可靠性建模

赞


一、可靠性建模的目的
1.可靠性模型的定义
可靠性模型由可靠性框图和数学模型构成。
可靠性框图表示了产品及其单元之间的故障逻辑关系，由代表产品或功能的方框、连线和节点组成。
可靠性数学模型用于表达各单元的可靠性与系统可靠性之间的函数关系。
建立可靠性模型的基础是系统的原理图，但它不同于系统的可靠性框图，原理图反映的系统及组成单元之间物理上的连接与组合关系。可靠性框图则描述的是系统及其组成单元之间的故障逻辑关系。
2.可靠性模型的分类
根据建立模型的目的不同，可靠性模型主要分为基本可靠性模型和任务可靠性模型。
基本可靠性模型是用于估计产品及其组成单元故障引起的维修及保障要求的可靠性模型。它可以作为度量维修保障费用的一种模型。基本可靠性模型是一个全串联模型，即使存在冗余单元，也都按串联处理。冗余单元越多，系统的基本可靠性越低。
任务可靠性模型是用以估计产品在执行任务过程中完成规定功能的概率，度量工作有效性的一种可靠性模型。
任务可靠性模型针对系统任务的成功性，根据系统不同的任务剖面而建立。系统的储备单元越多，则其任务可靠性越高。任务可靠性模型必须针对任务剖面对应的各阶段，分别建立各自的模型。
二、典型的可靠性模型
串联模型系统的可靠度是各单元可靠度的乘积，单元越多，系统可靠度越小。
串联系统中，任一单元的失效均导致系统失效，所以系统可靠性小于或至多等于各串联单元可靠性的最小值。
从设计方面考虑，为提高串联系统可靠性，可以从下列三个方面考虑：
1）尽可能减少串联单元数目；
2）提高单元可靠性，降低其故障率；
3）缩短工作时间t。
并联系统可靠性大于或至少等于各并联单元可靠性的最大值。
设置多个单元并联是为了提高系统的任务可靠性，但系统的基本可靠性随之下降，增加了维修和保障要求，设计时应综合权衡。
可靠性并联等于不可靠性串联，他们之间存在对偶性。
表决系统也是一种冗余方式。表决系统的作用主要在于大大提高任务时间内的可靠性，而任务时间通常比平均寿命小很多。
贮备冗余系统一般有冷贮备、热贮备和温贮备之分。热贮备单元在贮备中的失效率和在工作时一样，冷贮备单元在贮备中不会失效，而温贮备单元的贮备失效率大于零而小于工作失效率。
温贮备小例子-土星火箭的一级发动机配置
在正常情况下六台液体火箭发动机可以满足“土星火箭”一级的推力要求。但为了提高可靠性采用八台发动机一起工作。由于贮备发动机在飞行中点火来不及，因此不能采用冷贮备方案；而八台发动机按正常推力一起点火又超过一级的推力要求，因此不能采用热贮备方案。为此，在“土星火箭”起飞时，使八台发动机都降负荷工作，使总推力等于六台发动机正常推力。一旦有一台发动机发生故障，则关掉故障发动机及其对称位置的发动机，而使其余六台发动机满载工作。
容斥原理
三、系统可靠性建模
建立系统可靠性模型的假设条件
1、系统及其组成单元只有故障与正常两种状态，不存在第三种状态；
2、系统的所有输入在规定范围之内，即不考虑由于输入错误引起系统故障的情况；
3、在建立可靠性模型时，可不考虑系统中的简单结构件；
4、当有充分证据表明某产品的可靠性水平很高时，在建立系统可靠性模型时，可不考虑该产品。
5、当前工程技术水平下，建立系统可靠性模型时不考虑软件可靠性和人员可靠性。
1、描述系统功能的目的是分清组成系统的各单元之间的功能关系，这些功能关系主要包括功能层次广西、功能接口关系、各单元的工作模式和工作时序。
2、故障判据是判定组成单元故障是否构成系统故障的界限值，一般应根据系统每一规定性能参数和允许极限确定。
3、建立系统任务可靠性模型时，如果各组成单元工作时间与系统任务时间不同，在建立任务可靠性数学模型时就必须用系统的占空因子进行修正。
四、可靠性建模示例
1、系统可靠性建模示例
某导弹由弹头、发动机、控制和弹体结构分系统组成。
导弹功能框图见下图。
任务剖面图
导弹飞行可靠性框图
导弹飞行可靠性框图是一个串联模型，它说明弹上任一分系统发生故障，都能造成导弹飞行失败。
导弹飞行可靠性数学模型可表示为：
2、串联系统示例
3、并联系统示例
4、串并联系统示例
5、表决系统示例
6、贮备系统示例

往期相关内容:

可靠性基础知识


长按二维码识别关注我们