CN116307859A - 一种综合利用普通概率法和cmsr法的可靠性分配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种综合利用普通概率法和CMSR法的可靠性分配方法，包括确定影响可靠性的因素、评价等级和专家打分要求，还包括以下步骤：利用普通概率法将产品总体任务可靠性指标分配至一、二级系统或对应等级设备；利用专家打分确定二级系统中可靠性薄弱的设备作为可靠性最低基准；利用CMSR法确定二级系统可靠性最低基准的等效任务数和等效故障数，并基于专家打分结果计算二级系统中非最低基准设备的等效任务数和等效故障数；利用成败型转指数型计算公式，将等效任务数和等效故障数，转化为指数型试验时间和故障次数要求；确定置信度，计算设备平均故障间隔时间要求；利用分配结果反向验算确定分配是否成功；分配成功后列出产品各级可靠性分配结果。
Description
技术领域
本发明涉及产品可靠性设计的技术领域，特别是一种综合利用普通概率法和CMSR法的可靠性分配方法。
背景技术
常规的可靠性分配方法为普通概率法，由于部分产品执行任务周期长，任务工况模式多，任务周期内不可维修，按照普通概率法进行可靠性分配将任务可靠度直接分配至设备级时，设备的可靠性指标要求基本在数万至数十万不等。这主要是因为普通概率法开展可靠性分配比较保守，要求所有装备同时处于最差状态也要满足上级的任务可靠度要求。这在概率统计上是可行的，但是在工程上就会造成设备指标要求不断放大，可靠性模型层级多、组成设备多的情况下更是如此。因此，有必要采取合理可行的方法避免上述情况的发生。
2014年第018期《中国机械》上刊登了薛来的题目为《基于CMSR方法的改进型产品实航工作可靠度预测》的文章，该文章针对现在武器产品试验中遇到的可靠性预测问题，在分析了现有系统可靠性评估的CMSR方法基础上，利用改进型产品存在较多验前信息的特点，提出了基于CMSR的改进产品实航工作可靠性预测方法。用一改进产品实航试验次数预估实例说明了该方法的应用。该文章虽然采用了改进后的CMSR方法对可靠度进行了预测，但是并没有分层次进行可靠度预测，计算量较大。另外，由于CMSR方法的得到的是近似解，产品具有多个层级时，单纯采用CMSR方法会使可靠度预计的不确定度增大。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提出了一种综合利用普通概率法和CMSR法的可靠性分配方法，通过专家打分法确定各级系统设备对上级系统任务可靠度的影响，基于专家打分结果，利用普通概率法将任务可靠度指标按照普通概率法分配至二级系统，再利用CMSR法以评估的方式评估满足二级系统分配指标所需的设备可靠性指标要求，从而实现设备可靠性指标要求的大幅降低。
本发明提供一种综合利用普通概率法和CMSR法的可靠性分配方法，包括确定影响可靠性分配的因素、各个因素影响可靠性的评价等级和明确专家打分法要求，还包括以下步骤：
步骤1：将产品总体任务可靠性指标分配至所属一级系统或设备；
步骤2：将一级系统任务可靠度分配至二级系统或设备；
步骤3：找出二级系统可靠性薄弱环节，确定二级系统可靠性最低基准；
步骤4：根据二级系统可靠性最低基准对应的等效任务数和等效故障数，计算确定二级系统非最低基准其他设备可靠性要求；
步骤5：将各设备等效任务数和等效故障数，转化为该设备的指数寿命型试验时间和故障次数要求；
步骤6：确定合理的置信度c，计算各设备平均故障间隔时间MTBF；
步骤7：反向验算分配结果是否满足产品任务可靠度要求，如不满足则重新执行步骤3；
步骤8：列出产品总体、一级系统或设备、二级系统或设备任务可靠性要求和所有设备的平均故障间隔时间要求。
优选的是，所述确定影响可靠性分配的因素、各个因素影响可靠性的评价等级和明确专家打分法要求包括以下子步骤：
步骤01：根据产品使命任务及执行典型任务时长，确定产品执行典型任务过程中的工况及各种工况下各个设备的工作时长，绘制典型任务剖面；
步骤02：根据产品功能及其组成之间逻辑关系，确定各种工况下的产品任务可靠性框图；
步骤03：确定影响可靠性分配的因素，以及各个因素影响可靠性的评价等级，明确所述专家打分法要求，确定评价等级原则。
在上述任一方案中优选的是，所述步骤1包括以下子步骤：
步骤11：根据所述评分等级原则，利用所述专家打分法，对产品所属一级系统或设备进行评分；
步骤12：将影响一级系统或设备可靠性分配的各因素单项评价结果相乘，作为该一级系统或设备的评分数；
步骤13：对各一级系统或设备的评分数进行归一化处理，处于同一级别的一级系统或设备归一化评分数之和为H1，其中，H1＝1；
步骤14：通过归一化评分数之和H1与产品总体任务可靠度的差计算产品的故障率；
步骤15：计算各一级系统或设备分配的故障率；
步骤16：计算该一级系统或设备分配的任务可靠度。
在上述任一方案中优选的是，所述归一化处理是将处于同一分配层级的一级系统或设备的评分数进行相加，一级系统或设备评分数与所有一级系统或设备评分数之和的商，作为该一级系统或设备的归一化评分数。
在上述任一方案中优选的是，所述各一级系统或设备分配的故障率为该一级系统或设备归一化评分数与产品故障率的乘积。
在上述任一方案中优选的是，所述该一级系统或设备分配的任务可靠度为所述归一化评分数之和H1与各一级系统或设备分配的故障率的差。
在上述任一方案中优选的是，所述步骤2包括以下子步骤：
步骤21：根据所述评分等级原则，利用所述专家打分法，对产品一级系统所属二级系统或设备进行评分；
步骤22：将影响二级系统或设备可靠性分配的各因素单项评价结果相乘，作为该二级系统或设备的评分数；
步骤23：对各二级系统或设备的评分数进行归一化处理，处于同一级别的二级系统或设备归一化评分数之和为H2，其中，H2＝1；
步骤24：通过归一化评分数之和H2与产品总体任务可靠度的差计算产品的故障率；
步骤25：计算各二级系统或设备分配的故障率；
步骤26：计算该二级系统或设备分配的任务可靠度。
在上述任一方案中优选的是，所述各二级系统或设备分配的故障率为该二级系统或设备归一化评分数与产品故障率的乘积。
在上述任一方案中优选的是，所述该二级系统或设备分配的任务可靠度为所述归一化评分数之和H2与各二级系统或设备分配的故障率的差。
在上述任一方案中优选的是，所述步骤3包括以下子步骤：
步骤31：根据所述评分等级原则，利用所述专家打分法，对产品一级系统所属二级系统或设备进行评分；
步骤32：影响二级系统所属设备可靠性分配的各因素单项评价结果相乘，作为该二级系统所属设备的评分数；
步骤33：对二级系统所属设备的评分数进行相加，二级系统所属设备评分数与该二级系统所属所有设备评分数之和的商，作为该二级系统所属设备的归一化评分数，二级系统所属所有设备的归一化评分数之和为1；
步骤34：用CMSR法，计算二级系统所属设备任务可靠度达到分配给二级系统的任务可靠度所对应的二项分布的等效任务数和等效故障数；
步骤35：设置二级系统所属设备归一化评分数数值最高的设备上午该二级系统可靠性最低基准和可靠性要求为所述步骤34中得到的等效任务数和等效故障数。
在上述任一方案中优选的是，所述步骤4包括：
1)其他非可靠性最低基准设备的工作时间与可靠性最低基准设备的工作时间相同时，可靠性最低基准设备的等效任务数与其归一化评分数相乘，乘积除以非可靠性最低基准设备的归一化评分数，所得商为非可靠性最低基准设备的等效任务数；
2)其他非可靠性最低基准设备的工作时间与可靠性最低基准设备的工作时间不同时，可靠性最低基准设备的等效任务数与其归一化评分数以及非可靠性最低基准设备工作时间相乘，乘积除以非可靠性最低基准设备的归一化评分数以及可靠性最低基准设备工作时间，所得商为非可靠性最低基准设备的等效任务数。
在上述任一方案中优选的是，所述步骤5包括设f为二项分布的等效故障数，n为等效任务数，T为转化为指数寿命型的试验时间，r为转化为指数寿命型的故障数，
1)当f＝0时，有
T＝(3-a)/[2(a-1)-0.335(a-1)3]t
2)当f≠0时，有
T＝nt
r＝f
其中，
t为设备工作时间。
在上述任一方案中优选的是，各设备平均故障间隔时间MTBF的计算公式为：
其中，χ2为卡方分布。
在上述任一方案中优选的是，判断所述反向验算分配结果是否满足产品任务可靠度要求的方法包括以下子步骤：
步骤71：利用普通概率法，基于串联、并联、N中取k等可靠性模型和二级系统或设备任务可靠度，计算各一级系统任务可靠度；
步骤72：利用普通概率法，基于串联、并联、N中取k等可靠性模型和一级系统或设备任务可靠度，计算产品总体任务可靠度；
步骤73：比较所述产品总体任务可靠度与所述各一级系统任务可靠度的大小，
1)当所述产品总体任务可靠度不小于所述各一级系统任务可靠度时，则可靠性分配结束；
2)当所述产品总体任务可靠度小于所述各一级系统任务可靠度时，重新执行步骤3。
本发明提出了一种综合利用普通概率法和CMSR法的可靠性分配方法明显降低子系统所属设备可靠性指标要求，分配的结果具有可信度且符合工程实际容易实现。
附图说明
图1为按照本发明的综合利用普通概率法和CMSR法的可靠性分配方法的一优选实施例的流程图。
图2为按照本发明的综合利用普通概率法和CMSR法的可靠性分配方法的另一优选实施例的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例一
如图1所示，执行步骤100，确定影响可靠性分配的因素、各个因素影响可靠性的评价等级和明确专家打分法要求，包括以下子步骤：
执行步骤101，根据产品使命任务及执行典型任务时长，确定产品执行典型任务过程中的工况及各种工况下各个设备的工作时长，绘制典型任务剖面；
执行步骤102，根据产品功能及其组成之间逻辑关系，确定各种工况下的产品任务可靠性框图；
执行步骤103，确定影响可靠性分配的因素，以及各个因素影响可靠性的评价等级，明确所述专家打分法要求，确定评价等级原则。
执行步骤110，将产品总体任务可靠性指标分配至所属一级系统或设备，包括以下子步骤：
执行子步骤111，根据所述评分等级原则，利用所述专家打分法，对产品所属一级系统或设备进行评分。
执行子步骤112，将影响一级系统或设备可靠性分配的各因素单项评价结果相乘，作为该一级系统或设备的评分数。
执行子步骤113，对各一级系统或设备的评分数进行归一化处理，处于同一级别的一级系统或设备归一化评分数之和为H1，其中，H1＝1。所述归一化处理是将处于同一分配层级的一级系统或设备的评分数进行相加，一级系统或设备评分数与所有一级系统或设备评分数之和的商，作为该一级系统或设备的归一化评分数。
执行子步骤114，通过归一化评分数之和H1与产品总体任务可靠度的差计算产品的故障率；
执行子步骤115，计算各一级系统或设备分配的故障率，所述各一级系统或设备分配的故障率为该一级系统或设备归一化评分数与产品故障率的乘积。
执行子步骤116，计算该一级系统或设备分配的任务可靠度，所述该一级系统或设备分配的任务可靠度为所述归一化评分数之和H1与各一级系统或设备分配的故障率的差。
执行步骤120，将一级系统任务可靠度分配至二级系统或设备，包括以下子步骤：
执行子步骤121，根据所述评分等级原则，利用所述专家打分法，对产品一级系统所属二级系统或设备进行评分。
执行子步骤122，将影响二级系统或设备可靠性分配的各因素单项评价结果相乘，作为该二级系统或设备的评分数。
执行子步骤123，对各二级系统或设备的评分数进行归一化处理，处于同一级别的二级系统或设备归一化评分数之和为H2，其中，H2＝1。
执行子步骤124，通过归一化评分数之和H2与产品总体任务可靠度的差计算产品的故障率。
执行子步骤125，计算各二级系统或设备分配的故障率，所述各二级系统或设备分配的故障率为该二级系统或设备归一化评分数与产品故障率的乘积。
执行子步骤126，计算该二级系统或设备分配的任务可靠度，所述该二级系统或设备分配的任务可靠度为所述归一化评分数之和H2与各二级系统或设备分配的故障率的差。
执行步骤130，找出二级系统可靠性薄弱环节，确定二级系统可靠性最低基准包括以下子步骤：
执行子步骤131，根据所述评分等级原则，利用所述专家打分法，对产品一级系统所属二级系统或设备进行评分。
执行子步骤132，影响二级系统所属设备可靠性分配的各因素单项评价结果相乘，作为该二级系统所属设备的评分数。
执行子步骤133，对二级系统所属设备的评分数进行相加，二级系统所属设备评分数与该二级系统所属所有设备评分数之和的商，作为该二级系统所属设备的归一化评分数，二级系统所属所有设备的归一化评分数之和为1。
执行子步骤134，用CMSR法，计算二级系统所属设备任务可靠度达到分配给二级系统的任务可靠度所对应的二项分布的等效任务数和等效故障数。
执行子步骤135，设置二级系统所属设备归一化评分数数值最高的设备上午该二级系统可靠性最低基准和可靠性要求为所述步骤24中得到的等效任务数和等效故障数。
执行步骤140，根据二级系统可靠性最低基准对应的等效任务数和等效故障数，计算确定二级系统非最低基准其他设备可靠性要求，包括：
1)其他非可靠性最低基准设备的工作时间与可靠性最低基准设备的工作时间相同时，可靠性最低基准设备的等效任务数与其归一化评分数相乘，乘积除以非可靠性最低基准设备的归一化评分数，所得商为非可靠性最低基准设备的等效任务数；
2)其他非可靠性最低基准设备的工作时间与可靠性最低基准设备的工作时间不同时，可靠性最低基准设备的等效任务数与其归一化评分数以及非可靠性最低基准设备工作时间相乘，乘积除以非可靠性最低基准设备的归一化评分数以及可靠性最低基准设备工作时间，所得商为非可靠性最低基准设备的等效任务数。
执行步骤150，将各设备等效任务数和等效故障数，转化为该设备的指数寿命型试验时间和故障次数要求，包括设f为二项分布的等效故障数，n为等效任务数，T为转化为指数寿命型的试验时间，r为转化为指数寿命型的故障数，
1)当f＝0时，有
T＝(3-a)/[2(a-1)-0.335(a-1)3]t
2)当f≠0时，有
T＝nt
r＝f
其中，
t为设备工作时间。
执行步骤160，确定合理的置信度c，计算各设备平均故障间隔时间MTBF，各设备平均故障间隔时间MTBF的计算公式为：
其中，χ2为卡方分布。
执行步骤170，反向验算分配结果是否满足产品任务可靠度要求，判断所述反向验算分配结果是否满足产品任务可靠度要求的方法包括以下子步骤：
执行子步骤171，利用普通概率法，基于串联、并联、N中取k等可靠性模型和二级系统或设备任务可靠度，计算各一级系统任务可靠度。
执行子步骤172，利用普通概率法，基于串联、并联、N中取k等可靠性模型和一级系统或设备任务可靠度，计算产品总体任务可靠度。
执行子步骤173，比较所述产品总体任务可靠度与所述各一级系统任务可靠度的大小。当所述产品总体任务可靠度小于所述各一级系统任务可靠度时，重新执行步骤130；当所述产品总体任务可靠度不小于所述各一级系统任务可靠度时，则可靠性分配结束，执行步骤180，列出产品总体、一级系统或设备、二级系统或设备任务可靠性要求和所有设备的平均故障间隔时间要求。
实施例二
本发明提供一种综合利用普通概率法和CMSR法的可靠性分配方法，包括通过专家打分法确定各级系统设备对上级系统任务可靠度的影响，基于专家打分结果，综合利用普通概率法和CMSR法(修正极大似然和序贯压缩法)开展可靠性分配，还包括以下步骤：根据使命任务和典型任务，绘制产品典型任务剖面，确定各设备工作时长；根据产品组成逻辑关系，绘制各种工况下产品任务可靠性框图；确定影响可靠性的关键因素，通过专家打分的方式，对总体及各级系统设备对上级系统或总体在可靠性方面的影响；基于专家打分结果，利用普通概率法将总体任务可靠度分配至二级系统；基于专家打分结果，确定二级系统所属设备可靠性最低基准；利用CMSR法，确定满足二级系统分配的任务可靠度的可靠性最低基准设备的可靠性要求(一般为成败型的等效任务数和等效故障数)；基于专家评分结果和可靠性最低基准设备的可靠性要求，确定二级系统非可靠性最低基准设备的可靠性要求；将成败型转化为指数寿命型，确定各设备的试验(使用)时间和故障数；确定合理的置信度，各设备的试验(使用)时间和故障数确定各设备的平均故障间隔时间；基于各设备的等效故障数和等效任务数，利用CMSR评估二级系统任务可靠度，再利用普通概率法逐级评估一级系统和产品总体任务可靠度，若评估得到的产品任务可靠度不低于产品任务可靠度要求，分配结束，列出分配结果，若评估得到的产品任务可靠度低于产品任务可靠度要求，重新利用专家打分法确定二级系统可靠性最低基准。在满足产品任务可靠度的基础上，可以大幅降低全部采取普通概率法开展可靠性分配带来的二级系统所属设备可靠性指标要求偏高的问题，在合理的情况下实现任务周期长不可维修产品二级系统所属设备可靠性指标要求大幅降低。
在开展可靠性评估过程中，主要采用CMSR法求系统经典近似置信下限，它是MML法和SR结合的产物，不仅具有MML计算准确的优点，又一定程度地避免了SR过多丢失信息的缺点，在工程上估计成败型单元系统可靠性最常用的方法，对于指数型单元可以通过转化为成败型等效单元利用CMSR法进行计算。
由于CMSR求的是近似置信下限，完全利用CMSR法反向逆推可靠性指标要求会造成CMSR这种经典近似置信下限的不确定度不断增大，而普通概率法求得是解析解，但是随着计算层级增加趋向更加保守，因此，采用普通概率法与CMSR法相结合的方式开展产品可靠性分配与预计。
本发明提供一种综合利用普通概率法和CMSR法的可靠性分配方法，包括通过专家打分法确定各级系统设备对上级系统任务可靠度的影响，基于专家打分结果，综合利用普通概率法和CMSR法开展可靠性分配，还包括以下步骤：
步骤1：根据产品使命任务及执行典型任务时长，确定产品执行典型任务过程中的工况及各种工况下各个设备的工作时长，绘制典型任务剖面。
步骤2：根据产品功能及其组成之间逻辑关系，确定各种工况下的产品任务可靠性框图。
步骤3：确定影响可靠性分配的因素，以及各个因素影响可靠性的评价等级，明确专家打分法要求，评价等级确定原则如下：
1)复杂程度较高的装备分配较低的可靠度；
2)功能重要度较低的装备分配较低的可靠度；
3)技术上不成熟的装备分配较低的可靠度；
4)冗余度较低的装备分配较低的可靠度；
5)典型任务剖面中工作时间较长的装备分配较低的可靠度；
6)典型任务剖面中工作强度较高的装备分配较低的可靠度。
步骤4：利用专家打分法，将产品总体任务可靠性指标分配至所属一级系统或设备，具体要求如下：
1)根据步骤3评分等级原则要求，利用专家打分法，对产品所属一级系统或设备进行评分；
2)将影响一级系统或设备可靠性分配的各因素单项评价结果相乘，作为该一级系统或设备的评分数；
3)对各一级系统或设备的评分数进行归一化处理，处理方式为将处于同一分配层级的一级系统或设备的评分数进行相加，一级系统或设备评分数与所有一级系统或设备评分数之和的商，作为该一级系统或设备的归一化评分数，处于同一级别的一级系统或设备归一化评分数之和为1；
4)通过1与产品总体任务可靠度的差计算产品的故障率，一般分配时总体任务可靠度留有一定的裕量(如10％)；
5)各一级系统或设备归一化评分数与产品故障率的乘积为该一级系统或设备分配的故障率；
6)1与各一级系统或设备分配的故障率的差为该一级系统或设备分配的任务可靠度。
步骤5：利用专家打分法，将一级系统任务可靠度分配至二级系统或设备，具体要求如下：
1)根据步骤3评分等级原则要求，利用专家打分法，对产品一级系统所属二级系统或设备进行评分；
2)将影响二级系统或设备可靠性分配的各因素单项评价结果相乘，作为该二级系统或设备的评分数；
3)对一级系统所属各二级系统或设备的评分数进行归一化处理，处理方式为将该一级系统所属处于同一分配层级的二级系统或设备的评分数进行相加，二级系统或设备评分数与该一级系统所属所有二级系统或设备评分数之和的商，作为该二级系统或设备的归一化评分数，处于某一级系统同一级别的二级系统或设备归一化评分数之和为1；
4)通过1与产品一级系统任务可靠度的差计算产品的故障率；
5)各二级系统或设备归一化评分数与产品故障率的乘积为该二级系统或设备分配的故障率；
6)1与各二级系统或设备分配的故障率的差为该二级系统或设备分配的任务可靠度。
步骤6：利用专家打分法，找出二级系统可靠性薄弱环节，确定二级系统可靠性最低基准，具体要求如下：
1)根据步骤3评分等级原则要求，利用专家打分法，对二级系统所属设备进行评分；
2)将影响二级系统所属设备可靠性分配的各因素单项评价结果相乘，作为该二级系统所属设备的评分数；
3)对二级系统所属设备的评分数进行相加，二级系统所属设备评分数与该二级系统所属所有设备评分数之和的商，作为该二级系统所属设备的归一化评分数，二级系统所属所有设备的归一化评分数之和为1；
4)利用CMSR法，计算二级系统所属设备任务可靠度达到分配给二级系统的任务可靠度所对应的二项分布的等效任务数和等效故障数，一般计算等效故障数为0时的等效任务数；
5)二级系统所属设备归一化评分数数值最高的设备，其该二级系统可靠性最低基准，可靠性要求为步骤6中4)计算出的等效任务数和等效故障数。步骤7：根据二级系统可靠性最低基准对应的等效任务数和等效故障数，计算确定二级系统非最低基准其他设备可靠性要求，一般要求其他非最低基准设备的等效故障数与二级系统所属可靠性最低基准设备的等效故障数相同，主要计算等效任务数，具体方法如下：
1)其他非可靠性最低基准设备的工作时间与可靠性最低基准设备的工作时间相同时，可靠性最低基准设备的等效任务数与其归一化评分数相乘，乘积除以非可靠性最低基准设备的归一化评分数，所得商为非可靠性最低基准设备的等效任务数；
2)其他非可靠性最低基准设备的工作时间与可靠性最低基准设备的工作时间不同时，可靠性最低基准设备的等效任务数与其归一化评分数以及非可靠性最低基准设备工作时间相乘，乘积除以非可靠性最低基准设备的归一化评分数以及可靠性最低基准设备工作时间，所得商为非可靠性最低基准设备的等效任务数。
步骤8：将各设备等效任务数和等效故障数，转化为该设备的指数寿命型试验时间和故障次数要求(也可为使用时间和允许故障次数要求)，设f为二项分布的等效故障数，n为等效任务数，T为转化为指数寿命型的试验(使用)时间，r为转化为指数寿命型的故障数，
1)当f＝0时，有
T＝(3-a)/[2(a-1)-0.335(a-1)3]t
2)当f≠0时，有
T＝nt
r＝f
其中，t为设备工作时间。
步骤9：确定合理的置信度c，计算各设备平均故障间隔时间，计算公式如下：
要求在开展可靠性试验考核或统计使用时间进行评估时，选取的置信度要与c一致。
步骤10：反向验算分配结果是否满足产品任务可靠度要求，具体方法如下：
1)基于步骤7所得的各设备等效任务数和等效故障数，以及该置信度c，利用CMSR法，评估二级系统任务可靠度；
2)利用普通概率法，基于串联、并联、N中取k等可靠性模型和二级系统或设备任务可靠度，计算各一级系统任务可靠度；
3)利用普通概率法，基于串联、并联、N中取k等可靠性模型和一级系统或设备任务可靠度，计算产品总体任务可靠度；
4)若计算得到的总体任务可靠度不小于产品任务可靠度要求，则可靠性分配结束，若低于产品任务可靠度要求，说明可靠性最低基准确定有误，重新返回步骤6通过专家打分法确定最低基准装备，直至计算得到的总体任务可靠度不小于产品任务可靠度要求结束。
步骤3中各项评分范围为1-10分，等级一般分为5个等级，分别为1-2、3-4、5-6、7-8和9-10分。
步骤3中影响因素评价一般为主观评价，其中复杂程度和工作时间根据掌握的产品信息可转化为客观评价。
步骤4所述设备是按照产品组成和可靠性框图，与一级系统处于同一等级的设备。
步骤5所述设备是按照产品组成和可靠性框图，与二级系统处于同一等级的设备。
步骤5若根据产品组成和可靠性框图，若二级系统仍可分为三级及以下系统，可参考步骤5继续往下开展分配。
步骤4和步骤5利用普通概率法开展任务可靠度分配时需注意如下事项：
1)分配时应综合考虑系统下属各功能级产品的复杂度、重要度、技术成熟度、冗余度，以及典型任务剖面下各设备工作时间、工作强度等因素；
2)分配到同一层次的产品的划分规模应尽可能相当，以便于权衡和比较；
3)某些非电子组件故障率很低时，可以不直接参加可靠性分配，而归并在其他因素项目中一并考虑；
4)产品按规定值进行可靠性分配并只分配至子系统。分配时留有一定的裕量(如10％)，以便在产品增加功能或局部改进设计时，不用再重新进行分配。
步骤4和步骤5中与一级系统和二级系统分配处于同一分配等级的设备，利用普通概率法分配的结果即为其可靠性要求(分配的故障率转化为任务可靠度)，可根据其工作时间，在上述置信度c下，转化为指数寿命型试验时间和故障次数要求(也可为使用时间和允许故障次数要求)。
本发明提出了一种综合利用普通概率法和CMSR法的可靠性分配方法，在保持产品任务可靠度要求不变的条件下，将产品任务可靠度按照专家评分法首先分配至系统，再利用专家评分法将系统任务可靠度分配至子系统，利用CMSR法确定子系统所属设备可靠性最低基准，即确定子系统可靠性要求最低的设备，以子系统可靠性要求最低设备的平均故障间隔时间为基准，根据专家评分法要求，确定子系统其他设备平均故障间隔时间，再利用CMSR评估二级系统任务可靠度，利用普通概率法逐层评估系统和总体任务可靠度，若评估的总体任务可靠度不低于用于分配的产品任务可靠度，则可靠性分配满足要求。相对常规的按照普通概率法直接分配至设备的可靠性分配方法，该方法可以明显降低子系统所属设备可靠性指标要求，分配的结果具有可信度且符合工程实际容易实现。
实施例三
某产品由系统1(结构件)、系统2、系统3组成，其中系统2由其子系统1、子系统22、子系统3组成，系统2的子系统2由其所属设备1、设备2、设备3组成，系统2的子系统3由其所属设备1、设备2、设备3组成；系统3由其子系统1和子系统2组成，其中系统3的子系统1由其所属的设备1和设备2组成。产品执行100天任务，不能进行维修，任务可靠度要求在置信度0.8下不低于0.70。
如图2所示，执行步骤300，产品各系统设备工作时长如表1所示：
表1产品结构说明表及任务期工作时长
执行步骤310，根据产品的逻辑关系，绘制各种工况下产品的任务可靠性框图。
实施步骤320，产品的可靠性影响因素如下：
评分分配法是在可靠性数据非常缺乏的情况下，通过有经验的设计人员或专家对影响系统可靠性的几种因素(复杂度、重要度、技术成熟度、工作时间、工作强度和冗余度)评分，并对评分值进行综合分析以获得各单元产品之间的可靠性相对比值—分配系数，再根据分配系数给每个分系统或设备分配可靠性指标的分配方法。
在该分配方法中，列出影响可靠性的6种主要因素，具体评分法则如表2所示。
表2主要影响因素说明表具体评分准则如表3-表8所示。
表3复杂度因素评分准则
| 等级 | 分数 | 说明 |
| 1 | 9-10 | 产品故障对平台的功能和性能影响较弱 |
| 2 | 7-8 | 产品故障对平台的性能造成一定影响，但功能能实现 |
| 3 | 5-6 | 产品故障对平台的功能造成一定影响 |
| 4 | 3-4 | 产品故障严重影响平台的性能，但功能基本能实现 |
| 5 | 1-2 | 产品故障严重影响平台的功能 |
表4重要度因素评分准则
表5技术成熟度因素评分准则
| 等级 | 分数 | 说明 |
| 1 | 9-10 | 该单元产品的工作时间是同级单元产品最长工作时间的100-80％ |
| 2 | 7-8 | 该单元产品的工作时间是同级单元产品最长工作时间的80％-60％ |
| 3 | 5-6 | 该单元产品的工作时间是同级单元产品最长工作时间的60％-40％ |
| 4 | 3-4 | 该单元产品的工作时间是同级单元产品最长工作时间的40％-20％ |
| 5 | 1-2 | 该单元产品的工作时间是同级单元产品最长工作时间的20％以下 |
表6工作时间因素评分准则
表7工作强度因素评分准则
| 等级 | 分数 | 说明 |
| 1 | 9-10 | 该单元产品的功能有3个以上相同设备可实现 |
| 2 | 7-8 | 该单元产品的功能有3个以上类似设备可实现 |
| 3 | 5-6 | 该单元产品的功能有2个相同设备可实现 |
| 4 | 3-4 | 该单元产品的功能有2个类似设备可实现 |
| 5 | 1-2 | 该单元产品的功能只有其自身可实现 |
表8冗余度因素评分准则(通常仅用于二级系统和设备)
执行步骤330，通过专家评分得到产品一级系统任务可靠度分配结果如表9所示。
表9一级系统任务可靠性分配表
执行步骤340，通过专家评分得到产品系统的二级系统任务可靠度分配结果如表10-表11所示。
表10系统2所属子系统任务可靠性分配表
表11系统3所属子系统任务可靠性分配表
执行350，通过专家评分得到二级系统所属设备归一化权重，结果如表12-表14所示。
表12系统3所属子系统任务可靠性分配表
表13系统2所属子系统任务可靠性分配表
表14系统1所属子系统任务可靠性分配表
子系统所属设备归一化评分数越高，根据CMSR法，所分配的故障率越高，为可靠性最低基准，如表15-表17所示。
表15系统2子系统2所属设备可靠性最低基准
表16系统2子系统3所属设备可靠性最低基准
表17系统3子系统1所属设备可靠性最低基准执行步骤160，确定二级系统所属设备非可靠性要求，如表18-表20所示。
表18系统2子系统2所属设备可靠性要求
表19系统2子系统3所属设备可靠性要求
表20系统3子系统1所属设备可靠性要求执行步骤370，如表21所示，计算各设备试验(使用)时间和故障数
表21系统设备可靠性要求执行步骤380，计算各设备平均故障间隔时间，如表22所示。
表22设备平均故障间隔时间
执行步骤190，首先利用CMSR法计算二级系统任务可靠度，再利用普通概率法计算一级系统和产品总体任务可靠度，如表23所示。
表23逐级计算任务可靠度
从表23可以看出反向计算得到产品总体任务可靠度为0.8722，高于0.7的要求，分配符合要求。在实际工程中，上表中系统2子系统2和系统2子系统3两个二级系统所属设备，可以进一步降低可靠性要求。
执行400，得到系统设备可靠性如表24所示。
表24产品可靠性要求
为了更好地理解本发明，以上结合本发明的具体实施例做了详细描述，但并非是对本发明的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，均仍属于本发明技术方案的范围。本说明书中每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似的部分相互参见即可。对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
Claims (10)
1.一种综合利用普通概率法和CMSR法的可靠性分配方法，包括确定影响可靠性分配的因素、各个因素影响可靠性的评价等级和明确专家打分法要求，其特征在于，还包括以下步骤：
步骤1：将产品总体任务可靠性指标分配至所属一级系统或设备；
步骤2：将一级系统任务可靠度分配至二级系统或设备；
步骤3：找出二级系统可靠性薄弱环节，确定二级系统可靠性最低基准；
步骤4：根据二级系统可靠性最低基准对应的等效任务数和等效故障数，计算确定二级系统非最低基准其他设备可靠性要求；
步骤5：将各设备等效任务数和等效故障数，转化为该设备的指数寿命型试验时间和故障次数要求；
步骤6：确定合理的置信度c，计算各设备平均故障间隔时间MTBF；
步骤7：反向验算分配结果是否满足产品任务可靠度要求，如不满足则重新执行步骤3；
步骤8：列出产品总体、一级系统或设备、二级系统或设备任务可靠性要求和所有设备的平均故障间隔时间要求。
2.如权利要求1所述的综合利用普通概率法和CMSR法的可靠性分配方法，其特征在于，所述步骤1包括以下子步骤：
步骤11：根据所述评分等级原则，利用所述专家打分法，对产品所属一级系统或设备进行评分；
步骤12：将影响一级系统或设备可靠性分配的各因素单项评价结果相乘，作为该一级系统或设备的评分数；
步骤13：对各一级系统或设备的评分数进行归一化处理，处于同一级别的一级系统或设备归一化评分数之和为H1，其中，H1＝1；
步骤14：通过归一化评分数之和H1与产品总体任务可靠度的差计算产品的故障率；
步骤15：计算各一级系统或设备分配的故障率；
步骤16：计算该一级系统或设备分配的任务可靠度。
3.如权利要求2所述的综合利用普通概率法和CMSR法的可靠性分配方法，其特征在于，所述归一化处理是将处于同一分配层级的一级系统或设备的评分数进行相加，一级系统或设备评分数与所有一级系统或设备评分数之和的商，作为该一级系统或设备的归一化评分数；所述各一级系统或设备分配的故障率为该一级系统或设备归一化评分数与产品故障率的乘积；
所述该一级系统或设备分配的任务可靠度为所述归一化评分数之和H1与各一级系统或设备分配的故障率的差。
4.如权利要求3所述的综合利用普通概率法和CMSR法的可靠性分配方法，其特征在于，所述步骤2包括以下子步骤：
步骤21：根据所述评分等级原则，利用所述专家打分法，对产品一级系统所属二级系统或设备进行评分；
步骤22：将影响二级系统或设备可靠性分配的各因素单项评价结果相乘，作为该二级系统或设备的评分数；
步骤23：对各二级系统或设备的评分数进行归一化处理，处于同一级别的二级系统或设备归一化评分数之和为H2，其中，H2＝1；
步骤24：通过归一化评分数之和H2与产品总体任务可靠度的差计算产品的故障率；
步骤25：计算各二级系统或设备分配的故障率；
步骤26：计算该二级系统或设备分配的任务可靠度。
5.如权利要求4所述的综合利用普通概率法和CMSR法的可靠性分配方法，其特征在于，所述各二级系统或设备分配的故障率为该二级系统或设备归一化评分数与产品故障率的乘积；所述该二级系统或设备分配的任务可靠度为所述归一化评分数之和H2与各二级系统或设备分配的故障率的差。
6.如权利要求5所述的综合利用普通概率法和CMSR法的可靠性分配方法，其特征在于，所述步骤3包括以下子步骤：
步骤31：根据所述评分等级原则，利用所述专家打分法，对产品一级系统所属二级系统或设备进行评分；
步骤32：影响二级系统所属设备可靠性分配的各因素单项评价结果相乘，作为该二级系统所属设备的评分数；
步骤33：对二级系统所属设备的评分数进行相加，二级系统所属设备评分数与该二级系统所属所有设备评分数之和的商，作为该二级系统所属设备的归一化评分数，二级系统所属所有设备的归一化评分数之和为1；
步骤34：用CMSR法，计算二级系统所属设备任务可靠度达到分配给二级系统的任务可靠度所对应的二项分布的等效任务数和等效故障数；
步骤35：设置二级系统所属设备归一化评分数数值最高的设备上午该二级系统可靠性最低基准和可靠性要求为所述步骤24中得到的等效任务数和等效故障数。
7.如权利要求6所述的综合利用普通概率法和CMSR法的可靠性分配方法，其特征在于，所述步骤4包括：
1)其他非可靠性最低基准设备的工作时间与可靠性最低基准设备的工作时间相同时，可靠性最低基准设备的等效任务数与其归一化评分数相乘，乘积除以非可靠性最低基准设备的归一化评分数，所得商为非可靠性最低基准设备的等效任务数；
2)其他非可靠性最低基准设备的工作时间与可靠性最低基准设备的工作时间不同时，可靠性最低基准设备的等效任务数与其归一化评分数以及非可靠性最低基准设备工作时间相乘，乘积除以非可靠性最低基准设备的归一化评分数以及可靠性最低基准设备工作时间，所得商为非可靠性最低基准设备的等效任务数。
8.如权利要求7所述的综合利用普通概率法和CMSR法的可靠性分配方法，其特征在于，所述步骤5包括设f为二项分布的等效故障数，n为等效任务数，T为转化为指数寿命型的试验时间，r为转化为指数寿命型的故障数，
1)当f＝0时，有
T＝(3-α)/[2(a-1)-0.335(a-1)3]t
2)当f≠0时，有
T＝nt
r＝f
其中，
t为设备工作时间。
9.如权利要求8所述的综合利用普通概率法和CMSR法的可靠性分配方法，其特征在于，各设备平均故障间隔时间MTBF的计算公式为：
其中，χ2为卡方分布。
10.如权利要求9所述的综合利用普通概率法和CMSR法的可靠性分配方法，其特征在于，判断所述反向验算分配结果是否满足产品任务可靠度要求的方法包括以下子步骤：
步骤71：利用普通概率法，基于串联、并联、N中取k等可靠性模型和二级系统或设备任务可靠度，计算各一级系统任务可靠度；
步骤72：利用普通概率法，基于串联、并联、N中取k等可靠性模型和一级系统或设备任务可靠度，计算产品总体任务可靠度；
步骤73：比较所述产品总体任务可靠度与所述各一级系统任务可靠度的大小，
1)当所述产品总体任务可靠度不小于所述各一级系统任务可靠度时，则可靠性分配结束；
2)当所述产品总体任务可靠度小于所述各一级系统任务可靠度时，重新执行步骤3。
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