试验设计(陈魁)第五章.doc

《试验设计(陈魁)第五章.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第5章可靠性设计5.1可靠性概念人们经常用寿命、稳定性、安全性等来描述原件或设备的好坏，实际上都是在描述元件或设备的可靠性.可靠性被广泛地、系统地研究和应用，是第二次世界大战以后的事情.当时由于尖端技术的发展，对设备、系统，不仅要求有良好的机能性能，而且要求能长期可靠地工作，这就提出了可靠性问题.50多年来，可能性的研究和应用有了很大的发展，现在已遍及各个技术领域.可靠性是指消费者对产品的满意程度或者是对企业的信赖程度.通俗地说，产品、系统是否可靠，是指产品、系统在使用时，在所规定的时间内，是否处于“美满状态”.这是一种抽象的定性的可靠性定义.仅仅这样是不够的，

2、还必须对可靠性作出客观的、定量的解释，强调定量时，可靠性就是可靠度，所谓可靠度是指元器件、设备或系统在给定条件下和规定时间内完成规定功能的概率.对这个定义要做如下说明：（1）“完成规定的功能”：这是制造设备或系统的目的，当不能完成功能时，就称为故障.功能有主要次要之分，故障内容也是各种各样，研究可靠性必须明确故障的内容及故障发生的概率.（2）“给定的时间”：指使用条件、环境条件等，包括所有物理化学因素，还包括使用次数、放置时间、运转累积时间等条件.（3）“规定的时间”：这是通过合同来决定的或是产品出厂时给定的.根据产品的不同，时间长短各异，短的如火箭，只有几分钟

3、；长的如海底电缆，可达数十年.规定的时间又称任务时间，这是极为重要的必要条件.细说起来，可靠度还有以下几个紧密相关的概念.（1）工作可靠度（operationalreliability）：这是实际使用时，机器的可靠度.（2）固有可靠度（inherentreliability）：这是产品内在的可靠度，是厂家在生产过程中已经确立下来的可靠度，它是系统（硬件、软件、人为因素）、产品从企业规划阶段就已确立的指标，是综合其他指标后的可靠性指标.（3）使用可靠度（usereliability）：它与产品的使用有关，与包装、运输、保管、环境、操作情况、维修等因素有关，人为因素

4、对产品的可靠度也有很大影响.三者之间有一个近似的关系（5.1.1）用户使用产品是希望有较高的工作可靠度，提高固有可靠度，固然是重要的，但当用户买来一件产品时，固有可靠度一件确定，这时就必须注意提高产品的使用可靠度.5.2可靠度的计算可靠度的对立面叫做不可靠度，它是不能完成功能的概率，不能完成功能叫做发生故障，因此不可靠度又叫做故障率，设可靠度为R，故障概率为F，显然有R+F=1.（5.2.1）下面就元件构成系统的不同类型，讨论系统与元件之间的可靠度的关系，假设各元件故障的发生是独立的，记为元件成功运转事件，为元件的可靠度，为元件的故障率，为系统的可靠度，为系统的

5、故障概率.5.2.1串联方式串联方式的构成如图5.2.1所示.设系统由多个元件构成，如果其中任一元件发生故障都会导致整个系统发生故障，这种构成方式成为串联方式.假设系统由个元件串联而成，则有，由于事件的独立性，有，所以.（5.2.2）在串联方式中，系统的可靠度等于各元件可靠度的乘积，由于（=1，2，，n），所以系统的可靠度随着元件个数的增加而下降.下面介绍串联方式计算可靠度的一种近似方法.（1）假设构成系统的件元件的故障概率都相等，记为，则系统的可靠度为，假定很小，利用二项式展开，再忽略的高次项，则有.（5.2.3）（2）假设各元件的故障概率为，类似于式（5.2

6、.3），则有.（5.2.4）由式（5.2.2）可以看出，要提高系统的可靠度，可以从两方面考虑：①减少串联元件个数；②提高各元件的可靠度.它们之间的关系如图5.2.2所示.141216200.60.70.80.91.0系统可靠度R=元件可靠度R=0.95R=0.98R=0.998元件数图5.2.2串联系统的可靠度由于元件数目增加而引起系统可靠度的降低，在图上表现得很明显，对同样数量的元件，元件可靠度的提高，可使系统的可靠度提高，但由元件数改变所引起的系统可靠度的改变量变小.5.2.2并联方式并联方式的构成如图5.2.3所示.设系统由多个元件构成，如果其实某一元件发

7、生故障，系统仍能正常工作，只有当所有元件都发生故障时，系统才不能正常工作，这种构成方式称为并联方式.1假设系统由个元件并联而成，则2，由于事件的独立性，有，n所以，（5.2.5）而，，图5.2.3并联系统所以有（5.2.6）在并联系统中，系统的故障概率等于元件故障概率的乘积.由于，因此随着元件数的增加，系统的故障概率降低，所以系统的可靠度提高，因此并联方式可作为提高系统可靠度的一种手段，这叫做冗余性.图5.2.4描绘了提高元件可靠度和增加并联元件个数对系统可靠度的影响.从图上看出，对同样的元件可靠度，元件的数量增加时，系统的可靠度提高，但系统可靠度的增量却降低，

8、并联原件个数超过4以后，