第六章,机械系统可靠性设计.ppt

a) 系统原理图 b) 电阻串联可靠性框图 c) 三中取二系统的可靠性框图 液压系统可靠性框图 串联系统特点： 串联系统的可靠度低于该系统的每个单元的可靠度，且随着串联数目的增加而迅速下降。 串联系统的故障率大于每个单元的故障率 若串联系统的各个单元服从指数分布，则该系统寿命也服从指数分布。 设第i个部件的寿命 ,可靠度为 和 分别表示部件i的失效概率和可靠度。假定 机变量 相互独立，则并联系统的寿命为： 系统失效概率： 当部件的寿命服从参数为 的指数分布，即： 。 系统的可靠度为： 系统的平均寿命为： 与无贮备的单个单元相比，并联可明显提高系统可 靠性（特别是n=2时） 当并联过多时可靠性增加减慢 即使单元故障率都是常数，但并联系统的故障率不再 是常数，而是随着时间的增加而增大，且趋向于λ。 并联系统小结 并联系统的失效概率低于各单元的失效概率 并联系统的平均寿命高于各单元的平均寿命 并联系统的可靠度大于单元可靠度的最大值 并联系统的各单元服从指数分布，该系统不再服从指数分布 随着单元数的增加，系统的可靠度增大，系统的平均寿命也随之增加，但随着数目的增加，新增加单元对系统可靠性及寿命提高的贡献变得越来越小。 当串联系统的可靠性不能满足设计要求时，可以采用备份元件或备份系统的方法提高可靠性水平。该方法将增加系统的体积、质量、成本和复杂性。一般只在较重要的系统中才采用。 串－并联系统 并－串联系统 可靠性分配目的与用途 可靠性分配与可靠性预计的关系 可靠性分配结果是可靠性预计的依据和目标 可靠性预计结果是可靠性分配与指标调整的基础 可靠性分配程序 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。 可靠性优化设计 可靠性分配分配准则 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一定的余量。 可靠性分配应在研制阶段早期即开始进行。 根据不同研制阶段，选定合适的分配方法进行分配。 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。 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。 无约束分配法 等分配法 再分配法 相对失效率法与相对失效概率法 AGREE分配法 考虑重要度和复杂度的分配方法 有约束分配法 拉格朗日乘数法 动态规划法 直接寻查法 串联系统中，可靠性越低的单元越容易改进。 基本思想：把原来可靠性较低的单元的可靠度全部提高到某个值，而对原来较高可靠度的单元的可靠度则保持不变。 适用于在优化设计的条件下使用，解决在可靠性设计中最关键也是最实际的问题，即在保证产品可靠性总指标的分配，又能实现总的成本最小。 拉格朗日乘数法是一种将约束最优化问题转换为无约束最优化问题的求优方法，由于引进了一种待定系数－拉格朗日乘子，则可利用这种乘子将原约束最优化问题的目标函数和约束条件组合成一个称为拉格朗日函数的新目标函数，使新目标函数的无约束最优解就是原目标函数的约束最优解。 可靠性分配注意事项 可靠性分配应在研制阶段早期开始进行 使设计人员尽早明确其设计要求，研究实现这个要求的可能性。 为外购件及外协件的可靠性指标提供初步依据。 根据所分配的可靠性要求估算所需人力、成本和资源等管理信息。 可靠性分配注意事项 可靠性分配应反复多次进行 在方案论证和初步设计工作中，分配是较粗略的，经粗略分配后，应与经验数据进行比较、权衡。 与不依赖于最初分配的可靠性预测结果相比较，确定分配的合理性，并根据需要重新进行分配。 随着设