測量儀器可靠性分析的方法

2017-09-27 17:03:44田瑞鋒

中小企業管理與科技·上旬刊 2017年9期

田瑞鋒

【摘要】論文主要闡述了測量儀器可靠性分析的方法，適用于測量儀器在設計、研制、試驗、生產、驗收、使用階段的可靠性分析。

【Abstract】This paper mainly expounds the method of reliability analysis of measuring instruments， which is suitable for the reliability analysis of measuring instruments in the design， development， test， production， acceptance and use stages.

【關鍵詞】測量儀器；可靠性；建模；評估

【Keywords】 measuring instruments； reliability； modeling； evaluation

【中圖分類號】TP274 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）09-0147-02

1 可靠性的定義及特征

可靠性是指產品在規定時間、規定使用條件下執行規定功能，不發生故障的概率。

可靠性是產品的固有屬性，表征了產品在規定使用條件下持續、穩定工作的能力，它總是相對一定任務、一定條件、一定時間而言，不存在無條件的抽象可靠性。產品規定的時間、規定的條件和規定的功能是相互關聯的，產品規定的使用條件主要指環境條件和工作狀態，工作狀態又分為：連續工作和間歇工作。

可靠性是一種概率尺度，它可以度量產品故障發生難易程度，也可以度量產品的壽命，可靠也即不出故障，產品可靠性可以分為固有可靠性和使用可靠性。各自影響因素如圖1：

還可分為基本可靠性和任務可靠性。兩者之間的不同如表1。

由此可見基本可靠性側重于產品的壽命，任務可靠性側重于產品完成任務的能力。

2 可靠性指標的分析和確定

可靠性指標通常規定為MTBF（或MTTF）和R（t）。在方案論證階段，結合產品自身的特點，根據用戶需求，選擇其中關鍵技術指標作為可靠性指標并確定定量要求。有了定性定量可靠性指標，可靠性設計才有目標，才可以對產品可靠性進行考核[1]。

例如要對一個壓力變送器進行可靠性分析，那么這里的產品就是壓力變送器。壓力變送器有七個重要指標：線性度、靈敏度、遲滯、重復性、漂移、分辨力和閾值。在這七個重要指標中就要選取關鍵指標，其關鍵指標就是線性度和靈敏度，這只是定性分析。線性度達到多少，靈敏度是多少，確定具體的數值，就是定量分析。如此就有了目標，就可以通過試驗對其進行考核。

3 建立可靠性模型

可靠性模型應在設計階段建立，并在設計制造、技術指標、環境、工作模式發生改變時及時修改[2]。例如：壓力變送器內部的壓敏電阻改變了，精度由0.1級降到0.25級，環境由常溫變為低溫了，工作模式由主從方式變為雙工方式，這些發生變化了，可靠性模型也會隨之變化。

3.1 一般描述

可靠性模型是由可靠性框圖和可靠性數學模型來表示的。可靠性框圖是從可靠性角度出發，將產品分解成一個個獨立的單元，這些單元之間存在著邏輯關系。每一個方框對應某一個功能模塊，根據可靠性目標，這些功能模塊可以是一個傳感器，也可以大到一套系統，也可以小到一個元器件?？煽啃钥驁D屬于定性分析，要想定量分析就需要建立數學模型。

3.2 可靠性數學模型

數學模型是用數學中的函數來表示各單元的可靠性與產品可靠性之間的關系?？煽啃阅Ｐ椭饕写撃Ｐ?、并聯模型及混聯模型。

串聯模型是指任一單元發生故障，整個產品就會發生故障的模型，各個單元之間是“與”關系。只有所有單元工作正常，產品才會工作正常。圖2是串聯關系的可靠性框圖。

由公式（1）、（2）可知，單元數目、單元可靠性決定了產品的可靠性。要想提高產品的可靠性可以通過減少單元數目、提高單元的可靠性來實現。

并聯模型是指只要有一個單元不出現故障，產品就不出現故障。各個單元之間是“或”關系。只有所有單元同時失效，產品才會失效。圖3是并聯模型的可靠性框圖。

對于指數分布，若各并聯單元相同即相同，則

混聯模型是把若干個串聯系統和并聯結構組合在一起（如圖4）。

設下屬單元的可靠度分別為r1，r2，r3，混聯系統的可靠度為Rs，則測量儀器的可靠度

任務可靠性模型是一個混聯模型。產品中冗余單元越多，任務可靠性越高。

建立產品可靠性模型時，如果各組成單元工作時間與系統的任務時間不同，應該采用占空因子加以修正。占空因子指的是系統內單元工作時間與系統工作時間之比。

4 可靠性指標的分配

可靠性指標的分配是一個由上到下、由大到小的分配，是整體到局部的分解，它是定量地將總體指標分配到各個單元，是科學的、合理地、有依據的，不是盲目的、想當然的亂分配。可靠性框圖是可靠性指標分配的依據，即每一個方框均應有定量的可靠性指標，使儀器的可靠性指標得以保證。