可靠性设计III系统可靠性预计与指标的分配.docx
- 文档编号:25722977
- 上传时间:2023-06-11
- 格式:DOCX
- 页数:62
- 大小:127.10KB
可靠性设计III系统可靠性预计与指标的分配.docx
《可靠性设计III系统可靠性预计与指标的分配.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《可靠性设计III系统可靠性预计与指标的分配.docx(62页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
可靠性设计III系统可靠性预计与指标的分配
可靠性设计——III.系统可靠性预计与指标的分配
可靠性设计——
III.系统可靠性预计
与指标的分配
高嵩
可靠性设计
本章内容
系统可靠性要求制定
系统可靠性要求分配
系统的可靠性预计
可靠性设计
1.可靠性要求制定
可靠性设计
内容提要
可靠性要求的概念
可靠性定性要求
可靠性定量要求
可靠性定量要求制定
可靠性定性要求制定
可靠性设计
可靠性要求
可靠性要求
产品使用方向承制方(或生产方)从可靠性角度提出的研制目标,是进行可靠性设计、分析、制造、试验和验收的依据。
研制人员只有在透彻地了解这些要求后,才能将可靠性正确地设计、生产到产品中去,并按要求有计划地实施有关的组织、监督、控制及验证工作。
可靠性设计
可靠性要求
可靠性要求分类
定性要求
用一种非量化的形式来设计、评价和保证产品的可靠性。
定量要求
规定产品的可靠性参数、指标和相应的验证方法。
用定量方法进行设计分析,进行可靠性验证,从而保证产品的可靠性。
可靠性设计
可靠性定性要求
可靠性定性要求概念
用一种非量化的形式来设计、评价和保证产品的可靠性,对数值无确切要求。
在定量化设计分析缺乏大量数据支持的情况下,提出定性设计分析要求并加以实现更为重要。
可靠性定性要求分类
定性设计要求
定性分析要求
可靠性设计
可靠性定性设计要求
定性设计要求概念
定性设计要求一般是在产品研制过程中要求采取的可靠性设计措施,以保证与提高产品可靠性。
这些要求都是概要性的设计措施,在具体实施时,需要根据产品的实际情况而细化。
主要的定性设计要求项目
软件可靠性设计
降额设计
包装、装卸、运输、储存等设计
制定和实施元器件大纲
热设计
余度设计
环境防护设计
简化设计
确定关键件和重要件
制定和贯彻可靠性设计准则
可靠性设计
可靠性设计准则
含义
在研制过程中尽可能充分挖掘研制单位已有的工程经验,把设计人员多年积累的设计经验与教训加以总结提高,形成可靠性设计标准和指令性文件。
指导工程设计人员如何把产品的可靠性设计到产品中去。
用可靠性设计准则逐条审查设计的符合性,完成设计准则符合性报告,供设计评审时使用。
可靠性设计
可靠性设计准则
作用
可靠性设计准则是进行可靠性定性设计的重要依据。
贯彻可靠性设计准则可以提高产品的固有可靠性。
可靠性设计准则是把可靠性设计和性能设计有机结合的有效方法。
可靠性设计准则是一个单位产品设计经验的总结与升华。
可靠性设计
可靠性设计准则
主要内容
概述
说明产品名称、型号、功能和配套关系;产品合同规定的可靠性定性、定量要求等。
目的
说明编制可靠性设计准则的目的。
适用范围
应说明编制的可靠性设计准则适用于何产品或何系列产品。
可靠性设计
可靠性设计准则
主要内容
依据
应说明编制可靠性设计准则的主要依据。
合同规定的可靠性定性、定量要求;
合同规定引用的有关规范、标准、手册等提出的可靠性设计准则;
同类型产品的可靠性设计经验以及可供参考的通用可靠性设计准则。
详细设计准则
将产品的可靠性设计准则以“XX可靠性设计准则”条款形式输出。
可靠性设计
可靠性定性分析要求
定性分析要求
定性分析要求一般是在产品研制过程中要求采取的可靠性分析工作,以保证与提高产品可靠性。
这些可靠性分析工作需要在产品研制的各个阶段根据产品的实际情况和分析方法的特点,具体组织实施。
可靠性设计
可靠性定性分析要求
定性分析要求的主要项目
功能危险分析(FHA)
综合的、系统的演绎方法
故障模式和影响分析(FMEA)
系统的,自下而上的归纳分析法
故障树分析(FTA)
系统的,自上而下的演绎分析法
区域安全性分析(ZSA)
按照装备的区域进行的分析、检查法
可靠性设计
可靠性定量要求
概念
确定产品的可靠性参数、指标以及验证时机和验证方法,以便在设计、生产、试验验证、使用过程中用量化方法评价或验证装备的可靠性水平。
可靠性参数要反映战备完好性,任务成功性,维修人力费用及保障资源费用等四个方面的要求。
MTBF
MFHBF
MCSP
可靠性设计
可靠性定量要求
分类
基本可靠性要求
基本可靠性反映了产品对维修人力费用和后勤保障资源的需求。
确定基本可靠性指标时应统计产品的所有寿命单位和所有的故障。
任务可靠性要求
任务可靠性是产品在规定的任务剖面中完成规定功能的能力。
确定任务可靠性指标时仅考虑在任务期间那些影响任务完成的故障(即致命性故障)。
可靠性设计
常用可靠性参数
平均故障间隔时间MTBF
在规定的条件下和规定的时间内,产品的寿命单位总数与故障总次数之比。
任务可靠度MR
产品在规定的任务剖面内完成规定功能的概率。
工作寿命
产品从开始工作到报废为止的全部工作时间。
可靠性设计
常用可靠性参数
首次翻修期限
在规定条件下,产品从交付(或开始使用)到首次经基地或工厂大修(或翻修)的工作时间和(或)日历持续时间。
贮存期限
即储存寿命,指产品在规定的条件下储存时,仍能满足规定质量要求的时间长度。
可靠性设计
举例:
卫星的可靠性参数
任务可靠度
卫星从发射准备到在轨工作到规定时间或回收的成功概率。
发射准备指卫星进入发射阵地到运载火箭点火前这段时间。
在轨测试交付可靠度
卫星发射入轨道或定点后,在交付使用之前对其功能(例如通信或遥感能力等)进行在轨测试的成功概率。
在轨工作可靠度
卫星在轨工作期间的成功概率。
可靠性设计
举例:
卫星的可靠性参数
在轨工作寿命
卫星在轨工作时间。
也称在轨服务寿命、在轨任务时间。
返回型卫星返回可靠度
平均任务持续时间(MMD)
综合反映卫星在轨工作可靠性和在轨工作寿命的一个参数。
单点失效概率
卫星上单点失效项目在轨工作寿命终期的失效概率。
贮存寿命
贮存期测试周期
贮存可靠性
可靠性设计
可靠性定量要求参数类别
使用参数
使用可靠性参数及指标反映了系统及其保障因素在计划的使用和保障环境中的可靠性要求,它是从最终用户的角度来评价产品的可靠性水平。
MFHBF、MCSP、MTBM
合同参数
合同可靠性参数及指标反映了合同中使用的易于考核度量的可靠性要求,它更多的是从承制方的角度来评价产品的可靠性水平。
MTBF、MTBCF
可靠性设计
可靠性指标
含义
可靠性指标是可靠性参数要求的量值。
如MTBF=1000h即为可靠性指标。
与使用、合同参数相对应,可靠性指标分为可靠性使用指标和可靠性合同指标。
可靠性设计
可靠性参数指标的特性
目标值→规定值;门限值→最低可接受值
可靠性设计
可靠性参数值时序图
可靠性设计
可靠性参数值时序说明
论证阶段
由使用方根据装备的使用需求和可能,经过论证提出装备的“目标值”,并据此确定“门限值”。
方案阶段
由使用方与承制方协调,确定最终的“目标值”和“门限值”,并确定研制结束时的门限值——“研制结束门限值”。
将其转化为合同参数对应的“规定值”、“最低可接受值”及“研制结束最低可接受值”。
可靠性设计
可靠性参数值时序说明
工程研制阶段
进行可靠性分配确定装备各层次产品的设计目标——“设计值”(即与装备成熟期的“目标值”对应的“规定值”,而非研制结束时的最低可接受值),经过可靠性设计分析及可靠性增长,实现设计目标。
设计定型
经过验证获得“验证值”,用以验证是否达到研制结束时的最低可接受值。
使用阶段
经过验证获得此阶段的“验证值”,用以验证装备可靠性是否达到使用方要求的“目标值”,最低不能低于“门限值”。
可靠性设计
可靠性定量要求制定
概念
可靠性定量要求的制定,即是对定量描述产品可靠性参数的选择及其指标的确定。
不同的装备类型或在不同环境条件下使用的装备,描述产品可靠性定量要求的可靠性参数与指标是有所不同的,应根据具体装备的实际情况而定。
GJB1909中详细规定了各类武器装备可靠性参数选择与指标确定的要求。
可靠性设计
可靠性定量要求制定
GJB1909
GJB1909.1-94《装备可靠性维修性参数选择和指标确定要求总则》
GJB1909.2-94《装备可靠性维修性参数选择和指标确定要求导弹武器系统和运载火箭》
GJB1909.3-94《装备可靠性维修性参数选择和指标确定要求核战斗部》
GJB1909.4-94《装备可靠性维修性参数选择和指标确定要求卫星》
GJB1909.5-94《装备可靠性维修性参数选择和指标确定要求军用飞机》
可靠性设计
可靠性定量要求制定
GJB1909
GJB1909.6-94《装备可靠性维修性参数选择和指标确定要求舰船》
GJB1909.7-94《装备可靠性维修性参数选择和指标确定要求装甲车辆和军用汽车》
GJB1909.8><#004699'>8-94《装备可靠性维修性参数选择和指标确定要求火炮》
GJB1909.9-94《装备可靠性维修性参数选择和指标确定要求弹药》
可靠性设计
可靠性定量要求制定
参数选择依据
装备类型
坦克选择平均故障间隔里程(MMBF)
飞机可选用平均故障间隔飞行小时(MFHBF)
设备则选取平均故障间隔时间(MTBF)
装备使用要求
战时或平时、一次性使用或重复使用
一次性使用的产品(如导弹)可选成功率
预期的维修方案
即对维修和约束条件的考虑,包括维修级别、维修工作要求、维修资源要求。
装备可靠性的验证方法
厂内试验验证一般选合同参数。
外场使用验证则选用使用参数。
可靠性设计
可靠性定量要求制定
参数选择的要求
可靠性使用参数的选择应反映战备完好性、任务成功性、维修人力费用和保障资源费用等四个方面的要求;
应根据装备的类型,选择合适的参数;
可靠性合同参数应根据使用参数确定;
使用参数一般不应直接用于合同中,但如果参数的所有限定条件明确,也可用于合同中。
可靠性设计
可靠性定量要求制定
指标确定的依据
应根据需要与可能,经综合权衡后确定指标。
所谓“需要”是指:
考虑使用方的需求、装备的重要程度。
所谓“可能”是指:
考虑国内外类似装备实际达到的可靠性水平,当前研制中所采取的技术对可靠性的影响,国内的技术基础和生产水平以及研制装备的费用、进度、预期的使用和保障等约束条件。
可靠性设计
可靠性定量要求制定
指标确定的要求
可靠性指标应根据装备的类型在论证时提出目标值和门限值;在制订合同和研制任务书时提出规定值和最低可接受值。
也可以只提出门限值和最低可接受值。
同时还应明确:
寿命剖面
任务剖面
故障判别准则
维修方案
验证方法
在何时或在何阶段应达到
其它假设和约束条件
可靠性设计
可靠性定量要求制定
指标确定的要求
对于相互关联的可靠性参数,所确定的指标应相互协调。
可靠性指标与维修性、安全性、保障性等有关指标也应相互协调。
装备中系统或设备的可靠性指标也可单独提出,但必须与装备总体的指标相协调。
合同指标根据使用指标转换确定。
可靠性设计
可靠性定量要求制定
可靠性参数、指标制定的程序
战术技术指标论证阶段
对研制装备进行使用需求分析
对相似现役装备的可靠性状况分析
初步确定新装备的寿命剖面、任务剖面及使用保障等方面的约束条件
经综合权衡后,选择可靠性使用参数,提出成熟期的使用指标
评审
纳入战技要求文件
可靠性设计
可靠性定量要求制定
可靠性参数、指标制定的程序
方案论证及确认阶段
根据使用指标,进行可靠性方案设计与分析
根据成熟期的使用指标,确定工程研制、生产阶段的使用指标,并将它们转换为合同指标
评审
纳入研制任务书或合同中
根据装备可靠性指标分配结果,确定转承制产品的合同指标
可靠性设计
可靠性定量要求制定
可靠性参数、指标制定的程序
工程研制阶段(含设计定型)
使用、维修、保障方案变动时,修订可靠性指标
严格履行有关审批手续
可靠性设计
可靠性定量要求制定
定量要求制定的流程
可靠性设计
可靠性定量要求制定
定量要求制定的流程
可靠性设计
可靠性定量要求制定
确定参数指标时,应同时明确以下问题
产品的寿命剖面
描述产品从制造到退役(或报废)这段时间内所经历的事件和环境。
产品的任务剖面
描述产品在执行任务过程中所经历的事件和环境。
故障判据
应根据装备的类型及其任务要求,提出各层次产品的故障判据。
对容许降级使用的要求做出规定。
可靠性设计
可靠性定量要求制定
确定指标时应明确的问题
何时或何阶段应达到某一规定的指标
由于可靠性指标具有“阶段性”的特点,因此在确定指标时应加以说明。
验证时机与验证方法
应根据阶段性的指标确定验证时机,并根据装备的类别、产品的层次、重要程度、经费、进度等条件明确验证方法。
维修、保障条件及人员素质
它们是影响产品使用可靠性指标的重要因素。
其他假设和约束条件
可靠性设计
可靠性定性要求制定
可靠性定性要求制定程序
可靠性定性要求一般在战术技术指标论证和方案论证两个阶段制定,根据产品使用需求及经费、进度的实际情况由使用方提出产品研制中应开展的可靠性设计与分析工作要求。
在方案论证和工程研制阶段,由承制方制定具体细致的可靠性定性要求。
如制定“可靠性设计准则”,制定“元器件大纲”。
在产品研制各阶段组织实施。
可靠性设计
可靠性定性要求制定
可靠性定性要求制定的程序
可靠性设计
可靠性定性要求制定
可靠性定性要求制定的程序
可靠性设计
2.可靠性分配
可靠性设计
内容提要
可靠性分配概念
可靠性分配目的、用途与分类
可靠性分配的原理与准则
可靠性分配程序
可靠性分配方法
可靠性分配注意事项
不同研制阶段可靠性分配方法的选择
可靠性设计
可靠性分配概念
可靠性分配的概念
系统可靠性分配就是将使用方提出的,在系统设计任务书(或合同)中规定的可靠性指标,自上而下,由大到小,从整体到局部,逐步分解,分配到各分系统,设备和元器件。
返回
可靠性设计
可靠性分配目的、用途与分类
可靠性分配的目的与用途
可靠性分配的目的是使各级设计人员明确其可靠性设计要求,根据要求估计所需的人力、时间和资源,并研究实现这个要求的可能性及办法。
如同性能指标一样,是设计人员在可靠性方面的一个设计目标。
可靠性设计
可靠性分配目的、用途与分类
可靠性分配的分类
可靠性分配包括
基本可靠性分配
任务可靠性分配
特点
这两者有时是相互矛盾的,提高产品的任务可靠性,可能会降低基本可靠性,反之亦然。
在可靠性分配时,要进行两者之间的权衡,或采取其他不相互影响的措施。
返回
可靠性设计
可靠性分配的原理
可靠性分配的原理
系统可靠性分配是求解下面的基本不等式
对于简单串联系统而言,上式就转换为
如果对分配没有任何约束条件,则上两式可以有无数个解;有约束条件,也可能有多个解。
因此,可靠性分配的关键在于要确定一个方法,通过它能得到合理的可靠性分配值的唯一解或有限数量解。
可靠性设计
可靠性分配的准则
分配准则
可靠性分配的要求值应是成熟期的规定值。
为了减少分配的反复次数,并考虑到分配中存在忽略不计的其他因素项目,因此可靠性分配时应该留出15%~20%的余量。
某些非电子组件故障率很低时,可以不直接参加可靠性分配,而归并在其他因素项目中一并考虑。
进行可靠性指标分配时,应保证基本可靠性指标分配值与任务可靠性指标分配值的协调,使系统的基本可靠性和任务可靠性指标同时得到满足。
可靠性设计
可靠性分配的准则
分配准则
①对于复杂度高的分系统、设备等,应分配较低的可靠性指标。
因为产品越复杂,其组成单元就越多,要达到高可靠性就越困难并且更为费钱。
②对于技术上不成熟的产品,分配较低的可靠性指标。
对于这种产品提出高可靠性要求会延长研制时间,增加研制费用。
③对于处于恶劣环境条件下工作的产品,应分配较低的可靠性指标。
因为恶劣的环境会增加产品的故障率。
④当把可靠度作为分配参数时,对于需要长期工作的产品,分配较低的可靠性指标。
因为产品的可靠性随着工作时间的增加而降低。
⑤对于重要度高的产品,应分配较高的可靠性指标。
因为重要度高的产品的故障会影响人身安全或任务的完成。
可靠性设计
可靠性分配的准则
分配准则
分配时还可以结合实际,考虑其他一些因素。
如可达性差的产品,分配较高的可靠性指标,以实现较好的综合效能等。
对于已有可靠性指标的货架产品或使用成熟的成品,不再进行可靠性分配。
同时,在进行可靠性分配时,要从总指标中剔除这些单元的可靠性值。
返回
可靠性设计
可靠性分配程序
可靠性分配程序
明确系统可靠性参数指标要求
分析系统特点
选取分配方法(同一系统可选多种方法)
准备输入数据
进行可靠性分配
验算可靠性指标要求
返回
可靠性设计
可靠性分配方法
无约束分配法
等分配法
评分分配法
比例组合法
考虑重要度和复杂度的分配方法
余度系统的比例组合法可靠性分配
可靠度的再分配法
有约束分配法
拉格朗日乘数法
动态规划法
直接寻查法
可靠性设计
等分配法
等分配法的原理
在设计初期,即方案论证阶段,当产品没有继承性,而且产品定义并不十分清楚时所采用的最简单的分配方法,可用于基本可靠性和任务可靠性的分配。
其原理是:
对于简单的串联系统,认为其各组成单元的可靠性水平均相同。
系统可靠度为
分配给各单元的可靠度指标为
分配给第i个单元的故障率为
可靠性设计
等分配法
等分配法举例
某型抗荷服是由衣面、胶囊、拉链三个部分串联组成。
若要求该抗荷服的可靠度指标为0.99<#004699'>87,试用等分配法确定衣面、胶囊、拉链的可靠度指标。
这种分配法虽简单,但不太合理。
因为在实际系统中,一般不可能存在各单元可靠性水平均等的情况,但对一个新系统,在方案论证阶段进行初步分配是可取的。
可靠性设计
评分分配法
评分分配法含义
在可靠性数据非常缺乏的情况下,通过有经验的设计人员或专家对影响可靠性的几种因素评分,并对评分值进行综合分析以获得各单元产品之间的可靠性相对比值,再根据该比值给每个分系统或设备分配可靠性指标。
应用该方法时,时间一般应以系统工作时间为基准。
主要用于分配系统的基本可靠性,也可用于分配串联系统的任务可靠性,一般假设产品服从指数分布。
适于方案论证和初步设计阶段。
可靠性设计
评分分配法
评分因素
复杂度,技术水平,工作时间,环境条件
评分原则——分值越高说明可靠性越差
复杂度(组成的元部件数量及组装的难易程度)
最复杂的评10分,最简单的评1分。
技术水平(单元目前的技术水平和成熟程度)
水平最低的评10分,水平最高的评1分。
工作时间
单元工作时间最长的评10分,最短的评1分。
环境条件
单元工作过程中会经受极其恶劣而严酷的环境条件的评10分,环境条件最好的评1分。
可靠性设计
评分分配法
分配步骤
①确定系统的基本可靠性指标,对系统进行分析,确定评分因素。
②确定该系统中“货架”产品或已单独给定可靠性指标的产品。
③聘请评分专家,专家人数不宜过少(至少5人)。
产品设计人员向评分专家介绍产品及其组成部分的构成、工作原理、功能流程、任务时间、工作环境条件、研制生产水平等情况;或专家通过查阅相关技术文件获得相关信息。
④评分。
首先由专家按照评分原则给各单元打分,填写评分表格。
再由负责可靠性分配的人员,将各专家对产品的各项评分总和,即每个单元的4个因素评分为各专家评分的平均值,填写表格。
⑤按公式分配各单元可靠性指标。
可靠性设计
评分分配法
评分分配法原理
?
#004699'>8?
s*——系统可靠性指标;?
#004699'>8?
i*——各单元的故障率
Ci——第i个单元的评分系数
ωi——第i个单元的评分数
ω——系统的评分数
rij——第i个单元,第j个因素的评分数
可靠性设计
评分分配法
评分分配法举例
某飞机共由1<#004699'>8个分系统组成,其中5个分系统是已使用过的成件并已知其MFHBF,见下表。
规定飞机的可靠性指标MFHBF=2.9(飞行小时)。
试用评分分配法对其余13个分系统进行分配。
总计
2<#004699'>80
弹射救生系统
142
飞控系统
500
应急系统
<#004699'>80
前缘襟翼
50
发动机
已知的MFHBF
分系统名称
22.166
可靠性设计
评分分配法
评分分配法举例
3.337
1.0
10034
总计
134.02
0.0249
250
5
5
5
2
其他
9.49
0.3516
352<#004699'>8
7
<#004699'>8
7
9
航空电子
…
…
…
…
….
…
…
…
69.<#004699'>81
0.047<#004699'>8
4<#004699'>80
3
<#004699'>8
5
4
前轮结构
59.<#004699'>80
0.055<#004699'>8
560
7
<#004699'>8
2
5
液压系统
41.<#004699'>87
0.0797
<#004699'>800
<#004699'>8
10
2
5
燃油系统
174.71
0.0191
192
4
<#004699'>8
2
3
发动机接口
52.30
0.063<#004699'>8
640
<#004699'>8
10
1
<#004699'>8
动力装置
26.15
0.1276
12<#004699'>80
4
10
4
<#004699'>8
结构
分配给各单元的MFHBF
各单元评
分系数
各单元
评分数
环境
条件
工作
时间
技术
水平
复杂度
分系统名称
可靠性设计
比例组合法
比例组合法原理
一个新设计的系统与老的系统非常相似,也就是组成系统的各单元类型相同,对这个新系统只是提出新的可靠性要求,那么就可以采用比例组合法。
根据老系统中各单元的故障率,按新系统可靠性的要求,给新系统的各单元分配故障率。
如果有老系统中各分系统故障数占系统故障数百分比的统计资料,可以按下式进行分配。
可靠性设计
比例组合法
比例组合法举例一
一个液压动力系统,原故障率为256.0×10-6/h,改进设计要求故障率为200.0×10-6/h,试把这指标分配给各分系统。
256.0
总计(系统)
67.0
启动器
10
3.0
导管
9
1.0
联轴节
<#004699'>8
…
…
..
75.0
油泵
3
1.0
拉紧装置
2
3.0
油箱
1
新故障率(10-6/h)
原故障率(10-6/h)
分系统名称
序号
199.6
52.0
2.3
0.7<#004699'>8
…
59.0
0.7<#004699'>8
2.3
可靠性设计
比例组合法
比例组合法举例二
要求设计一种飞机,在5h的飞行任务时间内可靠度为0.9。
根据这种类型飞机各分系统故障百分比的统计资料,将指标分配给各分系统。
0.021072
0.001054
0.001054
…
0.005
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 可靠性 设计 III 系统 预计 指标 分配