补充可靠度Reliability.DOC

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补充可靠度Reliability

第四章: 可靠度 Reliability 學習目標 在讀完本篇補充後,各位應該能夠: 定義可靠度 進行簡單的可靠度計算 解釋系統中使用備用件的目的 導論量化可靠度可用性關鍵詞 問題解答 問題討論與複習 問題 導論Introduction 可靠度是指零件、產品、服務或系統在預定的情況之下能發揮預期功能的能力。在效果上,可靠度是一種機率的概念。 假設一個項目有0.90的可靠度,這意謂著它有90%的機率能執行預期的功能,而其失效的機率為1-0.90=0.10或10%,因此,可以預期平均每10個這樣的項目就有一個會失效,相同地,也可以說每10次的試驗中,平均就會有一次失效,同樣地,0.985的可靠度隱含著每1,000個零件或試驗就有15個會失效。 量化可靠度 Quantifying Reliability 工程師與設計者有許多的方法可以評估可靠度,關於那些方法的討論不在這本書的範圍,相反的,讓我們來討論量化產品或系統整體可靠度的議題,機率使用在兩種方法上: 產品或系統能夠正常運作的機率。 產品或系統在給定的時間長度內,能夠運作的機率。 首先聚焦於時間上的某一點,通常是在系統必須使用一次或相對很少次數時使用,再來則是聚焦於服務時間的長度,當這兩個方法描述的更詳細後,其之間的區隔是更容易分辨的。 系統或產品能於計畫中順利運轉的可靠度,是系統或產品設計時很重要的一個觀念,當產品或系統包含一些獨立的元件時,要決定其可靠度需要使用獨立項目的機率準則。獨立項目(Independent events)是指彼此之間不管如何,並不會互相影響,以下的三個案例在描述使用決定一個系統能否成功運轉的機率準則。 準則一:如果兩個或兩個以上的項目是獨立的,當成功定義為所有項目都必須發生的機率時,其成功的機率等於產品內所有項目機率的乘積。範例:假設一個房間有兩盞燈,但是要兩盞燈都能順利打開(成功)才能夠亮,一盞燈會亮的機率為0.90,而另外一盞燈會亮的機率為0.80,則兩盞燈可一起亮的機率為0.90×0.80=0.72,注意0.90×0.80=0.72這樣的乘法運算式子並不是重要的,也要注意的是,如果房間有三盞燈,則必須三個機率相乘。 這個系統可以用下面的圖形來表達: 即使一個系統的個別元件有高可靠度,但系統整體的可靠度仍較低,這是因為所有連續的元件(如前面的例子)必須都能發揮功能,當連續的元件數目增加時,系統的可靠度就會減少。例如一個系統連續有八個元件,每個元件可靠度都為0.99,但系統的整體可靠度卻只有0.998=0.923。 明顯地,許多產品和系統都有很多元件必須同時運轉,因此採用一些方法增加整體可靠度是需要的,一個方法是在設計中使用備用件(redundancy),這包含了針對一些項目提供備份元件。 準則二:如果兩個項目是獨立的,當〝成功〞定義為至少一個項目會發生的機率時,則成功的機率等於任何一個的機率,加上(1.00-機率)再乘以另外一個的機率。 範例:一個房間有兩盞燈,當打開開關時,其中一盞燈會亮的機率為0.90,而另一盞燈會亮的機率為0.80,如果一盞燈打開時不亮的話,另外一盞燈會亮,只要一盞燈亮就算成功。因此,這兩盞燈中的一盞是另外一盞燈不亮時的備份,任何一盞燈都可做另一盞燈的備份,而成功的機率都是相同的,其成功的機率為0.90+(1-0.90)×0.80=0.98,如果0.80的燈先亮的話,則計算會變成0.80+(1-0.80)×0.90=0.98。 這個系統可以表示成下面的圖形: 準則三:如果兩個或兩個以上的項目被包含時,當成功定義為至少其中一項會發生時,其成功的機率為1-P(失效)。 範例:當打開開關時,有三個發亮機率為0.90、0.80、0.70的燈,但要成功只需要一個燈亮即可;因此,其他兩盞燈就視為備份,則成功的機率為 1-(1-0.90)×(1-0.80)×(1-0.70)]=0.994 這個系統可以下列的圖形表示: 範例S-1 決定下列所示系統的可靠度: 這個系統可以減少成三個連續的元件: 則此系統的可靠度為: 0.98×0.99×0.996=0.966 第二個觀看可靠度的方法則要考慮時間構面:機率是相對於時間長度來決定,這個方法普遍使用在產品的保證,即是為符合產品購買後在所保證的一段時間內能正常運作。 隨著時間改變的產品失效率的輪廓描述於圖4S-1,由於它的形狀所示,有時候被稱為浴缸曲線,通常一些產品在進入服務後會立刻失效,不是因為它們耗損,而是因為它們一開始就有瑕疵,不過一旦瑕疵的項目被消除後,其失效率會迅速地減少。在第二個階段期間,因為大部分的瑕疵項目已被消除,所以有較低的失效率,而且會持續一段時間後才會遭遇到有項目失效,因為它們已經耗損了,在一些案例中,這個階段會包含相當長的時期。在第三個階段中,由於產品已經耗損,失效率會發

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