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文档简介

ICS7518001E92备鑫号,11241998SY中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T6295一1997石油钻采设备可靠性预计方法THERELIABILITYPREDICTIONONEQUIPMENTOFOILFIELDDRILLINGANDPRODUCTION1997一12一28发布1998一06一01实施中国石油天然气总公司发布SY/T6295一1997医,言,K咬内叮LD7目次前言N1范围,、12引用标准,13定义,“,14总则,15定义产品,26组成产品的基本单元一、27可靠性框图2S环境条件及应力信息,39失效分布及失效率,310可靠性模型,411产品可靠性预计412可靠性预计报告的编写5附录A标准的附录拟定可靠性数学模型的方法,6SY/T6295一1997前言本标准给出了进行石油钻采设备可靠性预计的一般程序和要求。它可用于产品在开发、设计和研制阶段对设计方案可行性的评定及可靠性指标的确定。本标准的附录A是标准的附录。本标准由石油工业标准化技术委员会秘书处提出井归口。本标准起草单位大庆石油学院、石油勘探开发科学研究院。本标准主要起草人张玉斌赵众侯郁中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T6295一1997石油钻采设备可靠性预计方法THERELIABILITYPREDICTIONONEQUIPMENTOFOILFIELDDRILLINGANDPRODUCTION范围本标准规定了进行石油钻采设备以下统称产品可靠性预计的统一程序和方法。本标准适用于产品在开发、设计和研制阶段定性和定量地评价系统或设备的可靠性。在产品开发过程中判断设计改进措施是否符合可靠性要求,为设计决策提供可靠性的度量同时为可靠性增长、验证试验、维修保障以及有关的研究工作提供一个准则,可为顾客权衡不同设计方案的费用效益提供依据。弓1用标准下列标准所包含的条文,通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时,所示版本均为有效。所有标准都会被修订,使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB/T31871994可靠性、维修性术语GB/T72891987可靠性、维修性与有效性预计报告编写指南3定义本标准采用下列定义。31占空系数产品在完成规定任务的时间内,其工作时间与总时间之比。32任务模型描述与产品在使用中有关的事件和条件,并说明产品的占空系数或工作时间长度。33环境模型描述与产品功能有关的操作、事件、工作周期或与功能有关的固有环境和最坏环境。34可靠性框图表示产品在使用时,能完成规定任务的所有基本单元之间相互依赖关系的逻辑顺序排列图。注除采用上述定义外,GB/T3187中的术语及定义也适用于本标准。4总则41概述可靠性预计是当产品处在开发、设计或研制阶段中,尚无法获得它们本身的试验数据和现场数据时,可不通过试验或在未使用之前对它们可能获得的可靠性水平进行定性或定量估计的一种方法。它包括任务可靠性预计和基本可靠性预计,前者是估计产品在执行任务中完成其规定功能的概率,后者是估计由于产品不可靠导致的对维修与后勤保障的要求。当同时进行这两种预计时,可为顾客权衡不同设计方案的费用效益提供依据。可靠性预计应在产品开发、设计和研制的不同阶段反复进行,在早期阶段可进行粗略预计,以便为设计评审和可靠性分配尽早拟定改进措施。中国石油天然气总公司1997一12一28批准1998一06一01实施SY/T6295一1997当产品设计条件、环境条件、应力水平、失效数据、工作模式、制造试验发生重要变动时,应当及时修正可靠性模型,并重新进行可靠性预计。42一般程序下述步骤是进行产品可靠性预计的一般程序A定义产品B确定组成产品的基本单元C确定可靠性框图D确定环境条件E确定失效分布F确定应力信息8确定失效率H建立可靠性模型I预计产品可靠性J编写可靠性预计报告。5定义产品51确定产品的目的及预定任务或用途应确定产品的使用时间、任务和工作模式,并以完成功能的方式规定任务。52提出和规定性能参数及允许限值应当编制一个图表或清单。参数清单应该对产品作全面的规定,即规定性能参数的允许上、下限值。53确定结构界限和功能界限结构界限应包括最大尺寸、最大重量、安全规定、人的因素限制、材料性能及其他。功能界限是指只要产品被包括在另一产品中或依赖于另一产品,那么产品在兼容性方面就应协调一致。54确定构成任务失效的条件确定和列出构成任务失效的条件是必要的。在某些情况下,虽然失效,但仍然可以在某种程度上完成任务。这时确定仍然可以完成任务的项目是有意义的。,5确定使用的工作模型使用的工作模型应全面描述产品从交付使用至报废的过程中预期的所有事件和环境。这个模型应描述每一预期事件的时间间隔、环境和工作模式。在实际工作中最重要的是任务模型和环境模型。在任务可靠性模型中,对环境条件的处理规则应当是A当产品用于不同的环境条件时,其任务可靠性模型都相同,但在不同的环境条件下,产品各个单元的失效率不同B当产品有几个工作阶段时,可分别单独拟定可靠性模型,包括对于不同环境条件的考虑,然后将结果综合到一个总的可靠性模型中。6组成产品的基本单元基本单元是产品结构上的组成成分。根据预计目的的不同,基本单元的划分具有相对意义。因此,应按分析的等级提供基本单元的种类和说明7可靠性框图71框图的标题和任务每个可靠性框图应当有一个标题,该标题包括产品的标志、任务说明或使用过程需求的有关部一2一SY/T6295一1997一一一一一一月一响月一目一月一一一一分。完成任务的规定应确切地说明在规定的条件下,计算出来的可靠性特征量对框图所示的产品及其性能的意义和作用。72框图的限制条件每个可靠性框图应该包括所有规定的限制条件。这些限制条件影响框图表达形式的选择、用于分析的可靠性参数或可靠性变量以及拟定框图时所用的假设或简化形式。这些条件一旦被确定下来,就应在整个分析中遵守。73方框的顺序和标志框图中的方框按一个逻辑顺序排列。这个顺序表示在产品操作过程中事件发生的次序。每个方框都应该加以标志。对只包括少数几个方框的框图,可以在每个方框内填写全标志对含有许多方框的框图,应该将统一的编码标志填人每个方框。统一标志系统应能保证将可靠性框图中的方框追溯到可靠性文件中规定的相应硬件或功能,并不致发生混淆。74方框代表性和可靠性变量可靠性框图的绘制应该使产品中的每一个单元或功能都得到表现。每一个方框应该只代表一个功能单元。所有方框应该按需要以串联、并联、储备或其他组合方式进行连接。75框图中的假设在绘制可靠性框图时,应采用下列假设。751技术假设技术假设对每一个产品或每一种工作模式而言可能是不同的。技术假设应按规定的条件加以确定。752一般假设一般假设适合于所有可靠性框图。若下列一般假设已经得到证实,就不需要再列出可靠性框图规定的一般假设。可靠性框图采用的一般假设应该是A在分析产品可靠性时,应考虑方框所代表的单元或功能的可靠性特征值B所有连接方框的线没有可靠性值,不代表与产品有关的导线和连接器,导线和连接器单独放人一个方框或作为另一个单元或功能的一部分C产品的所有输入应在规范极限之内D用框图中的一个方框表示的单元或功能失效就会造成整个产品的失效,有代替工作模式的除外E就失效概率而言,用一个方框表示的每一单元或功能的失效概率是相互独立的F当软件可靠性没有纳入产品可靠性模型时,应假设整个软件是可靠的9当人员可靠性没有纳人产品可靠性模型时,应假设人员是可靠的,而且人与产品之间没有相互作用问题。8环境条件及应力信息应规定对基本单元失效率有影响的环境条件。这些条件应包括与工作周期和后勤保障所描述的事件及功能有关的特定自然环境条件和诱导环境条件。为确定每个基本单元所承受的工作应力,应根据可利用的设计资料进行应力分析。为考虑施加应力所产生的影响,应该用适当的因子修正基本单元的失效率。在预计报告中所列出的应力应该分别表明是估计的、计算的或测量的。9失效分布及失效率在计算中,应该采用适合于特定产品的失效分布。在产品失效分布未知的情况下,可以假设为指一3一SY/T6295一1997数的、威布尔的、对数正态的或其他的分布。应在预计报告中说明采用的失效分布,并且所有假设都应有工作经验或统计检验作为依据。对使用的工作模型中规定的每一重大事件和环境,都需要有各基本单元的失效率。所有失效信息来源都应该在使用之前得到使用方的认可。从大多数信息源计算出来的基本失效率,都应按特定的产品用途以适当的系数进行修正。应在预计报告中列出和核实所用的修正因子。10可靠性模型101可靠性模型的类型1011基本可靠性模型基本可靠性模型包括一个可靠性框图和一个相应的可靠性数学模型。基本可靠性模型是一个串联模型,用来估计产品及其组成的基本单元引起的维修和后勤保障的要求。因此产品的所有组成成分,包括冗余或代替用工作单元,都应该构成串联模型。1012任1,NT靠性模型任务可靠性模型包括一个可靠性框图和一个相应的可靠性数学模型。任务可靠性模型通常是一个串一并联模型,用于估计产品在执行任务的过程中能完成其规定功能的概率。任务可靠性模型所用产品基本单元的名称和标志,应该与基本可靠性模型中所用的一致。102可靠性模型的建立1021原N基本可靠性模型一般不能用于估计任务可靠性,只有在产品既没有冗余又没有代替工作模式的情况下,才能用干估计任务可靠性。然而基本可靠性模型和任务可靠性模型可综合地用于不同设计结构的费用和工作效益的比较,并作为这些分析工作的依据。1022建立任务可靠性模型的前提建立任务叮靠性模型应一首先明确下列定义A产品性能定义规定每种状态下的失效判掘B条件的定义规定在执行任务过程中产品所能遇到的环境和设备的占空系数或工作周期C任务时间的定义D产品基本单元可靠性变量的定义描述任务可靠性框图中每个基本单元完成其功能所需要的时间、周期、距离或事件。1023建立任务可靠性模型的步骤A确定产品的任务目标及工作模式B规定产品及其分系统的性能参数和允许界限C确定产品的结构界限和功能界限D确定构成任务失效的条件E确定使用的工作模型。103拟定可靠性数学模型的方法见本标准的附录A标准的附录。11产品可靠性预计111分类及要求1111可行性预计工类可行性预计规定用于产品的初步研制阶段。这个阶段的设计信息量一般只限于描述产品的总体情况。详细的结构信息一般是从具有类似功能和工作要求的现有产品中获得。1112初步预计II类SY/T6295一1997初步预计规定用于早期的详细设计阶段。在这个阶段中,书面形式的设计结构信息是工程草图。可利用的信息的详细程度以达到组成产品的基本单元为止,这时尚没有可利用的应力分析信息。1113详细预计皿类详细预计规定用于详细设计阶段之中或之后。这个阶段的特点是组成产品的每个基本单元都有工作应力和环境分析的信息。112方法1121元器件、零部件元器件、零部件的可靠性预计方法有A失效率模型法B应力一强度干涉模型法C应力分析法。前两种方法适于机械零、部件的M类预计,后者适于电子产品的班类预计。1122系统系统可靠性预计的方法有A相似设备法B数学模型法C元件计数法D边值法E应力分析法F故障树分析法9仿真分析法。通常A,B两种方法用于I类预计,C,D两种方法用于II类预计,E,G两种方法用于M类预计,约方法用于工类或N类预计。12可靠性预计报告的编写应将产品可靠性模型及可靠性预计的结果写成报告。预计报告应按GB/T7289规定的格式编写。121预计报告的种类及要求1211初步报告应当说明信息的来源、所用的方法及对结果的分析和评述。1212中间报告应该能用于设计评审,以便为可供选择的设计方案进行比较。1213最后报告应该反映最终的设计结果。122注意事项A报告中应当包括某些单元或功能没有纳入可靠性模型的理由。B对于探索性的或高度复杂的研制模型,必要时应附有简化的可靠性模型和预计结果在内。SY/T6295一1997附录A标准的附录拟定可靠性数学模型的方法A1概述ALI建立可靠性模型时,无论是对任务可靠性或基本可靠性的考虑,都与产品的失效形式有关。A12不管对完成任务或非计划维修中的哪一项而言,绘制可靠性框图的规则都是适用的。这些规则表明,失效与应力有关,并且适用于指数分布。AL3采用冗余设计模型较采用全串联结构而言,在完成任务方面,可靠性可明显提高。然而由于增加了储备元件,给非计划维修带来了不利的一面。A2普通概率法A21串联模型由N个相互独立的基本单元组成的串联系统,其基本可靠性和任务可靠性数学模型同为RSTR工TRZTR,TR,T一IIRAIA22并联模型由、个相互独立的基本单元组成的并联系统,其任务可靠性数学模型为RST二1一FS,1一1一R,T仁1一RZT了二仁1一RT了价1一RTI1一II1一R,A2式中FST系统的失效概率。A23储备冗余系统模型系统中有一个基本单元处于工作状态,其余基本单元处于储备状态,用转换开关检测工作单元的失效,能在工作单元发生失效的瞬间,自动转向备用单元的系统,称为储备冗余系统。A231热储备系统当系统的储备单元失效率和工作单元失效率相同时,称作热储备系统。在转换开关完全可靠的条件下,热储备系统的可靠性数学模型与并联系统的相同。A232冷储备系统当系统的储备单元失效率等干零时,称作冷储备系统。在转换开关完全可靠的条件下,冷储备系统的可靠性数学模型为若各单元失效率同为常数久,RST卜一咎ATA3若各单元失效率几,互不相同,SY/T6295一1997RST走表决系统MIN模型Z,AIAKEMPAKT1,2,,NA4A24效一个由,个基本单元组成的并联系统,只要其中任意M个基本单元不失效,则系统就不会失叫作N中取M表决系统。一般二中取M表决系统,在各基本单元可靠度相同、表决器完全可靠条件下,其数学模型为RST习0R,1一RTCASA25复杂网络模型串一并联典型结构和更为复杂的网络结构的可靠性数学模型,都可用下面的全概率公式求出R,TRS二RTRSZT“1一RST在X好的条件下系统的任务可靠度X是该网络系统中的基准单元RSRT在X坏的条件下系统的任务可靠度RXT二的可靠度。图A1所示为一个复杂网络系统。选择单元E为基准单元,对该系统进行分解,如图A2所示。其中图B为E完全可靠短路时系统正常的子网络,图像王徽E失效开路时系统正常的子网络。求得系统可靠度为RST二PEP,IEPEP,I,E一尸EPLACBD卜PEP丈朋CDRERARC一RARCRER。RBRD1一RERARBRCR。一RARBRCRDRARERCRDRARDRERCRBRE一RARBRCRDRARBRCRERARBRDRERARCRDRERCRBRDRE2RARBRCRDREA7设RA09,RB08,RC07,RD06,RE09,则可得RST0886920注、表示系统处于正常工作状态的事件。图A1复杂网络系统任何复杂的任务可靠性框图都可采用与此相同的程序,反复应用全概率公式来化简和求解。在选用基准单元时,需注意化简前后网络的通路数,不应增多或减少。一7SY/T6295一1997图A2复杂网络系统分解图如果网络中含有重复单元,即同一单元在框图中不止出现一次时,应将公式展开,并用布尔公式化简后求解。A3布尔真值表法布尔真值表法把系统看作一个开关网络,每一个基本单元只有成功和失效两种状态。令系统共有N个单元,用布尔代数可列出系统状态总和为2”种的状态组合表格,即布尔真值表。表中的每种状态组合项都分别对应着系统的成功或失效状态。对应于系统完成任务的每个项,根据独立事件概率乘法定理,将项中与每个单元状况相应的概率相乘,即得出这个项完成任务的概率值。再考虑到2”种单元状态组合是两两互斥的,根据互斥事件概率加法定理,将系统所有完成任务项的概率值相加,就得到整个系统可靠度RST

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