可靠性工程论文.docx

东北农业大学课程论文（作业）封面

（ 2013 至 2014 学年度 第二学期）

课 程 名 称： 可靠性工程基础

学 生 姓 名： 冯 泰 龙

学 号： A07110678

班 级： 农机化1103班

任 课 教 师: 王 金 峰

提 交 日 期： 2014 年 5月 22日

成 绩：__________________

教 师 签 字：__________________

开课---结课：第 一 周---第 十 周

评 阅 日 期： 年 月 日

机电系统可靠性分配方法

冯泰龙 农机化1103班 A07110678

摘要：本文简单介绍了系统可靠性分配的四项原则和几种可靠性分配的主要方法：等分配法、再分配法、比例分配法，并从串联、并联、混联角度进行数学分析对它们各自的优缺点和适用范围进行了系统的介绍和评论。在此基础上，介绍了模糊可靠性的分配方法，并对模糊可靠性的分配方法的合理性和有效性进行了论证。从纯数学观点看，模糊集合论是经典集合论的拓广，立足点本质上仍是二元集合论，但从处理思想与方法来看，模糊方法适用于处理外延难以明确界定的不准定性问题。
关键词:可靠性工程 ;电子信息装备;　质量问题;　质量管理; 分析
引言：网络可靠性研究是网络可靠度组合学研究的一部分，特殊类型网络可靠度算法的研究在80年代有了长足的进展,可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的概率。
系统可靠性分配是系统可靠性设计的重要任务之一，而且前者是后者的基础。可靠性分配是把系统规定的可靠性指标按照一定的程序分给分系统、部件及元件，以使复杂问题的处理得以简化并便于检验。它是由一个整体到局部、由大到小、由上到下的过程，是一个分解的过程。系统可靠性预计与分配应贯穿整个设计过程，而且系统设计初期的可靠性预计与分配对系统可靠性有着十分重要的影响。
从数学的本质上说，系统可靠性分配是基于可靠性数学模型的一种数学规划，以便合理地分，配可靠性指标，使分配结构更符合实际的需要。
可靠性分配是在处理一类反问题：先有目标，后有方案。由于满足目标要求的方案往往不唯一，因此可靠性分配通常是在解决一类带约束的优化问题。基于可靠性分配的特点，提出的一些新的可靠性分配方法通常允许做多步优化。
正文：
1 可靠性分配原则
　　系统可靠性分配有其应遵循的原则，其目的是使各级设计人员明确其可靠性设计要求，并且在此基础上研究实现这个要求的可能性及其处理办法。可靠性分配应遵循以下原则：
　　（1）技术水平对技术成熟的单元，能够保证实现较高的可靠性，或预期投入使用时可靠性可有把握地增长较高的水平，则可分配给高的可靠度；
　　（2）复杂程度对较简单的单元，组成该单元的零部件数量少，组装容易保证质量或故障后易于修复，则分配给较高的可靠度；
　　（3）重要程度对重要的元件，该单元失效将产生严重的后果，或该单元失效常会导致整个系统的失效，则分配给较高的可靠度；
　　（4）任务情况对整个任务时间内均需连续工作或工作环境恶劣、难以保证很高可靠性的单元，则分配给较低的可靠度。
2 可靠性分配方法
　　可靠性分配有许多方法，随掌握可靠性资料的多少、设计的阶段以及目标和限制条件的不同而不同。下面首先介绍几种常见的方法：等分配法、再分配法、比例分配法、模糊分配法等。
2.1　等分配法
　　本方法的适应范围虽仅适应于设计初期，但理论简单。故假设各单元的条件相同。
2.1.1　串联系统。
对于由n个单元组成的串联系统，按等分配原则，每个单元分给相等的可靠度。即：
Ri=Rs1n i=1,2,…n (1)
….
2
1
n

式中　Rs为系统要求的可靠度Ri为第i个单元分得的可靠度。
2.1.2　并联系统
将（1）式中的R换成F,即得并联的等分配方法：
fi=Fs1n=1-Rs1n i=1,2,…n (2)
1

2

⋮

n

式中　Fs为系统要求的非可靠度； Fi为i个单元分得的非可靠度。
2.1.3　混联系统
对于混联系统，先在子系统上按等分配原则对同级子系统进行分配，然后采用逐级细化的方法重复上述等分配过程。
2.2　再分配法
若通过预测可靠串联系统（可包括混联系统的等效单元）各单元的可靠度预测值为R1,.,Rn,则系统可靠度预测值为：

Rs=i=1nRi i=1,2,…n (3)
　　若规定的系统可靠性指标Rs≤R，表示预测值已满足规定的要求，各个单元即可分配给Ri；反之，若Rs＞R，表示预测值未满足规定的要求，需修改若规定的系统可靠性指标单元的可靠度指标，即按规定的Rs指标进行再当可令分配。由于提高低可靠度单元的可靠性效果显著且技术上易于实现，因此，只将低可靠度的单元按等分配法进行再分配。为此，先将各预测值由小到大的次序编号，则有令
R1≤R2≤⋯Rm≤⋯Rn
R1=R2=⋯=Rm
当
Rm=Rsi=m+1nRi1m时
可令
R1=R2=⋯=RmRm-1=Rm-1,⋯,Rn=Rn
对于并联系统，可得出类似的公式。
2.3　比例分配法
　　本方法用于新设计系统与原有系统基本相同。已知原有系统规定了新的可靠度要求；或根据掌握的可靠性资料，已能预测得新设计系统各单元的Ri,但尚未满足新设计系统可靠度的要求。这时，可对串联系统取新系统分配给各单元的可靠度预测值Ri成正比；对并联系统，取新系统分配给各单元的非可靠度Fi与相应单元的非可靠度预测值Fi成正比。
　　串联系统比例分配法公式为：
Ri=Rsi-1nRi1nRi (4)
并联系统比例分配法公式为：
Fi=Fsi-1nFs1nFi (5)
对于串联系统，目前广泛采用的可靠度分配，方案不是（4）式而是下面将给出的（6）式：

Fi=FsFii=1nFi (6)
由（6）式可推出：

i=1nFi=Fs (7)
　　显然，对于串联系统（7）式不是一个严格的等式。也就是说（6）式给出的分配方案不满足自给条件。（7）式成立的前提条件是，组成串联系统各单元可靠度R十分接近于1;换言之，Fi十分的小。
2.4　模糊可靠性分配
　　在系统可靠性工程实践中存在大量不确定性问题，它主要表现为随机性和模糊性。传统的可靠性理论是以随机性为基础的，而近年来发展的模糊可靠性理论则把可靠性研究深入到随机性和模糊性相互渗透的新阶段。
2.4.1　模糊可靠度与普通可靠度的关系。
为讨论方便，假设以下标记：As为系统正常工作；Rs为系统普通可靠度；λs系统普通失效率；Ai第i个单元正常工作；Ri第i个单元普通可靠度；λi第i个单元普通失效率；Aj为当前讨论的那个模糊功能子集；Rs为系统模糊可靠度；λi为第i个单元模糊失效率；λs为系统模糊失效率；UAj (Rs)为Rs对Aj的隶属对度；UAj i(Rs)为Ri对λAj的隶属对度；MTTFs为系统普通平均寿命；MTTFs为系统模糊平均寿命。
　　由模糊条件概率的定义[3],有：
PAs∆Aj=P(AjAs)∙P(As) (8)
PAi∆Aj=P(AjAi)∙P(Ai) (9)
　　由普通可靠性理论[4],有：
PAs=Rs;PAi=Ri (10)

　　由模糊可靠性理论，有：
PAs∆Aj=Rs;PAi∆Aj=Ri (11)
PAjAs=UAi(Rs); PAjAi=UAj(Ri) (12)
式中△为代数积。
　　根据式（3）～（5），可将式（1），（2）改写为：
Rs=UAj(Rs)Rs (13)
Ri=UAj(Ri)Ri (14)
2.4.2　模糊可靠性分析。
虽然从本质上讲，系统可靠度是基于可靠性数学模型的一种数学规划，但是它又不是一种简单的数学规划，它涉及到许多可靠性指标的处理方法，有其独特的方面，特别是当限制条件和目，标指标都不够确切时，为在分配时充分利用信息目标函数和约束条件模糊则可靠性分配总是转化为模糊数学化规划问题。
在模糊可靠性分配方面，有学者讨论了利用了模糊方法解决多目标非线性规划问题；还有的学者提出了基于模糊目标和模糊约束条件下的冗余最优化问题；也有人应用模糊数学对多目标约束的串联系统可靠度最优化进行了研究。

案例：例图所示的并联子系统由3个单元组成，已知它们的预计失效概率分别为F1y=0.04 ，F2y=0.06 ，F3y=0.12 。如果该并联系统在串联系统中的等效单元分得的容许失效概率为0.005，试计算并联子系统中各单元所容许的失效概率值。

解：(1)列出各单元的预计失效概率，计算预计可靠度，即Riy
F1y=0.04 R1y=1- F1y=0.96
F2y=0.06 R2y=1- F2y=0.94
F3y=0.12 R3y=1- F3y=0.88
(2)将并联子系统化简为一个等效单元，并化出简化过程图，如图所示。
(3)求各分支的预计失效概率和预计可靠度。
第Ⅰ分支：
RIy= R1y R2y=0.96×0.94≈0.90
FIy=1- RIy=1-0.9=0.10
第Ⅱ分支： RⅡy=R3y=0.88
FⅡy= F3y=0.12
(4)求并联系统等效单元的预计失效概率和预计可靠度。
FBy= FIy FⅡy=0.10×0.12=0.012
RBy=1-FBy=1-0.012=0.988
(5)按并联子系统的等效单元所分得的总容许失效概率FB，求各分支的容许失效概率。
FB= FIP =0.005
FⅡy ／FⅡy= FIP／FIy
得FIP=0.0645
FⅡP=0.0775
(6)将分支的容许失效概率分配给该单元的各单元。
由于第Ⅰ分支为两个串联单元，故
F1p=F1yF1y+F2yFIP=0.0258
F2p=F2yF1y+F2yFIP=0.0387
7)列出最后的分配结果，即
F1=0.0258 R1=1-F1=0.9742
F2=0.0387 R2=1-F2=0.9613
F3=0.0775 R3=1-F3=0.9225
3.可靠性电子信息装备质量管理研究
3.1 可靠性工程以及与质量的关系
实际应用中，可靠性工程主要是针对缺陷的一种预防以及对于出现问题的一种有效改正，是对于产品以及工程质量的一种保证。它为了达到产品设备的相关质量或者可靠性要求实施的一系列建设工作。进行可靠性工程建设其实就是对于产品工程可靠性的确定和对于产品工程质量可靠性的保证，在实际应用中，可靠性工程主要是通过对于产品的可靠性设计、可靠性管理以及可靠性试验进行产品工程可靠性和产品工程质量可靠性的获取保证的。其中，对于产品工程的可靠性设计就是通过对于产品工程设计过程中的可靠性模型建立，可靠预计、分配和分析等实现对于产品工程的可靠性设计，以保证产品工程应用的可靠性。对于产品工程的可靠性管理主要是通过一些可靠性的计划制定和文件制度的建设，以实现对于产品设备以及工程的设计、生产等阶段的管理。对于产品工程的可靠性试验主要是产品工程的生产环境以及运行应用等可靠性的鉴定试验，是进行产品工程可靠性确定有效途径。
在电子信息装备应用中，可靠性工程与质量之间的关系主要表现在可靠性管理是产品全面质量管理的一个个重要组成部分，实现对于电子信息装备的质量管理首先应该进行电子信息装备的可靠性管理，通过对于电子信息装备系统的可靠性技术的应用、监控，通过电子信息装备的可靠性目标来逐渐实现对于电子信息装备的质量管理的可靠性的实现。在进行基于可靠性工程的电子信息装备的质量管理过程中还应注意对于电子信息装备的可靠性管理和质量管理之间的区别的划分，以能够真正的实现对于电子信息装备的质量的管理，保证电子信息装备应用质量。
3.2 可靠性电子信息装备质量管理应用
电子信息装备系统是一项拥有较为庞大并且复杂的系统结构，因此在实际应用中，电子信息装备系统的质量可靠性要求要相当的高，因此才能保证整个电子信息装备系统的稳定运行。对于电子信息装备系统来讲，提高电子信息装备系统的可靠性是通过对于电子信息系统的可靠性运行的分析实现的。一般情况下，在进行电子信息装备系统的设计过程中，通过对于电子信息装备系统的相关纠正措施，可以避免后期的生产以及应用过程中各种故障的发生，对于提高电子信息装备系统的可靠性有一定的作用。电子信息装备系统可靠性分析的方法有很多种，在进行电子信息装备系统的可靠性分析中使用的分析方法是根据电子信息装备系统的情况选择的。基于可靠性工程的电子信息装备的质量管理是通过在进行电子信息装备系统设计过程中装备的各种故障模式的分析，对设计中的薄弱环节的纠正，并对于电子信息装备系统中的关键系统部分进行控制，以实现对于电子信息装备系统质量的可靠性管理。保证电子信息装备系统的质量可靠。
4 结束语
文章概述了系统可靠性分配的主要方法，对它们各自的缺点和适用范围进行了系统的分析和评论。在此基础上，提出了模糊可靠性的分配方法，从纯数学观点看，模糊集合论是经典集合论的拓广，立足点本质上仍是二元集合论，但从处理思想与方法来看，模糊方法适用于处理外延难以明确界定的不准定性问题。尤其是适用于人机工程。
5 展望
现代机械系统有许多是机电一体化的复杂系统，它们具有失效模式种类多、零件标准化程度差和寿命分布不同等特点，设计初期可靠性数据往往缺乏，且影响可靠性的因素也比较模糊，从而导致可靠性的模糊性，尤其是新型产品。这时基于传统数学的可靠性预计与分配方法难以得到较为合理的决策结果，进而对系统的固有可靠性产生不良影响。因此可靠性分配是可靠性设计的重要课题。
可靠性的研究很早以前就开始了，但是到现在发展似乎还不健全完善，但是可靠性的设计与分配对现在的复杂机电系统具有重大意义，所以还要进一步加强对可靠性的研究。我觉得研究应从两方面着手：理论创新与实践检验。貌似传统的数学方法已不能满足复杂的系统可靠性的深度研究了，所以必须要创新，开拓新的理论成果，来简化优化并精确指导可靠性的设计，才能最终实现生产与使用的安全性。就实践来说，如前面而言，在机电系统迅猛发展的今天，新产品层出不穷，影响产品可靠性的新的因素也越来越多，并且比较模糊，数据缺乏。所以要进行实践方面的研究，把模糊的不确定的因素通过实践实验确定具体化，减少可靠性设计预分配的模糊性。只有这样才能制造出性能优良经久耐用的好产品。
参考文献:
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