.022eert：，hh其可靠度为时当同样10,/0003.03997.0100003.033eert西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程 99999994.0000000006.01997.01998.01999.011tRS西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程3、串联模型计算示例、串联模型计算示例 一种机载侦察及武器控制系统将完成一种机载侦察及武器控制系统将完成6种
19、专门的任务，种专门的任务，每项任务的定义见下表每项任务的定义见下表，由于体积，重量及功率的限制，由于体积，重量及功率的限制，为了能够完成各项任务，每一任务专用的设备必须与其为了能够完成各项任务，每一任务专用的设备必须与其他任务专用设备组合使用。例如下表所示，为了完成任他任务专用设备组合使用。例如下表所示，为了完成任务务E，必须由设备必须由设备3、4及及5一起工作。一起工作。任 务任 务 说 明完成任务所需的设备组合A远距飞机侦察1B远及（或）近距海面舰船探测1，2C海区状态信息收集1，3D水下监视1，3，4E舰上发射导弹的远距末端制导3，4，5F大范围气象资料收集1，2，3，6西南科技大学网络
20、教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程该系统各设备的可靠度如下：设备123456可靠度0.950.930.990.910.900.95 整个任务时间为整个任务时间为3h，为完成所有任务，要求在为完成所有任务，要求在3h内所有设备都工作。某一设备可能同时保证几项内所有设备都工作。某一设备可能同时保证几项任务成功任务成功求解：求解：1）成功完成每项任务的概率？）成功完成每项任务的概率？2）在）在3h中成功完成所有中成功完成所有6项任务的概率？项任务的概率？解：解：西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程任务 A：RIRA=R1=0.95任务 B：R1 R2 RB=R1R2=（0.
21、95）(0.93)=0.88任务 C：R1 R3 RC=R1R3=（0.95）(0.99)=0.94任务 D：R1 R3 R4 RD=R1R2R3=（0.95）（0.99)（0.91)=0.85任务 E：R3 R4 R5 RE=R3R4R5=（0.99）（0.91)（0.90)=0.81任务 F：R1 R2 R3 R6 RF=R1R2R3R6=（0.95）（0.93)（0.99)（0.95）=0.83西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程 值得注意的是，成功完成值得注意的是，成功完成6项任务的概率项任务的概率Ps不不等于完成各项任务可靠度等于完成各项任务可靠度RA、RB、RC
22、、RD、RE、RF的乘积。因为有的设备，如设备的乘积。因为有的设备，如设备1、设备、设备2、设备、设备3及设备及设备4具有多功能。若采用这种任务可靠度相乘具有多功能。若采用这种任务可靠度相乘的办法，将会使某些设备多次参加计算，从而造成的办法，将会使某些设备多次参加计算，从而造成错误计算。这是一个典型的多功能部件的例子，后错误计算。这是一个典型的多功能部件的例子，后面还会讲到。面还会讲到。西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程 本示例所表明的要点是：本示例所表明的要点是：多任务或多工作模式系多任务或多工作模式系统的可靠度应该用各个任务的可靠度表示统的可靠度应该用各个任务的可靠度
23、表示。这种方法是很有用的，因为它使我们能够评价系这种方法是很有用的，因为它使我们能够评价系统研制过程中各种能力的状态，而不是总的任务可靠度。统研制过程中各种能力的状态，而不是总的任务可靠度。例如，我们假设任务例如，我们假设任务A及及B是主要的任务，我们知是主要的任务，我们知道在道在3h中有中有88%的可能性会成功完成的可能性会成功完成2种功能。然而，种功能。然而，如果我们把任务如果我们把任务A及及B与其他不太重要的任务一起计算，与其他不太重要的任务一起计算，我们只了解到整个系统有我们只了解到整个系统有68%的机会可能完成任务。根的机会可能完成任务。根据任务据任务A及及B的重要性及成功完成任务的
24、重要性及成功完成任务A及及B的高概率，的高概率，将有利于管理部门决定继续研制该系统。将有利于管理部门决定继续研制该系统。西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程3、循环工作的可靠性模型、循环工作的可靠性模型 在现实生活中，有许多产品，如飞机的起落架在现实生活中，有许多产品，如飞机的起落架和电冰箱的压缩机，在完成任务的过程中是循环工和电冰箱的压缩机，在完成任务的过程中是循环工作的。作的。这些产品的故障率定义为循环故障率或开这些产品的故障率定义为循环故障率或开关故障率关故障率cy，并用每个循环或每个开关动作的故障并用每个循环或每个开关动作的故障数表示。数表示。如果如果cy不随时间变
25、化，那么该产品可靠度不随时间变化，那么该产品可靠度CCcyeR式中：式中：C在完成任务过程中的循环次数。在完成任务过程中的循环次数。西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程例：假设在完成一项任务过程中，某产品需要循环例：假设在完成一项任务过程中，某产品需要循环动作动作100次，而且其故障率次，而且其故障率cy=5次故障次故障/106循环，则循环，则其可靠度其可靠度RC为为9995.0)100(1056eRC 如果该产品在其正常工作中为循环地接通和断开，如果该产品在其正常工作中为循环地接通和断开，而且在工作时产品的故障率为而且在工作时产品的故障率为on，不工作时的故障率不工作时的
26、故障率为为off（on与与off均用每小时的故障数表示），其循环或均用每小时的故障数表示），其循环或开关故障率开关故障率cy（用每个循环的故障数表示），则该产用每个循环的故障数表示），则该产品的平均故障率品的平均故障率av,由下式表示由下式表示西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程式中：式中：t任务时间（任务时间（h）；）；cf循环或开关频率（循环循环或开关频率（循环/h）；）；tcy循环或开关过程中所占累积时间循环或开关过程中所占累积时间(h)ton工作状态的累积时间（工作状态的累积时间（h）。）。则该产品的可靠度则该产品的可靠度R(t)为为oncyoffononcyfcy
27、aVtttttct1taVetR)()(oncyoffononcyfcytttttce西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程4、表决系统、表决系统(n中取中取r系统系统)设有一个由按设有一个由按n个单元个单元组成的系统，其中任意组成的系统，其中任意r个或个或r个以上正常工作个以上正常工作系统就能正常工作。称系统就能正常工作。称为为n中取中取r系统。其可靠系统。其可靠性度为：性度为：r1r2rnr/n)()()(1)()!(!)(1)()()(i01tQtRtRtnRknnntRtnRtRtRtiinkninikknnns 西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课
28、程例：设有一架装有例：设有一架装有3台发电机的飞机，它至少需要台发电机的飞机，它至少需要2台台发动机正常工作才能飞行，假定飞机的事故仅由发动发动机正常工作才能飞行，假定飞机的事故仅由发动机引起，而且在整个飞行期间失效率为常数，其机引起，而且在整个飞行期间失效率为常数，其MTBF=2000小时，试计算工作时间为小时，试计算工作时间为20小时和小时和100小时小时的飞机可靠度。的飞机可靠度。解：解：)(1)(3)()(1)()!(!)(1)()()(231tRtRtRtRtnRknnntRtnRtRtRkknnns ttseetR3223)(9999.023)10(1020001310200012
29、eeRs9931.023)10(100200013100200012eeRs西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程5、冷储备系统、冷储备系统 冷贮备系统或称非工作贮备系统，其组成单冷贮备系统或称非工作贮备系统，其组成单元的可靠性则不是互相独立的。冷贮备系统在元的可靠性则不是互相独立的。冷贮备系统在工工作单元失效后，使非工作单元投入工作作单元失效后，使非工作单元投入工作，而这个，而这个贮备的非工作单元在投入工作之前是处于良好状贮备的非工作单元在投入工作之前是处于良好状态的。其可靠性方框图见下：态的。其可靠性方框图见下：r1r2r3rn西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络
30、教育系列课程6.5.2 系统的可靠性计算系统的可靠性计算 一般的方法：一般的方法：经过由元件到组件，由组件经过由元件到组件，由组件到整机，由整机到系统这种逐级计算法到整机，由整机到系统这种逐级计算法，因为：，因为：1)整机包括并联贮备，元件数增加了，而整整机包括并联贮备，元件数增加了，而整机的可靠必将有所提高，但按元器件失效率累加机的可靠必将有所提高，但按元器件失效率累加的系统失效增加。的系统失效增加。2)同样的元件在不同的线路中使用，其可靠同样的元件在不同的线路中使用，其可靠性也可能不同性也可能不同 3)“系统系统”是广义的：系统对下属子系统或是广义的：系统对下属子系统或整机，整机对下属组件
31、，组件对下属部件、元件整机，整机对下属组件，组件对下属部件、元件等均可称为系统。等均可称为系统。西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程 系统可靠性的计算方法很多，如系统可靠性的计算方法很多，如数学模型法、数学模型法、真值表法、状态变换分析法、失效树法、贝叶斯法真值表法、状态变换分析法、失效树法、贝叶斯法和蒙特卡罗法（和蒙特卡罗法（Monte-Carlo Method）等。对各种等。对各种方法的运用取决于产品的类型、已知的条件和要求。方法的运用取决于产品的类型、已知的条件和要求。系统可靠性的计算方法，在整机和系统可靠性系统可靠性的计算方法，在整机和系统可靠性的定量计算中（如的定
32、量计算中（如可靠性预计、可靠性分配和可靠可靠性预计、可靠性分配和可靠性评定）性评定）都要用到，因此应引起重视；但在各种运都要用到，因此应引起重视；但在各种运用中，应注意各种方法的条件和适用对象用中，应注意各种方法的条件和适用对象。西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程1、定义：、定义：可靠性指标的分配问题可靠性指标的分配问题，是可靠性预计，是可靠性预计的逆过程，即在已知系统可靠性指标时，如何考虑的逆过程，即在已知系统可靠性指标时，如何考虑和确定其组成单元的可靠性指标值。和确定其组成单元的可靠性指标值。2、可靠性分配考虑的因素、可靠性分配考虑的因素 1）子系统）子系统复杂程度复
33、杂程度的差别的差别 2）子系统）子系统重要程度重要程度的差别的差别 3）子系统）子系统运行环境运行环境的差别的差别 4）子系统）子系统任务时间任务时间的差别的差别 5）子系统）子系统研制周期研制周期的差别的差别6.5.3 系统的可靠性分配系统的可靠性分配西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程 对于个别研制周期长的单元，允许反复改进设对于个别研制周期长的单元，允许反复改进设计的时间较紧，在分配指标时应适当放宽。计的时间较紧，在分配指标时应适当放宽。作为一项设计，除了满足作为一项设计，除了满足性能和可靠性指标性能和可靠性指标之之外，还应满足如外，还应满足如重量、体积、成本重量、体
34、积、成本等一些要求。等一些要求。因此，如何在重量、体积和成本等一些限制条因此，如何在重量、体积和成本等一些限制条件下，使产品的可靠性分配方案更为合理，也是可件下，使产品的可靠性分配方案更为合理，也是可靠性分配要考虑的问题之一。靠性分配要考虑的问题之一。西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程3、等同分配法、等同分配法 即，全部子系统或各组成单元的即，全部子系统或各组成单元的可靠度相等可靠度相等。1）串联系统的可靠度分配式）串联系统的可靠度分配式 nSitRtR12）并联系统）并联系统 ntRtRSi111串联系统的失效率的分配式串联系统的失效率的分配式 nttSi西南科技大学网
35、络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程例：某机械产品由例：某机械产品由3个完全相同的部件串联而成。个完全相同的部件串联而成。已知此机械产品的可靠度目标值为已知此机械产品的可靠度目标值为0.98，试把此值，试把此值分配给每个部件。若产品的失效率为分配给每个部件。若产品的失效率为0.01%/小时，小时，求各单元最大失效率。求各单元最大失效率。解：解：%33.999933.098.031nSitRtR 61033000033.030001.0nttsi西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程4、按预计失效率的比例分配法、按预计失效率的比例分配法 这里讨论的是组成系统的各装置能进行
36、可靠性预这里讨论的是组成系统的各装置能进行可靠性预计时的分配方法。它适用于设计阶段的可靠度分配，计时的分配方法。它适用于设计阶段的可靠度分配，子系统的寿命服从指数分布子系统的寿命服从指数分布。njiiSiittt1并引入相对失效率（失效率之比值）并引入相对失效率（失效率之比值）西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程分配公式分配公式 在上式中在上式中：T为系统任务时间；为系统任务时间；ti为装置工作时间；为装置工作时间；Ei为装置的重要度；表示该装置的故障会导致系统故障为装置的重要度；表示该装置的故障会导致系统故障的概率。的概率。若组成系统的各装置的失效率预计值都已得到，应若组
37、成系统的各装置的失效率预计值都已得到，应首先利用系统可靠性计算方法，求出系统可靠度或系统首先利用系统可靠性计算方法，求出系统可靠度或系统失效率的预计值，并与要求的指标值进行比较。失效率的预计值，并与要求的指标值进行比较。若系统若系统失效率预计值（一般）小于或等于系统失效率指标值时，失效率预计值（一般）小于或等于系统失效率指标值时，可不必进行可靠性分配，此时即可把各装置的失效率预可不必进行可靠性分配，此时即可把各装置的失效率预计值作为各装置的失效率指标值计值作为各装置的失效率指标值。iiSiitET西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程例：由例：由3个子系统串联的系统，预计失效
38、率分别为个子系统串联的系统，预计失效率分别为0.003/小时；小时；0.002/小时；小时；0.001/小时，取任务时小时，取任务时间为间为40小时，要求系统的可靠度为小时，要求系统的可靠度为0.96。求子系。求子系统的可靠度分配。统的可靠度分配。解：解：5.0001.0002.0003.0003.0111njit 3333.0001.0002.0003.0002.0122njit 1667.0001.0002.0003.0001.0133njit西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程 hetRSSS/00102.04096.040hS/00051.000102.05.040
39、11hS/00034.000102.03333.04022hS/00017.000102.01667.040339798.04000051.04011eeRt9865.04000034.04022eeRt9932.0400017.04033eeRt西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程5、考虑复杂度和重要度的分配方法、考虑复杂度和重要度的分配方法 这个方法是美国电子设备可靠性顾问团（这个方法是美国电子设备可靠性顾问团（AGREE）首先提出来的，也称首先提出来的，也称AGREE分配法分配法。这个方法是假定设备的故障时间符合这个方法是假定设备的故障时间符合指数分指数分布的布的。这
40、一假设对大部分系统和整机均适合。这一假设对大部分系统和整机均适合。各装置的基本组成单元数，反映了各装置的各装置的基本组成单元数，反映了各装置的复杂程度。复杂程度。kiinN11）重要度）重要度 第第i个装置的重要度定义如下：个装置的重要度定义如下：第第i个装置的个装置的故障引起系统发生故障的概率为故障引起系统发生故障的概率为：西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程各单元的失效总数故障数个单元失效引起系统的由第iE2）失效率分配式）失效率分配式2）可靠度分配式）可靠度分配式 iiSiitNEtRn)ln(iiSiENnRtR11西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系
41、列课程4）重要度的确定）重要度的确定 此式的含义是：此式的含义是：引起系统故障的某装置的故障引起系统故障的某装置的故障概率与该装置的故障概率之比。概率与该装置的故障概率之比。若给不出确切的统计数值，还可用经验评分法若给不出确切的统计数值，还可用经验评分法确定之。确定之。iiiiiiiQQQQQRE)1(11式中式中:di-对某装置的经验分数，对某装置的经验分数，dic。c-总分值总分值cdEii西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程注注：AGREE法是一种比较实用的可靠度分配方法。法是一种比较实用的可靠度分配方法。它考虑了各单元的复杂性、重要性及工作时间等它考虑了各单元的复杂
42、性、重要性及工作时间等的差别。但它要求各单元工作期间的失效率为一的差别。但它要求各单元工作期间的失效率为一常数，且作为互相独立的串联系统。常数，且作为互相独立的串联系统。西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程6、可靠性预计和分配、可靠性预计和分配 预计预计是根据系统的是根据系统的元件、部件和分系统的元件、部件和分系统的可靠性来推测系统的可可靠性来推测系统的可靠性。靠性。是一个是一个局部到整体、局部到整体、由小到大、由下到上的由小到大、由下到上的过程过程，是一种，是一种综合的过综合的过程程 分配分配是把系统规定是把系统规定的可靠性指标分给分系的可靠性指标分给分系统、部件及元件，
43、使整统、部件及元件，使整体和部分协调一致。体和部分协调一致。是是一个由整体到局一个由整体到局部、由大到小、由上到部、由大到小、由上到下的过程下的过程，是，是一种分解一种分解的过程的过程。西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程1）系统可靠性预计达到以下目的）系统可靠性预计达到以下目的 (1)审查设计任务中提出的可靠性指标能审查设计任务中提出的可靠性指标能 否达到；否达到；(2)进行方案比较，选择最优方案；进行方案比较，选择最优方案；(3)从可靠性观点出发，发现设计中的薄从可靠性观点出发，发现设计中的薄 弱环节，加以改进。弱环节，加以改进。(4)为可靠性增长试验、验证试验及费用核
44、算为可靠性增长试验、验证试验及费用核算等研究提供依据；等研究提供依据；(5)通过预计给可靠性分配奠定基础。通过预计给可靠性分配奠定基础。西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程 可靠性预计的可靠性预计的主要价值主要价值：它可以：它可以作为设计手作为设计手段，对设计决策提供依据段，对设计决策提供依据。其计算方法有其计算方法有性能参数法、相似产品法、元性能参数法、相似产品法、元件计数法、上下限法、故障率预计法件计数法、上下限法、故障率预计法等。等。2）系统可靠性分配的目的）系统可靠性分配的目的 根据系统设计任务书中规定的可靠性指标，按根据系统设计任务书中规定的可靠性指标，按一定的方
45、法分配给组成系统的分系统、设备和元器一定的方法分配给组成系统的分系统、设备和元器件，并写入与之相对应的设计任务书。件，并写入与之相对应的设计任务书。其目的是其目的是使各级设计人员明确其可靠性设计使各级设计人员明确其可靠性设计要求，并研究实现这个要求的可能性及办法要求，并研究实现这个要求的可能性及办法。西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程 常用的分配方法有等常用的分配方法有等分配法、评分分配法、分配法、评分分配法、比例组合法比例组合法等。等。当考虑到重要度和复杂度时，就要对分配模型当考虑到重要度和复杂度时，就要对分配模型中综合考虑重要度和复杂度的参数值。中综合考虑重要度和复杂
46、度的参数值。西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程6.5.4 系统可靠性优化系统可靠性优化1、机械系统可靠性优化设计的、机械系统可靠性优化设计的3种实现策略：种实现策略：1）耦合优化策略：直接求解耦合优化策略：直接求解系统可靠性优化系统可靠性优化设计整体数学规划模型；适用于设计整体数学规划模型；适用于规模不大规模不大的机械的机械系统的可靠性优化设计系统的可靠性优化设计 2）分解协调优化策略：分解协调优化策略：将单元可靠性优化设将单元可靠性优化设计模型和系统可靠性优化分配模型联立迭代求解；计模型和系统可靠性优化分配模型联立迭代求解；3）分散优化策略：分散优化策略：将单元可靠性优
47、化设计模将单元可靠性优化设计模型和系统可靠性优化分配模型分别独立求解。型和系统可靠性优化分配模型分别独立求解。后二者适用于规模较大的机械系统的可靠性后二者适用于规模较大的机械系统的可靠性优化设计。优化设计。西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程6.5.4 系统可靠性优化系统可靠性优化2、问题的提出、问题的提出系统可靠性优化的目标可有以下一些提法：系统可靠性优化的目标可有以下一些提法：1）通过选择每一级合适的可靠度值，使系统的）通过选择每一级合适的可靠度值，使系统的可靠度最大。可靠度最大。2）在满足系统最低限度可靠度要求的同时，）在满足系统最低限度可靠度要求的同时，使系统的使系
48、统的“费用费用”为最小。为最小。3）通过增加某个或某几个特定子系统里的冗）通过增加某个或某几个特定子系统里的冗余部件，使系统的可靠度最大余部件，使系统的可靠度最大西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程6.5.4 系统可靠性优化系统可靠性优化问题问题1:njjSRR1maxijNiijbRgts1.问题问题2:当要求费用约束条件下，寻求最优的冗当要求费用约束条件下，寻求最优的冗余数，余数，使系统的可靠度为最大时，采用以下数学模型：使系统的可靠度为最大时，采用以下数学模型：jnjjSxRR1maxijNiijbRgts1.西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程6
49、.5.4 系统可靠性优化系统可靠性优化问题问题3：当要求系统可靠度等于或小于所希望的水：当要求系统可靠度等于或小于所希望的水平的约束条件下，使系统的费用最小的数学模型：平的约束条件下，使系统的费用最小的数学模型：NjjjSxCC1min rjnjjSRxRRts1.问题问题4：对于非串联、并联等复杂的数学模型：对于非串联、并联等复杂的数学模型nSRRRfR,.,max21ijNiijbRgts1.西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程6.5.5 可靠性管理可靠性管理 “设备设备(产品产品)的可靠性是的可靠性是设计出来的，生产出来的，设计出来的，生产出来的，管理出来的管理出来的
50、”。这一思想，越来越为人们所理解，若把设备这一思想，越来越为人们所理解，若把设备(产品产品)作为系统来分析，可靠性工程就是作为系统来分析，可靠性工程就是为了达到这个系统的为了达到这个系统的可靠性要求而进行的有关设计、试验、生产和管理等一可靠性要求而进行的有关设计、试验、生产和管理等一系列工作的总和系列工作的总和。可靠性管理的目的不同于质量管理的目的以及其可靠性管理的目的不同于质量管理的目的以及其它的生产技术活动，它是它的生产技术活动，它是“以最小限度的资源，实现用以最小限度的资源，实现用户或商品计划所要求的定量的可靠度户或商品计划所要求的定量的可靠度”。“定量的可靠度定量的可靠度”元器件或整机
