可靠性模型(Reliability Model)是指从可靠性观点出发,依照系统各单元之间存在的功能逻辑关系用框图表达出来(可靠性结构模型)。用数学方法对这种关系加以描述,这就是可靠性数学模型。
2.2.5.1 可靠性基本模型
可靠性模型是可靠性结构模型(可靠性框图)和对应的可靠性数学模型的总称。
当一个复杂的系统由多种设备和子系统组成时,系统的配置方法会对整个系统的可靠性产生巨大的影响,典型的系统配置有串联型、并联冗余型和混合型三种组合形式。
2.2.5.2 串联系统的可靠性模型
串联系统的可靠性:如果系统S是由n个子系统S1,S2,…Sn,组成,每一个子系统对于系统的正常工作都是必需的、不可或缺的,任何一个子系统Si的失效,都将导致系统工作不正常,这样的系统就称为串联系统。串联系统的可靠性模型如图2-10所示。
图2-10 串联系统可靠性模型
串联系统总可靠度为:
式中,R(t)表示系统的总可靠度,Ri(t)表示子系统Si的可靠度。
2.2.5.3 并联系统的可靠性模型
如果系统S的n个子系统中只要有部分子系统正常工作,系统就能正常工作,这样的系统就称为并联冗余系统,也称工作储备模型。并联冗余系统可靠性模型如图2-11所示。
图2-11 并联冗余系统可靠性模型
(N+1)个子系统并联构成一个冗余系统,如果系统中的任何一个子系统失效,均不会影响系统的功能,只有在任两个子系统同时失效时,系统才不能正常工作,此系统被称为“N+1”并联冗余系统。(www.xing528.com)
如果每个子系统的可靠度都为R(t),则由两个子系统组成的并联冗余系统称为“1+1”并联冗余系统,其可靠性为:
当由(N+1)个子系统组成只有一个备份的冗余并联系统时,相当于多个“1+1” 冗余并联系统串联,串联的个数为:
当N=1时,相当于1个“1+1”冗余系统。
当N=2时,相当于3个“1+1”冗余系统串联。,
当N=3时,相当于6个“1+1”冗余系统串联。
于是可知由n个子系统并联组成只有一个子系统备份的冗余系统的可靠度为:
只并联没有冗余的系统不属于并联冗余系统,其可靠性模型应为串联系统。
2.2.5.4 混合系统的可靠性模型
从前面的分析可知,并联冗余系统可靠性比串联系统可靠性大,可以简化认为串联系统可靠性取决于弱者,并联系统可靠性取决于强者。在实际的工程中,为了取得成本和可靠性的平衡,常常使用串联和并联的混合系统,即对可靠度较低的单元采用并联冗余系统,对可靠度高的单元采用串联系统。
混合系统可靠性比串联系统可靠性高,比完全并联系统简单。大部分的机电产品可靠性如此设计。混合系统可靠性模型如图2-12所示。
图2-12 混合系统可靠性模型
该混合系统的可靠度为:
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