第三章
可靠性建模

建立可靠性模型是产品一项可靠性工作项目。电子系统可靠性建模预计结果与可靠性指标论证、分配、产品方案论证及可靠性设计评审等活动密切结合，建模的准确性直接决定了结果的可信性。准确的建模结果可以检验产品可靠性水平是否满足设计指标要求，暴露设备可靠性薄弱环节，通过在设计阶段加以控制和改进，实现设备的可靠性增长；另一方面，用于确定可指导工程实际的最佳维修策略，以维持系统可靠性水平，减少维修费用和其他附加费用。可靠性模型包括可靠性框图和相应的数学模型，建立可靠性模型的基本信息来自功能框图。功能框图表示产品各单元之间的功能关系，可靠性框图表示产品各单元的故障如何导致产品故障的逻辑关系，建立可靠性模型应明确产品的范围。一个复杂的产品往往有多种功能，但其基本可靠性模型是唯一的，即由产品的所有单元（包括冗余单元）组成的串联模型。任务可靠性模型则因任务不同而不同，既可以建立包括所有功能的任务可靠性模型，也可以根据不同的任务剖面（包括任务成功或致命故障的判断准则）建立相应的模型，任务可靠性模型一般是较复杂的串-并联或其他模型。

可靠性模型包括可靠性框图和相应的数学模型，可靠性模型分为基本可靠性模型和任务可靠性模型。基本可靠性模型一般是串联模型，构成系统的所有单元都应包括在模型内；任务可靠性模型可能是一个复杂的串联、并联、表决、旁联、桥联等多种模型的组合，应包含在对应任务剖面中工作的所有单元。

建立产品的可靠性模型，用于可靠性定量要求的分配、预计和评估。建立可靠性模型的主要工作要求为：

a）尽早建立可靠性模型，它是可靠性分配、预计的工作基础；

b）随着研制工作的进展，产品的技术状态会不断变化，可靠性模型也应随之改变，它应与当时产品的技术状态一致；

c）注意产品可靠性框图与其原理图的区别，前者是表示产品中各单元之间的故障逻辑关系，而后者是表示产品各单元的物理关系；

d）任务剖面应对该项任务的持续时间和有关的所属单元、工作条件进行描述；

e）由于完成不同任务时系统的构型会有所不同，完成任务的时间、条件也不同，因此要根据不同的任务剖面建立不同的任务可靠性模型；

f）建模前要明确产品的功能，相同部件组成的产品，其功能不同，所建的任务可靠性模型亦不同；

g）建立任务可靠性数学模型时，产品各任务剖面的任务时间要用占空因子加以修正，占空因子是单元的工作时间与系统的总工作时间之比。

建立产品可靠性模型的输入为：

a）产品工作原理及组成产品各单元之间的功能关系；

b）产品的基本可靠性和任务可靠性要求；

c）产品的任务剖面、任务时间及任务故障的判据。

输出为：基本可靠性框图和任务可靠性框图以及相应的数学模型。

建立可靠性模型的基本程序如下：

a）系统定义，若建立基本可靠性模型，则需定义构成产品的所有单元（包括冗余单元和代替工作的单元），明确产品及所属单元的工作环境条件；若建立任务可靠性模型，则除了需定义产品构成和环境条件外，还需明确产品的功能、原理、技术状态、任务阶段、任务时间、工作模式（是否有代替的工作模式）等；

b）确定基本规则和假设，包括建立可靠性框图需要采用的有关假设、确定采用的建模方法、分析最低单元层次、产品各层次的故障判据等；

c）建立可靠性框图，一般可靠性框图中的每个方框都对应一个功能单元，对于导线、连接器、导管等，也应在可靠性框图中用功能单元表示，所有连接方框的线没有可靠性值；

d）根据已建立的可靠性框图，建立可靠性数学模型。

建立可靠性模型的目的、实施要点和注意事项如表3-1表示：

表中术语如下：

a）基本可靠性：产品在规定的条件下，无故障的持续时间或概率。基本可靠性反映产品对维修人力的要求。确定基本可靠性参数时应统计产品的所有寿命单位和所有的故障。

b）任务可靠性：产品在规定的任务剖面中完成规定功能的能力（概率）。

可靠性建模流程如下：

根据产品的功能特点建立可靠性模型，用于定量分配、预计和评价产品的可靠性。可靠性模型一般分为基本可靠性模型和任务可靠性模型。基本可靠性反映产品维修资源的要求，所以基本可靠性模型是个串联模型（即非储备模型）。而任务可靠性反映产品完成任务的能力，任务可靠性预计所采用的可靠性模型取决于产品功能原理、可靠性结构及产品各单元在执行任务过程中的不同作用，因此，建立任务可靠性模型的结构相对比较复杂。

建立系统可靠性模型流程如图3-1所示，具体程序包括确定产品定义、确定产品寿命剖面、确定故障判据、绘制可靠性逻辑关系图和建立可靠性数学模型。

基本可靠性模型为串联模型。为正确建立系统任务可靠性模型，必须对系统的构成、原理、功能、接口等各方面有深入的理解。一般地，建立系统任务可靠性模型的程序如表3-2所示。

准确建立任务可靠性模型的前提是深入分析系统的构成、原理、功能和接口，上述信息一般可从产品研制任务书中分析得到。在获取上述信息的基础上，根据产品的任务要求、工作方式和寿命（任务）剖面等绘制出表示系统与各构成单元之间的可靠性逻辑关系图，据此建立可靠性数学模型进行可靠性量化分析。 SoPOtUs/W2bTMal9K2FqBWjtkGTlXRtmJ301Xjvn7vd2ZRyOUiNOhH6lJUA1Xf9x