GB/T 37981-2019 可信性分析技术 可靠性框图法和布尔代数法

;

ICS03.120.0103.120.99

L05

中华人民共和国国家标准

/—/:

GBT379812019IEC610782006

可信性分析技术

可靠性框图法和布尔代数法

Analsistechniuesfordeendabilit—

yqpy

Reliabilitblockdiaramandbooleanmethods

yg

(:,)

IEC610782006IDT

2019-08-30发布2020-03-01实施

国家市场监督管理总局

发布

中国国家标准化管理委员会

/—/:

GBT379812019IEC610782006

目次

前言…………………………Ⅲ

引言…………………………Ⅳ

1范围………………………1

2规范性引用文件…………………………1

3术语和定义………………1

4符号和缩略语……………1

5假设和限制………………2

5.1事件的独立性………………………2

5.2次序事件……………2

5.3失效时间分布………………………3

/…………………

6确定系统成功失效定义3

6.1一般考虑……………3

6.2详细考虑……………3

6.2.1系统运行………………………3

6.2.2环境条件………………………3

6.2.3工作周期………………………3

7基本模型…………………4

7.1开发模型……………4

7.2评价模型……………6

7.2.1串联模型………………………6

7.2.2并联模型………………………6

()……………………

中取模型相同产品

7.2.3nm6

7.2.4备用冗余模型…………………7

8更复杂的模型……………8

8.1一般程序……………8

8.1.1背景……………8

8.1.2使用全概率理论………………8

8.1.3布尔真值表的使用……………9

8.2共用模块模型………………………12

()………………………

中取模型不相同产品

8.3nm13

8.4简化方法……………14

9用于可用度计算的扩展可靠性框图法…………………15

()…………

附录资料性附录公式汇总

A16

()…………………

附录资料性附录布尔不相交方法

B18

B.1引言…………………18

Ⅰ

/—/:

GBT379812019IEC610782006

B.2符号…………………18

原则布尔变量和概率变量………………………

B.3-19

B.4不相交布尔表达式方法……………19

B.4.1背景……………19

B.4.2不相交原理……………………19

B.4.3不相交过程……………………19

B.5注释…………………20

B.6应用不相交程序示例………………20

参考文献……………………22

图串联可靠性框图………………………

14

()…………………

图复制的或并行的串联可靠性框图

24

()…………………

图串联复制的或并行的可靠性框图

34

图混合的冗余可靠性框图………………

44

图另一类型的混合冗余可靠性框图……………………

55

图/冗余………………

6235

图/冗余………………

7245

/………………

图不容易表示成模块串联并联的框图

85

图模块的并联设置………………………

96

图10备用冗余……………7

图图中当产品不工作时的框图…………………

118A8

图图中当产品正常工作时的框图………………

128A9

图/并联设置…………………………

13139

图14使用箭头帮助定义系统成功的可靠性框图………12

图图中使用共用模块的另一种框图……………

151412

图/不相同产品的系统……………

162514

图17简化前的模块分组图解……………14

图18简化的可靠性框图…………………15

表图示例的真值表应用……………

11310

表图示例的真值表应用……………

2810

表图和图示例的真值表应用…………………

3141513

表A.1基本结构的系统可靠度公式汇总………………16

Ⅱ

/—/:

GBT379812019IEC610782006

前言

本标准按照/—给出的规则起草。

GBT1.12009

本标准使用翻译法等同采用:《可信性分析技术可靠性框图法和布尔代数法》。

IEC610782006

本标准做了以下编辑性修改:

———,;

为了使图与说明文字保持一致修改了附录表中部分基本配置图中字符的格式

AA.1

———,“·”;

为了保持全文公式的一致性添加了部分公式省略的乘积符号

———,。

附录的表中补充了由个模块构成的部分基本配置示意图中缺少的省略号

AA.1n

本标准由中华人民共和国工业和信息化部提出。

(/)。

本标准由全国电工电子产品可靠性与维修性标准化技术委员会SACTC24归口

:。

本标准起草单位工业和信息化部电子第五研究所

:、、、。

本标准主要起草人于敏杨春晖纪春阳刘梦玥

Ⅲ

/—/:

GBT379812019IEC610782006

引言

,()。

可信性分析时可使用不同的方法可靠性框图RBD是其中的一种方法当应用一种或综合应用

,,,

几种方法评价给定系统或组件的可靠性和可用性时分析者可优先使用RBD方法同时也要考虑从每

、、。

一种方法中可获得的结果分析所需的数据分析的复杂性和本标准中的其他因素

,(“”)

RBD方法是关于系统可靠性的图形表示它可表示系统的成功运行后文将用系统成功所需

()。

功能组件的逻辑关系

Ⅳ

/—/:

GBT379812019IEC610782006

可信性分析技术

可靠性框图法和布尔代数法

1范围

本标准描述了系统可信性分析建模以及利用模型计算可靠性和可用性量度的过程。

()、,

可靠性框图RBD建模技术主要用于不考虑修理不考虑失效发生顺序的系统对于需要考虑失

,(:)。

效顺序或有修理的系统其他的建模技术如马尔可夫方法会更适合

,“”,“”。,

需要说明的是本标准虽然经常使用修理一词但恢复一词同样是可适用的还需说明的是

“”“”,。

产品和模块在本标准中也广泛应用并在大多数情况下可互换

2规范性引用文件

。,

下列文件对于本文件的应用是必不可少的凡是注日期的引用文件仅注日期的版本适用于本文

。,()。

件凡是不注日期的引用文件其最新版本包括所有的修改单适用于本文件

/—电工术语可信性与服务质量(:,)

GBT2900.132008IEC60050-1911990IDT

故障树分析()[()]

IEC61025FTAFaulttreeanalsisFTA

y

::(—

统计词汇和符号第部分概率和基本统计术语

ISO3534-119931StatisticalVocabular

y

—:)

andsmbolsPart1Probabilitandeneralstatisticalterms

yyg

3术语和定义

/—和:界定的术语和定义适用于本文件。

GBT2900.132008ISO3534-11993

4符号和缩略语

下列符号和缩略语适用于本文件。

/

符号缩略语含义

,,,…,、、

ABC在布尔表达式中这些符号表明产品ABC等处于可用状态

,、、

,,,…在布尔表达式中这些符号表明产品ABC等处于不可用状态

ABC

FS系统失效概率

()。“”

t模块的概率密度函数术语模块用于表示一个或更多组件的集合

fAA

()假定产品不工作时的系统成功的条件概率

PrSS|XfailedX

,(),():(,)

RRtRt可靠度产品在给定的条件下和给定的时间区间0t内能完成要求的功能的概率

S

,,、

RR...模块模块等的可靠度

ABAB

RS系统可靠度

RSW检测和转换装置的可靠度

()

SF系统失效在布尔表达式中使用

1

/—/:

GBT379812019IEC610782006

/

符号缩略语含义

()

SS系统成功在布尔表达式中使用

t任务时间或关注的时间周期

,,、()

λλλ模块模块和模块的失效率常数

ABCABC

λ模块的休眠时的失效率

BdB

,,、()

模块模块和模块的修理率常数

ABCABC

μμμ

n

æö

ç÷从个产品中选取个产品方式的数目

nr

èø

r

,,,

01这两个符号在真值表中使用表示不可用和可用状态适用于列标题描述的产品

,“”,,·()

∩布尔符号表示与逻辑如A∩BAB交

,“”,,()

∪布尔符号表示或逻辑如A∪BA+B并

()

工作并联冗余

备用冗余

符号/表示工作冗余配置时系统成功所需的中取产品

mnnm

表示输入

I表示输出

。,,

O这样的表示是为了便于使用它们并不是强制的但当连接是有方向性时这样

的表示可能是有益的

、、

设备组件单元或一些其他系统单元的组合

5假设和限制

5.1事件的独立性

():(“”)(“”)。

本标准最基本的假设是组件或模块仅有两个状态工作可用状态或不工作不可用状态

()()。

另一个重要的假设是任一模块的失效或修理不会影响系统其他模块的失效或修理概率这也

,,,,

表明了应有可用的修理资源即应有充足的修理资源给需要修理的模块同时当两人或多人同时修理

,。,。

各自的模块时相互之间没有影响这样单独模块的失效和修理被看作是统计独立事件

5.2次序事件

,,,

RBD不适用于顺序相关或时间相关事件的建模在这种情况下可以使用其他的方法如马尔可夫

分析法或Petri网方法。

2

/—/:

GBT379812019IEC610782006

5.3失效时间分布

,,。

若5.1中的假设成立关于描述失效或修理时间的分布没有限制除非为了便于数学处理

/

6确定系统成功失效定义

6.1一般考虑

,。

构建系统可靠性模型的先决条件是对系统能够工作的方式有充分的了解系统经常需要不止一

/,。:、()

个的成功失效定义应进行定义并列出RBD图可以构建在不同层次上系统层子系统模块层或

。(),。

组件层当利用RBD进行进一步分析如用于FMEA分析时应选择适合的层次进行分析

,:

此外需要明确以下几个方面

———执行的功能;

———性能参数以及这些参数的容许极限;

———环境和工作条件。

,,/。

可以在构建RBD时使用各种定量的分析技术因此需先明确关于系统的成功失效定义对于任

/,,,

一系统成功失效定义为了进行可靠性分析接下来是将系统分成合适的逻辑模块特定的模块可以表

,()。

示系统的子结构子结构又可以用其他RBD图表示见8.4的系统简化

,,()

RBD的定量评价可以使用各种方法取决于结构的类型可以使用简单的布尔技术参见8.1.3

/,()。/

和或路集和割集分析割集定义见IEC61025FTA计算也可以使用基本的组件可靠度可用度方

,,

法和解析法或蒙特卡罗仿真蒙特卡罗仿真的优点是不需要对RBD中的事件进行综合分析这是由于

()。

仿真本身考虑了每一个模块是工作或是不工作的见8.1

,,,

RBD描述的是系统功能的逻辑关系因此RBD并不是用来表示硬件的物理关系但RBD一般还

是尽可能的遵循系统的物理关系。

6.2详细考虑

6.2.1系统运行

,,。,

系统很可能有多个功能模式当系统处于不同模式时各模式可以认为是相互独立的相应地可

。,,

以使用单独的可靠性模型若同一系统可用于执行所有的功能那么每种运行应使用不同的图形表

。,/,。

示明确说明系统运行的各方面由什么构成系统的成功失效这是一个先决条件

6.2.2环境条件

,,、

系统性能指标应附有关于系统设计工作时的环境条件描述同样应包含系统在运输存储和使用

时的所有可能条件描述。

,,、,,

一个特定的设备经常用在多种环境下例如在船上在飞机里或在地面上在这种情况下可以使

,。

用相同的可靠性框图进行可靠性评价但应使用不同环境下对应的失效率

6.2.3工作周期

、/,/

应明确日历时间工作时间和开关周期之间的关系可以假设设备通断电的过程本身并不会引起

,,,,。

失效同时设备存储期间的失效是可以忽略不计的那么只需要考虑设备的实际工作时间

,,/,,

但是在某些情形下通断电过程是设备本身的主要失效原因同时设备在存储期可能有比工作

(:)。,/,

时更高的失效率如在湿气和腐蚀情况下在复杂的情况下仅系统的一部分可以进行开关其他的

(:)。

建模技术会比可靠性框图更合适如马尔可夫分析

3

/—/:

GBT379812019IEC610782006

7基本模型

7.1开发模型

/。,

第一步是选择系统成功失效的定义若涉及不止一个定义对于每一个定义都需要给出单独的可

。,,,

靠性框图接下来则是将系统分成模块来反映其逻辑性这样每一模块与其他模块之间是最大程度

,,()。

上统计独立的同时每一模块应该最好是没有冗余

,,()。

在实践中在完成合适的框图之前可能需要反复尝试来构建可靠性框图每次重复上面的步骤

,/“”。,

下一步则是根据系统成功失效定义构造用于连接模块的成功路径图为了保证系统运行需

。,。

要将功能模块进行各种组合在后续的图中给出了输入和输出端口之间的各种成功路径如果系统

,,,。

运行需要所有的模块起作用那么相应的可靠性框图将是所有模块的串联形式如图所示

1

图1串联可靠性框图

,“”,“”,,,,…,。

在图中是输入端口是输出端口模块一起构成整个系统这种类型的图

1IOABCZ

“”“”。

被称为串联可靠性框图或串联模型

“”,/,,

当一个组件或模块单独失效时不影响系统性能尽管与系统成功失效定义有关此时仍需要用

。,,(),,

另一种不同类型的可靠性框图来描述例如在上个例子中复制整个链路变成冗余那么框图可如

。,,,“”

图所示另外如果链路内的每个模块是复制的框图可如图所示称这种类型的图为并联可靠

23

“”。,“”“”“”,

性框图或并联模型需要注意的是术语复制冗余和并联具有非常相似的意义一般可交替

使用。

()

图2复制的或并行的串联可靠性框图

()

图串联复制的或并行的可靠性框图

3

,,

用于系统可靠性建模的可靠性框图通常是串联和并联综合起来的更复杂的框图可能会有这样的

,,,、()

框图例如考虑这样一个例子由三个中继器和和一个共用电源块构成一个复制的通信链

ABCD

,。

路如图和图的形式

45

图4混合的冗余可靠性框图

4

/—/:

GBT379812019IEC610782006

图5另一类型的混合冗余可靠性框图

,,,

根据前面提到的独立性假设任一模块的失效不会引起系统中其他模块失效概率的变化特别地

一个冗余模块的失效不会影响系统电源或信号源。

,,

经常需要建模这样的系统其成功定义是指系统成功需要个产品中有或更多的并联产品可

nm

靠性框图如图和图所示。

67

图/冗余

623

图/冗余

724

,,,。

这样在图中一个产品的失效是可以容忍的但两个或更多个产品的失效则是不可容忍的

6

,。,

大多数可靠性框图是容易理解的并且系统成功的条件是显而易见的然而并非所有的方框图都

,。

可以简化为串联或并联的组合系统图则是这样的一个例子

8

/

图不容易表示成模块串联并联的框图

8

,,,,

系统成功可以通过如下方式实现产品和都可正常工作或产品和或和最后

B1C1