电测量设备-可信性第41部分可靠性预测.ppt

电测量设备 可信性第41部分 可靠性预测 GB T17215 941 GB T17215 941 2011电测量设备 可信性第41部分 可靠性预测 GB T17215 941 2011共分为9章 分别是范围 规范性引用文件 术语和定义 一般信息 可靠性分析方法 使用元器件应力法进行可靠性预测 其他可靠性考虑因素 有寿命限制元器件的寿命周期 附录 1范围GB T17215的本部分适用于IEC TC13范围内的用于电能测量和负荷控制的静止式电测量设备的所有类型 条文解释 本条目 范围 说明了国家标准GB T17215 941的适用范围 电能测量和负荷控制的静止式测量设备 在之前的 前言 中已经列出了本系列标准各部分的标准内容 包括一般概念 现场仪表可信性数据收集 温度和湿度加速可靠性试验 耐久加速试验 编写中 可靠性预测 软件可信性 编写中 本部分等同翻译IEC TR62059 41 2006 2规范性引用文件GB T2900 13 2008国际电工词汇第191章 可信性与服务质量 IEC60050 191 1990 Amend 1 1999AndAmend 2 2002 IDT GB T17215 911电测量设备可信性第11部分 一般概念 IEC62059 11 2002 GB T17215 921电测量设备可信性第21部分 现场可信性数据的收集 IEC62059 21 2002 IEC61709 1996 电子元器件可靠性失效率和应力模型的基准条件 Electroniccomponents Reliability Referenceconditionsforfailureratesandstressmodelsforconversion 条文解释 按照GB T1 1 2000 标准化工作导则第1部分 标准的结构和编写规则 的要求 本段内容必须包含 属 所列标准都是在正文中提及的标准 作为参考的标准不列入该章节 3术语和定义GB T17215 911 921 931 1中已说明的术语和定义此处不再累述 预测prediction用来获得某个量的预测值的计算过程 术语 预测 也经常用来描述一个量的预测值 条文解释 预测是指在掌握现有信息的基础上 按照一定的方法与规律对未来的信息进行推导的统计过程 可靠性模型reliabilitymodel用于预测或估计产品可靠度的数学模型 IEV191 16 02 条文解释 可靠性模型描述了系统及其组成单元的故障逻辑关系 典型的可靠性模型包括串联模型 并联模型等 维修策略maintenancepolicy产品维修中应用的维修场所等级 维修层次及维修活动等级之间的相互关系的说明 IEV191 07 03 维修时间maintenancetime人工或自动对产品实施维修的时间区间 包括技术延迟和后勤延迟 维修可能会在产品正在执行要求的功能时进行 IEV 08 01 管理延迟 对修复性维修 administrativedelay forcorrectivemaintenance 由于管理上的原因 未对故障产品实施修复性维修的累积时间 平均修理时间meanrepairtime修理时间的期望值 IEV191 13 05 条文解释 在概率和统计学中 期望值是随机变量的输出值乘以其概率的总和 及该变量输出值的平均数 4一般信息说明 本节给出了可靠性预测的一般原则与限制条件 可靠性预测方法用来测定在一个规定的时间段内 某EUP处于工作状态 不能工作或处于维修状态的概率 这些预测方法的结果也可以显示在一个给定的总体中 产品正常工作 失效或正在维修的百分比以及这些时间段的平均长度 可靠性预测是一个基于过去已知的信息而推导将来信息的统计过程 因此其结果经常是某些变量的概率值 为了进行可靠性预测 详细的系统信息和元器件可靠性数据是必需的 区别可修复和不可修复系统是非常重要的 因为描述它们的特征变量有很大差别 尽管这些变量之间存在着一定的关系 例如在一个不可修复系统中 系统元器件的失效前时间决定其使用寿命 而所谓的使用寿命是指设备以某一估计的概率执行其规定功能的时间段 说明 从运行管理角度考虑 电力公司主要关注的是产品在不进行维修下的电能表使用寿命 即使是维修也不可能采取在线方式进行 因此从这个角度出发 可将电能表作为不可修复系统进行分析 4一般信息对于一个可修复系统 它的稳态可用度就非常重要 同时平均修理时间或维修度也变成重要的变量 因为维修费用和功能中断的频率相互依赖 在开始做任何预测之前 EUP必须被建模 一个EUP通常由几个子系统或元器件组成 在这种情况下元器件是组成系统的最小单元 元器件被定义为不可修复的 否则它们就应该被认为是子系统 因此对不可修复系统的预测方法同样适用于元器件 系统可靠性预测取决于这些元器件的可靠性 而系统可靠性计算要用元器件的可靠性数据 为了获得好的预测结果 要尽可能准确的知道元器件的可靠性 知道这些元器件的工作条件也是非常重要的 因为它们影响了元器件的可靠性 一些预测方法也要求知道系统的结构信息 4一般信息预测只有在以下条件下有效 在EUP内部或外部没有意外的事件发生 例如EUP被损坏 除老化外 EUP没有改变其特性 环境条件是恒定的 或者至少是可预料的 功能性条件 如电源电压 也是恒定的或可预料的 EUP详细的功能要求或失效判据存在 以上的判据是确定EUP是否正常运行的唯一准则 因此 可靠性预测的结果应该同预测的假设和条件一起呈交 5可靠性分析方法对任何可靠性模型 有必要对EUP作一个分析以便确认所选择的模型能够得到我们想要的结果 作这种分析的方法在附录B中略述 可靠性分析方法经常用来提供现在某一特定时刻或过去某一时间段内的系统可靠性信息 对可靠性分析和预测来说 有关变量 特性和参数大体是相同的 此外 可靠性分析能够也应该提供失效原因的信息 如果EUP被认为是可修复的 那么也应该精确的掌握维修之后重新投入现场使用 不能工作时间段结束 的信息 说明 可靠性预测前必须对预测的对象 EUP 进行建模 而建模需要开展可靠性分析 附录B中简要阐述了网络法 状态空间法等可靠性分析方法 6使用元器件应力法进行可靠性预测6 1概述元器件应力法是基于系统中使用的元器件在工作状态下的经验失效率数据而对整个系统的失效率进行预测的一种方法 说明 预测的关键来源于元器件可靠性数据 基本的假设是 对系统可靠性而言 所有元器件都承担相同的重要性 也就是说任何元器件的失效都被假定会引起一个系统失效 显然在许多实际情况下这一假设并不成立 在这种情况下 此方法可能导致悲观的结果 说明 即采用串联模型 这种假设下进行预测将更为严酷 即采用 最坏情况 系统的失效对于不同的关联方其关注角度侧重点也不尽相同 任何一项功能的丧失均可能引起不同的关联方所不能接受 在此情况下 采用串联模型是可以理解的 此外 对于所考虑的时间段来说 失效率假定为常数 也就是假定呈一个指数失效分布 在EUP的使用寿命内 这个是可以接受的近似值 6使用元器件应力法进行可靠性预测6 1概述可靠性预测需要以下的数据 元器件的所有分类和每一类中元器件的数量 所有元器件在参比条件下的失效率 所有元器件的应力因子和转换模式 本身并不是串联组合的电器装置的结构信息 系统的失效率是通过将每一类中每一个元件在它们各自的工作条件下的失效率相加得到的 说明 注意是工作条件而非参比条件 而对于有冗余结构系统不能采用串联模型进行分析 6使用元器件应力法进行可靠性预测6 2元器件失效率数据元器件失效率数据可以从相应的手册获得 使用手册数据的好处是不同生产商的系统设计易于比较 然而 元器件供应商给的数据和现场回馈的数据可以提供更精确地结果 因此推荐此种数据 对于那些不包含在所选数据库里的元器件 其数据也只能由产品供应商提供或者由得到的现场回馈 IEC61709给出了如何使用失效率数据来预测电子设备中元器件可靠性 该标准描述了参比条件和类别 以及将参比条件下失效率转换成工作条件下失效率的元器件应力模型 说明 本标准中元器件数据优先推荐采用现场回馈的数据 其次是元器件供应商提供的数据 而GJB Z299C中给出的元器件数据是基于元器件类别的通用失效率 是基于元器件原理 材料 结构复杂性等而给出的 6使用元器件应力法进行可靠性预测6 3应力模型元器件并不是一直运行在参比条件下 在某些情况下 工作条件的不同将导致与参比条件下不同的失效率 因此 需要获得能将参比条件下的失效率转化为工作条件下 施加于元器件上的实际环境温度和电应力 失效率的应力模型因子 计算工作条件下的失效率的一般公式是 ref U I T其中 ref是参比条件下的失效率 U是电压依赖因子 I是电流依赖因子 T是温度依赖因子 6使用元器件应力法进行可靠性预测6 3应力模型对于具体的元器件类型 并不是会用到上述的所有 因子 也可能存在其他的 因子 下面给出一些例子 D是灵敏度漂移因子 适用于某些存在灵敏度漂移电路的半导体器件 ES是电应力依赖因子 例如适用于继电器和开关器件 尤其在感性负载下 E是环境依赖因子 相应地 例如适用于继电器和开关器件 W是应力剖面因子元器件有关 例如继电器 对于每个元器件种类 IEC61709给出了适当的公式以计算工作条件下的失效率以及相关的 因子 注 IEC61709没有考虑湿度 压力以及机械应力影响相关的 因子 这些影响因素可以通过加速试验方法和适当的损害模型评估得到 6使用元器件应力法进行可靠性预测6 3应力模型参比失效率的典型值和计算 因子公式中的常数 可以通过将各制造商提供的说明书和测试结果中给出的典型元器件参数值平均后得到 这些参数应相当可靠 但在一些案例中 这些参数并未详细说明或不能通过现场数据直接获得 因此 失效率数据预测结果常与现场数据存在差异 在可能的情况下 应尽量使用现场数据 通过引入校正因子 FD 可以通过现场收集的数据对预测结果进行校正 此外 对于电池和LCD等特定的元器件难以给出其模型 可能需要制造商单独提供这些元器件在特定运行条件下的可靠性和预计寿命时间等信息 6使用元器件应力法进行可靠性预测6 4元器件应力法中使用的失效率预测在6 1概述中 初略地给出了一个串联模型和恒定失效率的假设 系统失效率是各元器件的失效率之和 1 2 3 n因此设备的可靠性预测和通过元器件的失效率计算得到 说明 上式中的失效率是指元器件的工作失效率 6 5失效率预测过程的阶段失效率预测过程包括以下阶段 通过预测分析设备和潜在功能 定义失效 详细说明设备的运行条件 此运行条件决定了每个元器件的运行条件 运行条件可能包括 电压电路上的电压 供电电压 若二者存在区别 电流电路上的负载电流 周围温度和其他相关条件 分析设备结构和冗余情况 确定每个元器件的应力剖面 从数据手册或其他相关资料中选取每个元器件的参比失效率 运用相关应力因子计算每个元器件的失效率 对各元器件的失效率求和 6使用元器件应力法进行可靠性预测6 6结果的表达可靠性预测报告至少应提供以下信息 预测的目的 如商业决定 系统结构确定 设备设计确定等 预测的对象 EUP 预测的对象的功能 所有隐含的功能或预测过程中未予考虑的功能均应当与未予考虑的原因一起列出 说明预测是基于IEC61709和本标准所述的可靠性模型和方法 说明预测采用了恒定失效率时间间隔 根据GB T17215第21部分给出失效的定义 预测所使用的环境和运行条件 假设的 因子等级 元器件失效率数据来源 参见西门子标准29500 若用到的数据不是来源于数据手册 应陈述其来源及原因 预测结果 失效率 年 7其他可靠性考虑因素失效率预测结果也可以用到其他可靠性参数的计算 系统可靠度R可算术表达如下 R t e t其中 e 2 71828 t为时间区间 为失效率 在指定的时间区间t内 可靠度也可以用失效分布函数F t 的累积值表示 F t 1 R t 如在GB T17215第11部分附录A中所述 从失效发生到发现的最大时间段内 可靠度和可用度之间存在一定关系 为确定适当的服务水平 其前提条件主要是确定运行在用户侧的仪表的可用性 从必须的可用度图形可以看出 仪表设备必要的可靠度 或MTBF 在考虑到运行人员的维护策略下可以被计算出来 例如通过每年发现的故障 每月抄表等 通过其他的一些手段 如对于给定的仪表设备类型的可靠度图形已知 则维护策略可根据实用性需求进行调整 8有寿命限制元器件的寿命周期为了确定恒定失效率期的时间 应当估计有寿命限制的元器件的寿命期望 有寿命限制的元器件 见IEC62380 包括 锡焊 振动和热循环 功率晶体管 节温循环 声光报警器 LED 发光二极管 非固态电解电容 继电器 簧片继电器 热继电器 开关 连接器 变阻器 电池 应当使用元器件供应商提供或现场反馈的数据 IEC62380也给出了有寿命限制的元器件的寿命期望的计算方法 说明 以上器件参数在IEC61709中查不到 应要求供应商提供其失效率数据 或经第三方权威机构检测的合格报告 对于电池等目前问题比较突出的关键器件 OFGEM 英国燃气与电能表监管局 要求电表制造商单独承诺 在其寿命使用期间内 不会出现质量问题 本标准与GJB Z299C的区别 本标准给出了一个可靠性预测的一般工作流程 原则和方