一种大型装备的可靠性指标分配方法技术领域
本发明涉及可靠性分配方法技术领域，具体涉及一种大型装备的
可靠性分配方法。
背景技术
可靠性指标分配就是将装备总体的可靠性指标，合理的分配给各
个系统及设备。由于大型装备结构组成复杂，装备内部的系统、设备
运行工况多样，可靠性指标分配难度较大。
根据现有标准及规范，传统的可靠性指标分配方法有：等分配法、
比例组合分配法、评分分配法、AGREE分配法等，各种方法的特点
与适应性如下：
a)等分配法：对系统各组成设备的可靠性指标实行平均分配，
分配方法简单，但大多数装备中包含机械、电子、机电等多类系统或
设备，不同类型系统、设备的原理、结构、规模、元器件组成等差异
大，等分配法的分配结果偏差大；
b)比例组合分配法：在新设计的系统与已有系统结构相似的情
况下，利用已有系统各设备的可靠性数据，进行新系统各设备可靠性
指标分配，对于可靠性数据积累较少的装备，无法满足比例组合分配
法的要求；
c)评分分配法：由行业专家对系统各组成单元的复杂程度、技
术水平、工作时间、环境条件等因素进行评分，根据评分结果进行可
靠性指标的分配，该方法受人为经验影响较大，此外，评分分配法的
分配算法以串联模型为基础，仅适用于基本可靠性分配和串联模型的
任务可靠性分配，无法用于非串联模型的任务可靠性分配；
d)AGREE方法：考虑系统各组成设备的复杂程度、重要程度、
工作时间等因素的分配方法，与评分分配法类似，该方法仅适用于基
本可靠性分配和串联模型的任务可靠性分配，无法用于非串联模型的
任务可靠性分配；
综上所述，现有的可靠性分配指标的方法普遍存在适用情况单一、
人为因素大、可信度低的问题；且现有基本可靠模型中，没有考虑系
统中设备间断运行的情况，所有设备均视为连续运行，使得模型的准
确度较低。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种大型装
备的可靠性分配方法，减少了人为主观因素的影响，实现了可靠性指
标的合理分配。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种大型装备的可
靠性分配方法，具体步骤如下：
步骤一，获取大型装备的结构，将该大型装备分为总体、系统和
设备三个层次，其中该大型装备的整体为总体、总体包含多个系统，
每个系统包含多个设备；
步骤二，对所有设备进行设备可靠性参数预计，其包括设备基本
可靠性参数预计结果和设备任务可靠性参数预计结果；
步骤三，计算设备运行比和系统运行比，其中设备运行比即设备
工作时间与该设备所在系统的工作时间的比值，系统运行比即该系统
的工作时间与总体工作时间的比值，设备运行比和系统运行比用于构
建系统基本可靠性模型和总体基本可靠性模型；
进行系统基本可靠性模型和系统任务可靠性模型的建模，将设备
基本可靠性参数预计结果和设备任务可靠性参数预计结果代入系统
基本可靠性模型和系统任务可靠性模型，得到系统基本可靠性参数预
计结果和系统任务可靠性参数预计结果；
进行总体基本可靠性模型和总体任务可靠性模型的建模，将系统
基本可靠性参数预计结果和系统任务可靠性参数预计结果代入总体
基本可靠性模型和总体任务可靠性模型，计算得到总体基本可靠性参
数预计结果和总体任务可靠性参数预计结果；
步骤四，根据总体基本可靠性参数预计结果和总体任务可靠性参
数预计结果得出总体可靠性预计评价结果。
在上述技术方案的基础上，用于构建系统基本可靠性模型和总体
基本可靠性模型的运行比的公式如下，
dij＝tij/ti
di＝ti/tw
式中，
dij——第i个系统中第j型设备的运行比；
tij——第i个系统中第j型设备的工作时间；
di——第i个系统的运行比；
ti——第i个系统的工作时间；
tw——总体的工作时间。
在上述技术方案的基础上，构建串联结构的系统基本可靠性模
型框图，根据该系统基本可靠性模型框图构建的系统基本可靠模型的
数学模型如下：
λi＝Ni1di1λi1+Ni2di2λi2+…+Nijdijλij+…+Nindinλin
式中，
λi——第i个系统的故障率；
λij——第i个系统中第j型设备的设备故障率；
Nij——第i个系统中第j型设备的数量；
dij——第i个系统中第j型设备的设备运行比；
Nin——第i个系统中第n型设备的数量；
din——第i个系统中第n型设备的设备运行比；
λin——第i个系统中第n型设备的设备故障率；
n——第i个系统包含的设备型号数。
在上述技术方案的基础上，其中，系统任务可靠性模型的数学模
型如下，
Ri＝f(ωi1,ωi2,…,ωij…,ωin,ti1,ti2,…,tij,…,tin)
式中，
Ri——第i个系统的任务可靠度；
ωij——典型任务中第i个系统中第j型设备的严重故障率；
tij——典型任务中第i个系统中第j型设备的工作时间；
ωin——典型任务中第i个系统中第n型设备的严重故障率；
tin——典型任务中第i个系统中第n型设备的工作时间。
在上述技术方案的基础上，构建串联结构的总体基本可靠性模型
框图，根据该基本总体基本可靠性模型框图构建的总体基本可靠性模
型的数学模型如下：
λw＝d1λ1+d2λ2+…+diλi+…+dmλm
式中，
λw——总体的故障率；
dm——第m个系统的总体运行比；
λm——第m个系统的系统故障率；
m——装备总体包含的系统数。
在上述技术方案的基础上，构建串联结构的总体任务可靠性模型
框图，根据该总体任务可靠性模型框图构建的总体任务可靠性模型如
下，
Rw＝R1·R2·…·Ri·…·Rm
式中，
Ri——第i个系统的任务可靠度；
Rm——第m个系统的任务可靠度；
Rw——总体任务可靠度。
在上述技术方案的基础上，包括：
步骤一，使用相应设备的设计信息、相应设备及相似设备的实际
使用信息和试验信息，对该大型装备中的所有设备进行设备可靠性预
计，包含设备基本可靠性参数预计和设备任务可靠性参数预计，得到
各设备的设备基本可靠性参数预计结果和设备任务可靠性参数预计
结果；
步骤二，根据该大型装备中的各系统的设备组成，建立各系统的
系统基本可靠性模型，根据各系统的典型任务剖面建立系统任务可靠
性模型，并将步骤一的所属该系统的各设备的设备基本可靠性参数预
计结果和设备任务可靠性参数预计结果分别带入该系统的系统基本
可靠性模型和系统任务可靠性模型，计算出该系统的系统基本可靠性
参数预计结果和系统任务可靠性参数预计结果；
步骤三，根据该大型装备总体的系统组成，建立总体的总体基本
可靠性模型，根据总体的典型任务剖面建立总体任务可靠性模型，将
步骤二得到的各系统的系统基本可靠性参数预计结果和系统任务可
靠性参数预计结果带入总体基本可靠性模型和总体任务可靠性模型，
计算出该总体的总体基本可靠性参数预计结果和总体任务可靠性参
数预计结果；
步骤四，将步骤三得到的总体基本可靠性参数预计结果和总体任
务可靠性参数预计结果与该大型装备总体基本可靠性参数指标要求
和总体任务可靠性参数指标要求分别进行对比；
若不满足总体指标要求，则对部分系统或设备进行改进设计，并
重复步骤一至步骤三，直至满足总体指标；
若满足总体指标，则进行总体可靠性核算；
步骤五，若总体可靠性核算满足总体指标要求，则得到设备初
步分配结果和系统初步分配结果，并将其作为最终分配结果，结束分
配。
在上述技术方案的基础上，步骤四中总体可靠性核算的方法如
下，
1)对设备基本可靠性参数预计结果和设备任务可靠性参数预计
结果进行向下取整，取整后得到设备基本可靠性参数和设备任务可靠
性参数，并其作为设备初步分配结果；
2)将步骤1)得到的设备基本可靠性参数和设备任务可靠性参
数代入系统基本可靠性模型和系统任务可靠性模型，计算出各系统的
系统基本可靠性参数和系统任务可靠性参数，并将其作为系统初步分
配结果；
3)将步骤2)得到的系统基本可靠性参数和系统任务可靠性参
数代入总体基本可靠性模型和总体任务可靠性模型中，计算出总体基
本可靠性参数和总体任务可靠性参数，并将其作为总体可靠性指标的
核算值，并将该核算值与总体指标要求进行对比。
在上述技术方案的基础上，步骤二中系统基本可靠性模型和系统
任务可靠性模型的构建如下
运行比的公式，
dij＝tij/ti
di＝ti/tw
式中，
dij——第i个系统中第j型设备的运行比；
tij——第i个系统中第j型设备的工作时间；
di——第i个系统的运行比；
ti——第i个系统的工作时间；
tw——总体的工作时间；
构建串联结构的系统基本可靠性模型框图，根据该系统基本可
靠性模型框图构建的系统基本可靠模型如下：
λi＝Ni1di1λi1+Ni2di2λi2+…+Nijdijλij+…+Nindinλin
式中，
λi——第i个系统的故障率；
Nij——第i个系统中第j型设备的数量；
dij——第i个系统中第j型设备的设备运行比；
λij——第i个系统中第j型设备的设备故障率；
Nin——第i个系统中第n型设备的数量；
din——第i个系统中第n型设备的设备运行比；
λin——第i个系统中第n型设备的设备故障率；
n——第i个系统包含的设备型号数
其中，系统任务可靠性模型如下，
Ri＝f(ωi1,ωi2,…,ωij…,ωin,ti1,ti2,…,tij,…,tin)
式中，
Ri——第i个系统的任务可靠度；
ωij——典型任务中第i个系统中第j型设备的严重故障率；
tij——典型任务中第i个系统中第j型设备的工作时间；
ωin——典型任务中第i个系统中第n型设备的严重故障率；
tin——典型任务中第i个系统中第n型设备的工作时间。
在上述技术方案的基础上，步骤三中总体基本可靠性模型和总体
任务可靠性模型的构建如下，
构建串联结构的总体基本可靠性模型框图，根据该基本总体基本
可靠性模型框图构建的总体基本可靠性模型如下：
λw＝d1λ1+d2λ2+…+diλi+…+dmλm
式中，
λw——总体的故障率；
dm——第m个系统的总体运行比；
λm——第m个系统的系统故障率；
m——装备总体包含的系统数；
构建串联结构的总体任务可靠性模型框图，根据该总体任务可靠
性模型框图构建的总体任务可靠性模型如下，
Rw＝R1·R2·…·Ri·…·Rm
式中，
Ri——第i个系统的任务可靠度；
Rm——第m个系统的任务可靠度；
Rw——总体任务可靠度。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)本发明的一种大型装备的可靠性分配方法，其中运行比反映
的是大型装备使用期间的平均运行比例，不特指某一次任务中的运行
比例，且运行比采用分级进行定义设备运行比和系统运行比，考虑到
设备间隔运行的情况，有效提高了基本可靠模型的准确度。
2)本发明中对总体、系统分别进行可靠性建模，设备、系统、
总体分级预算，且逐级反馈，直至预计及核算结果满足总体要求，不
需要专家评估，降低了人为主观因素的干扰，分配方案适用性强，操
作便捷。
3)本发明中将设备可靠性预计值作为可靠性指标初步分配结果，
然后逐级核算设备、系统可靠性指标，以设备、系统的可靠性预计结
果为基础进行总体可靠性分配，保证了指标的可实现性。
附图说明
图1为本发明中的可靠性分配的流程图。
图2为本发明中的系统基本可靠性模型框图。
图3为本发明中的系统任务可靠性模型框图。
图4为本发明中的总体可靠性模型框图和总体任务可靠性模型
框图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明提供一种大型装备的可靠性分配方法，包
括：
步骤一，获取大型装备的结构，将该大型装备分为总体、系统和
设备三个层次，其中该大型装备的整体为总体、总体包含多个系统，
每个系统包含多个设备；本实施例的大型装备为大型船舶，系统是指
船舶上的电力系统、动力系统等，设备是指发电机、柴油机等。
使用相应设备的设计信息、相应设备及相似设备的实际使用信息
和试验信息，对该大型装备中的所有设备进行设备可靠性预计，包含
设备基本可靠性参数预计和设备任务可靠性参数预计，得到各设备的
设备基本可靠性参数预计结果和设备任务可靠性参数预计结果；
步骤二，根据该大型装备中的各系统的设备组成，建立各系统的
系统基本可靠性模型，根据各系统的典型剖面建立系统任务可靠性模
型，并将步骤一的所属该系统的各设备的设备基本可靠性参数预计结
果和设备任务可靠性参数预计结果分别带入该系统的系统基本可靠
性模型和系统任务可靠性模型，计算出该系统的系统基本可靠性参数
预计结果和系统任务可靠性参数预计结果；
其中，用于构建系统基本可靠性模型的运行比的公式如下，
dij＝tij/ti
di＝ti/tw
式中，
dij——第i个系统中第j型设备的运行比；
tij——第i个系统中第j型设备的工作时间；
di——第i个系统的运行比；
ti——第i个系统的工作时间；
tw——总体的工作时间；
如图2所示，构建串联结构的系统基本可靠性模型框图，根据该
系统基本可靠性模型框图构建系统基本可靠模型如下：
λi＝Ni1di1λi1+Ni2di2λi2+…+Nijdijλij+…+Nindinλin
式中，
λi——第i个系统的故障率；
Nij——第i个系统中第j型设备的数量；
dij——第i个系统中第j型设备的设备运行比；
λij——第i个系统中第j型设备的设备故障率；
Nin——第i个系统中第n型设备的数量；
din——第i个系统中第n型设备的设备运行比；
λin——第i个系统中第n型设备的设备故障率；
n——第i个系统包含的设备型号数
如图3所示，构建的系统任务可靠性模型框图，并根据该系统任
务可靠性模型框图构建系统任务可靠性模型，如下，
Ri＝f(ωi1,ωi2,…,ωij…,ωin,ti1,ti2,…,tij,…,tin)
式中，
Ri——第i个系统的任务可靠度；
ωij——典型任务中第i个系统中第j型设备的严重故障率；
tij——典型任务中第i个系统中第j型设备的工作时间；
ωin——典型任务中第i个系统中第n型设备的严重故障率；
tin——典型任务中第i个系统中第n型设备的工作时间；
步骤三，根据该大型装备总体的系统组成，建立总体的总体基本
可靠性模型，根据总体的典型任务剖面建立总体任务可靠性模型，将
步骤二中各系统的系统基本可靠性参数预计结果和系统任务可靠性
参数预计结果带入总体基本可靠性模型和总体任务可靠性模型，计算
出该总体的总体基本可靠性参数预计结果和总体任务可靠性参数预
计结果；
如图4所示，构建串联结构的总体基本可靠性模型框图，并根据
该总体基本可靠性模型框图构建总体基本可靠性模型，数学模型如下：
λw＝d1λ1+d2λ2+…+diλi+…+dmλm
式中，λw——总体的故障率；
dm——第m个系统的总体运行比；
λm——第m个系统的系统故障率；
m——装备总体包含的系统数；
如图4所示，构建串联结构的总体任务可靠性模型框图，根据该
总体任务可靠性模型框图构建总体任务可靠性模型，如下：
Rw＝R1·R2·…·Ri·…·Rm
式中，
Ri——第i个系统的任务可靠度；
Rm——第m个系统的任务可靠度；
Rw——总体任务可靠度；
步骤四，将步骤三得到的总体基本可靠性参数预计结果λw和总体
任务可靠性参数预计结果Rw与该大型装备总体基本可靠性参数指标
要求和总体任务可靠性参数指标要求进行对比，
若不满足总体指标，则对部分系统或设备进行改进设计，并重复
步骤一至步骤三，直至满足总体指标；
若满足总体指标，则进行总体可靠性核算，具体步骤如下，
1)对设备基本可靠性参数预计结果和设备任务可靠性参数预计
结果进行向下取整，取整后得到设备基本可靠性参数和设备任务可靠
性参数，并其作为设备初步分配结果；
2)将步骤1)得到的设备基本可靠性参数和设备任务可靠性参
数代入系统基本可靠性模型和系统任务可靠性模型，计算出各系统的
系统基本可靠性参数和系统任务可靠性参数，并将其作为系统初步分
配结果；
3)将步骤2)得到的系统基本可靠性参数和系统任务可靠性参
数代入总体基本可靠性模型和总体任务可靠性模型中，计算出总体基
本可靠性参数和总体任务可靠性参数，将其作为总体可靠性指标的核
算值，并将该核算值与总体指标要求进行对比；
步骤五，若总体可靠性核算满足总体指标要求，则将系统的系统
基本可靠性参数和系统任务可靠性参数、设备的设备基本可靠性参数
和设备任务可靠性参数作为最终分配，结束分配流程；
若总体可靠性核算不满足总体指标要求，则对部分系统或设备进
行改进设计，并重复步骤一至步骤四，直至满足总体指标。
本发明的工作原理：
首先，获取大型装备的结构，将该大型装备分为总体、系统和设
备三个层次，其中该大型装备的整体为总体、总体包含多个系统，每
个系统包含多个设备；
其次，对所有设备进行设备可靠性参数预计，其包括设备基本可
靠性参数预计结果和设备任务可靠性参数预计结果；
再次，计算设备运行比和系统运行比，其中设备运行比即设备工
作时间与该设备所在系统的工作时间的比值，系统运行比即该系统的
工作时间与总体工作时间的比值，根据设备运行比和系统运行比分别
构建系统基本可靠性模型和总体基本可靠性模型；
进行系统基本可靠性模型和系统任务可靠性模型的建模，将设备
基本可靠性参数预计结果和设备任务可靠性参数预计结果代入系统
基本可靠性模型和总体基本可靠性模型，得到系统基本可靠性参数预
计结果和系统任务可靠性参数预计结果；
进行总体基本可靠性模型和总体任务可靠性模型的建模，将系统
基本可靠性参数预计结果和系统任务可靠性参数预计结果代入总体
基本可靠性模型和总体任务可靠性模型，计算得到总体基本可靠性参
数预计结果和总体任务可靠性参数预计结果；
最后，根据总体基本可靠性参数预计结果和总体任务可靠性参数
预计结果得出总体可靠性预计结果评价，并结合系统基本可靠性模型、
系统任务可靠性模型、总体基本可靠性模型和总体任务可靠性模型，
完成总体可靠性核算。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员
来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，
这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细
描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。