论文部分内容阅读
摘 要：通过绘制某襟翼系统可靠性框图和建立其数学模型，在此基础上对该系统进行可靠度分析，以比较两种方案的可靠度水平等，从而对两种方案权衡择优。
关键词：可靠性建模 可靠度分析 某襟翼系统
中图分类号：V227 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（b）-0053-01
国内外产品研制、生产、使用的实践经验充分证明，产品的可靠性首先是设计出来的。认真做好产品的可靠性设计与分析工作，是提高和保证产品可靠性的根本措施[1]。可靠性设计与分析的第一步是建立可靠性模型，模型建立得准确与否是可靠性设计和分析准确与否的关键步骤。然后，在模型的基础上进行可靠度分析，从而影响设计过程和评估设计效果。
可靠度分析分为定性分析和定量分析。可以对单方案产品可靠度分析和优化，也可以分析各方案的可靠性水平，而进行权衡择优。
1 可靠性模型
可靠性建模是可靠度分析工作的基础。可靠性模型包括可靠性框图和相应的数学模型。下面介绍一下本文用到的各类型系统的可靠性框图、可靠性数学模型和失效率公式[2]。
（1）n单元串联系统
此类系统可靠性框图、可靠性数学模型和失效率公式如图1：
其可靠性数学模型：
（1）
其失效率公式：
（2）
（2）两个相同单元并联系统
此类系统可靠性框图、可靠性数学模型和失效率公式如图2：
其可靠性数学模型：
（3）
其失效率公式
（4）
3、两个单元旁联系统
此类系统可靠性框图如图3：
两个单元为不同单元，其可靠性数学模型为：
（5）
其失效率公式为：
（6）
两个单元为相同单元，其可靠性数学模型：
（7）
其失效率公式：
（8）
2 某襟翼系统可靠性模型
某襟翼系统有3个模块组成：襟翼执行机构、动力源和电源模块，其中动力源模块为热储备模块（2个液压源并联），电源模块为冷储备模块（主电源与应急电源旁联）。这3个功能模块共同完成同一功能，从功能角度来看为串联关系，即襟翼执行机构（1单元）、1个热储备模块（2、3单元并联）和1个冷储备模块（4、5单元旁联）串联。参照表1常用模型进行组合，该系统可靠性框图如图1。
该系统在选择电源时有两个方案，即热储备模块均采用相同单元，即故障率，冷储备模块有两个方案可选。
在方案1中，冷储备模块采用不同单元，为非相似设计。冷储备模块部分为旁联设计，主电源比应急电源工作时间长，采用主单元可靠性高于备用单元可靠性的方案，即故障率。
在方案2中，冷储备模块亦采用相同单元，故障率。
假设系统内各单元寿命均服从指数分布，该系统通用可靠度数学模型如下：
（9）
各单元寿命均服从指数分布，系统故障率为每个串联模块的故障率的加和，因此该系统故障率公式如下：
（10）
在方案1中，热储备模块采用相同单元，即。冷储备模块采用不同单元，应急电源可靠性水平低于主电源，即。其数学模型、故障率公式化简如下：
（11）
（12）
在方案2中，热储备模块和冷储备模块均采用相同单元，即，，其数学模型、故障率公式化简如下：
（13）
（14）
3 系统可靠度分析
分析1：系统故障率公式构成分析
从系统可靠度通用公式中可以看出，系数为1、系数为2/3，从公式结构来看，占得比重要高，因此，单元1采用可靠度高的产品比热备份模块采用可靠度高的产品对于提高系统可靠度的效果要好。
分析2：两个方案可靠度比较分析
两个方案中单元4的可靠度高于单元5的可靠度，因此，
可以得出，即
因此，不考虑功能模块时序性和方案经济性等的情况下，方案1的系统可靠度低于方案2的系统可靠度。
当考虑功能模块的时序性时，单元4的可靠度足够高、质量足够好，在系统使用寿命中单元4没有发生故障或很少发生故障，没有用到单元5或用到单元5的时间很短，单元5采用可靠性高的产品必然导致成本增加。另外，采用不相同单元作为备份提高整个系统的设计独立性，因此，方案2中系统在设计的独立性方面和经济性方面要高于方案1。
参考文献
[1] 龚庆祥，赵宇，顾长鸿.型号可靠性工程手册[M].北京：国防工业出版社，2007.4.
[2] 张增照.以可靠性为中心的质量设计、分析与控制[M].北京：电子工业出版社，2010.
关键词：可靠性建模 可靠度分析 某襟翼系统
中图分类号：V227 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（b）-0053-01
国内外产品研制、生产、使用的实践经验充分证明，产品的可靠性首先是设计出来的。认真做好产品的可靠性设计与分析工作，是提高和保证产品可靠性的根本措施[1]。可靠性设计与分析的第一步是建立可靠性模型，模型建立得准确与否是可靠性设计和分析准确与否的关键步骤。然后，在模型的基础上进行可靠度分析，从而影响设计过程和评估设计效果。
可靠度分析分为定性分析和定量分析。可以对单方案产品可靠度分析和优化，也可以分析各方案的可靠性水平，而进行权衡择优。
1 可靠性模型
可靠性建模是可靠度分析工作的基础。可靠性模型包括可靠性框图和相应的数学模型。下面介绍一下本文用到的各类型系统的可靠性框图、可靠性数学模型和失效率公式[2]。
（1）n单元串联系统
此类系统可靠性框图、可靠性数学模型和失效率公式如图1：
其可靠性数学模型：
（1）
其失效率公式：
（2）
（2）两个相同单元并联系统
此类系统可靠性框图、可靠性数学模型和失效率公式如图2：
其可靠性数学模型：
（3）
其失效率公式
（4）
3、两个单元旁联系统
此类系统可靠性框图如图3：
两个单元为不同单元，其可靠性数学模型为：
（5）
其失效率公式为：
（6）
两个单元为相同单元，其可靠性数学模型：
（7）
其失效率公式：
（8）
2 某襟翼系统可靠性模型
某襟翼系统有3个模块组成：襟翼执行机构、动力源和电源模块，其中动力源模块为热储备模块（2个液压源并联），电源模块为冷储备模块（主电源与应急电源旁联）。这3个功能模块共同完成同一功能，从功能角度来看为串联关系，即襟翼执行机构（1单元）、1个热储备模块（2、3单元并联）和1个冷储备模块（4、5单元旁联）串联。参照表1常用模型进行组合，该系统可靠性框图如图1。
该系统在选择电源时有两个方案，即热储备模块均采用相同单元，即故障率，冷储备模块有两个方案可选。
在方案1中，冷储备模块采用不同单元，为非相似设计。冷储备模块部分为旁联设计，主电源比应急电源工作时间长，采用主单元可靠性高于备用单元可靠性的方案，即故障率。
在方案2中，冷储备模块亦采用相同单元，故障率。
假设系统内各单元寿命均服从指数分布，该系统通用可靠度数学模型如下：
（9）
各单元寿命均服从指数分布，系统故障率为每个串联模块的故障率的加和，因此该系统故障率公式如下：
（10）
在方案1中，热储备模块采用相同单元，即。冷储备模块采用不同单元，应急电源可靠性水平低于主电源，即。其数学模型、故障率公式化简如下：
（11）
（12）
在方案2中，热储备模块和冷储备模块均采用相同单元，即，，其数学模型、故障率公式化简如下：
（13）
（14）
3 系统可靠度分析
分析1：系统故障率公式构成分析
从系统可靠度通用公式中可以看出，系数为1、系数为2/3，从公式结构来看，占得比重要高，因此，单元1采用可靠度高的产品比热备份模块采用可靠度高的产品对于提高系统可靠度的效果要好。
分析2：两个方案可靠度比较分析
两个方案中单元4的可靠度高于单元5的可靠度，因此，
可以得出，即
因此，不考虑功能模块时序性和方案经济性等的情况下，方案1的系统可靠度低于方案2的系统可靠度。
当考虑功能模块的时序性时，单元4的可靠度足够高、质量足够好，在系统使用寿命中单元4没有发生故障或很少发生故障，没有用到单元5或用到单元5的时间很短，单元5采用可靠性高的产品必然导致成本增加。另外，采用不相同单元作为备份提高整个系统的设计独立性，因此，方案2中系统在设计的独立性方面和经济性方面要高于方案1。
参考文献
[1] 龚庆祥，赵宇，顾长鸿.型号可靠性工程手册[M].北京：国防工业出版社，2007.4.
[2] 张增照.以可靠性为中心的质量设计、分析与控制[M].北京：电子工业出版社，2010.