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可靠性设计
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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。
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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
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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。
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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
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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。
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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
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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。
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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
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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。