仪器仪表可靠性分析方法

仪表可靠性结业论文 班级 自研 091 姓名 院凯延 学号 仪器仪表可靠性分析方法 摘要 本文简单介绍了仪器仪表可靠性工作的重要性 详细论述了仪器仪表可蘸 性的分析方法 关键词 仪器仪表 可靠性 分析方法 0 前言 可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内 完成规定功能的能力 在产品的整个寿命周期内 都要有计划的开展一系列的可靠性工作 在国内 可靠性技术在许多领域己有类似应用 从国际看 一些工业发达国家在这方面 已有了很大的发展 并已走向自动化 综合化 随着可靠性技术的进一步发展 和在实际工作中的运用 将有利于仪器仪表可靠性工作的深入开展 1 仪器仪表可靠性工作的重要性 试验和科研都离不开仪器仪表的使用 仪器仪表的性能不仅要符合规定要 求 而且更要在使用时能成功地适合使用人需要才是高质量的 仪器仪表的质 量是仪器仪表满足规定或潜在需要的特性的总和 这些特性包括性能 可靠性 以及维修性 安全性 保障性 经济性等 其核心是提高仪器仪表效能 降低 寿命周期费用 即提高效费比 仪器仪表的可靠性不仅是设计出来的 生产出 来的 而且是管理出来的 提高了仪器仪表的可靠性 也就是提高了试验能力 科研水平 管理能力和后勤保障能力 重视仪器仪表的可靠性工作 主要从六个方面着手 l 积极运用和借鉴国内 外先进经验 提高工作的起点和水平 2 运用系统工程的管理原则和思想 进 行科学化管理 3 开展规范化的工程活动 不断改进设计 生产 使用和售后 服务 4 工程技术人员和管理人员要不断提高可靠性工程技术水平和管理能力 5 逐步建立可靠性工程标准体系和与管理体制相适应的可靠性工程费用管理机 制 根据需要 做好硬软件手段建设 6 可靠性信息是实施可靠性系统工程的 基础 是进行可靠性管理的重要依据 以系统论和控制论为指导 逐步建立可 靠性信息系统 2 仪器仪表可靠性分析方法 进行可靠性分析的基础是可靠性数据的收集与分析 本文的数据来源主要 是实际工作中现场数据 2 1 确定仪器仪表的寿命分布类型 通过仪器仪表的寿命分布 可从其规律预测仪器仪表的故障 考虑经济的 维修和保障等 因此探求仪器仪表的寿命分布具有重要意义 电子产品的寿命 和复杂系统的故障时间现在比较广泛的采用威布尔分布作为适宜的分布类型 通过对仪器仪表失效物理分析 并参照 常用的几种寿命分布类型及其适应范 围 表推断 可近似认为它们的分布类型符合威布尔分布 另外对获得数据的 产品进行分布的拟合优度检验 图估法即其中之一种 后面将会用到 也可检 验其分布类型符合威布尔分布 而且威布尔分布与其它分布的关系比较密切 满足一定条件还可相互转换 其形状参数取值范围也反映出故障特性 因此它 对各种类型的试验数据的适应能力较强 其应用比较广泛 本文着重讨论威布 尔分布的情况 2 2 分布参数的估计 寿命分布类型已知后 就要根据样本来估计总体的分布参数 参数的估汁 有点估计和区间估汁 2 2 1 分布参数的点估计和区间估计 点估计的目的是通过样本观测值对未知参数给出接近真值的一个估计数值 一般将点估计记为 o m 等 区间估计就是指当给定置信水平为 1 a 时 F ti 的 置信区间的上 下限 a 为不包含真值的概率 称为显著性水平 1 a 是事先给 定的 一般取为 0 月 5 0 9 等 点估计和区间估计的方法很多 本文中采用 图估法 2 2 2 图估计 利用作图来估计分布参数的方法 即将各种观测数据在相应的概率纸上描 点作图 配条直线 然后利用所配之直线检验数据的分布类型 并利用所配直 线来估计分布参数 己知仪器仪表寿命服从威布尔分布 利用威布尔概率纸作 图 可得出分布参数如 形状参数 m 尺度参数 t0 当 t0 用和代替时 称为特征 寿命或真尺度参数 位置参数 r 在实际情况中 r 多为零 平均寿命 u 标准 差 a 可靠寿命饭和时间为 t 时的可靠度凡等 从实验室获取台电子仪器从开始 使用到发生故障的时间数据 表 l 已知该仪器的寿命服从威布尔分布 则通过 在威布尔概率纸上作图 可求得所需要的各种参数如表 2 所示 表 1 电子仪器的经验分布函数 表 2 参数表 其中 R t l F t 当 t l X h t 10 F 1 X h 18 R 1 X h 1 0 18 0 82 t R t R x10ma 当 R 90 1 R 10 t 45 t 0 9 45x1012 713 h a 1 a 为 t 尺的扩大倍数的幂指数 m b 分别为 I 且线与 Y 轴的交点右引 水平线与 InIn 1 1 F t 尺的交点的刻度 其利用威布尔概率纸作图来估计电子 仪器寿命分布参数的简化示意图 如图 1 所示 图 1 电子仪器寿命分布参数示意图 图中 I 线 II 线平行 F u F a 等由威布尔概率纸上附尺相应查得 每一 台仪器故障时的经验分布函数氏 t 由中位秩表中查得 在使用图 l 时 因分布 时间起过了威布尔概率纸上范围 故作了变换 令 t 10t 所描之点连起为一 条曲线 将每点经左移 t2 r 后 能近似为直线 n 由此也检验了威布尔分布 是该分布的适宜类型 在概率纸上还可得到分布函数的区间估计 即当给定置 信水平为 1 a 时 F t 的置信区间的上 下限 如图一中的 W 线 V 线即为区 间图估计曲线 2 2 3 分布参数的区间估计 如图 1 所示 当给定置信水平 l a 0 9 查 F ti 的 5 置信限表 F ti 的 95 置信限表 得 F ti 的上 下限数据 作图得 W V 曲线 由 IV V 曲 线即可求出所需参数的置信区间的上 下限 如 求可靠寿命 t 0 9 的区间估计 从 F t 尺上 1 一 90 10 处右引水平线和直线 n 及置信限的交点下引垂线交 尺得可靠寿命及其置信限为 t 二 45x101 胜 713 h tRL 238 h t 刘 1268 h 2 3 个别仪器仪表属于其它寿命分布类型的参数分析 个别仪器仪表的分布类型可能更适合用其它非威布尔分布 如指数分布 对数正态分布 正态分布等来描述更精确 其分析方法基本类似 这里从略 2 4 部分高可靠性仪器仪表的可靠性分析 随着科技进步 出现了高可靠性的仪器仪表 在使用中出现无故障情况 此类仪器仪表的可靠性评估 目前通常只讨论在寿命分布已知时的定时截尾情 况下的 其数据从定时截尾试验中获得 在这种情况下 可据有关方程推导求 出其可靠度 或可靠寿命 的置信下限 对威布尔分布 若已知 可采用威伯斯 法估计出特征寿命值 若未知 m 则根据有关方程推导求出可靠度 或可靠寿 命 的单侧置信下限 现有儿台长期不用的电子仪器储存寿命服从威布尔分布 取出 5 台试验 数据如表 3 表 3 5 台试验数据 当 m 1 5 和 1 a 0 8 置信水平时得出 1 平均寿命的置信下限为 其中 m 1 5 n 5 a 0 2 则 L 245 月 2 储存 36 个月时的可靠度置信下限为 还有上标 则 RL 36 0 86 3 R 住 9 时的可靠寿命置信下限为 则 tL 0 9 26 月 4 特征寿命粉的单侧置信下限为 2 5 仪器仪表使用效果分析 分析仪器仪表使用效果的目的 是为了更好的度量仪器仪表完成试验和科 研任务的能力 通过对仪器仪表性能 可靠性 维修性 安全性 保障性等质 量特性进行系统综合度量 就可取得仪器仪表最佳效能和寿命周期费用 这对 提高管理水平 促进质量提高具有重要的意义 这些度量参数有 l 工作时间的度量 使用效率 P Ts t 即实际使用工作时间与工作寿命时间的比值 该参数也间接地反映 了仪器仪表使用的经济效益 2 使用可用度 3 预备使用完好率 式中 R 在执行任务前不发生故障的概率 Q t 一在执行任务前的故障概率 P tm td 一维修概率 tm 修理时间 td 从发现故障到任务开始的时间 4 系统效能 E A n e al a2 a a 式中 A 可用度 a 一任务开始时各种状态概率 n 可能的状态数 D 可信度 Dij 在任务开始时处于 i 状态 在预期的任务时间内处于 j 状态的概率 C 固有能 力 cj 处于 j 状态时满足任务要求的概率 5 寿命周期费用 指仪器仪表寿命周期内 为仪器仪表的认证 生产 使用及保障 直止报 废所付出的一切费用之和 图 2 寿命周期费用分布图 从图 2 看出 使用与保障费用所占比例最大 约为 60 并以每 3 左右 的速率持续增长 但它又往往为人们所忽视 为此 必须在仪器仪表从认证到 使用的全过程中充分重视仪器仪表的分析 论证 设计与管理工作 及时反馈 信息 提高仪器仪表的可靠性和保障性等 从而降低使用 保障费用和寿命周 期费用 3 结束语 本文结合工作实际 对仪器仪表可靠性分析方法进行了论述 仪器仪表的 可靠性分析方法除了在本文中所采用的方法外 还有一些方法 如数据分析中 的最小二乘法 这里不一一列举 仪