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3 可靠性系统及其模型的建立

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[工学]03可靠性工程讲义第三章

[工学]03可靠性工程讲义第三章


MTBF
热贮备和温贮备系统的可靠性模型
• 温储备系统的储备单元处于轻载工作状态，不处 于完全不工作状态，例如，电子管的灯丝。
• 当设备处于比较恶劣的环境时，不工作储备单元 的故障率要比轻载的故障率大得多，这时也必须 使储备单元处于轻载工作状态。例如，处于潮湿 环境中的电子设备，通电工作的故障率要比长期 储存（不工作）的失效率低。
A
˦ A
B
˦ B¡¢ ºÍ
˦
' B
若转换装置不是完全可靠，则当开关故障
率λK不为零或不能忽略时
RS (t)

e At

K
A A B
B'
e e Bt
(K A 'B )t
MTBF

1
A

1
B
(
A
A B'
K
)
两单元相同时
• 当λA＝λB=λ、λ‘B＝λ’，即，工作时A、B 两单元工作故障率相同时，可求得：
从设计角度，提高并联系统可靠性措施：
（1）提高单元可靠性，即减少失效率； （2）尽量增加并联数目； （3）等效地缩短任务时间t。
并联单元数与系统可靠度关系
例3-2 已知并联系统由两个服从指数分布的单元
组成，两个单元的故障率分别为1 0.0005h1 2 0.0001h1 ，工作时间t=1000h,试求系
对于单调系统任一元件的失效只会使系统失效概率增加每个元件有两种状态正常状态和失效状态且二者必居其一满足全概率公式的条件因此系统的可靠度其中表示在x正常情况下系统正常的事件相当于把x的两端短接起来表示在x失效情况下系统正常的事件相当于把x的两端断开
第三章 系统可靠性模型
一种新的SPICE BSIM3v3 HCI可靠性模型的建立及参数优化

一种新的SPICE BSIM3v3 HCI可靠性模型的建立及参数优化

一种新的SPICE BSIM3v3 HCI可靠性模型的建立及参数优化禹玥昀;林宏;赵同林;狄光智;石艳玲【摘要】研究中提出了用于描述HCI(热载流子注入)效应的MOSFET可靠性模型及其建模方法，在原BSIM3模型源代码中针对7个主要参数，增加了其时间调制因子，优化并拟合其与HCI加压时间( Stress time)的关系式，以宽长比为10μm/0.5μm 5 V的MOSFET为研究对象，在开放的SPICE和BSIM3源代码对模型库文件进行修改，实现了该可靠性模型。

实验表明，该模型的测量曲线与参数提取后的I-V仿真曲线十分吻合，因而适用于预测标准工艺MOS器件在一定工作电压及时间下性能参数的变化，进而评估标准工艺器件的寿命。

%An innovative modeling method is presented for describing BSIM3v3 SPICE reliability model of MOSFET due to hot carrier injection. Seven main parameters associated with HCI are optimized in Original BSIM3v3 source code,and increased their relevant time modulating coefficient which can be acquired seven equations. In this work, 5 V operating voltage nMOSFET with 10 μm gate len gth and 0.5 μm gate width is prepared. The I-V simulation curve after parameters extraction fit the measured results very well,so an accurate new model of MOSFETs reliability model is achieved. Using the BSIM3v3 SPICE reliability model,the typical Idsat,Vth,Idlin,Gmax degradation as a func-tion of stress time is plotted( achieved) and the lifetime of MOSFETs can be evaluated.【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】5页(P1049-1053)【关键词】SPICE模型;BSIM3v3模型;热载流子注入( HCI);可靠性;参数【作者】禹玥昀;林宏;赵同林;狄光智;石艳玲【作者单位】西南林业大学计算机与信息学院，昆明650224;西南林业大学计算机与信息学院，昆明650224;西南林业大学计算机与信息学院，昆明650224;西南林业大学计算机与信息学院，昆明650224;华东师范大学信息科技与技术学院，上海200062【正文语种】中文【中图分类】TN304.02VLSI工艺技术向纳米量级不断推进,MOS器件的沟道长度、结深和栅氧厚度等参数等比例缩小,而在I/O等电路中,电源电压未能等比例缩小将给MOSFET带来更为严重的HCI效应。

系统的可靠性(23页)

系统的可靠性(23页)

•.
第三讲 系统的可靠性
•.
第三讲 系统的可靠性
当单元的失效寿命为指数分布时,并假设每个单元的失效率都相同, 则并联系统的可靠度为：
式中 为单元的失效率 ， n为单元数。 并联系统的平均寿命为：
（3-9）
很多股钢丝编成的钢丝绳就是并联系统。 并联系统又叫绳索模型。
（3-10）
•.
第三讲 系统的可靠性
可靠性框图为：
工作单元
1 检测装置
2
Se
Sw
待机单元
n
装换装置
•.
第三讲 系统的可靠性
如系统中失效检测和装换装置可靠度为1，各单元元件在储存期内不影响其寿 命，当各单元失效率相同时，系统的可靠度为：
（3-17）
如果旁联系统分别由 1和 2两个单元组成，其失效检测和转换装置的可靠性为 Rsw,则该旁联系统的可靠度为：
1、布尔真值表法 该方法是把模型看成一个开关网络，每一单元只有两种状态：工作状态 和失效状态。根据可靠性框图，列出各单元的两种状态的全部组合的表 格，判定系统的工作状态，把全部能工作的概率相加，就是系统能正常 工作的概率，即系统的可靠度。 当元件数为n,则有2n个状态。“0”表示单元失效，“1”表示单元工 作。
•.
第三讲 系统的可靠性
（ 3-1）
式中 Rs(t)——系统的可靠度 Ri(t)——单元i的可靠度
串联系统的可靠度Rs与串联单元的数量n及其可靠度Ri有关。由于o≤Ri≤1，所 以，Rs(t)随单元数的增加而降低。串联系统的可靠度总是小于系统中任一单元的 可靠度。因此，在串联系统中不应有任何特别薄弱的环节，应尽可能由等可靠度 的单元组成，并尽可能简化设计，减少分系统或元件数量，以提高整个系统的可 靠度。
第三章 系统可靠性模型建立

第三章 系统可靠性模型建立

前导工作的主要任务就是进行系统的功能分析
功能的分解与分类 功能框图与功能流程图 时间分析 任务定义及故障判据
功能的分解与分类
功能的分解
系统往往是多任务与多功能的 一个系统及其功能是由许多分系统及其功能实现的 通过自上而下的功能分解过程，可以得到系统功能的层
次结构 功能的逐层分解可以细分到可以获得明确的技术要求的
为正确地建立系统的任务可靠性模型，必须对 系统的构成、原理、功能、接口等各方面有深 入的理解。
F18基本可靠性模型
F18任务可靠性模型
概述－可靠性逻辑关系
概述－建立系统任务 可靠性模型的程序
系统功能分析
对系统的构成、原理、功能、接口等各方面深 入的分析是建立正确的系统任务可靠性模型的 前导。
方框：产品或功能 逻辑关系：功能布局 连线：系统功能流程的方向
无向的连线意味着是双向的。
节点（节点可以在需要时才加以标注）
输入节点：系统功能流程的起点 输出节点：系统功能流程的终点 中间节点
概述－可靠性框图示例
概述－基本可靠性模型
基本可靠性模型 用以估计产品及其组成单元发生故障所 引起的维修及保障要求的可靠性模型。
并联模型
并联模型
组成系统的所有单元都发生故障时，系统才发生 故障的称为并联系统。并联系统是最简单的冗余 系统（有贮备模型）。
并联系统的逻辑图如图所示，其数学模型为
并联模型
当几个单元相互独立，系统不可靠度：
并联模型
系统可靠度
当系统各单元的寿命分布为指数分布时，对于 最常用的两单元并联系统，有
并联模型
尽管单元故障率都是常数，但并联系统的故障率不再是 常数。并联模型故障率曲线
第四章系统可靠性模型和可靠度计算

第四章系统可靠性模型和可靠度计算

第四章系统可靠性模型和可靠度计算系统可靠性是指系统在一定时间内正常运行和完成规定任务的能力。

在系统设计和评估过程中，需要使用可靠性模型和可靠度计算方法来预测和衡量系统的可靠性。

一、可靠性模型可靠性模型是描述系统故障和修复过程的数学模型，常用的可靠性模型包括故障时间模型、故障率模型和可用性模型。

1.故障时间模型故障时间模型用于描述系统的故障发生和修复过程。

常用的故障时间模型有三个：指数分布模型、韦伯分布模型和正态分布模型。

-指数分布模型假设系统故障发生的概率在任何时间段内都是恒定的，并且没有记忆效应，即过去的故障不会影响未来的故障。

-韦伯分布模型假设系统故障发生的概率在不同时间段内是不同的，并且具有记忆效应。

-正态分布模型假设系统故障发生的概率服从正态分布。

2.故障率模型故障率模型是描述系统故障发生率的数学模型，常用的故障率模型有两个：负指数模型和韦伯模型。

-负指数模型假设系统故障率在任意时间点上是恒定的，即没有记忆效应。

-韦伯模型假设系统故障率随时间的变化呈现出一个指数增长或下降的趋势，并且具有记忆效应。

3.可用性模型可用性模型是描述系统在给定时间内是可用的概率的数学模型，通常用来衡量系统的可靠性。

常用的可用性模型有两个：可靠性模型和可靠度模型。

-可靠性模型衡量系统在指定时间段内正常工作的概率。

-可靠度模型衡量系统在指定时间段内正常工作的恢复时间。

二、可靠度计算方法可靠度计算是通过收集系统的故障数据来计算系统的可靠性指标。

常用的可靠度计算方法包括故障树分析、事件树分析、Markov模型和Monte Carlo模拟方法。

1.故障树分析故障树分析是一种从系统级别上分析故障并评估系统可靠性的方法。

故障树是由事件和门组成的逻辑结构图，可以用于识别导致系统故障的所有可能性。

2.事件树分析事件树分析是一种从系统的逻辑角度来分析和评估系统故障和事故的概率和后果的方法。

事件树是由事件和门组成的逻辑结构图，可以用于分析系统在不同情况下的行为和状态。

可靠性基本概念、参数体系及模型建立

可靠性基本概念、参数体系及模型建立


可靠性基本概念
寿命剖面与任务剖面
寿命剖面：产品从制造到寿命终结或退出使用这段时间内所经历 的全部事件和环境的时序描述
关键因素：事件、事件顺序、持续时间、环境和工作方式 包含一个或多个任务剖面，分为后勤和使用两个阶段 产品指标论证时就应提出
任务剖面：产品在规定任务这段时间内所经历的事件和环境的 时序描述
20
可靠性模型建立
基本可靠性模型和任务可靠性模型
正确区分系统原理图、功能框图、功能流程图和可靠性框图 正确建立系统基本可靠性模型和任务可靠性模型
基本可靠性模型：估计产品及其组成单元可能发生的故障引起的维修及保障 要求，全串联模型 任务可靠性模型：估计产品在执行任务过程中完成规定功能的概率，描述完 成任务过程中产品各单元的预定作用并度量工作有效性
可靠性建模方法
可靠性框图、网络可靠性模型 故障树模型、事件树模型 马尔科夫模型、Petri网模型、GO图模型 19
可靠性模型建立
可靠性框图模型
定义：为预计或估算产品的可靠性而建立的可靠性方框图和数学 模型 组成：代表产品或功能的方框、逻辑关系和连线、节点组成
节点：分为输入节点、输出节点和中间节点 输入节点：系统功能流程的起点 输出节点：系统功能流程的终点 连线：有向、无向，反映系统功能流程的方向，无向意即双向
n
RS = e
−λt
(1 +
RD λ t )
28
可靠性模型建立
典型可靠性模型
桥联系统：可靠性模型逻辑描述中出现了电路中桥式结构逻辑关 系，其数学模型较为复杂，不能建立通用的表达式 网络模型：从抽象的角度看，网络就是一个图，由一些节点及连 接节点的弧组成，应用图论理论进行分析
29
可靠性模型建立
系统可靠性模型

系统可靠性模型


第二节 布尔代数，容斥原理和不交型 算法简介
► 二 容斥原理 ► 容斥原理是集合数学中的一个命题。从生
活中的实例可以知道，容斥原理算法，通俗 地说，就是一种加加减减，逐项逼近问题的 正确解答的算法。
► 为方便解决这类问题，我们介绍下容斥原 理公式
第二节 布尔代数，容斥原理和不交型 算法简介
► 1 集合相容和不相容 ► 若集合A与集合B有公共元素，则称为A与B
参照书中实例2－1，2－2
第二节 布尔代数，容斥原理和不交型 算法简介
► 三，不交型算法 ► 1 不交型布尔代数及其运算规则 ► 对于一般情况(若有n个变量)的不交并计
算公式如下：
► 同上述的集合代数及布尔代数一样，不交 型布尔代数也有以下规律及定理
第二节 布尔代数，容斥原理和不交型 算法简介
►
► 学习书中例子2-3
第四节 并联系统的可靠性模型
► 一个系统由n个单元A1，A2，…An组成，如 果只要有一个单元工作，系统就能工作，或 者说只有当所有单元都失效时，系统猜失效， 我们称为并联系统。
► 由于公式较多，所以希望认真看看书本内容 以及例子2－4
第五节 混联系统的可靠性模型
► 1 串并联系统（附加单元系统）
第八节 一般网络的可靠性模型
► 五 不交最小路集法 ► 不交最小路法，即是首先枚举任意网络的
所有最小路集，列出系统工作的最小路集表 达式，利用概率论和布尔代数有关公式求系 统的可靠度。 ► 见书中例2－11
第三章 可靠性预计和分配
► 第一节 可靠性预计概述 ► 第二节 元器件失效率的预计 ► 第三节 系统的可靠性预计 ► 第四节 可靠性分配
第四节 可靠性分配
► 一 串联系统的可靠性分配 ► 1 等分配法 ► 2 利用预计值的分配法 ► 3 阿林斯分配法 ► 4 代数分配法 ► 5 “努力最小算法”分配法
第三章 系统可靠性模型

第三章 系统可靠性模型

令事件A为系统处于正常工作状态；事件 Ai(i=1,2…n)为单元处于正常的工作状态
对于串联系统：A=A1 A2 ... An
求系统可靠度：P(A) P(A1 ) P(A 2 ) ... P(A n ) P(A i )
i 1 n
即系统可靠度与单元可靠度的关系为：
R S (t) P(A) R1 (t) R 2 (t) ... R n (t) R i (t)
3. R12345678 t R12345 t R67 t R8 t
如何计算 （ ） , s ? s t
Rs t s t Rs t
s Rs t dt
0

2.串并联系统模型
特征：图2-7所示串—并联系统是由n个（列）子系统
i 1 n
4. 特例( 1)：假定各单元寿命服从指数分布，n 个单元失效
都属于偶然失效。令单元失效率为 （常数），单元可靠度为 i Ri (t ) e it .则：
n it n n it 系统可靠度RS (t ) e e i1 (令s i )
i 1
2.当阀1与阀2处于闭合状态时，不能截 流为系统失效，其中包括阀门泄露。
4.系统逻辑模型分类
分类依据：单元在系统中所处的状态及其对系统 的影响。
3.2 串联系统的可靠性模型
1.模型：一个系统由N个单元逻辑串联组成。
2.特点：任意一个单元失效则整个系统失效；
只有N个单元均正常工作系统才正常工作。
3.怎样求串联系统的可靠度
e
t


t 2
t
n 3时，可以自行推导
2 e t
6.推导n个相同单元并联情况
chapter_3_系统可靠性模型建立_Lee

chapter_3_系统可靠性模型建立_Lee


o 产品可以指任何层次。
10/16/2009 电子科技大学机械电子工程学院 yflee@ 4
U
ES TC
模型
o 原理图 n 反映了系统及其组成单元之间的物理上的连接与 组合关系 o 功能框图、功能流程图 n 反映了系统及其组成单元之间的功能关系 o 系统的原理图、功能框图和功能流程图是建立系统可 靠性模型的基础
功能分析 故障定义
时间及环境条件 分析 2.建立可靠 （7）明确建模任务并确定限制条件 性框图 （8）建立系统可靠性框图 （6）确定寿命剖面及任务剖面 3.确定数学 （9）确定未列入模型的单元 模型 （10）系统可靠性数学模型
10/16/2009 电子科技大学机械电子工程学院 yflee@ 15
10/16/2009
U
ES TC
电子科技大学机械电子工程学院 yflee@
9
任务可靠性模型
p 任务可靠性模型
n 用以估计产品在执行任务过程中完成规定功能的概 率（在规定任务剖面中完成规定任务功能的能 力），描述完成任务过程中产品各单元的预定作 用，用以度量工作有效性的一种可靠性模型。 p 系统中储备单元越多，则其任务可靠性越高。
U
ES TC
系统功能分析
o 对系统的构成、原理、功能、接口等各方面深 入的分析是建立正确的系统任务可靠性模型的 前导。 o 前导工作的主要任务就是进行系统的功能分析
n n n n 功能的分解与分类 功能框图与功能流程图 时间分析 任务定义及故障判据
10/16/2009
U
ES TC
电子科技大学机械电子工程学院 yflee@
雷达
武器控 制系统
ES TC
塔康 系统 惯性 导航
武器
可靠性建模——精选推荐

可靠性建模——精选推荐

可靠性建模可靠性分配可靠性预计刘保中二零零九年八月八日目录1. 何谓可靠性模型 (3)2.建立可靠性模型的目的 (3)⒊可靠性建模的约定 (4)3.1可靠性建模限定为任务可靠性模型 (4)3.2 可靠性建模暂不可考虑维修问题 (5)4. 建立可靠性模型的步骤 (5)4.1 定义产品 (5)4.2 绘制产品的可靠性框图 (9)4.3 确定计算系统可靠性的数学公式 (12)5. 可靠性分配与预计 (12)5.1 可靠性分配 (12)5.1.1 可靠性分配概述 (12)5.1.2 初次分配时的假设 (13)5.1.3 按复杂程度进行分配 (14)5.1.4 参考相似产品进行分配 (15)5.2可靠性预计 (16)5.2.1 可靠性预计概述 (16)5.2.2 可靠性预计的程序 (17)6. 常用的可靠性模型 (19)6.1 串联模型 (20)6.2 并联模型 (21)6.3 混联模型 (244)6.4 表决模型 (266)6.5 旁联（非工作贮备）模型 (299)6.6 网络模型 (311)6.7 典型模型的应用 (322)1. 何谓可靠性模型在着手建立可靠性模型之前，首先要明白什么是可靠性模型。

可靠性模型由两部分组成：一个可靠性框图和一个计算可靠性数值的数学公式。

例如，本文第20页的图3及其对应的计算公式（8），二者共同构成串联系统的可靠性模型。

可靠性框图用来描述系统与其组成单元之间的可靠性逻辑关系；而计算公式则是用来描述系统与单元之间的可靠性定量关系。

这里所说的“系统”和“单元”是一个相对的概念。

例如，对于组成惯性导航系统的平台和计算机而言，惯性导航系统是“系统”，而平台和计算机则是“单元”。

但对于惯性导航系统的装载对象（例如飞机和导弹）而言，惯性导航系统就只能算做单元了。

一般来说，总是把复杂的产品叫做系统，而把它的组成部分叫做单元。

有时候，为了表述上的方便起见，也把系统及其组成单元统称为“产品”。

可靠性模型

可靠性模型


2020/7/11
26
典型可靠性模型分类
典型可靠性模型
非储备模型
有储备模型
工作储备模型
非工作储备模型
串联模型 并联模型 表决模型 桥联模型 旁联模型
2020/7/11
27
假设
（a）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；
（b）用框图中一个方框表示的单元或功能发生故障就会 造成整个系统的故障（有替代工作方式的除外）；
2020/7/11
15
系统功能分析
对系统的构成、原理、功能、接口等各方面深 入的分析是建立正确的系统任务可靠性模型的 前导。
前导工作的主要任务就是进行系统的功能分析
功能的分解与分类 功能框图与功能流程图 时间分析 任务定义及故障判据
2020/7/11
16
功能的分解与分类
功能的分解
系统往往是多任务与多功能的 一个系统及功能是由许多分系统级功能实现的
可靠性框图 网络可靠性模型 故障树模型 事件树模型 马尔可夫模型 Petri网模型 GO图模型
2020/7/11
6
可靠性框图
为预计或估算产品的可靠性所建立的可靠性方 框图和数学模型。
方框：产品或功能 逻辑关系：功能布局 连线：系统功能流程的方向
无向的连线意味着是双向的。 节点（节点可以在需要时才加以标注）
17
功能的分解
系统
1
2
4
3
1.1
1.2
2.1
2.2
1.4
1.3
2.4
2.3
4.1
4.2
3.1
3.2
4.4
4.3
3.4
3.3
图 3-6 功 能 分 解 示 意 图

系统可靠性模型建立


2024/10/12
可靠性设计
21
功能的分解
系统
1
2
4
3
1.1
1.2
2.1
2.2
1.4
1.3
2.4
2.3
4.1
4.2
3.1
3.2
4.4
4.3
3.4
3.3
图3-6 功能分解示意图
2024/10/12
可靠性设计
22
功能的分类
在系统功能分解的基础上，可以按照给定的任务， 对系统的功能进行分类整理。
分类
25
某空间飞行器整个飞行任务 在最高层次以及下级层次中的功能流程
第一层 飞行任务
上升和射 入轨道
10
转到运行 轨道
20
控制和部 署
30
执行任务 操作
40
或
转到空间运 输系统轨道
60
回收空间 飞行器
70
再入和 着陆
80
应急操作
50
第二层 40执行任务操作
转到运行轨 道30参考
提供电力 41
提供姿态 稳定
一般地，建立系统的基本可靠性模型时，任务定 义为：系统在运行过程中不产生非计划的维修及 保障需求。故障判据为：任何导致维修及保障需 求的非人为事件，都是故障事件。
对于多任务、多功能的系统建立任务可靠性模型 时，必须先明确所分析的任务是什么。对于任务 的完成来说，涉及到系统的哪些功能，其中哪些 功能是必要的，哪些功能是不必要的，以此而形 成系统的故障判据。影响系统完成全部必要功能 的所有软、硬件故障都计为故障事件。
大气数 据系统
固定 增稳
机体
起落架
自检
图3-4 F/A-18基本可靠性框图

可靠性模型_图文

（c）就故障概率来说，用不同方框表示的不同功能或单 元其故障概率是相互独立的。
（d）系统的所有输入在规定极限之内，即不考虑由于输 入错误而引起系统故障的情况；
（e）当软件可靠性没有纳入系统可靠性模型时，应假设 整个软件是完全可靠的；
（f）当人员可靠性没有纳入系统可靠性模型时，应假设 人员是完全可靠的，而且人员与系统之间没有相互作 用问题。
*
28
典型可靠性模型
串联模型 并联模型 表决模型(r/n(G)模型) 非工作贮备模型（旁联模型） 桥联模型
*
29
串联模型
定义
组成系统的所有单元中任一单元的故障都会导致整 个系统故障的称为串联系统。 串联系统是最常用和最简单的模型之一。 串联系统的逻辑图如下图所示：
时间特性是可靠性分析中不可缺少的一个要素
*
23
时间分析-2
复杂系统一般具有两方面的特点：
（1）系统具有多功能，各功能的执行时机是有时序的 ，各功能的执行时间长短不一
（2）在系统工作的过程中，系统的结构是可以随时间 而变化
需要进行时间分析
确定时间基准 通过与该时间基准对应，可以得到系统功能流程图
*
44
2/3(G)表决模型
其可靠性数学模型为（表决器可靠度为1，组成单元的故障率均为 常值λ ）：
*
45
表决系统特例
若表决器的可靠度为1：
当r=1时，1/n(G)即为并联系统， 当r=n时，n/n(G)即为串联系统：
系统的MTBCFS比并联系统小，比串联系统大 。
*
46
非工作贮备模型（旁联、冷贮备）
进行系统功能分解可以使系统的功能层次更加清晰 ，同时也产生了许多低层次功能的接口问题。

可靠性建模

可靠性建模可靠性分配可靠性预计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日指导教师评阅书评阅教师评阅书教研室（或答辩小组）及教学系意见目录1. 何谓可靠性模型 (4)2.建立可靠性模型的目的 (4)⒊可靠性建模的约定 (5)3.1可靠性建模限定为任务可靠性模型 (5)3.2 可靠性建模暂不可考虑维修问题 (6)4. 建立可靠性模型的步骤 (6)4.1 定义产品 (6)4.2 绘制产品的可靠性框图 (10)4.3 确定计算系统可靠性的数学公式 (13)5. 可靠性分配与预计 (13)5.1 可靠性分配 (13)5.1.1 可靠性分配概述 (13)5.1.2 初次分配时的假设 (14)5.1.3 按复杂程度进行分配 (14)5.1.4 参考相似产品进行分配 (16)5.2可靠性预计 (17)5.2.1 可靠性预计概述 (17)5.2.2 可靠性预计的程序 (18)6. 常用的可靠性模型 (20)6.1 串联模型 (20)6.2 并联模型 (22)6.3 混联模型 (254)6.4 表决模型 (276)6.5 旁联（非工作贮备）模型 (309)6.6 网络模型 (321)6.7 典型模型的应用 (332)1. 何谓可靠性模型在着手建立可靠性模型之前，首先要明白什么是可靠性模型。

系统的可靠性


n i1
1 i
并联系统又叫绳索模型。
第三讲 系统的可靠性
[例题]如果一个并联系统由3个失效率均等于10-5/h的单元组成， 且已知各单元的寿命均服从指数分布，试求该系统的平均 寿命MTTFs及工作到104h时的可靠度Rs(104h). 解：由（3-10）可得
MTTFs=1/ （1+1/2+1/3）=1/10-511/6=1.833 105h
当系统为n个等可靠度单元所组成时，则：
Rs (t) Rin (t)
第三讲 系统的可靠性
第三讲 系统的可靠性
若各单元的寿命均服从指数分布，即Ri(t)=e-it,式中i为第i个单元的失效率，则：
（3-2）
n
n
式中s为串联R系s统(t的)失效i率1 ：eit
exp[
i 1
it] est
n
串联系统的平均寿命定义为s：
第三讲 系统的可靠性
第三讲 系统的可靠性
当单元的失效寿命为指数分布时,并假设每个单元的失效率都相同,则并 联系统的可靠度为：
式中 为单元R的s失(t效) 率1， (n1为单e元t数)n。（3-9）
并联系统的平均寿命为：
很多股钢M丝T编TF成的0钢 R丝s (绳t)d就t 是1并联21系 统。（3n-110） 1
[例题] 如果一个串联系统由10个失效率 均等于10-5/h的单元组成，且已知各单 元的寿命均服从指数分布，试求该系统的失效率，平均寿命MTTFs及工作 到104h时的可靠度Rs(104h).
解：将n=10, =10-5/h代入式（3-5）可得：
=1010-5/h=10-4/h
MTTFs=1/ s=1/(10-4/h)=104h
（3-14）

《可靠性模型》课件

参数法是根据已知的设备参数、性能指标和故障率等数据，通过数学建模的方式建立可靠性模型。这种方法需要大量的历史 数据和准确的参数信息，适用于有充足数据支持的场景。
统计法
基于大量数据进行统计分析
统计法是通过收集大量的设备运行数据，进行统计分析，找出设备失效的规律，进而建立可靠性模型 。这种方法适用于有长期、稳定运行数据的场景，能够反映设备的长期可靠性。
CHAPTER
02
可靠性模型的分类
概率可靠性模型
总结词：基于概率论的可靠性模型，用于描述随 机事件的不确定性。
概率可靠性模型通常用于描述复杂系统或产品的 失效行为，以及评估其可靠性指标，如可靠度、 故障概率等。
详细描述：概率可靠性模型使用概率论和随机过 程理论，对产品或系统的可靠性进行定量描述。 它考虑了各种可能性和不确定性，能够预测产品 或系统在不同条件下的性能表现。
模糊可靠性模型的建立需要 专业的模糊数学知识和经验 ，以及对具体问题的深入了 解。
灰色可靠性模型
01
总结词：基于灰色系统的可 靠性模型，用于处理不完全 信息的情况。
02
详细描述：灰色可靠性模型 是一种处理不完全信息或不 确定性的模型。它使用灰色 系统理论，通过已知信息来 推导未知信息，从而评估产 品或系统的可靠性。
可靠性模型的重要性
提高产品质量
通过可靠性模型评估产品或系统的可靠性，可以发现潜在 的问题和薄弱环节，从而针对性地进行改进和优化，提高 产品质量。
降低维护成本
通过可靠性模型预测产品或系统的性能和寿命，可以制定 合理的维护计划，减少不必要的维修和更换，降低维护成 本。
提高竞争力
可靠性是产品或系统的重要性能指标之一，通过建立可靠 性模型可以提高产品或系统的竞争力，赢得市场份额。

可靠性设计风险决策模型的建立与应用

可靠性设计风险决策模型的建立与应用随着人类文明不断的发展和进步，科学技术也在快速发展，各种新型产品层出不穷。

而这些产品的开发和投入市场需要经过严谨的可靠性设计，以确保产品的质量和安全。

随之而来的是一系列的风险决策问题，如何准确地评估风险，选择合适的决策方案，是制定可靠性设计的一个重要环节。

因此，可靠性设计风险决策模型的建立和应用对于产品的质量和安全至关重要。

一、可靠性设计风险决策模型的建立1. 风险评估指标体系的构建风险评估是保证产品可靠性、安全性的前提，它通过对各种有关的因素进行分析和评估，得出产品所面临的各种风险及其影响程度。

在构建风险评估指标体系时，需要对各种因素进行细致的分析和归类，以确定风险评估因素的分类和权重。

2. 风险决策模型的建立基于对风险评估出来的各种风险因素进行逐一分析和评估，建立起合适的可靠性设计风险决策模型，以进一步确定决策的方向和可行性。

同时，这个模型要考虑到产品的各种特性和内在的复杂性，以确保决策的准确性和可靠性。

3. 应用场景的确定在建立出可靠性设计风险决策模型之后，需要对其进行实际的应用，在实际生产过程中要分别考虑到不同的应用场景，以进一步提高模型的通用性和适应性。

同时，还需要对风险决策模型进行更新和优化，以应对不断变化的市场需求和客户需求。

二、可靠性设计风险决策模型的应用1. 提高决策的准确性和可靠性可靠性设计风险决策模型的应用可以帮助决策者更加科学地进行风险评估和决策，准确地把握风险的来源和影响因素，进而做出更为科学和合理的决策。

2. 降低设计成本和时间成本在运用可靠性设计风险决策模型时，可以通过对设计过程中的各种因素进行评估和调整，减少不必要的设计成本和时间成本，促进产品的快速研发和投入市场。

3. 提高产品的可靠性和安全性可靠性设计风险决策模型的应用可以使产品的设计更加严谨和细致，确保产品的可靠性和安全性。

4. 创造更多商业价值在应用可靠性设计风险决策模型的过程中，可以进一步优化产品的设计和生产工艺，提高产品的附加值和竞争力，在市场上创造更多的商业价值和品牌效应。

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为确定系统类型一定要分析系统的功能及其 失效模式。
截
导
流
通
(1)当阀1与阀2处于开启状态时，功能是 液体流通，系统失效是液体不能流通，其中包 括阀门关闭。
(2)当阀1与阀2处于闭合状态时，两个阀 的功能是截流，不能截流，为系统失效，其中 包括阀门泄漏。
3.1.2 系统可靠性功能逻辑框图
计算系统可靠度时，必须首先弄消楚单 元及系统功能，失效模式并绘出系统逻 辑框图，然后进行计算。绝不能只从系 统结构上认定系统类型，那样容易搞错。
Rs
t
n
Ri
t
i1
2 失效率
若各单元寿命均服从指数分布，即各单元失效都属于偶
然失效，今单元失效率为 i ，其可靠度为 Ri t eit
则系统可靠度为：
n
Rs t
n
Ri
t
n
e
i
t
it
e i 1
est
i 1
i 1
n
s i
i 1
3 平均寿命MTBF
s
ET
1
s
1
2
n
1
ET
则
s n
Rs T Rn T ent
3.2 串联系统的可靠性模型
3.2.1 串联系统逻辑框图 3.2.2 定义 3.2.3 串联系统的数学模型 3.2.4 提高串联系统可靠性的措施
3.2.1 串联系统逻辑框图
3.2.2 定义 一个系统由A1，A2，A3…An，n个单元组成， 只有当每个单元都正常工作时，系统才能正常工作； （或其中任何一个单元失效时系统就失效）。该系 统称串联系统。
3.1.2 系统可靠性功能逻辑框图
绘制步骤：由系统的功能结构图建立系统的可 靠性框图 。
工程结构图：表示组成系统的各单元之间的物 理关系和工作关系。
可靠性框图：又称为功能逻辑图，是表示系统 的功能与组成系统的单元之间的可靠性功能关系。
3.1.2 系统可靠性功能逻辑框图
建立系统逻辑框图时绝不能从结构上判定系 统类型，而应从功能上研究系统类型。
3.2.4 提高串联系统可靠性的措施
(1) 提高各单元的可靠性； (2) 减少串联单元数。
例题 为提高系统的可靠性，液压器中采用2个滤油器组 装成串联结构，在滤油器由于滤网堵塞而失效的情况下 求系统的可靠度、失效率及平均寿命。
已知两个滤油器的失效率分别为 1 0.00005 (1/h)， 2 0.00001 (1/h)，工作时间 t 1000h
第三章 系统可靠性模型
3.1 系统的组成及功能逻辑框图 3.2 串联系统的可靠性模型 3.3 并联系统的可靠性模型 3.4 混联系统的可靠性模型 3.5 表决系统的可靠性模型 3.6 旁联系统的可靠性模型 3.7 复杂系统（桥式）的可靠性模型
3.1 系统的组成及功能逻辑框图
3.1.1 系统的组成 3.1.2 系统可靠性功能逻辑框图 3.1.3 系统逻辑类型分类
解：由前面介绍的计算公式得：
s 1 2 0.00005 0.00001 0.0000（6 1/ h）
Rs (t) e st e 0.000061000 0.94176
s 1/ s 1/ 0.00006 16667h
3.2 并联系统的可靠性模型
3.2.1 并联系统逻辑框图 3.2.2 定义 3.2.3 并联系统的数学模型 3.2.4 提高并联系统可靠性的措施
s
1
nnຫໍສະໝຸດ 3.2.4 提高串联系统可靠性的措施
串联系统中，单元数越多，系统可靠度越低。 例如，
一个串联系统每个单元的可靠度均为 R＝0.99，单元数n＝5， 则Rs＝R5＝0.995≈0.95。 若n＝10，则Rs＝R10＝0.9910≈0.9。 若n＝100，则Rs＝R100≈0.366。 由于机械系统绝大多数属于串联。因此，从提高 可靠度观点，组成机械系统的零件数越少越好。
3.2.3 串联系统的数学模型
1 可靠度 2 失效率 3 平均寿命MTBF
1 可靠度
若令事件A为系统处于正常工作状态，事件Ai(i＝ 1，2，…，n)为单元i处于正常状态，则由串联系 统特征可知
n
A Ai i1
i 1,2,n
P
A
n
P
Ai
i1
即系统可靠度Rs(t)与单元可靠度Ri(t)关系为
3.2.4 提高串联系统可靠性的措施
同时还可知串联系统的可靠度总是低于系统小 可靠度最小的单元的可靠度。而且这最小可靠 度对系统可靠度影响最大。
例如，一个由五个单元组成的串联系统各单元 可靠度分别为R1＝R2＝R3＝R4=0.99，R5＝ 0.7，则Rs＝0.994x 0.7＝0.6724， 如再将R4由0.99提到0.999， 则Rs＝0.993×0.999×0.7=0.6785，看来 Rs提高很少。如将R5由0.7提到0.95， 则Rs＝0.994x 0.95=0.9126。
3.1.3.系统逻辑的最基本类型
串联系统：如果系统中的任何一个单元失 效，系统就失效，或者说系统中每个单元都正 常工作，系统才能完成其规定的功能。
并联系统 只有当所有的单元都失效，系 统才丧失其规定的功能，或者说着要有一个 单元正常工作，系统就能完成其规定的功能。
3.1.3 系统逻辑类型分类
根据单元在系统中历处的状态及其对系 统的影响．系统可分为如下类型。
3.1.1 系统的组成
所谓系统是为了完成某一特定功能，由若干个 彼此有联系的而且又能相互协调工作的单元所组成 的综合体。
系统和单元的含义均为相对而言，由研究的对 象而定。
系统的分类
系统按修复与否分为不可修复和可修复 系统两类。
所谓不可修复系统，是指系统或其组成 单元一旦发生失效不再修复，系统处于 报废状态。
通过维修而恢复其功能的系统，称为可 修复系统。
3.1.2 系统可靠性功能逻辑框图
功能逻辑框图：表示系统与单元功能间 的逻辑关系图。
用方框表示单元功能，每一个方框表示 一个单元，方框之间用短线联接起来， 表示单元功能与系统功能的关系，这就 是系统功能逻辑框图，简称系统逻辑框 图或称为系统功能图。
3.3.1 并联系统逻辑框图
3.3.2 定义
一个系统由A1， A2，A3…An，n个单 元组成，如只要有一 个单元工作，系统就 能工作，或者说只有 当所有单元都失效时 系统才失效，该系统 为并联系统。
3.3.3 并联系统的数学模型 1 可靠度 2 失效率 平均寿命MTBF