針對核電產品的可靠性評分分配法

馬禮兵

上海電氣核電設備有限公司 上海 201306

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針對核電產品的可靠性評分分配法

馬禮兵

上海電氣核電設備有限公司 上海 201306

介紹了可靠性分配原則、流程，分析了針對核電產品的可靠性評分分配法。這一方法更符合核電產品的特點，分配結果也更切合工程實際。

可靠性； 評分分配； 核電

1 概述

可靠性研究是一門在各學科、行業普及的工程技術學科，已經從電子產品的可靠性發展到機械和非電子產品的可靠性[1-2]，從硬件的可靠性發展到軟件的可靠性[3-4]，從重視可靠性統計試驗發展到強調可靠性工程試驗[5-6]。可靠性研究通過環境應力篩選和可靠性強化試驗來暴露產品的問題，提高產品的可靠性。

可靠性在核電中有極其重要的作用，一旦核電設備出現嚴重故障導致重大安全事故，所造成的后果將難以估量。因此，研究核電產品的可靠性問題，是十分重要、迫切的。提高核電產品的可靠性，可以防止故障和事故的發生，尤其可以避免災難性事故的發生，從而保證人民生命財產安全。

可靠性分配是可靠性研究中的一項重要工作，將設計任務書中規定的可靠性指標分配到各分系統、部件和零件，在系統論證、方案設計及技術研發階段具有重要作用。可靠性分配可以為可靠性設計、試驗和維修使用保障等提供依據[7-10]。

可靠性評分分配法的基本思想是通過有經驗的設計人員或專家對影響可靠性的幾種因素進行評分，并對評分值進行綜合分析，以獲得各單元產品之間的可靠性相對比值，進而給每個分系統或設備分配可靠性指標。

筆者在傳統可靠性評分分配法的基礎上提出一種針對核電產品的可靠性評分分配法，其可靠性分配結果較傳統方法更準確、合理。

2 可靠性分配原則

可靠性分配通常應遵循的原則如下。

(1) 對于復雜度高的分系統、設備等，應分配較低的可靠性指標。因為產品越復雜，其組成單元就越多，要達到高可靠性就越困難，且成本也越高。

(2) 對于技術上不成熟的產品，分配較低的可靠性指標。對于這種產品提出高可靠性要求，會延長研制時間，增加研制費用。

(3) 對于處于惡劣環境條件下工作的產品，應分配較低的可靠性指標。因為惡劣的環境會增加產品的故障率。

(4) 當把可靠度作為分配參數時，對于需要長期工作的產品，應分配較低的可靠性指標。因為產品的可靠性隨著工作時間的延長而降低。

(5) 對于重要度高的產品，應分配較高的可靠性指標。因為重要度高的產品發生故障會影響人身安全或任務的完成。

(6) 結合實際，考慮一些其它因素，如維修性、保障性等。

(7) 對于已有可靠性指標的貨架產品或使用成熟的系統和成品，不再進行可靠性分配。同時，在進行可靠性分配時，要從總指標中剔除這些單元的可靠性值。

3 可靠性分配流程

可靠性分配流程如圖1所示。

圖1 可靠性分配流程圖

4 可靠性評分分配法

可靠性分配方法主要有等分分配法、比例組合法、評分分配法等。筆者主要針對的是處于方案研發階段的設備產品，無以往產品故障信息，也無相似產品的故障數據，因此按現有條件采用評分分配法對產品指標進行分配。由于缺少有效數據支撐，將非工作失效率假設為零。

可靠性評分分配法通過對影響產品可靠性的幾種因素進行評分，并對評分值進行綜合分析，以獲得各單元產品之間的可靠性相對比值——分配因子，再根據分配因子對每個單元產品的可靠性指標進行分配。可靠性評分分配法可用于對故障率或平均故障間隔時間等基本可靠性指標進行分配，公式如下：

(1)

5 實施步驟

(1) 確定評分因素，給出評分依據，建立評分準則。可靠性評分分配法通常考慮的因素有復雜程度、技術成熟水平、工作時間、環境條件等，根據系統的特點可以增加或減少評分因素。確定評分因素后，應建立評分準則。評分準則是給專家提供的評分依據，本步驟中應確定各類因素的評價分數及范圍，以及各分值的說明，分值越高說明可靠性越差。

復雜程度根據被評核電產品的零部件數量及組裝的難易程度來評定，表1給出了一種推薦的復雜程度因素評分準則。

表1 復雜程度因素評分準則

技術成熟水平根據被評核電產品的技術水平和成熟程度進行評定，表2給出了一種推薦的技術成熟水平因素評分準則。

表2 技術成熟水平因素評分準則

工作時間根據被評核電產品的工作時間進行評定，表3給出了一種推薦的工作時間因素評分準則。

表3 工作時間因素評分準則

環境條件根據被評核電產品所處的環境進行評定，表4給出了一種推薦的環境條件因素評分準則。

(2) 專家對影響因素進行評分，并計算平均評分。每位專家對所有因素打分后，使用下式求出這些打分的算術平均分：

(2)

式中：Sij為第i個單元產品、第j個因素的平均得分；m為打分專家數量；tij(l)為第l個專家為第i個單元產品、第j個因素的打分。

(3) 計算評分分配因子。使用下式計算每個單元產品的評分數：

表4 環境條件因素評分準則

(3)

式中：Si為第i個單元產品的評分數；k為影響因素數量。

使用下式計算分配因子Ci：

(4)

式中：n為單元產品數量。

(4) 計算分配結果。使用式(1)計算分配結果。

(5) 處理計算結果。將分配得到的故障率求倒數得到平均故障間隔時間，并對結果進行圓整化，驗算可靠性指標是否滿足要求。

6 案例分析

某核電產品由傳動裝置、導向管、鏈條、塞體、拉桿、滑架、吊桶、導軌和電氣控制等九大組件構成，為了控制風險，要求平均故障間隔時間為570h，增加25%余量，即用于分配的平均故障間隔時間指標為712.5h。以下用評分分配法進行可靠性分配。

(1) 確定評分因素，給出評分依據，建立評分準則。考慮的因素有復雜程度、技術成熟水平、工作時間、環境條件。

(2) 專家對影響因素進行評分。請核電領域有經驗的專家對影響可靠性的幾種因素進行評分，按多個專家評分求算術平均分，匯總結果見表5。

表5 評分結果

(3) 計算分配因子及分配結果，并對分配結果進行處理。使用公式計算得到總評分、分配因子、分配結果，計算平均故障間隔時間并進行結果圓整化，驗算可靠性指標是否滿足要求，結果見表6。

驗算分配結果，規定的故障分配率指標為1403.5×10-6/h，分配的平均故障間隔時間為713h，大于570h，因此分配結果滿足分配目標。

7 結論

核電產品所處的環境條件比較惡劣，往往需要經受高溫、地震、輻照等惡劣環境，因此筆者對傳統的專家評分法進行了改進，評分因素包括復雜程度、技術成熟水平、工作時間、環境條件。改進后針對核電產品的評分分配法更加準確、合理，為核電產品方案階段的可靠性工作提供了參考和依據。

表6 可靠性分配結果

[1] 李瑞瑩,康銳,黨煒.機械產品可靠性預計方法的比較與選擇[J].工程機械,2009,40(5)： 53-57.

[2] 李艷紅.淺談機械產品可靠性試驗技術的研究方向[J].機械管理開發,2013(6)： 48-50.

[3] 劉云,趙瑋.軟件可靠性研究與進展[J].微機發展,2003,13(2)： 12-15.

[4] 楊玉麗.軟件可靠性研究現狀與展望[J].電腦知識與技術,2010,6(1)： 128-129.

[5] 陳其偉.可靠性工程技術應用講座第四講： 可靠性試驗、評估技術及應用[J].自動化與儀器儀表,2009(3)： 116-119.

[6] 張國龍,梁玉英,巴寧.可靠性試驗數據處理方法與工程實現[J].通信技術,2011,44(2)： 138-140.

[7] 章國棟,陸廷孝,屠慶慈,等.系統可靠性與維修性的分析與設計[M].北京： 北京航空航天大學出版社,1990.

[8] 王錫吉.電子設備可靠性工程[M].西安： 陜西科學技術出版社,1999.

[9] 王超,王金等.機械可靠性工程[M].北京： 冶金工業出版社,1992.

[10] 維修性分配與預計手冊： GJB/Z 57—1994[S].

(編輯： 爾 東)

Introduced the reliability allocation principles and procedures, analysed the reliability score distribution method for nuclear power products. The method is more in line with the characteristics of nuclear products and the allocation results are more fit for the engineering reality.

Reliability; Score Distribution; Nuclear Power

2017年5月

馬禮兵(1983— )，男，本科，工程師，主要從事核電設備設計制造工作， E-mail： malb@shanghai-electric.com

TM613

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1674-540X(2017)02-024-04