系留氣球的可靠性定量設(shè)計(jì)研究

聞麗

摘 要：針對(duì)當(dāng)前系留氣球可靠性設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀，從可靠性參數(shù)的選擇、指標(biāo)的確定、可靠性模型的建立、指標(biāo)的分配、指標(biāo)的預(yù)計(jì)、指標(biāo)的驗(yàn)證這幾方面，論述了實(shí)現(xiàn)可靠性MTBF指標(biāo)的定量設(shè)計(jì)方法和程序，借以推動(dòng)系留氣球工程研制中的可靠性設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：系留氣球 可靠性 定量設(shè)計(jì) MTBF

中圖分類號(hào)：V240.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）05（c）-0019-02

當(dāng)前系留氣球的可靠性設(shè)計(jì)中，雖然用戶提出了MTBF的指標(biāo)要求，但多數(shù)產(chǎn)品幾乎都沒有進(jìn)行實(shí)現(xiàn)MTBF指標(biāo)要求的定量設(shè)計(jì)。如何進(jìn)行MTBF的定量設(shè)計(jì)？是擺在我們面前的一項(xiàng)重要任務(wù)。該文試圖通過實(shí)現(xiàn)MTBF指標(biāo)的設(shè)計(jì)，提供結(jié)合系留氣球工程設(shè)計(jì)的可靠性定量設(shè)計(jì)的程序和方法。

1 可靠性的定量設(shè)計(jì)

1.1 定義

系留氣球的可靠性是設(shè)計(jì)出來的，可靠性設(shè)計(jì)分為定量設(shè)計(jì)和定性設(shè)計(jì)。滿足一定指標(biāo)要求的可靠性設(shè)計(jì)是定量的可靠性設(shè)計(jì)。

1.2 MTBF參數(shù)

可靠性定量設(shè)計(jì)的參數(shù)包含平均故障間隔飛行小時(shí)（MFHBF）、致命性故障間的任務(wù)時(shí)間（MTBCF）、平均故障間隔時(shí)間（MTBF）等。平均故障間隔時(shí)間（MTBF）反應(yīng)產(chǎn)品對(duì)維修人力的需求，根據(jù)系留氣球的特點(diǎn)和使用要求，通常選取MTBF來作為系留氣球可靠性定量設(shè)計(jì)參數(shù)。

2 實(shí)現(xiàn)MTBF的方法和程序

從系留氣球方案論證開始，就要考慮結(jié)合產(chǎn)品設(shè)計(jì)，展開MTBF的設(shè)計(jì)步驟：（1）明確系留氣球可靠性指標(biāo)；（2）建立可靠性模型；（3）指標(biāo)分配；（4）指標(biāo)預(yù)計(jì)；（5）指標(biāo)驗(yàn)證。

2.1 明確系留氣球MTBF指標(biāo)

確定MTBF指標(biāo)的程序：（1）對(duì)進(jìn)行使用需求分析；（2）對(duì)相似現(xiàn)役系留氣球的MTBF指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；（3）通過對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)和生產(chǎn)水平以及研制費(fèi)用、進(jìn)度、預(yù)期的使用和保障等約束條件的綜合權(quán)衡，確定MTBF指標(biāo)。

2.2 建立可靠性模型

可靠性模型用于定量分配，預(yù)計(jì)和計(jì)算。可靠性模型有兩部分組成：可靠性框圖和數(shù)學(xué)模型。

（1）按照系留氣球主要有由球體結(jié)構(gòu)、系纜系統(tǒng)、錨泊系統(tǒng)、測控系統(tǒng)、供電系統(tǒng)幾部分組成，建立系留氣球串聯(lián)可靠性框圖 。

（2）系留氣球?qū)?yīng)的可靠性數(shù)學(xué)模型 為：

λ系留氣球=λ1+λ2+…+λi （1）

λi為第i（i=1，2，…，n）個(gè)系統(tǒng)的故障率。

2.3 MTBF指標(biāo)分配

系留氣球可靠性常用的分配方法有：（1）評(píng)分分配法；（2）比例組合法。

2.3.1 評(píng)分分配法

選用故障率作為分配參數(shù)，從復(fù)雜度、技術(shù)發(fā)展水平、重要度及環(huán)境條件方面對(duì)各子系統(tǒng)的可靠度進(jìn)行評(píng)分，每種因素的分?jǐn)?shù)在1～10之間。

（1）復(fù)雜度為組成最復(fù)雜的評(píng)10分，反之評(píng)1分。

（2）技術(shù)發(fā)展水平為技術(shù)水平和成熟程度最低的評(píng)10分，反之評(píng)1分。

（3）重要度為分系統(tǒng)重要度最高的評(píng)1分，反之評(píng)10分。

（4）環(huán)境條件為分系統(tǒng)所處的工作環(huán)境最惡劣評(píng)10分，反之評(píng)1分。

計(jì)算公式為：

λi*= C i×λs* （2）

λi*為第i個(gè)子系統(tǒng)的故障率；C i為第i個(gè)子系統(tǒng)的評(píng)分系數(shù)；λs*為系統(tǒng)規(guī)定的故障率。

Ci=ωi/ω （3）

ωi為第i個(gè)子系統(tǒng)的評(píng)分系數(shù)；ω為系統(tǒng)的評(píng)分?jǐn)?shù)。

ωi= ri1× ri2×……× rij （4）

rij為第i個(gè)子系統(tǒng)，第j（j=1，2，3，4）個(gè)因素的評(píng)分?jǐn)?shù)；

ω=ω1+……+ωi+……+ωn （5）

MTBFλi*=1/λi* （6）

λi*為第i個(gè)子系統(tǒng)的故障率；

MTBFλi*為子系統(tǒng)的平均故障間隔時(shí)間；

2.3.2 比例組合法

比例組合法是根據(jù)相似老系統(tǒng)中各單元產(chǎn)品的故障率或單元產(chǎn)品預(yù)計(jì)數(shù)據(jù)，按新系統(tǒng)可靠性要求，對(duì)新系統(tǒng)的各單元按其原有能力成比例的進(jìn)行分配的一種方法。

（1）獲取相似老系統(tǒng)每個(gè)組成單元的故障率λi老。

（2）計(jì)算新系統(tǒng)中各單元產(chǎn)品故障率λi新*。

λi新*=（λi老×λs新*）/λs老 （7）

λs新*為系留氣球規(guī)定的故障率；λs老為相似老系統(tǒng)的預(yù)計(jì)故障率h；λi新*為系留氣球組成系統(tǒng)的故障率；λi老為相似老系統(tǒng)組成系統(tǒng)的預(yù)計(jì)故障率；

MTBFi新*=1/λi新* （8）

MTBFi新*為系統(tǒng)的MTBFi新*。

2.4 MTBF指標(biāo)驗(yàn)證

系留氣球MTBF指標(biāo)驗(yàn)證一般采用定時(shí)截尾試驗(yàn)方案來驗(yàn)證指標(biāo)滿足情況。

（1）根據(jù)選取的的試驗(yàn)方案，確定需統(tǒng)計(jì)的試驗(yàn)累積總時(shí)間。

（2）明確故障判據(jù)來統(tǒng)計(jì)故障次數(shù)。

（3）利用公式（9）計(jì)算MTBF的觀測值（即點(diǎn)估計(jì)值θ）：

θ=T/r （9）

T為受試件累積試驗(yàn)時(shí)間；r為責(zé)任故障數(shù)。

（4）比較MTBF的要求值和觀測值大小，可得出系留氣球的可靠性是否達(dá)到了可靠性定量要求水平。

3 結(jié)語

系留氣球的可靠性定量設(shè)計(jì)研究為系留氣球可靠性定量設(shè)計(jì)的參數(shù)選擇、建立模型、指標(biāo)分配、指標(biāo)預(yù)計(jì)、指標(biāo)驗(yàn)證提供了一種較為科學(xué)的方法；同時(shí)，可通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、計(jì)算、分析的結(jié)果，有效改進(jìn)系留氣球的設(shè)計(jì)，從而可以提高產(chǎn)品的可靠性，降低壽命周期費(fèi)用。

參考文獻(xiàn)

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