机械可靠性设计4系统可靠性设计概论课件
机械可靠性设计机械可靠性设计第第4章章机械系统可靠性设计机械系统可靠性设计第第4章章机械系统机械系统可靠性设计可靠性设计4.1概述概述4.2系统可靠性模型系统可靠性模型4.3系统可靠性预计系统可靠性预计4.4系统可靠性分配系统可靠性分配4.5可靠性设计方法可靠性设计方法4.1 4.1 系统可靠性设计概述系统可靠性设计概述 1机械系统可靠性的概念机械系统可靠性的概念系统：系统：是由某些相互协调工作的零部件是由某些相互协调工作的零部件、子系统组成、子系统组成，以完，以完成某成某一一特定功能特定功能的综合体的综合体单元：单元：组成系统相对独立的机件组成系统相对独立的机件系统与单元的含义均为相对的概念，由研究对象而定系统与单元的含义均为相对的概念，由研究对象而定系统的可靠性不仅与组成该系统各单元的可靠性有关，而且系统的可靠性不仅与组成该系统各单元的可靠性有关，而且也与组成该系统各单元间的组合方式和相互匹配有关也与组成该系统各单元间的组合方式和相互匹配有关机械系统机械系统：由若干个机械零部件相互有机地组合起来，完成由若干个机械零部件相互有机地组合起来，完成某一特定功能的综合体某一特定功能的综合体。
机械系统机械系统可靠性设计的目的可靠性设计的目的:使机械系统使机械系统在满足规定的可靠性指标在满足规定的可靠性指标,完成规完成规定功能的前提下定功能的前提下,使系统的技术性能使系统的技术性能、质量质量指标指标、制、制造成本及造成本及使用寿命等取得使用寿命等取得协调并达到最优化的协调并达到最优化的结果，结果，或者在性能、质量、成本、寿命和其它要求的约束或者在性能、质量、成本、寿命和其它要求的约束下，设计出高可靠性机械系统下，设计出高可靠性机械系统系统可靠性设计方法：系统可靠性设计方法：2基本可靠性模型和任务可靠性模型基本可靠性模型和任务可靠性模型可靠性模型可靠性模型是指为预计或估算产品的可靠性所建立的可靠性是指为预计或估算产品的可靠性所建立的可靠性框图和数学模型它包括框图和数学模型它包括基本可靠性模型基本可靠性模型和和任务可靠性模型任务可靠性模型，建立系统可靠性模型的目的是用于定量分配、估算和评估产建立系统可靠性模型的目的是用于定量分配、估算和评估产品的可靠性品的可靠性基本可靠性定义基本可靠性定义：产品在规定条件下无故障地持续工作时间：产品在规定条件下无故障地持续工作时间和概率基本可靠性模型基本可靠性模型用以估计产品及组成单元引起的维修及保用以估计产品及组成单元引起的维修及保障要求。
障要求系统中任一单元发生故障后都需要维修或更换，系统中任一单元发生故障后都需要维修或更换，故而可以把它看作度量使用费用的一种模型故而可以把它看作度量使用费用的一种模型基本可靠性模型是一个基本可靠性模型是一个全串联模型全串联模型，即使存在冗余单元，即使存在冗余单元，也都按串联处理所以储备单元越多，系统的基本可靠性也都按串联处理所以储备单元越多，系统的基本可靠性越低基本可靠性模型不能用来估计任务可靠性，只有在无冗余基本可靠性模型不能用来估计任务可靠性，只有在无冗余或替代工作模式时，基本可靠性模型和任务可靠性模型才或替代工作模式时，基本可靠性模型和任务可靠性模型才一致任务可靠性定义任务可靠性定义：产品在规定的任务范围内，完成规定功能：产品在规定的任务范围内，完成规定功能的能力任务可靠性模型是任务可靠性模型是用以估计产品在执行任务过程中完成规用以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，用以度量工作有效性的一种模型用，用以度量工作有效性的一种模型有备份单元（冗余单元）的子系统发生故障，可以启动备有备份单元（冗余单元）的子系统发生故障，可以启动备份单元，但不影响任务可靠性。
份单元，但不影响任务可靠性系统中的储备单元越多则其任务可靠性越高，但系统的成系统中的储备单元越多则其任务可靠性越高，但系统的成本也越高，需要权衡本也越高，需要权衡任务可靠性模型是一个任务可靠性模型是一个由包括串联、并联在内的多种连接由包括串联、并联在内的多种连接方式组成的方式组成的逻辑框图逻辑框图3系统的结构框图与可靠性框图系统的结构框图与可靠性框图系统的结构框图与可靠性框图是两个不同的概念系统的结构框图与可靠性框图是两个不同的概念两个并联安装的电容器系统结构框图和可靠性框图的区别两个并联安装的电容器系统结构框图和可靠性框图的区别如图（a）是由两个电容器并联而成的电路系统结构框图若故障定义为短路，显然其逻辑关系是电容器C1、C2任何一个短路就导致系统停运因此其可靠性框图为图（b）所示的串联关系若故障定义为开路，显然其逻辑关系是电容器C1、C2同时开路才导致系统的停运因此其可靠性框图为图（c）所示的并联关系两个阀门与导管组成的简单系统的结构框图与可靠性框图两个阀门与导管组成的简单系统的结构框图与可靠性框图4可靠性模型建立的步骤可靠性模型建立的步骤5系统可靠性模型的应用系统可靠性模型的应用系统可靠性模型在可靠性工程及可靠性管理中具有重要作用，下面简单介绍系统可靠性模型在这两方面的应用。
1）复杂系统可靠性分析与预测可靠性是系统最重要的特征之一，确保系统的可靠性是工程设计最重要的课题之一对于复杂系统，以一个整体去分析和预测其可靠性几乎是不可能的而系统可靠性模型是将子系统及其单元的可靠性有机地结合起来，形成对系统可靠性的描述因此先对相对简单的子系统或单元进行可靠性分析，进而采用其系统可靠性模型对系统进行可靠性分析和预测则较容易做到2）系统的可靠性设计当一个系统的可靠性达不到要求时，则必须采取措施加以改进通过对该系统进行可靠性分析能够提供改进提高系统可靠性的方向，而直接采用可靠性设计则提出了解决该问题的一种合适的方法3）维修决策系统或产品随着使用时间的推移而功能衰退并最终失效，而对于很多机械系统可以通过维修来延缓系统的失效维修过程中要投入较大费用，延缓失效又可以获取收益，一般地收益大于投入维修才值得系统可靠性模型能在进行维修活动分析中提供帮助4）质量保证策略产品质量是企业生存的根本保证，也是消费者的基本要求产品的可靠性是衡量产品质量的重要指标，其指标的数量化自然借助于产品的可靠性模型分析获得5）风险分析对复杂及昂贵的系统或产品，在可靠性分析中要涉及出现失效或故障时引起负面后果的概率。
可靠性模型可应用于解决此类问题4.2系统可靠性模型1)串联模型2)并联模型3)混联模型4)储备模型5)复杂系统书上例书上例4-1例4-1并联系统的特点：并联系统中系统的可靠度Rs大于任一单元的可靠度;组成系统的单元数越多，系统的可靠度越高，但系统的造价也越高；机械系统采用并联时，尺寸、重量、价机械系统采用并联时，尺寸、重量、价格都随并联数格都随并联数n n成倍地增加在动力装置、成倍地增加在动力装置、安全装置、制动装置采用并联时，常取安全装置、制动装置采用并联时，常取n=2n=23 3例4-2例4-3下图为混联系统的可靠性框图，其数学模型可运用串联和并联两种基本模型将系统中一些串联及并联部分简化为等效单元例如图中的a可按图中b，c，d的次序依次简化.Rs1=R1R2R3Rs2=R4R5Rs3=1-(1-Rs1)(1-Rs2)Rs4=1-(1-R6)(1-R7)Rs=Rs3Rs4R8储备模型储备模型当采用串联模型的设计不能满足设计指标要求时，可当采用串联模型的设计不能满足设计指标要求时，可采用储备系统的设计方式来提高可靠性水平所谓储备系采用储备系统的设计方式来提高可靠性水平所谓储备系统就是把几个单元当成一个单元来用，也就是备用或冗余统就是把几个单元当成一个单元来用，也就是备用或冗余问题。
储备系统可以分为问题储备系统可以分为工作储备系统和非工作储备系统工作储备系统和非工作储备系统两种情况两种情况1表决系统（工作储备系统）1）2/3表决系统表决系统例4-4有一架装有3台发动机的飞机，它至少需要2台发动机正常才能飞行，设飞机发动机的平均无故障工作时间MTBF=2000h，试估计工作时间为10h和100h的飞机可靠度解：n=3,k=2R(10)=0.9999;R(100)=0.9931若飞机发动机的若飞机发动机的MTBF=1000h,则：则：R(10)=0.9997;R(100)=0.97456；R(1000)=0.30642）（）（n-1）/n表决系统表决系统3）（）（n-r）/n表决模型表决模型例4-5例4-6例4-72非工作储备模型组成系统的n个单元中只有一个单元工作，当工作单元故障时通过故障监测装置及转换装置接到另一个单元进行工作的模型叫做非工作储备模型非工作储备模型分为冷储备和热储备两种情况冷储备的特点是当工作单元工作时，备用或待机单元完全不工作，一般认为备用单元在储备期间故障率为零，储备期长短对以后的使用寿命没有影响热储备的特点是当工作单元工作时，备用或待机单元不是完全处于停滞状态（如电机已经启动但不承担负载；电子管灯丝已经预热但未加电压）。
因此，备用单元在储备期间也有可能发生故障事实上，不管是冷储备还是热储备，他骂你的备用单元在储备期间的失效故障率都不等于零，只是冷储备的故障率极低，一般认为它在储备期间的故障率为零而热储备则不然，它在备用期间的故障率要比冷储备高，因此热储备的备用单元故障率必须考虑1）冷储备系统）冷储备系统（1）两个单元（一个单元备用）的系统）两个单元（一个单元备用）的系统（2）n个单元（个单元（n-1个单元备用）的系统个单元备用）的系统=（3）多个单元工作的系统）多个单元工作的系统（4）考虑检测器和开关可靠性的系统）考虑检测器和开关可靠性的系统2）热储备系统热储备系统与冷储备系统的不同在于热储备系统中备用单元的故障率不能忽略备用单元的故障率与工作单元的故障率是不同的一般来说备用单元的故障率低于工作单元的故障率热储备系统在工程实际中应用较多比如，飞机上的备用发动机，在飞机正常飞行时备用发动机已经启动但处于空载一旦工作发动机产生故障时，备用发动机马上可以投入工作而不需要经过启动阶段这是飞机空中飞行时的需要，必须采用热储备而不能采用冷储备热储备系统的可靠度计算要比冷储备系统更加复杂这里我们只讨论最简单的情况1）两单元（一个单元备用）系统）两单元（一个单元备用）系统（2）考虑检测器和开关可靠性的系统）考虑检测器和开关可靠性的系统复杂系统复杂系统在工程实际中，有些系统并不是由简单的串联、并联系统组合而成的，如桥式逻辑框图。
下面将讨论任意可靠性结构的系统可靠度计算方法1布尔真值表法布尔真值表法2全概率公式法（分解法）全概率公式法（分解法）3检出支路法（路径枚举法）检出支路法（路径枚举法）4.3系统可靠性预计1可靠性预计的目的可靠性预计的目的可靠性预计是指产品的设计与研制阶段，根据产品的功能结构、工作环境以及组成产品单元的相互关系和可靠性数据，推测产品可能达到的可靠性指标可靠性预计是一个由局部到整体、由小到大、由下到上的过程，是一个综合的过程对于机械类产品而言，可靠性预计具有一些不同于电子类产品的特点：许多机械产品是为特定用途单独设计的，通用性不强，标准化程度不高；机械产品的故障率通常不是常值，其设备的故障往往是由耗损、疲劳和其他与应力有关的故障机理造成的；机械产品的可靠性与电子产品的可靠性相比对载荷、使用方式和利用率更加敏感基于上述特点，机械部件的故障率往往是非常分散的因此用数据库中已有的统计数据进行预测，其精度是无法保证的目前预计机械产品可靠性尚没有相当于电子产品那样通用、可接受的方法近年来，国外通过研究出版了一些手册和数据集，例如，机械设备可靠性预计程序手册、非电子零部件可靠性数据（NPRD-3）等，对现阶段机械产品可靠性预计工作具有很大参考价值。
可靠性预计的目的在于发现薄弱环节、提出改进措施、进行方案比较，以选择最佳方案可靠性预计的数据也可用来作为可靠性分配的依据，具体目的有以下几个方面：（1）了解方案设计是否与技术要求的可靠性指标相符合，这种相符合的可能性有多大2）所设计的产品在进行试验和实际运行的数据中，如发现可靠度达不到原预计的可靠度或可靠度下降时，便可根据故障率异常的情况来查找产品中的某一特定部位是否发生了故障3）在设计的最初阶段，找出薄弱环节，并采取改进措施4）可靠性预计是可靠性分配的依据，在制定可靠性指标时，有助于找到可能实现的合理值5）有助于零部件的正确选择6）有助于可靠性指标和性能参数综合考虑7）对于某些无法进行整机可靠性试验的产品，可采用把各部件的试验数据综合起来以计算整机可靠度的办法，这就是根据零部件的可靠度来预计全系统的可靠度8）为可靠性增长试验、验证试验及费用核算等方面的研究提供依据2可靠性预计的程序可靠性预计的程序1）对被预计的系统做出明确定义）对被预计的系统做出明确定义明确规定系统的功能和功能容许极限，当系统已被明确定义，则其工作条件、工作性能和容许偏差都为已知，那么系统的故障也就有了定义，当系统的一项或多项性能超出了容许偏差，就算是系统出了故障。
2）确定分系统）确定分系统把系统分解成若干分系统，各分系统应能明确区分而不应有重复，同时要考虑它的储备结构和工作的独立性3）找出影响系统可靠度的主要零件）找出影响系统可靠度的主要零件在各分系统中，总有某些零件对系统的可靠度几乎不产生影响，这样的零件在总体可靠性预计中可以忽略不计另外某些零件在系统中使用数量多、故障率高、对系统可靠度影响大，找出这些零件并加以控制以便提高系统可靠度4）确定各分系统中所用的零部件的故障率）确定各分系统中所用的零部件的故障率对零件分类进行分析，根据零部件名称可以查零部件故障数据手册，从而得到基本故障数据然后再根据使用环境条件等计算出零部件的故障率5）计算分系统的故障率）计算分系统的故障率根据零部件的故障率，计算出各分系统的故障率6）定出用以修正各分系统故障率基本数值的修正系数）定出用以修正各分系统故障率基本数值的修正系数如果同一分系统内的零件都承受相同的应力，在计算零件故障率时又没有考虑这些应力，则为了修正分系统的故障率，可以确定一个单一的修正系数在对整个分系统施加应力时，实际上大多不是对每个零件乘以修正系数，而是将分系统的故障率乘上一个修正系数7）计算系统故障率的基本数值）计算系统故障率的基本数值根据每一个分系统的故障率，就可以计算整个系统的故障率，其中包括储备系统的故障率计算。
3单元可靠性预计单元可靠性预计4系统可靠性预计的一般方法系统可靠性预计的一般方法系统可靠性是各组成单元可靠性概率综合，常用的可靠性预计方法有：相似设备法评分预计法界限法蒙特卡罗法修正系数法1）相似设备法）相似设备法相似设备法是利用成熟的相似设备所得到的经验数据来估计新设备的可靠性，成熟设备的可靠性数据来自现场使用评价和实验室的试验结果这种方法在试验初期广泛应用，在研制的任何阶段也都适用，尤其是非电产品，查不到故障数据，全靠自身数据的积累，成熟产品的详细故障数据记录越全，比较的基础越好，预计的准确度也越高，当然也取决于产品的相似程度相似设备法是一种比较粗略的预测方法，但它的优点是一开始设计，就把提高系统可靠性的技术措施贯彻到工程设计中去，以免事后被迫更改设计相似设备法一般预计程序如下：（1）确定相似产品考虑产品的相似因素，选择确定与新产品最为相似且有可靠性数据的产品2）分析相似因素对可靠性的影响分析所考虑的各因素对产品可靠性的影响程度，分析新产品与老产品的设计差异及这些差异对可靠性的影响3）新产品可靠性预计根据（2）中的分析，确定新产品与老产品的可靠度比值，然后由有经验的专家对这些比值进行评定，最后根据比值预计出新产品的可靠度。
书上例书上例4-3某型号导弹射程为3500km，已知飞行可靠性指标为R=0.8857，各分系统可靠度为：战斗部0.99安全自毁系统0.98弹体结构0.99控制系统0.98发动机0.9409为了将该型号导弹射程提高到5000km，对发动机采取了三项改进措施：（1）采用能量更高的装弹；（2）发动机长度增加1m；（3）发动机壳体壁厚由5mm减为4.5mm试预计改进后的导弹飞行可靠性2）评分预计法）评分预计法评分预计法是在可靠性数据非常缺乏的情况下（可以得到个别产品可靠性数据），通过有经验的设计人员或专家对影响可靠性的几种因素进行评分，对评分结果进行综合分析以获得各单元产品之间的可靠性相对比值，再以某一个已知可靠性数据的产品为基准，预计其它产品的可靠性评分因素评分因素复杂程度、技术水平、工作时间、环境条件评分原则评分原则以产品故障率为预计参数来说明评分原则：各因素评分值为110，评分越高说明可靠性越差复杂程度：复杂程度：根据组成单元的元部件数量以及它们组装的难易程度来评定最简单的评1分，最复杂的评10分技术水平：技术水平：根据单元目前的技术水平的成熟来评定水平最低的评10分，水平最高的评1分工作时间：工作时间：根据单元工作的时间来定（前提是以系统的工作时间为时间基准）。
系统工作时单元也一直工作的评10分，工作时间最短的评1分环境条件：环境条件：根据单元所处的环境来定单元工作过程中会经受及其恶劣和严酷环境条件的评10分，环境条件最好的评1分工作时间这个评分因素需要注意：如果系统中所有单元的故障率以系统工作时间为基准，即所有单元故障率统计是以系统工作时间为同级时间计算的，那么各单元的工作时间虽然不同，但统计时间却相等，因此必须考虑此因素；如果系统中所有单元的故障率以单元自身工作时间为基准，即所有单元故障率统计是以单元自身工作时间为统计时间计算的，则各单元的工作时间不相同时故障率统计时间也不同，可不考虑此因素书上例4-4序号序号单元名称单元名称1动力装置56557500.385.42武器761028400.33595.63制导装置1010551.04飞行控制装置885722400.896254.95机体421086400.25672.86辅助动力装置65557500.385.4评分预计法主要适用于产品的初步设计与详细设计阶段，可用于各类产品的可靠性预计是在产品可靠性数据十分缺乏的情况下进行可靠性预计的有效手段，但其预计的结果受人为影响较大因此，在应用时尽可能多请几位专家评分，以保证评分的客观性，提高预计的准确性。
3）界限法）界限法界限法是一个经验法则，没有严格的数学推导，但实质上是一种数学模型计算法由于只是略去了高阶项，虽然在精度上受些影响，但还是保证有一定的精确度，而且大大简化了计算，节省了大量时间在系统太复杂，无法建立精确的数学模型时，它的优点特别突出因此这种方法都用在比较复杂的系统上，由于界限法需要预先知道各个单元的可靠度，一般用于详细设计阶段4）蒙特卡罗法）蒙特卡罗法当系统中各个单元的可靠性特征量已知，但当系统中各个单元的可靠性特征量已知，但系统的可靠性模型过于复杂，难以建立可靠性预系统的可靠性模型过于复杂，难以建立可靠性预计的精确数学模型或模型太复杂而不便应用则可计的精确数学模型或模型太复杂而不便应用则可用随机模拟法近似计算出系统可靠性的预计值用随机模拟法近似计算出系统可靠性的预计值随着模拟次数的增多，其预计精度也逐渐增高随着模拟次数的增多，其预计精度也逐渐增高由于需要大量反复的计算，一般均用计算机来完由于需要大量反复的计算，一般均用计算机来完成蒙特卡洛蒙特卡洛模拟法求解步骤模拟法求解步骤:应用此方法求解工程技术问题可以分为两类:确定性问题和随机性问题解题步骤如下：1)根据提出的问题构造一个简单、适用的概率模型或随机模型，使问题的解对应于该模型中随机变量的某些特征（如概率、均值和方差等），所构造的模型在主要特征参量方面要与实际问题或系统相一致2)根据模型中各个随机变量的分布，在计算机上产生随机数，实现一次模拟过程所需的足够数量的随机数。
通常先产生均匀分布的随机数，然后生成服从某一分布的随机数，方可进行随机模拟试验3)根据概率模型的特点和随机变量的分布特性，设计和选取合适的抽样方法，并对每个随机变量进行抽样（包括直接抽样、分层抽样、相关抽样、重要抽样等）4)按照所建立的模型进行仿真试验、计算，求出问题的随机解5)统计分析模拟试验结果，给出问题的概率解以及解的精度估计蒙特卡洛模拟法应用举例蒙特卡洛模拟法应用举例蒙特卡洛模拟法确定零件强度的概率分布和数字特性，其步骤如蒙特卡洛模拟法确定零件强度的概率分布和数字特性，其步骤如下下:（a a）确定零件强度）确定零件强度S S与其影响因素（变量）之间的函数关系与其影响因素（变量）之间的函数关系 S=g(x1S=g(x1，x2x2，xn)xn)b(b）确定零件强度函数中每一个变量）确定零件强度函数中每一个变量xixi的概率密度函数的概率密度函数f f（xixi）和和累积概率分布函数累积概率分布函数F F（xixi），假定这些变量是相互独立的假定这些变量是相互独立的c c）对强度函数中的每一变量）对强度函数中的每一变量xixi，在，在00，11之间生成许多均匀分之间生成许多均匀分布的随机数布的随机数F F（xijxij）式中式中 i i变量个数，变量个数，i=1i=1，2 2，n n；j j模拟次数，模拟次数，j=1j=1，2 2，m m。
蒙特卡洛模拟法应用举例蒙特卡洛模拟法应用举例（d）计算零件强度函数S的统计特征量蒙特卡洛模拟法应用举例蒙特卡洛模拟法应用举例（e）做强度函数S的直方图，并拟合其分布将函数Sj值按升序排列，得S1S2SjSm由此做出直方图，可从正态分布、威布尔分布、对数正态分布、指数分布中，拟合出一至两种可能的分布f）对强度分布做假设检验可用x2检验或K-S检验，以得到拟合较好的一种分布，并可用数理统计的区间侉计方法，估计出统计模拟结果的误差基本思路：虽然机械产品的“个性”较强，难以建立产品级的可靠性预计模型，但若将它们分解到零件级，则有许多基础零件是通用的机械零件通常分为密封件、弹簧、电磁铁、阀门、轴承、齿轮和花键、作动器、泵、过滤器、制动器和离合器等多类对诸多零件进行故障模式及影响分析，找出其主要故障模式及影响这些模式的主要设计、使用参数，再通过数据收集、处理及回归分析，就可以建立各零件故障率与上述参数的数学函数关系（即故障率模型或可靠性预计模型）5）修正系数法）修正系数法5可靠性预计注意事项可靠性预计注意事项可靠性分配的任务可靠性分配的任务可靠性分配的目标可靠性分配的目标可靠性分配的原则可靠性分配的原则可靠性分配的方法可靠性分配的方法4.4 系统可靠性系统可靠性分配分配在机械产品的设计阶段，首先必须明确整个机械系统的可靠性指标，这一指标一般由订购方提出并在研制合同中规定。
为了保证这一指标的实现，必须把系统的指标分配给各个分系统，然后再把各个分系统的可靠性指标分配给下一级的单元，一直分配到零件级这种把系统的可靠性指标按一定的原则合理地分配给分系统和零部件的方法称为可靠性分配可靠性分配的任务可靠性分配的任务将工程设计规定的可靠性指标合将工程设计规定的可靠性指标合理地分配给组成系统的各个单元理地分配给组成系统的各个单元可靠性分配的目标可靠性分配的目标确定各单元合理的可靠性指标确定各单元合理的可靠性指标,并将他们作为元件设计的依据并将他们作为元件设计的依据4.4.1 4.4.1 可靠性分配的原则可靠性分配的原则（1）对于改进潜力大的分系统或部件，分配的指标可以高一些2）由于系统中关键件发生故障将会导致整个系统的功能受到严重影响，因此关键件的可靠性指标应分配得高一些3）在恶劣环境下工作的分系统或部件，可靠性指标要分配得低一些4）新研制的产品，采用新工艺、新材料的产品，可靠性指标也应分配得低一些5）易于维修的分系统或部件，可靠性指标可以分配得低一些6）复杂的分系统或部件，可靠性指标可以分配得低一些可靠性指标的分配应考虑产品的技术水平、重要程度及经济性等方面的因素分配的总原则是以最少的经济代价满足系统的可靠性要求。
4.4.2可靠性分配的方法比例组合法比例组合法考虑系统各组成部分重要度和复杂度的考虑系统各组成部分重要度和复杂度的分配法分配法评分分配法评分分配法动态规划分配动态规划分配法法最少工作量法最少工作量法AGREE分配法分配法容许故障概率分配法容许故障概率分配法等分配法等分配法1比例组合法比例组合法如果一个新设计的系统与老系统非常相识，也就是组成系统的各分系统类型相同，对于这个新系统只是根据新情况提出新的可靠性要求考虑到一般情况下设计都具有继承性，即根据新的设计要求在原来老产品的基础上进行改进这样新老产品的基本组成部分非常相似，此时若有老产品的故障统计数据，那么就可应用比例组合法由老系统中各分系统的失效率，按新系统的可靠性要求，给新系统各分系统分配失效率2考虑系统各组成部分重要度和复杂度的分配法考虑系统各组成部分重要度和复杂度的分配法3评分分配法评分分配法4等等分配法分配法本方法用于设计初期，对各单元可靠性资料掌握很少，故假定各单元条件相同a.a.串联系统串联系统式中：Rs-系统要求的可靠度Ri-第i单元分配得的可靠度n-串联单元数b.b.并联系统并联系统式中F-系统要求的不可靠度Fi-第i单元分配得的不可靠度Rs-系统要求的可靠度n-并联单元数c.c.混联系统混联系统一般可化为等效的单元，同级等效单元分配给相同的可靠度。
例如图中的单元可先按图c，分配得例4-95再分配再分配法法例4-106相对失效率法和相对失效概率法例4-11例4-12例4-137动态规划分配法前面介绍的几种可靠性分配方法都是以所设计的系统能满足规定的可靠性指标为目的，除了可靠性指标外，没有其它的约束条件动态规划是运筹学的一个分支，它是解决多阶段决策过程最优化的一种方法由于它算法简单，而且仅为算术运算，因而是做带有约束条件的冗余系统可靠度分配的一种很有用的方法多阶段决策问题是指这样一类活动的过程，由于它的特殊性，可将过程划分为若干个互相联系的阶段在它的每一个阶段都需要做出决策，并且一个阶段的决策确定以后，常影响下阶段的决策，从而影响整个过程的活动路线，不同的路线其效果也不同多阶段决策问题就是在允许选择的那些路线中选择最优的，使在预定的目标下达到最好的效果在这类问题中阶段往往用时间或空间来分，不同的决策随阶段而变，这就有动态的含义它在一定条件下也可以解决与时间无关的静态规划中的优化问题，只要人为引入阶段因素即可动态规划的一个重要特点是它的状态“无后效性”所谓状态是指在所研究的那个阶段上，系统可取的各种可能状况状态的无后效性指的是，如给定了某一段的状态，则这段以后过程的发展不受这段以前各状态的影响。
这样当各状态都确定时，整个过程也就随之确定了这就意味着在过程的运行中，只能通过当前的状态去影响它未来的发展，即当前状态就是未来过程的初始状态，有了它就可以做出下一步最优决策而不用去考虑过去历史的变化过程利用动态规划的最优化原理及状态无后效性性质，就可以把多阶段决策求解过程看成是一系列的有序的连续的递推过程书上例4-6某系统有三个分系统串联而成，每个分系统的质量和可靠度如表4-9所示，整个系统的可靠度不能满足规定的要求为增加可靠度，允许再增加4kg质量，问如何分配这4kg使系统可靠度最大每个分系统最多增加两个冗余设备（即一个分系统最多由三个设备组成）动态规划分配法的优点：（1）可以大大减少计算量，这是由于用了最优化原理，在各阶段做出决策，舍去了一些不合理的解2）得到一个最优解的步数是有限的3）计算可靠度用的函数式或质量、成本估计公式，在形式上没有任何限制，可以是线性或非线性函数表达式4）最后得到的是严格的最优整数解，但动态规划法一般只适用于约束条件数目小于3的情况8AGREE分配法例4-149数学规划优化分配法（花费最少的优化分配方法）式中，Rn+1=1例4-1510容许故障概率分配法进行容许故障概率法分配之前必须对系统作如下假设：（1）系统为串联结构或归并为串联结构；（2）每个单元的容许故障率为F=t（0.01），其可靠度同1-t近似；（3）容许的故障率包括不工作时的故障率（储存故障率），对于与储存时间有关的单元需考虑这点；（4）单元的寿命服从指数分布。
在分配时，分配给单元的容许故障概率正比于单元的预测故障概率用这种方法要求考虑3个重要方面，即单元的重要性、单元的工艺状况改进的潜力、维修对功能的影响1）重要性因子M1单元在系统中的重要程度用重要性因子表示次要单元：单元损坏仅使任务受到损失，M1=1；主要单元：单元故障影响系统任务完成，M1=5；关键单元：单元故障将带来人员伤亡或设备损坏，M1=10.重要性因子的值越高，分配给该单元的可靠性指标越高2）改进因子M2大型复杂系统从研制到生产定型需要很长的时间，在这段时间工作的可改进程度用改进因子M2来表示对于立即可以改进的单元、立即改进可能性小的单元及不太可能改进的单元M2分别按3：2：1的比例进行分配因为容易改进（M2较大）的单元通过工艺改进提高可靠性的潜力较大，分配可靠性指标时可以高些3）维修因子M3对允许维修的单元，分配的可靠性指标可以低些，冗余单元要求更低，维修因子表示允许维修程度当不允许维修时，M3=1，其它情况的M314.5 可靠性设计方法可靠性设计方法可靠性设计是使产品的可靠性要求在设计中得以落实的技术，可靠性设计决定了产品的固有可靠性产品因设计原因而引发的故障约占产品总故障数的40%50%，足以说明可靠性设计的重要性。
已知机械系统可靠性的指标，如何使系统性能、指标、成本、寿命等达到最优结果，这就是可靠性设计问题1结构可靠性设计结构可靠性设计结构可靠性：结构在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力结构：能够承受和传递可能发生的各种载荷作用的工程构件结构可以是一个零件，也可以是有多个零件构成的部件或系统结构可靠性与时间有关因为所研究的任何结构都有使用寿命，有的是几年、几十年或者更长，有的是在几分钟或者几秒之内超过了规定的时间，结构可靠性会降低到规定的标准以下，不宜继续使用与结构可靠性有关的另一个问题是环境条件，诸如外力、温度、冲击、振动、周围介质情况等，相同的结构在不同的环境条件下，其可靠性可能全然不同可靠性与故障是在一个统一体内存在着的事物的两个方面，在分析和评估结构可靠性时必须对结构故障有充分的了解结构故障：结构或结构的一部分不能或将不能完成预定功能的事件或状态对于不可修复结构，结构故障称为失效比如：导弹在储存和运输期间出现的弹体结构损坏，可以通过维修对损坏部分进行修复或更换，使弹体结构能够恢复到原来的功能，这种损坏称为故障；导弹在发射和飞行过程中，弹体或弹体的某一部分发生了毁损，在这种情况下不可能对损坏部分进行修复或更换，弹体丧失了其规定的功能，故称之为失效。
故障与失效的主要区别在于结构毁损后是否能够进行维修结构可靠性设计的主要目标是保证每一结构在设计使用期间内，将完成规定功能出现的风险控制在可以接受的范围之内结构可靠性设计能够解决两方面的问题：1）根据设计计算确定结构的可靠度或可靠指标；2）根据结构设计任务提出的结构可靠性目标值确定能够实现该目标值的各构件参数在结构可靠性的分析计算中，是以分析结构失效的物理原因为出发点的结构可靠性基本原理：结构的负荷能力、适用性能、耐久性能等统称为结构功能结构功能通常以极限状态为标志，结构到达它不能完成预定功能之前的一种特殊状态，即一种临界状态，称为结构的极限状态结构极限状态可用其功能函数予以精确表达设Xi（i=1，2，n）为描述结构状态的基本变量，则结构功能可用如下功能函数表达：Z=g（X1，X2，Xn）功能函数的取值严格地把结构区分为三种不同的状态，即可靠状态、极限状态和失效状态：若Z=g（X1，X2，Xn）0，则结构处于可靠状态若Z=g（X1，X2，Xn）=0，则结构处于极限状态若Z=g（X1，X2，Xn）0，则结构处于失效状态结构可靠性Pr=P（Z0）结构失效概率或结构不可靠度Pf=P（Z0）2冗余设计为提高系统功能而附加一个或一套以上的零件、部件和设备，达到使其中之一发生失效但整个系统并不发生失效的结果，这种系统称为冗余系统，这种设计方法称为冗余设计。
冗余设计是系统或设备获得高可靠性、高安全性和高生存能力的设计方法之一特别是当零部件质量与可靠性水平比较低、采用一般设计已无法满足设备的可靠性要求时，冗余设计就具有重要的应用价值冗余设计可以采用相同单元冗余，也可以采用不同单元的冗余冗余虽然能提高系统任务可靠性，但降低了系统基本可靠性3耐环境设计在实际使用中，机械系统在不同环境的影响下，其可靠性是不同的，恶劣的环境使其可靠性明显下降环境因素环境因素单一环境因素影响和各环境因素对设备的影响如表4-12和表4-13所示耐低温设计耐低温设计低温下保证电子设备可靠性的基本措施：防冲击和耐振动设计防冲击和耐振动设计1）减振设计减振设计采用的是隔离技术，在振动源与被振的部件之间装入专用隔离介质，消弱振动源传递到部件的能量2）阻尼设计借助于阻尼材料的阻尼性能来消耗外来的振动能量3）去耦技术去耦技术的目的是防止共振耐湿设计耐湿设计抵消湿气的方法有：防沙尘设计防沙尘设计沙尘主要通过以下方式使设备性能退化：1）由于擦伤而加剧磨损；2）由于摩擦而加剧磨损与发热；3）过滤器、小孔和敏感装置被堵塞措施：空气循环、过滤器4耐热设计耐热设计1）低温疲劳金属在低温下强度提高而塑性降低。
在高周疲劳时，温度降低时光滑试样的疲劳强度比在室温下有较大的提高因此对于高周疲劳，低温时的设计与室温时的完全相同，其设计数据也可保守地使用室温下的疲劳设计数据对于低周疲劳，由于塑性应变起主导作用，情况与高周疲劳相反，其疲劳性能随温度的降低而降低2）高温疲劳机械高温失效主要有蠕变强度和持久强度的失效对于承受交变载荷或起停次数较多的高温工作零件，除了考虑蠕变强度或持久强度以外，还应考虑高温疲劳性能。
