基于MTBF電氣自動(dòng)化控制設(shè)備可靠性測(cè)試的改進(jìn)

吳鈺琳

[摘要]應(yīng)用MTBF測(cè)試法對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)地分析與綜合,可對(duì)該產(chǎn)品在該階段的可靠性水平作出定量評(píng)價(jià),從而判斷該產(chǎn)品是否達(dá)到或滿足設(shè)計(jì)要求的可靠性水平。

[關(guān)鍵詞]MTBF測(cè)試法電氣自動(dòng)化可靠性

中圖分類號(hào):TP2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)1210027-01

一、MTBF保證試驗(yàn)方法綜述

(一)基本思路

當(dāng)新產(chǎn)品研制完成時(shí),首先需進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì),預(yù)計(jì)結(jié)果必須大于目標(biāo)值的兩倍以上,以確保其固有可靠性(理論值)能達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo),否則認(rèn)為設(shè)計(jì)不合格;然后利用FMECA分析法或FTA分析法進(jìn)行詳細(xì)的故障分析,并制定相應(yīng)的改進(jìn)措施,以及詳細(xì)的可靠性增長試驗(yàn)計(jì)劃,以保證其固有可靠性能夠?qū)崿F(xiàn)。

對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)試,可先進(jìn)行單元調(diào)試(模板或組件),然后進(jìn)行整機(jī)調(diào)試,將所有相關(guān)信息詳細(xì)記錄下來。假定產(chǎn)品壽命服從指數(shù)分布規(guī)律,利用可靠性結(jié)構(gòu)模型(指數(shù)串聯(lián)模型),對(duì)各單元及整機(jī)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用概率統(tǒng)計(jì)方法,進(jìn)行分析與綜合,計(jì)算出產(chǎn)品的可靠性特征量的估計(jì)值,與設(shè)計(jì)目標(biāo)值進(jìn)行比較,作出是否達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)的判定。

(二)故障判據(jù)

1.相關(guān)故障。產(chǎn)品硬件在規(guī)定的條件下運(yùn)行,任何機(jī)械部件、電子元件的破裂、損壞以及使儀表喪失規(guī)定功能或性能參數(shù)超出所要求的指標(biāo)范圍的現(xiàn)象,均作為硬件相關(guān)故障計(jì)算。產(chǎn)品軟件中的任何缺陷或錯(cuò)誤導(dǎo)致儀表軟件不能完成規(guī)定功能或輸出參數(shù)超出所要求的性能指標(biāo)范圍的現(xiàn)象,均作為軟件相關(guān)故障計(jì)算。具體儀表由供需雙方協(xié)商制定相應(yīng)的包括軟、硬件在內(nèi)的故障判據(jù)。2.非相關(guān)故障。由于試驗(yàn)設(shè)備、測(cè)試條件或其他人為因素引起的故障,作為非相關(guān)故障,不計(jì)入故障數(shù)內(nèi)。

(三)試驗(yàn)方法

1.采用應(yīng)力分析法或計(jì)數(shù)法進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)。預(yù)計(jì)結(jié)果應(yīng)不小于目標(biāo)值的兩倍,否則須改進(jìn)設(shè)計(jì),提高其固有可靠性。2. 采用FMECA或FTA分析法進(jìn)行故障分析,應(yīng)對(duì)儀表可能發(fā)生的故障模式、故障機(jī)理及相互關(guān)系分析透徹,并制訂相應(yīng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)和糾正措施,以防止同類故障再度發(fā)生。3.進(jìn)行功能和性能試驗(yàn),以確定產(chǎn)品已經(jīng)具備了規(guī)定的功能和性能要求。4.調(diào)試過程的監(jiān)督管理包括:調(diào)試應(yīng)按相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)條件的規(guī)定執(zhí)行;確定儀表的具體調(diào)試參數(shù)和故障判據(jù);確定調(diào)試開始時(shí)間與截止時(shí)間;詳細(xì)記錄調(diào)試過程中的所有相關(guān)信息,對(duì)發(fā)現(xiàn)的故障進(jìn)行詳盡分析,并立即采取改進(jìn)措施。

二、試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

(一)試驗(yàn)?zāi)康摹，F(xiàn)場(chǎng)可靠性試驗(yàn)可以真實(shí)地反映設(shè)備在實(shí)際使用條件下可靠性水平。設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí),往往會(huì)遇到比試驗(yàn)室模擬條件下更為復(fù)雜的使用環(huán)境,由此而產(chǎn)生的設(shè)備故障和問題可能也就越多,所以其測(cè)試數(shù)據(jù)的真實(shí)性是完全可信的,通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,可以達(dá)到如下目的:

1.收集現(xiàn)場(chǎng)可靠性數(shù)據(jù),進(jìn)行可靠性評(píng)估,為制定合理的可靠性考核指標(biāo)提供依據(jù)。2.收集現(xiàn)場(chǎng)的可靠性數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)理統(tǒng)計(jì)后得到可靠性數(shù)據(jù)指標(biāo)(MTBF)。3.收集設(shè)備上元器件的可靠性數(shù)據(jù),為今后元器件的使用提出可靠性指標(biāo)。4.對(duì)設(shè)備的壽命特性進(jìn)行考查,可幫助確定出廠時(shí)設(shè)備進(jìn)行的烤機(jī)時(shí)間。5.收集現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備維修性數(shù)據(jù),進(jìn)行維修性評(píng)估。

(二)試驗(yàn)的條件。本測(cè)試方法首先要求設(shè)備生產(chǎn)廠管理制度比較完善,工藝條件比較穩(wěn)定和成熟,元器件進(jìn)貨渠道比較正規(guī),制造的產(chǎn)品有品質(zhì)保證。對(duì)于用戶工廠(被測(cè)試設(shè)備的使用廠),要求設(shè)備的工作條件符合產(chǎn)品的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),最好是用戶使用的電控及自動(dòng)化設(shè)備量比較多一些,以使統(tǒng)計(jì)數(shù)字更為可靠。

(三)試驗(yàn)的有效保障

為了提高現(xiàn)場(chǎng)可靠性測(cè)試的置信度,我們進(jìn)行以下幾個(gè)方面工作:

1.試驗(yàn)場(chǎng)地的選擇。主要考慮的是要有代表性。我國幅員廣闊,地形落差懸殊,氣候多樣,所以我們選擇的場(chǎng)地既有南方濕熱地區(qū),如:南昌、杭州。也有典型的北方氣候,如:濟(jì)南和高海拔的干旱地區(qū)如:天水等。這些場(chǎng)地的確定基本上考慮到我國不同地區(qū)、不同氣候,具有一定的代表性。當(dāng)然對(duì)于場(chǎng)地的選擇還要遵循一定的原則,即:如果要考核可靠性水平不低于某一指標(biāo)時(shí),應(yīng)選擇最嚴(yán)酷的試驗(yàn)場(chǎng)地等。

2.試驗(yàn)環(huán)境的選擇。由于電控產(chǎn)品的工況差異很大,我們選擇了非惡劣的場(chǎng)地,設(shè)備工作在一般應(yīng)力下,以保證測(cè)試的客觀性,而且現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作有比較嚴(yán)格的規(guī)章制度,能夠較嚴(yán)格地按照設(shè)備操作規(guī)程進(jìn)行生產(chǎn)的企業(yè)。

3.試驗(yàn)產(chǎn)品的選擇。這方面要結(jié)合本行業(yè)的特點(diǎn)要有典型性,包含的品種要多。以我們?yōu)槔?我們選擇有大型軋機(jī)電控設(shè)備、造紙機(jī)電控設(shè)備、紡織機(jī)電控設(shè)備、礦井提升機(jī)電控設(shè)備。從性質(zhì)上講,產(chǎn)品屬性有大型設(shè)備,又有中、小型設(shè)備;從工作運(yùn)行情況看,既有連續(xù)運(yùn)行設(shè)備又有間斷運(yùn)行設(shè)備;就系統(tǒng)而言,既有復(fù)雜系統(tǒng),又有簡單系統(tǒng)。并且重工業(yè)、輕工業(yè)兼顧,可以說基本上覆蓋了本行業(yè)的產(chǎn)品特性。

4.試驗(yàn)程序的選擇。要有一個(gè)統(tǒng)一的試驗(yàn)程序,并由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)人員嚴(yán)格執(zhí)行,如:試驗(yàn)起始結(jié)束時(shí)間,時(shí)間間隔的確定,數(shù)據(jù)的采集,各種性能指標(biāo)的記錄,故障情況的記錄,故障的排除等,都應(yīng)有嚴(yán)格規(guī)范。這樣才能保證測(cè)試的準(zhǔn)確性、可信性。

(四)測(cè)試數(shù)據(jù)的收集

首先開展了以摸清典型國產(chǎn)電控及自動(dòng)化設(shè)備平均無故障工作時(shí)間MTBF這一可靠性重要指標(biāo)為目的的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作。在這里,比較重要的工作是確定故障的分類、故障的模式和故障嚴(yán)重性的分級(jí)等工作。另外,我們也收集了設(shè)備的其它一些可靠性數(shù)據(jù),為今后合理地制定設(shè)備的可靠性指標(biāo)作了準(zhǔn)備。

(五)可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算

依據(jù)收集到的可靠性現(xiàn)場(chǎng)原始數(shù)據(jù),按照電控設(shè)備可靠性指標(biāo)體系的要求,進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、計(jì)算有關(guān)可靠性特征量。根據(jù)我們所收集的數(shù)據(jù),通過統(tǒng)計(jì)計(jì)算表明:典型的國產(chǎn)電控及自動(dòng)化設(shè)備的平均無故障工作時(shí)間MTBF為10000h左右。通過測(cè)試也表明了現(xiàn)場(chǎng)可靠性測(cè)試方法對(duì)電控及自動(dòng)化設(shè)備產(chǎn)品是適用的。

三、實(shí)例分析

某現(xiàn)場(chǎng)總線智能變送器可靠性設(shè)計(jì)目標(biāo)是達(dá)到行業(yè)優(yōu)等品水平,即平均無故障工作時(shí)間達(dá)到2.5萬小時(shí)。該產(chǎn)品由傳感器、放大板、轉(zhuǎn)換板、通信卡和液晶顯示器組成,設(shè)計(jì)完成后開始對(duì)3臺(tái)樣機(jī)各單元分別進(jìn)行了2個(gè)月(60天,每天8h)調(diào)試,然后對(duì)整機(jī)進(jìn)行了1個(gè)月(30天)的調(diào)試,將發(fā)現(xiàn)的故障記錄在表4中,立即采取相關(guān)措施,進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

收集數(shù)據(jù):r1'=0,r2'=0,r3'=0,r4'=0,r5'=2,Ti'=480h,r'=1,

T'=240h。

利用數(shù)學(xué)模型,得到:T''=480h,r''=2。

根據(jù)數(shù)學(xué)模型:設(shè)產(chǎn)品整機(jī)調(diào)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)為(r',T'),則得產(chǎn)品總

的試驗(yàn)結(jié)果r=r'+r得到:r=3,T=720h。

再根據(jù)數(shù)學(xué)模型,取a=0.1,查表得到,于是有:mL=1440/2.204=

653.36h。

查有關(guān)數(shù)據(jù),當(dāng)a=0.1時(shí),區(qū)間估計(jì)下限系數(shù)pL為0.263,可得:MTBF(點(diǎn)估計(jì)值)=653.36/0.263=2484.26(h)<1.5萬小時(shí)。

所以,該樣機(jī)未達(dá)到樣機(jī)鑒定階段設(shè)計(jì)目標(biāo)要求,還需要進(jìn)一步改進(jìn)提高。

參考文獻(xiàn):

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