郑州航院可靠性工程课程设计报告.docx

1、郑州航院可靠性工程课程设计报告航空工业管理学院课程设计报告届 专业班级课程名称 可靠性工程课程设计 题 目 FTA 分析与可靠性增长分配姓 名 学号 指导教师 职称 二0 一五年六月五日课程设计任务书、设计题目基于电池续航寿命的手机通话系统 FTA分析与可靠性增长分配、设计依据1、智能手机平台总体结构图 2、基础数据：除了电池的续航可靠度未知之外，其它各组件的故障率均为0.001/h ； FTA分析的时间位置为t ? 1.96?;通话系统设计可靠度要求R(t)=0.95 ;手机各部件可靠性增长与投入成本之间的关系为Ri 1 e i(Xi i),i 1,2, ,14，各部件参数见下表1 :表1各

2、部件可靠性增长与投入成本之间的关系部件名称a部件名称a电池0.94.0应用处理器0.62.0调谐&解调器0.63.0条件接收模块0.93.0存储器0.91.0蓝牙耳机0.91.0蓝牙/WIFI0.82.0LCD模 块0.62.0耳机0.91.0扬声器0.9；2.0音频解码器0.64.0射频&基带处理器模块0.63.0传声器0.91.0摄像头模块0.92.02、电池的续航可靠度根据个人收集的电池续航时间数据进行分析 和计算得到；3、 可靠性数据分析步骤及要求，FTA分析步骤及要求，可靠性分配 模型；4、 可靠性数据及FTA分析案例，可靠性分配示例。三、设计容以智能手机通话系统为分析对象，根据实测

3、数据，识别和检验手机 电池续航寿命分布；基于智能手机平台总体结构图，建立手机通话系统 故障树，并根据已知和前述分析所得数据对故障树进行定性、 定量分析;基于前述相关分析结果，根据通话系统设计可靠度要求，以及应用处理 器可靠性增长、电池续航寿命可靠性增长与成本的关系函数，基于最优 成本对通话系统的应用处理器和电池进行可靠性增长分配，并计算最优 成本值。2015年4月26日序、课程设计简介 1一、 课程设计的目的 1二、 课程设计的容 1三、 课程设计的具体要求 2四、 课程设计进度安排 2一、 系统简介 31、 智能手机系统功能的分析与介绍 32、 系统部件构成 4二、 手机电池续航可靠性分析

4、51、 收集电池充电间隔时间 52、 根据收集的数据识别电池续航寿命分布 63、 对电池续航寿命分布进行检验 74、 计算电池相关时刻的可靠度 8三、 手机通话系统的故障树分析 91、 故障树的建立 92、 故障树定性分析 103、 故障树的定量分析 10四、 通话系统的可靠性增长分配 111、建立系统设计可靠性与单元可靠性增长变量之间的关系函数 113、可靠性增长分配和最优成本结果的计算 12五、总结 15参考文献 16基于电池续航寿命的手机通话系统 FTA分析与可靠性增长分配学号： 120510115 : 盼云序、课程设计简介一、 课程设计的目的通过这次课程设计，较好地掌握可靠性工程的相关

5、理论与方法，能灵活应用可靠性工程理论知识和方法，达到如下目的：（1） 了解和掌握可靠性数据分析、FTA可靠性分配等可靠性工 程理论和方法；（2） 培养分析问题和解决问题的实践能力；（3） 对可靠性工程理论知识和方法与生产实践的结合有更深入的感性认识。二、 课程设计的容以智能手机通话系统为分析对象， 根据实测数据，识别和检验手 机电池续航寿命分布；基于智能手机平台总体结构图，建立手机通话 系统故障树，并根据已知和前述分析所得数据对故障树进行定性、定 量分析；基于前述相关分析结果，根据通话系统设计可靠度要求，以 及应用处理器可靠性增长、电池续航寿命可靠性增长与成本的关系函 数，基于最优成本对通话系

6、统的应用处理器和电池进行可靠性增长分 配，并计算最优成本值。三、课程设计的具体要求1.收集手机电池充电间隔期数据（不低于 50个数据）；2.根据收集数据识别手机电池续航寿命分布并进行假设检验；3.根据手机平台总体结构对通话故障进行故障树分析， 并基于已知和计算数据进行故障树的定性、定量分析；4.根据系统可靠度设计要求及其它已知条件， 对应用处理器和电池进 行最优成本的可靠性增长分配分析，计算最优分配结果。四、课程设计进度安排1、 每人单独1组，独自完成。2、 时间和进度安排：时间为10-11周，共两周；第13周周日之前交于各自指导教师，由各指导教师安排答辩和评 分。系统简介1、智能手机系统功能

7、的分析与介绍（1） 人性化：可以根据个人需要扩展机器功能。根据个人需要， 实时扩展机器置功能，以及软件升级，智能识别软件兼容性，实现了 软件市场同步的人性化功能。（2） 功能强大：扩展性能强，第三方软件支持多。（3） 运行速度快：随着半导体业的发展，核心处理器（CPU发展 迅速，使智能手机在运行方面越来越极速。（4） 具备无线接入互联网的能力：即需要支持 GSM网络下的GPRS 或者 CDM网络的 CDMA1或 3G（ WCDMA CDMA-2000 TD-CDMA 网络，甚 至 4G（ HSPA+ FDD-LTE TDD-LTE。（5） 具有PDA的功能：包括PIM （个人信息管理）、日程记

8、事、任务安排、多媒体应用、浏览网页。（6） 具有开放性的操作系统：拥有独立的核心处理器（ CPU和 存，可以安装更多的应用程序，使智能手机的功能可以得到无限扩展。2、系统部件构成智能手机系统部件的构成如下图1-1所示:图1-1智能手机平台总体结构二、手机电池续航可靠性分析1、收集电池充电间隔时间智能手机电池充电间隔时间的数据收集如下表 2-1所示:表2-1电池充电间隔时间C丄2HMH2010/3/23J机死电时劉17:10子U L电世荒电同Psi期散32015/3/2420:0327. &342O1G/3/25C: !34 17 : DC日.C8 L_3TSNCi 5/3/ZE.12:27 2

9、2:04I N. 2S 9. &26201 Fi/3/271S：4S18. 772015/3/2623;307. 7382015/3/2914:0214. 53吕15/3/3012：3B 1G：3122, S 已 SSt O112015/3/312015/12:27 2S:3O12:2011 9. 93 LI. 612. S312Olb/4/L312=42 21:471 2. 3T 9. 08132O1B/4/315-4=/18142015/4418-2S21 n201 Fj/47E20：1 825- 91G201G/4/&2124* 98172015/4/713:37IQ. i a7：O15

10、/斗丿 B132 09 19:292言.53 4a昌旨201Fi/4：/916l17 22:10S3 R, BS202015/4/1Q11 = 2316, 22Zl3015/4=/_L 1Zlsi. e22201 5/4? 1 222 : 1 B24. 32232015/4/1313:40 21 :3：11 5. 37 7. 56242015/4/1413:22 20:311 5. Q5 7. 15S201S/4/1513；L!O16. as2&2Olta/4/ IE；9=iU7 21 :丄 31 9. 7H I 2. Ili2720157471712=1423, 1 7za201b/4/18

11、20:4132, 74201b/4/丄Q19:1622. bB3 LI201b/4720L4:SS19. 731201D/4/31i5:32 IS :431 5, 57 9, 183Z2015/4/2210:481 93320H-i/4/2320： 1 533. 533+ 2015/4/Z41H：U3Zl . 93152DI 5/4/2!?i13:416, 53352015/斗/占B22:4733. 1372015/斗/ZT12:5014,。日201S/4/2823：A734. 282Q15/4/2915:241G. 28斗o2015/4/3014:5023. 4341201 H/S/113:

12、5323. OS+2201R/5/21G：3S2A. 7S+32O1S/S/37=54 18：291 5, 2fi IO, 582O15/S/422:0327b 4452Ol!d/5/513:5815. 922OlLi/!zi/ei13:1923 - 354=72015/5/719:413O_ 374=52015/5917:0921. 4742015/SS1S；48 21；40沁 OS 5. 9702015/5yi015；48is. 13SI2015/5111S：41 19；5321. 36 6. 20522015/5122O:1G24. 3S上表中手机充电时刻有时为两个记录数据， 代表在该天

13、手机充电次数为2次，故对应的手机电池充电间隔时间也为 2个2、根据收集的数据识别电池续航寿命分布将智能手机电池充电间隔时间的数据收集好之后输入 Mini tab软件，得直方图如下图2-1所示：手雌池立电洵馬期救的直启罔 rirBirn -图2-1手机电池充电间隔期数的直方图由上图手机电池充电间隔期数的直方图可知手机电池续航寿命 近似服从正态分布。3、对电池续航寿命分布进行检验对电池续航寿命分布进行卡方检验，得描述性统计量:此外，由表 2-1可知样本中值为：M=( 16.28+18)/2=17.41由图2-1可知样本均值为18.07 ;因为正态分布识别一般准则为： 样本均值和样本中值大致相同，所

14、以可以大致判定手机电池续航寿命 服从正态分布。根据表2-1中的数据，以95%勺置信水平建立时间间隔的置信区 间：n=64 1- a =0.05 s 2=63.68 其中，查 2 分布表得：X2a/2(n 1) x20.02563 88.04X21 /2(n 1) x20.975 63 42.950率密度为:4、计算电池相关时刻的可靠度当t ? 1.96?=2.4292时，利用Matlab软件可得手机电池续航寿命的可靠度如下图2-2所示：图2-2手机电池续航寿命的可靠度所以，当t=2.4292时，手机电池续航寿命的可靠度为:2.4292R(t) I-。22*7.982(t 18.07)1x2 7

15、.98dt 0.9868三、手机通话系统的故障树分析1、故障树的建立手机通话系统的故障直接由手机应用处理器故障引起， 由智能手机系统部件的构成图1-1分析可知手机通话系统的故障树如下图 3-1所示：图3-1手机通话系统的故障树2、 故障树定性分析由上图3-1分析可知：T二A1+A2+A3+A4+A5+A6+A7+A8+A9+X10=X1+B1+X3+X4+B2+B3+X7+X8+X9+X10=X1+X2+X3+X4+X5+X6+X7+X8+X9+X10即系统的最小割集为：X1X2X3X4X5 X6X7X8X9X10。3、 故障树的定量分析将最小割集进行不交化处理并简化：T=X1+X2+X3+X

16、4+X5+X6+X7+X8+X9+X10X1 X1X2 X1X2X3 X1X2X3X4 X1X2X3X4X 5X1X2X3X4X5X6 X1X2X3X4X5X6X 7 X1X2 X3X4X5X6X7X 8 X1X2X3X4X5X6X7X8X 9 X1X2X3X4X5X6X7X8X9X10由实验指导书知其他部件不可靠度为：F(t) 1 et 1 e 0.001*2.4292 2.426* 10-3，由上面的分析计算可知电池的不可靠度为：F(t) =1-R(t)=0.0132, 则系统的不可靠度为：3 3 3 3 2 3Fs(t) 2.462*10 (1-2.462*10)* 2.462*10 (

17、1-2.462* 10-)* 2.462* 10(1- 2.462 *10-3)* 2.462* 10-3 (1 -2.462* 10-3)4 * 2.462 * 10-3 (1 -2.462 * 10-3)5 * 2.462 *10-3(1- 2.462 *103)6* 2.462 * 10-3 (1-2.462 * 10-3)7 * 2.462 * 10-3 (1- 2.462 * 10-3)8 * 2.462 * 10-3(1- 2.462* 103)9* 0.01320.0345四、通话系统的可靠性增长分配1、建立系统设计可靠性与单元可靠性增长变量之间的关系函数可靠性分配是指在产品系统

18、的工程设计阶段，将规定的系统可靠 度总体指标合理分配给各个组成单元， 明确各单元的指标要求，从而 使得系统总体可靠度指标得到保证的过程。可靠性分配程序：1明确系统可靠性参数指标要求：除电池的续航可靠度之外， 其它各组件的故障率均为0.001/h ；2分析系统特点：手机应用处理器中任何一个部件故障都会导 致应用处理器故障进而导致手机通话系统故障，所以这些部件之间为 串联模型关系；3选取分配方法：等分配法(对系统中全部单元分配以相等可 靠度的方法)；进行可靠性分配：1/nn个单元组成的串联模型 R i =R ; 验算可靠性指标要求，调整优化： FTA分析的时间位置为t=2.4292h ;通话系统设

19、计可靠度要求 R(t)=0.95。由以上分析可知，对系统设计可靠性与单元可靠性采取串联模型 下的等分配法，所以系统设计可靠性与单元可靠性增长变量之间的关1/n系函数为：Ri=R 其中，i=1,2,3 ,102、 建立可靠性增长和成本关系函数因为已知应用处理器可靠性增长（ R）、手机电池的续航可靠性 增长（ F2）与投入成本之间 Xi的关系分别为R 1 e i（Xi i）,i 1,2, （a, 0.6, 2.0; 2 0.9, 2 4.0）。所以应用处理器可靠性增长（ F）与投入成本之间 Xi的关系 为：错误!未找到引用源。 手机电池的续航可靠性增长（ R）与投入成本之间X的关系为：错误!未找到

20、引用源。3、 可靠性增长分配和最优成本结果的计算因为已知应用处理器可靠性增长（ F）、手机电池的续航可靠性 增长（ R）与投入成本之间 Xi的关系分别为Ri 1 e i（Xi i）,i 1,2, （a, 0.9, , 4.0; 2 0.6, 2 2.0），此外，通话系统设计可靠度要求R（t）=0.95，所以可用拉格朗日乘子法将系统可靠 度分配给应用处理器和手机电池，并使系统的费用最小。这是一个在1=1(i-1,2,3，2，10）约束条件下，求使f 3 =冯i-l为最小的问题，n=2。弓I入拉格朗日乘子 错误！未找到引用源。，构造拉格朗日函数为：l(xa)= m九入00=旳九 -明1=1 注 1

21、将错误!未找到引用源。代入上式，并用变量R代替X得L(RK =工屆一 ln(l 一 /% - X(RS 一 RxR2)【二丄解方程组错误!未找到引用源( 1 1_亦&-町厂_%应- i)l Rg = R1R2将已知数据代入上式得将上式输入Matlab软件中如下图4-1所示:图4-1解方程组Matlab软件输出的结果为：错误！未找到引用源。 R 1=0.9796 R 2=0.9698其中x代表R,错误!未找到引用源。y代表F2。将其代入可靠性关系成本将其输入 Matlab软件中如下图4-2所示:祠 Editor D；woricUntiti?dl2.m图4-2解方程组Matlab软件输出的结果为：

22、X 1=8.3247 X 2=7.8222故最小总成本为：X= X1+ X 2=8.3247+7.8222=16.1469五、总结通过这次课程设计，我了解和掌握了可靠性数据分析、 FTA可靠性分配等可靠性工程理论和方法；并且培养分析问题和解决问题的 实践能力；此外，也对可靠性工程理论知识和方法与生产实践的结 合有更深入的感性认识。本次课程设计主要容是：以智能手机通话系统为分析对象，根 据实测数据，识别和检验手机电池续航寿命分布； 基于智能手机平台 总体结构图，建立手机通话系统故障树，并根据已知和前述分析所得 数据对故障树进行定性、定量分析；基于前述相关分析结果，根据通 话系统设计可靠度要求，以

23、及应用处理器可靠性增长、电池续航寿命 可靠性增长与成本的关系函数，基于最优成本对通话系统的应用处理 器和电池进行可靠性增长分配，并计算最优成本值。在这次课程设计过程中，整个过程进行的并不是那么顺利， 很多 次都不知道如何进行下去，但是我通过与同学之间的不断交流， 最终 把困难都一一克服了，这让我深刻的体会到了相互交流的重要性。 这 不仅锻炼了我的沟通能力，而且还进一步增进了同学之间的友谊。 此 外，我还学会了把Matlab和visio软件知识运用到本次课程设计中， 实现了知识的融会贯通。最重要的是，通过这次课程设计，我了解和 掌握了可靠性数据分析、FTA可靠性分配等可靠性工程理论和方法， 并且培养分析问题和解决问题的实践能力，也对可靠性工程理论知识 和方法与生产实践的结合有更深入的感性认识。整个课程设计过程虽 然有些磕磕绊绊，但是我感到很充实快乐。参考文献1公绪，静新编质量管理学M.:高等教育，2003,82金伟娅，康达可靠性工程：化学工业3新利，陆长捷工程可靠性工程教程：国防工业4宋保维系统可靠性设计与分析：西北工业大学卢明银，徐人平系统可靠性：机械工业6Patrick D.T.0 Connor等著，莉等译实用可靠性工程（第四版） ：电子工业7宇可靠性数据分析：国防工业课程设计答辩评语成绩 答辩组长签名 年 月 日附：答辩小组成员:姓名职称工作单位备注