可靠性分配.doc

第三章 可靠性与维修性指标分配3.1 概述3.2 AGREE可靠性指标分配法3.3 可靠性工程加权分配法3.4 维修性工程加权分配法3.5 进行可靠性与维修性指标分配在工程实施上应注意事项第三章 可靠性与维修性指标分配3.1 概述可靠性与维修性指标分配是为了把系统的可靠性与维修性定量要求按照一定的准则分配给系统各组成单元而进行的工作。其目的是将整个系统的可靠性与维修性要求转换为每一个分系统或单元的可靠性与维修性要求，使之协调一致。它是一个由整体到局部，由上到下的分解过程。通过可靠性与维修性指标分配，把设计目标落实到相应层次的设计人员身上。各相应层次的设计人员通过可靠性与维修性指标预计，当感到采用常规的设计不能达到系统的要求时，可以采取特殊设计措施。比如：采取降额设计、冗余设计、动态设计、热设计、优选元器件、最大的减少元器件数量等措施，以满足系统可靠性要求。采取可接近性设计、可更换性设计、模块化设计、故障定位（BIT）设计等措施以满足系统维修性要求。通过可靠性与维修性指标分配，还可以暴露系统设计汇总的薄弱环节及关键单元和部位，为指标监控和改进措施提供依据，为管理提供所需的人力、时间和资源等信息。因而，可靠性与维修性指标分配是可靠性设计中不可靠缺少的工作项目，也是可靠性工程与维修性工程决策点。可靠性与维修性指标分配应在系统研制的早期进行，可按可靠性结构模型进行分配，使各分系统、单元的可靠性与维修性指标分配值随着研制任务同时下达，在获得较充分的信息后进行再分配。随着系统研制的进展和设计的更动，可靠性与维修性分配要逐步完善和进行再分配。可靠性与维修性指标分配方法很多，在这里仅将工程实用、科学合理方法予以介绍。3.2 AGREE 可靠性指标分配法这是美国电子设备可靠性顾问组在一份报告中所推荐的分配方法。这种方法与等分配法不同的是同时考虑了各单元的相对重要度和复杂度，显得更为合理。所谓重要度是指某一单元发生故障时对系统可靠性影响程度，用Wi表示：式中Ns由于第i个单元故障引起系统故障的次数； ri第i个单元的故障次数。 对于串联模型，各单元对于系统的重要度是相同的，Wi=1，对于有冗余单元的系统，0Wi1。 所谓复杂度是指某一单元所含基本组件数对系统可靠性的影响程度，用Ci表示。式中ni第i个单元的基本组件数； N系统的总组件数 n单元数 可以证明，当同时考虑重要度Wi和复杂度Ci时，系统的可靠性分配公式为验证分配结果公式为式中ni第i个单元的基本组件数N系统的总组件数ti第 i个单元的工作时间Wi第 i个单元的重要度Rs*给定的系统可靠度MTBFi分配给第 个单元的平均故障间隔时间；Ri分配给第i个单元的可靠度。对于通讯产品，一般构成系统各单元与系统的工作时间是一致的，故可将AGREE分配公式改写为： 3.3 可靠性工程加权分配法尽管AGREE分配法考虑了重要度和复杂度，较平均分配法合理，但由于一个系统中的各分系统和单元所处的环境不同及所采用的元器件质量、采用的标准件程度、维修的难易等因素不同，其所能达到的可靠性水平也不同。至少应考虑下述因素。3.3.1 重要性因素 重要性即该分机、部件及元器件所发生失效对整机及分机的可靠性影响程度的大小。这里用所谓重要性因子KJi表示。 对于串联模型来说，各个分机每次失效都会引起整机的失效，因而Kj1=1。而在某些情况时，分系统失效并不一定影响到系统失效，因此Kj11，重要性因子 Kj1大的则分配个分机可靠性指标高些，反之低些。3.3.2 复杂性因素根据各分机复杂程度及包含元器件多少进行分配。复杂的分机，实现其可靠性指标较困难，因而分配其可靠性指标低些。复杂性程度用Kj2表示。在新研制的产品方案确定阶段不可能详细知道各分系统究竟有多少元器件，但根据经验，可以概略知道各分系统复杂程度。3.3.3 环境因素在分配可靠性指标时，要考虑环境条件。环境条件不同，对设备的可靠性影响也就不同，分配给该设备的可靠性指标也就不同。处在恶劣环境的设备，分配给它的可靠性指标要低些。如有的系统由弹上设备与地面设备所组成。弹上设备较之地面设备的环境要恶劣得多，因此，对弹上设备可靠性提出过高的要求是不现实的。对于车载雷达设备，在大气温度为30的露天日光下关窗开机，车内最高温度可高达60以上。环境条件不仅仅是气候条件，还包括机械环境条件，诸如振动、碰撞、冲击和离心加速度等。需要指出的是，在同一类型的运载工具之不同部位，如飞机的发动机附近、机身、机翼和机尾，其振动、冲击等情况有所不同。在分配可靠性指标时，就要考虑这些环境条件的差异性，进行合理分配。为此，引入环境因子Kj3。3.3.4 标准化因素大量采用成熟标准件的设备其可靠性高，而采用非标准件和新研制的不成熟的零部件多的设备，其可靠性就低。在分配时，应降低对后者的可靠性要求。为此，引入标准件因子Kj4。3.3.5 维修性因素 一个分机和部件，若能周期性地进行方便的维护，能方便有规律地进行监视和检查，或者当出现故障时，能方便的排除，则分配给该分机的可靠性指标可以低一些。如舰用火控雷达，控制台在舱室内，维护与修理较为方便，而天线馈线与收发机柜在桅杆的稳定球体内，平时维护修理不方便，而作战时又不允许上去修理，因而分配给天线馈线与收发机柜的可靠性指标要高些。同时还要考虑有无故障自动检测电路。为此，在分配时引入维修因子Kj5。3.3.6 元器件质量因素 在进行可靠性分配时，要了解各分系统（或分机）所采用的元器件质量水平，有的分机不得不采用较多的可靠性水平低的元器件，对其提出过高的可靠性要求是不合理的,因而分配其可靠性指标要低些。像发射机采用了许多大功率元器件，如磁控管、电子管、速调管等，其可靠性水平必然较低。为此，在分配时引入元器件质量因子Kj6。 在可靠性指标分配时，不仅上述因素要加以考虑，根据产品的特点和情况，可能还有其它因素要考虑，例如信号质量因素，干扰因素等。在分配时，对于各因子（K）的取值方法是这样的：以某单元为标准单元，其分配加权因子Kji=1时，其它单元与标准单元相比较，根据具体情况，按照经验进行选取。3.3.7 可靠性工程加权分配法分配公式与示例对于指数分布串联结构模型的系统，其分配公式为式中MTBFj第j个分机（或部件）平均故障间隔时间 MTBFs整机（或系统）平均故障间隔时间 Kji第j 个分机第i 个分配加权因子。示例1；某舰载综合火控雷达系统，经过加权分配，分配给予搜索雷达可靠性指标（MTBF）为40h。该搜索雷达由电源、发射、接收、显示、天馈及伺服6个分机所组成，进行加权分配。分配中，以电源为标准单元，其各项分配加权因子取为1，其它与电源分机比较，取值如表3.1所示。按可靠性指标分配公式分配结果电源：MTBF=11.435140457（h）发射：MTBF=11.4351.12540407（h）接收：MTBF=11.4354.84095（h）显示：MTBF=11.4353.640127（h）天馈：MTBF=11.4350.16402859（h） 伺服：MTBF=11.4350.7540610（h） 表3.1 搜索雷达各分机分配加权因子取值表 示例2：某移动通讯BTS系统，其固有可靠性指标MTBF=3300h，该系统由电源及分配、时钟、通信控制及电源、射频接口、TCM、FDM、单扇区射频子系统及CDSV等8个单元所组成，现用可靠性工程加权分配法进行分配。分配中以CDSV为标准单元，其各项分配加权因子取为1，其它与CDSV比较，取值如表3.2所示。 分机 Kji因子电源发射接收显示天馈伺服复杂因子10.5230.20.5重要因子111111 环境因子112121.5标准化因子132221维修因子10.50.60.60.40.5 1 1.125 4.8 3.6 0.16 0.75 11.435元器件质量因子11.5110.52 表3.2 某移动通信BTS系统加权因子取值表 单元Vji 因子CDSU电源及分配时钟通讯控制及电源射频接口TCMFDM单扇区射频子系统重要因子11111111复杂因子11.521.52221.5环境因子11.5111.51.51.51.5标准化因子11211.5221.5维修性因子11.5211.51.511.5 1 5.1 8 1.5 10.2 9 6 7.6 48.5元器件质量因子11.5111.5111.5 按分配公式分配结果： CDSU：MTBF=48.5/13300=160050h 电源及分配：MTBF=48.5/5.13300=31383h 时钟；MTBF=48.5/83300=20010h 通讯控制及电源：MTBF=48.5/1.53300=106700h 射频接口：MTBF=48.5/10.23300=15692h TCM：MTBF=48.5/93300=17784h FDM：MTBF=48.5/63300=26675h 单扇区射频子系统；MTBF=48.5/7.63300=21060h 3.4 维修性工程加权分配法维修性工程加权分配法就像可靠性工程加权分配法一样，考虑到影响维修性指标诸因素进行加权分配，其影响因素详见第一章1.5节中所述。3.4.1 维修性工程加权分配法分配公式 公式：MTTRj=Kj/K MTTRs 式中：MTTRj分配给第j分机（或单元）的平均维修时间。 Kj第j 分机总的加权因子 Kj =Kj1 +Kj2 +Kj3 +Kj4 Kj1模块化设计程度加权因子。 Kj2故障检测方式加权因子。 Kj3可接近性加权因子。 Kj4可更换性加权因子。3.4.2 维修性工程加权分配示例 举例：某舰载综合火控雷达系统，经过加权分配，要求搜索雷达的MTTR=0.5h。搜索雷达由发射机、接收机、伺服系统、显示分机、电源分机和天馈系统所组成，通过可靠性指标分配，已知各分机失效率j（j =1/MTBFj），求各分机平均故障修复时间MTTR值。第一步：按照表3.3表3.6，求出各分机加权因子Kj（Kj=Kj1+Kj2 +Kj3+Kj4）第二步：求出各分机jKj的，进而求出K第三步：根据分配公式，便可求出各分机的MTTRj；值 MTTRj=Kj/K MTTRs第四步：验证，根据下面公式进行验证：验证分配后的指标是否能满足整机要求。以发射机为例（其余类同）经计算分配结果见表3.7表 3.3 模块设计程度加权因子Kj1 因子 程度KJ1备注全模块设计0设备中所有电路以完整功能单元构成模块大部分模块设计1设备中，大部分电路以完整功能单元构成模块小部分模块设计2设备中，小部分电路以完整功能单元构成模块无模块设计4分立散装表 3.4 故障检测方式加权因子Kj2 因子方式KJ2备注自动0用计算机控制的自动检测半自动2人工控制的数字电路（包括检测点选择开关/表头组合等）人工4用轻便仪表手动测量电路测试点表 3.5 可接近性加权因子Kj3 因子接近性KJ3备注容易0有通道。组合抽拉翻转。手、工具、仪表容易接近故障部位一般1有门，单层盖板，罩子等易打开困难2需拆开多于一层的遮盖物十分困难4需大拆，大动表 3.6 故障检测方式加权因子Kj4 因子更换性KJ4备注容易0轻便，可快速拆装，快速锁紧，插拔更换一般1用备用工具拆装，较方便困难2较笨重，装拆不方便，一人干很困难十分困难4需大动，很重，需专用机械协助搬动 表3.7 搜索雷达各分机分配结果 项目 数值分机j（10-3/h）kjjkj（10-3/h）MTTRj(h)jMTTRj10-3发射接收伺服显示电源天馈2.46111.647.872.190.3510810661224.68816447.2213.144.20.660.530.660.400.400.791.625.831.083.150.880.28总计25.51193.5612.843.5 进行可靠性与维修性指标分配在工程实施上应注意事项3.5.1 可靠性与维修性指标分配是按固有可靠性和基本的维修性指标进行分配，