系统可靠性模型建立
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05第二章系统可靠性模型03
第 二 章 系统可靠性模型
1
内容提要
§ 2—3 串联系统的可靠性模型 一、定义和特点 二、可靠性框图 三、数学模型 四、提高串联系统可靠性的措施
§2—4 并联系统的可靠性模型 一. 定义和特点 二、可靠性框图 三、数学模型 四、提高并联系统可靠性的措施
§2-5 混联系统的可靠性模型 一、 串并联系统(附加单元系统) 二、并串联系统(附加通路系统) 三、较复杂的混联系统
一、 串并联系统(附加单元系统)，图2—20。 27
20
上图串联了n个组成单元，而每个组 成单元由m个基本单元并联。
28
设每个组成单元的可靠度为Ri(t)，则 RS1(t)：
n
Rs1(t) 1 (1 Ri (t))m (2-18) i1
（括号里为每个并联系统的可靠性）
二、并串联系统(附加通路系统),图2-21
17
求： (1) 滤网堵塞时的可靠度、失效率、
21
平均寿命；
(2) 滤网破损时的可靠度、失效率、 平均寿命。
解 ：(1 ) 滤网堵塞时系统的可靠性框图2-18， 为串联系统。
18
由于 λ = 常数，所以其为指数分布。
22
故有：
2
s i 5105 1105 i1
6 10 5 h-1
RS (1000) est e61051000 e0.06 0.94176
1 2 1 2
1 5 105
1 1105
1 (5 1) 105
10333.3h
25
S
(t)
e1t 1
e2t 2
e1t e2t
(1 2 )e(12 )t
e(12 )t
5105
e51051000 1105 e11051000 (5 1) 105 e e e 51051000 11051000 61051000
1
内容提要
§ 2—3 串联系统的可靠性模型 一、定义和特点 二、可靠性框图 三、数学模型 四、提高串联系统可靠性的措施
§2—4 并联系统的可靠性模型 一. 定义和特点 二、可靠性框图 三、数学模型 四、提高并联系统可靠性的措施
§2-5 混联系统的可靠性模型 一、 串并联系统(附加单元系统) 二、并串联系统(附加通路系统) 三、较复杂的混联系统
一、 串并联系统(附加单元系统)，图2—20。 27
20
上图串联了n个组成单元，而每个组 成单元由m个基本单元并联。
28
设每个组成单元的可靠度为Ri(t)，则 RS1(t)：
n
Rs1(t) 1 (1 Ri (t))m (2-18) i1
（括号里为每个并联系统的可靠性）
二、并串联系统(附加通路系统),图2-21
17
求： (1) 滤网堵塞时的可靠度、失效率、
21
平均寿命；
(2) 滤网破损时的可靠度、失效率、 平均寿命。
解 ：(1 ) 滤网堵塞时系统的可靠性框图2-18， 为串联系统。
18
由于 λ = 常数，所以其为指数分布。
22
故有：
2
s i 5105 1105 i1
6 10 5 h-1
RS (1000) est e61051000 e0.06 0.94176
1 2 1 2
1 5 105
1 1105
1 (5 1) 105
10333.3h
25
S
(t)
e1t 1
e2t 2
e1t e2t
(1 2 )e(12 )t
e(12 )t
5105
e51051000 1105 e11051000 (5 1) 105 e e e 51051000 11051000 61051000
系统可靠性设计中的可靠性建模案例分享(Ⅱ)
在现代科技领域中，系统可靠性设计是一个至关重要的课题。
无论是航空航天、汽车制造、电子产品还是工业自动化，系统的可靠性都是其核心竞争力之一。
而可靠性建模作为评估和改进系统可靠性的重要手段，对于各个领域的工程师们来说至关重要。
本文将通过几个实际案例分享系统可靠性设计中的可靠性建模应用，希望对读者有所启发和帮助。
案例一：航空发动机可靠性建模航空发动机作为飞机的动力源，其稳定可靠的性能直接关系到航空安全。
在航空发动机的可靠性建模中，经常会采用基于失效模式的可靠性分析方法。
首先，工程师们会对发动机的结构和工作原理进行深入理解，分析各种可能的失效模式及其可能导致的后果。
然后，通过统计学方法和可靠性理论，建立发动机失效模式的概率模型，进而评估发动机在特定工况下的可靠性水平，并提出相应的改进方案。
案例二：汽车ABS系统可靠性建模汽车ABS（防抱死制动系统）作为一项关乎车辆行驶安全的重要技术，其可靠性问题一直备受关注。
在对ABS系统的可靠性建模中，工程师们通常会采用故障树分析（FTA）的方法。
他们会对ABS系统的各个组成部分进行细致的分解，找出各个部分之间的逻辑关系，分析可能的故障模式及其概率。
通过故障树分析，工程师们能够清晰地了解ABS系统的可靠性瓶颈，有针对性地进行改进和优化。
案例三：电子产品可靠性建模随着电子产品在日常生活中的广泛应用，其可靠性问题也备受关注。
在电子产品的可靠性建模中，工程师们通常会采用加速寿命试验和可靠性增长模型等方法。
通过对电子产品的寿命特性进行全面的实验分析，建立起其失效概率随时间的变化规律。
同时，还可以通过对电子产品的工作环境和使用条件进行分析，建立相应的可靠性增长模型，预测产品在实际使用中的可靠性表现。
综上所述，系统可靠性设计中的可靠性建模是一个复杂而又关键的问题。
不同领域的工程师们在建模过程中会采用不同的方法和工具，但其核心目标都是希望通过建模分析，找出系统可能存在的风险和瓶颈，并提出相应的改进方案。
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
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
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
基于FMEA的系统可靠性模型的构建
Ｖｏ． Ｎｏ２ ， ｅ ｔｍｂｅ ０１ ． １ ７， ．５ Ｓ ｐｅ ｒ２ １
基于 Ｆ Ａ 的系统可靠性模型 的构建 ＭＥ
贺 琳．强 慧 肖 华
（ 南华 大 学 数 理 学 院 ， 湖南 衡 阳 ４ １０ ） ２ ０ １
摘 要 ： 了能 对 安 全 系统 进 行 可 靠性 评 估 ， 用 Ｆ Ａ 定 性 分 析 安 全 系统 潜 在 的 各 种 故 障 模 式 、 因和 影 响 因 素 ， 建 立 系统 的故 为 采 ＭＥ 原 并 障 树 模 型 ． 解 系统 所 要 求的 可 靠 性 指 标 。 求
ｍ ｏ ｅ，ｃ ｕ ｅ ｎ ｆ ｅ ｃ ｓ ｂ ｉ ｈ ｕｔｔ ｅ ｍｏ ｅ ｆｔ ｅ ｓｆｔ ｓｅ ｔ ａｃ ｌｔ ｈ ｙ ｔｍ ｅｉｂｌ ｄ ｘ ｓ ｄ ｓ ａ ｓ ｓａ ｄ ｉｌ ｎ ｅ ， ｕ ｄ ｔ ｅ ｆ ｌ ｒ ｄ ｌ ａｅ ｓ ｔｍ ｏ ｃ ｕ ａｅ ｔ ｅｓ ｓ ｎｕ ｌ ａ ｅ ｏ ｈ ｙ ｙ ｌ ｅ ｒｌ ｉｔ ｉ ｅ ｅ． ａ ｉ ｎ ｙ
一
个 Ｆ Ａ是 针 对 系 统 内的 所 有 部 件 的 。系 统 的 覆 盖 范 围 必 须 确定 。对 于 控 制 系 统 和 安全 系统 ， 个 范 围通 常 包 括 过 程 通 道 、 ＭＥ 这
传 感 器 、 制 器 、 行 器 以 及 阀 门 。系 统 级别 的 Ｆ Ａ 是 一 个 重 要 的 定 性 分 析 过 程 。在 这 个 步 骤 中所 获得 信 息 的准 确 性 会 影 响模 型 控 执 ＭＥ 的 建 立 以 及 由 此 模 型 所 获 的 安 全性 和 可靠 性 指 标 。 考虑这样一个安全系统 ， 有一个压力开关 ， 它 两个 单板 控 制 器 ， 个 阀 门 所 构 成 。 当生 产 过 程 正 常 时 ， 力 很 低 ， 压 力 开 关 是 一 压 且 闭合 的（ 激励 状 态 ）控 制 器 使 输 出处 于激 励 状 态 ， 门是 关 闭 的 。 ， 阀 当压 力越 限 时 ， 关 打 开 （ 激 励 状 态 ） 控 制 器读 取压 力 开关 的 状 开 非 。
基于 Ｆ Ａ 的系统可靠性模型 的构建 ＭＥ
贺 琳．强 慧 肖 华
（ 南华 大 学 数 理 学 院 ， 湖南 衡 阳 ４ １０ ） ２ ０ １
摘 要 ： 了能 对 安 全 系统 进 行 可 靠性 评 估 ， 用 Ｆ Ａ 定 性 分 析 安 全 系统 潜 在 的 各 种 故 障 模 式 、 因和 影 响 因 素 ， 建 立 系统 的故 为 采 ＭＥ 原 并 障 树 模 型 ． 解 系统 所 要 求的 可 靠 性 指 标 。 求
ｍ ｏ ｅ，ｃ ｕ ｅ ｎ ｆ ｅ ｃ ｓ ｂ ｉ ｈ ｕｔｔ ｅ ｍｏ ｅ ｆｔ ｅ ｓｆｔ ｓｅ ｔ ａｃ ｌｔ ｈ ｙ ｔｍ ｅｉｂｌ ｄ ｘ ｓ ｄ ｓ ａ ｓ ｓａ ｄ ｉｌ ｎ ｅ ， ｕ ｄ ｔ ｅ ｆ ｌ ｒ ｄ ｌ ａｅ ｓ ｔｍ ｏ ｃ ｕ ａｅ ｔ ｅｓ ｓ ｎｕ ｌ ａ ｅ ｏ ｈ ｙ ｙ ｌ ｅ ｒｌ ｉｔ ｉ ｅ ｅ． ａ ｉ ｎ ｙ
一
个 Ｆ Ａ是 针 对 系 统 内的 所 有 部 件 的 。系 统 的 覆 盖 范 围 必 须 确定 。对 于 控 制 系 统 和 安全 系统 ， 个 范 围通 常 包 括 过 程 通 道 、 ＭＥ 这
传 感 器 、 制 器 、 行 器 以 及 阀 门 。系 统 级别 的 Ｆ Ａ 是 一 个 重 要 的 定 性 分 析 过 程 。在 这 个 步 骤 中所 获得 信 息 的准 确 性 会 影 响模 型 控 执 ＭＥ 的 建 立 以 及 由 此 模 型 所 获 的 安 全性 和 可靠 性 指 标 。 考虑这样一个安全系统 ， 有一个压力开关 ， 它 两个 单板 控 制 器 ， 个 阀 门 所 构 成 。 当生 产 过 程 正 常 时 ， 力 很 低 ， 压 力 开 关 是 一 压 且 闭合 的（ 激励 状 态 ）控 制 器 使 输 出处 于激 励 状 态 ， 门是 关 闭 的 。 ， 阀 当压 力越 限 时 ， 关 打 开 （ 激 励 状 态 ） 控 制 器读 取压 力 开关 的 状 开 非 。
2系统可靠性模型-练习1
− λ1t
+∏
i =1 i≠2
λi − λ2
e
− λ1t
λi
e
+∏
i =1 i ≠3
n
λi − λ3
×
λi
e −λ3t e − λ2 t
=
λ2 − λ1 λ3 − λ1 λ1 − λ2 λ1 λ2 −λ t e × e −λ t + λ1 − λ3 λ2 − λ3
3 3
λ2
− λ1t
×
λ3
+
λ1
e
− λ2 t
− 2×0.001×100
× [1 − e
− 0.001×100
−3×0.001×100
− 0.2
− 2e
− 0.3
= 3 × 0.8187 − 2 × 0.7408
可靠性 Doctor 工程
= 0.9745
microwr@
二、简单不可修系统可靠性模型建立与分析
4、由3个单元组成的旁联系统，各单元寿命均 服从指数分布，且失效率分别为λ1 = 1×10 / h，
microwr@
二、简单不可修系统可靠性模型建立与分析
解：由题意可知，此系统为贮备单元和转换装置都 完全可靠的旁联系统。 1 （ ）对于这样的系统有平均寿命
θ s = ∑θi = 1λ + 1λ + 1λ 1 2 3 i =1
1 1 1 = + + 0.0001 0.0002 0.0003 = 1.83333 ×10 4
λ = 0.001 / h。试画出系统的逻辑框图，并计算当系统
运行100h时系统的可靠度。（已知：e −0.2 = 0.8187， e −0.3 = 0.7408）
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
基于模型验证技术的系统可靠性分析
基于模型验证技术的系统可靠性分析一、引言在现代的软件开发中，系统的可靠性是至关重要的一个方面。
系统的可靠性是指系统在特定环境下正常运行的能力，也就是系统的故障率。
在很多领域，如交通、医疗、金融等，系统的可靠性直接关系到人们的生命财产安全。
因此，如何提高系统的可靠性是广大工程师和研究者关注的热门话题。
基于模型验证技术的系统可靠性分析能够帮助工程师发现和修复系统中的漏洞和缺陷，从而提高系统的可靠性。
本文将从以下几个方面探讨基于模型验证技术的系统可靠性分析。
二、模型验证技术模型验证技术是一种通过数学和逻辑方法来验证系统或软件的正确性、安全性、可靠性等属性的技术。
模型验证技术可以对系统或软件的行为进行形式化的描述，并通过自动化工具进行验证和分析。
模型验证技术广泛应用于航空航天、通信、网络安全等领域。
模型验证技术的核心在于建模和验证。
建模是指将系统或软件的行为抽象成数学模型，而验证则是指利用自动化工具对模型进行分析和检查。
模型验证技术涉及的数学和逻辑方法主要有模型检查、定理证明、符号执行、抽象解释等。
三、系统可靠性分析系统可靠性分析是指对系统在特定环境下正常运行的能力进行评估。
系统可靠性分析可以帮助工程师发现和修复系统中的漏洞和缺陷，从而提高系统的可靠性。
系统可靠性分析主要包括以下几个方面：1.故障树分析故障树分析是一种系统化分析系统或软件故障的方法。
故障树是一种基于逻辑关系的树状结构，用于描述在特定条件下系统或软件故障的可能性。
故障树分析能够帮助工程师通过分析故障各种因素的关系，找出故障的根本原因。
2.可靠性建模可靠性建模是指对系统或软件进行描述和分析的过程。
通过可靠性建模，工程师可以建立系统或软件的数学模型，并对其进行评估和检验。
可靠性建模主要包括控制流图、状态转移图、Petri 网、时序逻辑等。
3.可靠性评估可靠性评估是指评估系统或软件在特定条件下正常运行的能力。
可靠性评估可以通过仿真、模拟、测试等方法进行。
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2019/12/2
可靠性设计
13
任务可靠性模型
任务可靠性模型
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。
系统中储备单元越多，则其任务可靠性越高。
注意事项
模型描述的是各单元之间的可靠性逻辑关系。
可靠性设计
18
建立任务可靠性模型的步骤
建模步骤
①确定任务和功能
②确定工作模式
1.规定产品 定义
③规定性能参数及范围 ④确定物理界限与功能接口 ⑤确定故障判据
⑥确定寿命剖面及任务剖面
⑦明确建模任务并确定限制条件
2.建立可靠 性框图
⑧建立系统可靠性框图
⑨确定未列入模型的单元
3.确定数模 ⑩系统可靠性数学模型
Ri (t )
模n 式
e e it
it
i 1
图3-35行程开关i 1可靠性框图i 1
2019/12/2
可靠性设计
9
RBD和原理图的关系
原理图表示系统中各部分之间的物理关系， 而RBD表示系统中各部分之间的功能关系， 即用简明扼要的直观方法表现能使系统完 成任务的各种串—并—旁联方框的组合。 虽然根据原理图也可以绘制出可靠性逻辑 图，但并不能将它们二者等同起来。
2019/12/2
可靠性设计
8
可靠性模型示例
可靠性框图
（收音机）1
1
1
天线
2
2 高频 放大
3
3 混频
4
4 振荡
5
5 中频 放大
6
2
6
7
检波
7 低频 放大
8
8 放音
9
9 电源
10
3
图3-2 收音机可靠性框图
1
2
3
4
4
可靠性（闭a数合）故学提障前模型
(b)不能 闭合故障
n
模式
Rs (t)
n
2019/12/2
可靠性设计
21
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。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能够获得明确的技术要 求的最低层次（如部件）为止。
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。 对系统功能的层次性以及功能接口的分析，是建 立可靠性模型的重要一步。
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。
2019/12/2
可靠性设计
10
RBD和原理图的关系
建立RBD时绝不能从结构和原理上判定系 统类型，而应从功能上研究系统类型。
下图所示的流体系统，从结构上看是由管道及 其上安装的两个阀门串联组成。为确定系统类 型，一定要分析系统的功能及其失效模式。
2个串联阀系统示意图
2019/12/2
可靠性设计
11
产品或产品的一部分不能或将不能完成预定功能的事 件或状态，称为故障。
对于具体的产品应结合产品的功能以及装备的性质与 使用范畴，给出产品故障的判别标准，即故障判据。 故障判据是判断产品是否构成故障的界限值，一般应 根据产品规定性能参数和允许的极限来确定。
2019/12/2
可靠性设计
31
任务定义及故障判据
原理图、功能层次图及功能框图
热水器
水箱
加热 系统
过压 保护 器
控制 器
温度 压力 传感 器
加热系统 水箱
过压保护 器
控制器
温度压力 传感器
开关
燃烧 室
指示 灯
天然 气进 气管
开关
燃烧室
指示灯
天然气进 气管
某家用热水器原理图
2019/12/2
图3-8 家用热水器功能层次
可靠性设计
图3-9 家用热水器功能框图
RBD和原理图的关系
第一种情况，若单元1，2功能是相互独立的，只有每个 单元都实现自己的功能（开启），系统才能实现液体流 通的功能，若其中有一个单元功能失效，则系统功能就 失效，液体就被截流。 第二种情况，单元1，2功能至少有一个功能正常，系统 就能实现截流功能。只有当所有的单元功能都失效，系 统功能才失效。
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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
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基本可靠性模型－任务可靠性模型
在进行设计时，根据要求同时建立基本可靠性及 任务可靠性模型的目的在于，需要在人力、物力、 费用和任务之间进行权衡。 设计者的责任就是要在不同的设计方案中利用基 本可靠性及任务可靠性模型进行权衡，在一定的 条件下得到最合理的设计方案。 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。
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3. 典型的可靠性模型
典型可靠性模型分类
典型的可靠性模型分为有贮备与无贮备两种，有 贮备可靠性模型按贮备单元是否与工作单元同时 工作而分为工作贮备模型与非工作贮备模型。
户要 求分
不必要功能
对于用户的任务需求而言，该功能并非是非有不可的。
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功能框图与功能流程图
用以描述在系统功能分解过程中的较低层 次功能间的接口与关联关系 。
功能框图
功能流程图
功能框图与功能流程图的逐级细化过程是 与系统的功能分解相协调的。
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系统级的功能以及它们的子功能具有唯一 的时间基准（所有功能的执行时间一样长）
复杂系统一般具有两方面的特点：
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。 在系统工作的过程中，系统的结构是可以随时 间而变化的。
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时间分析
系统的功能随时间而变的系统——功能流程图
按重 要程 度分
基本功能 辅助功能
① 起主要的必不可少的作用； ② 担任主要的任务，实现其工作目的； ③ 它的作用改变了，就会产生整体性的变化。
针对某种特定的构思所必需的功能，或辅助实现基本 功能所需要的功能。它相对于基本功能是次要的或从 属的。
按用 必要功能 对于用户的任务需求而言，是必要的和不可缺少的。
功能分析
故障定义 时间及环境
条件分析
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2. 系统功能分析
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
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可靠性框图
系统可靠性（方）框图(Reliability Block Diagrams，简写RBD）
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
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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。
全串联模型，即使存在冗余单元，都按串联处理。 故储备单元越多，系统的基本可靠性（无故障持续 时间和概率）越低。 度量使用费用。任一单元发生故障，都会引起维修 和保障要求。
5. 建模实例：某卫星过渡轨道、同步及准
同步轨道任务可靠性
6. 系统任务可靠性建模的注意事项
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1. 可靠性模型概述
系统、单元和产品
系统
系统是由相互作用和相互依赖的若干单元结合 成的具有特定功能的有机整体。
“系统”、“单元”
相对概念——可以是按产品层次划分：零部件、组件、 设备、分系统、系统、装备中任何相对的两层 “系统”包含“单元”，其层次高于“单元”
可靠性设计—— II.系统可靠性模型建立
高嵩
内容提要-1
1. 可靠性模型概述
1.1 术语及定义 1.2 基本可靠性模型－任务可靠性模型 1.3 建模的程序
2. 系统功能分析 3. 典型的可靠性模型
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内容提要-2
4. 不可修系统可靠性模型
4.1 虚单元 4.2 不含桥联的复杂系统任务可靠性模型 4.3 含桥联的复杂系统任务可靠性模型
可以描述这类系统的功能关系，为建立系统可靠 性框图模型奠定基础。 它的一个缺陷：没有对系统功能的持续时间及功 能间的时间进行描述，缺少一个时间坐标。 时间特性是可靠性分析中不可缺少的一个要素。