统可靠性设计分析 - 赵廷弟 - 综合测试题1

341401班系统可靠性设计分析期末试题（满分100） 姓名： 学号：

1．判断题（共20分，每题2分，答错倒扣1分）

(1) （ ）系统可靠性与维修性决定了系统的可用性和可信性。 (2) （ ）为简化故障树，可将逻辑门之间的中间事件省略。 (3) （ ）在系统寿命周期的各阶段中，可靠性指标是不变的。

(4) （ ）如果规定的系统故障率指标是每单位时间0.16，考虑分配余量，可以按每单位时间0.2

进行可靠性分配。

(5) （ ）MTBF和MFHBF都是基本可靠性参数。

(6) （ ）电子元器件的质量等级愈高，并不一定表示其可靠性愈高。

(7) （ ）事件树的后果事件指由于初因事件及其后续事件的发生或不发生所导致的不良结果。 (8) （ ）对于大多数武器装备，其寿命周期费用中的使用保障费用要比研制和生产费用高。 (9) （ ）所有产品的故障率随时间的变化规律，都要经过浴盆曲线的早期故障阶段、偶然故障

阶段和耗损故障阶段。

(10) （ ）各种产品的可靠度函数曲线随时间的增加都呈下降趋势。

2．填空题（共20分，每空2分）

(1) MFHBF的中文含义为 。 (2) 平均故障前时间MTTF与可靠度R(t)之间的关系式是 。 (3) 与电子、电器设备构成的系统相比，机械产品可靠性特点一是寿命不服从 分布，二是零部件 程度低。 (4) 在系统所处的特定条件下，出现的未预期到的通路称为 。 (5) 最坏情况容差分析法中，当网络函数在工作点附近可微且变化较小、容差分析精度要求不高、设计参数变化范围较小时，可采用 ；当网络函数在工作点可微且变化较大，或容差分析精度要求较高，或设计参数变化范围较大时，可采用 。 (6) 一般地，二维危害性矩阵图的横坐标为严酷度类别，纵坐标根据情况可选下列三项之一： 、 或 。

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3．简要描述故障树“三早”简化技术的内容。（10分）

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4．写出故障率、可靠度及故障密度函数的定义式，推导出三者的关系式，并最终推导

出可靠度与故障率函数的关系式。（20分）

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5．如题6图 (a)所示系统，表示当开关E打开时，发电机A向设备B供电，发电

机C向设备D供电。如果发电机A或C坏了，合上开关E，由发电机C或A向设备B和D供电。请从题6图 (b)、 (c)、 (d)选出正确的可靠性模型（2分），并说明其理由（8分）。（本题共10分）

~设备B3发电机A开关AB~E设备D1E2发电机CCD(a)43(b)3ABB1E2AC1E2DCD4(c)4(d)

题6图 系统原理图和网络图

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姓名： 341401班系统可靠性设计分析期末试题（满分100） 学号：

6． 计算题（20分）

系统可靠性框图如下所示：

X1X4X2X3X3X5

要求：

1) 画出相应的故障树，写出其结构函数原型并化为最小割集表达式； 2) 计算各底事件的结构重要度并给出分析结论。

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1．判断题（共20分，每题2分，答错倒扣1分）

(11) （ √ ）系统可靠性与维修性决定了系统的可用性和可信性。

(12) （ × ）为简化故障树，可将逻辑门之间的中间事件省略。 (13) （ × ）在系统寿命周期的各阶段中，可靠性指标是不变的。 (14) （ × ）如果规定的系统故障率指标是每单位时间0.16，考虑分配余量，可以按每单位时间0.2

进行可靠性分配。

(15) （ √ ）MTBF和MFHBF都是基本可靠性参数。 (16) （ × ）电子元器件的质量等级愈高，并不一定表示其可靠性愈高。 (17) （ × ）事件树的后果事件指由于初因事件及其后续事件的发生或不发生所导致的不良结果。 (18) （ √ ）对于大多数武器装备，其寿命周期费用中的使用保障费用要比研制和生产费用高。 (19) （ × ）所有产品的故障率随时间的变化规律，都要经过浴盆曲线的早期故障阶段、偶然故障

阶段和耗损故障阶段。

(20) （ √ ）各种产品的可靠度函数曲线随时间的增加都呈下降趋势。

2．填空题（共20分，每空2分）

(7) MFHBF的中文含义为平均故障间隔飞行小时 。

?(8) 平均故障前时间MTTF与可靠度R(t)之间的关系式是 TTF?R(t)dt0?。

(9) 与电子、电器设备构成的系统相比，机械产品可靠性特点一是寿命不服从 指数 分布，二是零部件 标准化 程度低。 (10) 在系统所处的特定条件下，出现的未预期到的通路称为潜在通路 。 (11) 最坏情况容差分析法中，当网络函数在工作点附近可微且变化较小、容差分析精度要求不高、设计参数变化范围较小时，可采用线性展开法 ；当网络函数在工作点可微且变化较大，或容差分析精度要求较高，或设计参数变化范围较大时，可采用直接代入法 。 (12) 一般地，二维危害性矩阵图的横坐标为严酷度类别，纵坐标根据情况可选下列三项之一：产品危害度 、模式危害度 或故障概率等级 。

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3．简要描述故障树“三早”简化技术的内容。（10分）

答：故障树的“三早”简化技术包括早期逻辑简化（1分）、早期模块分解（1分）和早期不交化（1

分）。 早期逻辑简化是根据布尔代数的运算规则，对故障树中多余的逻辑事件和逻辑门进行简化。逻辑简化要求从故障树分析开始进行。（1分） 早期模块分解是指从整个故障树中分割出若干模块，把分割出的模块用一个“准底事件”代替，单独进行最小割集分析和概率计算（1分）。故障树的模块是故障树中至少2个底事件的集合（1分），向上可到达同一逻辑门，而且必须通过此门才能到达顶事件，该逻辑门称为模块的输出或顶点（1分）。模块不能有来自其余部分的输入，而且不能有与其余部分重复的事件。（1分）

早期不交化对于重复事件多、无法用模块分解法进行简化的故障树，可有效消除重复事件（1分）。其规则是：与门的输入、输出均不变，而或门的输入则需不交化——除第一个输入保持不变外，其余输入变为新增的与门（1分）。。

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4．写出故障率、可靠度及故障密度函数的定义式，推导出三者的关系式，并最终推导

出可靠度与故障率函数的关系式。（20分）

解：?(t)?

dr(t) （1分）

Ns(t)dt式中：λ(t）——故障率； dr(t) ——t时刻后，dt时间内故障的产品数； Ns(t) ——残存产品数，即到t时刻尚未故障的产品数。（1分）

R(t)?N0?r(t) （1分） N0式中：N 0 ——t=0时，在规定条件下进行工作的产品数； r(t) ——在0到t时刻的工作时间内，产品的累计故障数（产品故障后不予修复） （1分）

上式中：Ns(t) = N 0– r(t) （1分）

在两态假设的系统中，不可靠度F(t)?1?R(t)?r(t) （1分） N0 而故障密度函数f(t)?dF(t)1dr(t) ?dtN0dt（1分）

?(t)?dr(t)dr(t)N0(t)f(t) ??Ns(t)dtN0(t)dtNs(t)R(t)（过程1分，结果1分）

?f(t)?

dF(t)dR(t)??dtdtdR(t)??(t)dt??R(t)tt?(t)dt??lnR(t)|0?0t （过程3分，结果3分）

??(t)dtR(t)?e

?0此即可靠度与故障率函数的关系式。 （综合、完整：5分）

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5．如题6图 (a)所示系统，表示当开关E打开时，发电机A向设备B供电，发电机C

向设备D供电。如果发电机A或C坏了，合上开关E，由发电机C或A向设备B和D供电。请从题6图 (b)、 (c)、 (d)选出正确的可靠性模型（2分），并说明其理由（8分）。

（本题共10分）

~设备B3发电机A开关ABE~设备D1E2发电机CCD(a)43(b)3ABE2AB1C1E2DCD4(c)4(d)

题6图 系统原理图和网络图

答：（d）正确。 (b): C坏，A不通D；(2分) (c): A坏，C不通B；(2分)

(d): E双向，A通D、C通B。（4分）

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6． 计算题（20分）

系统可靠性框图如下所示：

X1X2X3X3X4X5要求：

3) 画出相应的故障树（3分），写出其结构函数原型（1分）并化为最小割集表达式（2

分）；

4) 计算各底事件的结构重要度（7分）并给出分析结论（2分）。

（综合、完整：5分）

解：

TM1M2X1X2X3X4M31)

X3X5 该故障树图中各底事件均应为原RBD中对应单元的逆事件——下同！

Φ（X）= (X1?X2?X3)?[X4?(X3?X5)]

用下行法求最小割集： 第一层：｛M1｝｛M2｝ 第二层：｛x1，x2，x3｝｛x4，M3｝ 第三层：｛x1，x2，x3｝｛x4，x3｝｛x4，x5｝ 则最小割集即为 ｛x1，x2，x3｝｛x4，x3｝｛x4，x5｝

2) 结构重要度

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姓名： 341401班系统可靠性设计分析期末试题（满分100） 学号：

??0,0,0,0,0??0??0,0,0,0,1??0??0,0,0,1,0??0??0,0,0,1,1??1??0,0,1,0,0??0??0,0,1,0,1??0??0,0,1,1,0??1??0,0,1,1,1??1??0,1,0,0,0??0??0,1,0,0,1??0??0,1,0,1,0??0??0,1,0,1,1??1??0,1,1,0,0??0??0,1,1,0,1??0??0,1,1,1,0??1??0,1,1,1,1??1??1,0,0,0,0??0??1,0,0,0,1??0??1,0,0,1,0??0??1,0,0,1,1??1

??1,0,1,0,0??0??1,0,1,0,1??0??1,0,1,1,0??1??1,0,1,1,1??1??1,1,0,0,0??0??1,1,0,0,1??0??1,1,0,1,0??0??1,1,0,1,1??1??1,1,1,0,0??1??1,1,1,0,1??1??1,1,1,1,0??1??1，1，1，1，1??1?n??1?1????1,X????01,X???2n2?????12,X????02,X???22n?12n?1n?????0?3?????13,X3,X???6n4?????14,X????04,X???102n?12n?1n?5?????15,X????05,X???4

2n?1I?1n?1?1?3?5?11?2n?11?8,I2?8,I3?8,I4?8,I5?4显然，部件4在结构中所占位置比其它部件更重要

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