在多平臺上應用的某產品可靠性增長摸底試驗設計

趙艷濤，李健

（航天科工防御技術研究試驗中心，北京 100854）

引言

在試驗經費和進度受限的條件下，從工程實際出發采用沒有模型的增長試驗方案進行可靠性增長試驗，事先擬定了一個符合工程實際的增長計劃，對試驗的總試驗時間和資源統籌安排，工程上一般可以將可靠性要求值分解為階段值來擬定增長計劃。本文中一個產品在兩個平臺上應用，結合各自的可靠性指標，將兩個平臺的應力結合來設計剖面和增長方案。

1 兩個平臺的可靠度要求

同一產品在兩個平臺上的任務可靠度分別為：

平臺A任務可靠度（置信度0.8）：目標值不小于0.998，最低可接受值0.988 2，任務時間22 min。

平臺B任務可靠度（置信度0.8）：目標值不小于0.992，最低可接受值0.988，任務時間10 min。

產品在兩個平臺的任務過程中經受的溫度應力、濕度應力、電應力的范圍是一致的。產品在兩平臺執行任務時通電工作并會產生振動。在兩個平臺下的振動方向相同都為X向，但振動量級不同：振動量級分別如下：

1）平臺A在任務包括兩個階段：階段一、階段二振動譜型如圖1所示。階段一、階段二振動譜中W0值及振動持續時間如下：

圖1 平臺A階段一、階段二的隨機振動譜型

①階段一的振動量值為：W0=0.02 g2/Hz；施振時間為2 min。

②階段二的振動量值為W0＝0.04 g2/Hz，施振時間為20 min。

2）在平臺B的任務中振動譜及持續時間如下：

振動譜形如圖2，振動量值為：W0=0.03 g2/Hz，W1=0.042 g2/Hz；施振時間為10 min。

圖2 平臺B的隨機振動譜型

2 方案設計

同一產品在兩平臺上應用，該產品在兩個平臺上的技術狀態完全相同，因此為了節約經費和時間，產品個數為1，可以將兩個平臺結合起來對該產品進行可靠性增長摸底試驗。產品為電子類產品，當增長模型未知，其總試驗時間的確定通常采用指數分布的定時截尾方案[1]。

對平臺 A和平臺 B結合起來進行可靠性增長摸底試驗。

式中：

t—任務時間；

R—可靠度最低可接受值；

MTBF—平均故障間隔時間。

式中：

T—按照試驗中不出現故障設計的總有效試驗時間；

β—使用方風險。

1）平臺A，取t=22 min，R=0.988 2，按照公式（1）進行計算，

取β=0.2，按照公式（2）計算得到試驗中不出現故障設計的總有效試驗時間：T=MTBF×Ln（1/β）=2 983.95 min

對平臺A來講要在總有效試驗時間T內執行的任務次數：

2） 平臺B，取t=10 min，R=0.988，按照公式（1）進行計算：

取β=0.2，按照公式（2）計算得到試驗中不出現故障設計的總有效試驗時間：T=MTBF×Ln（1/β）=1 333.6 min

對平臺B來講要在總有效試驗時間T內執行的任務次數：

綜合平臺 A和平臺B的任務次數，兩平臺結合進行任務134次，平臺 A進行任務136次，剖面設計中一個循環中有kcycle=24次飛行任務，試驗中試驗循環次數，即進行5個完整的循環，第6個循環進行到完成16次飛行任務（其中對平臺 B來講在第6個循環中完成14個循環即可）。

3 應力及剖面

兩個平臺對產品要求的最低可接受值非常接近，產品在兩個平臺的電應力、溫度應力、濕度應力是一致的，產品在兩個平臺的任務時間、振動應力是不同的，設計剖面時兩個平臺的電應力、溫度應力、濕度應力的設計是完全相同的。任務時間內的振動量值、時間不同，可以考慮在較短任務時間內取兩個平臺的振動極大值包絡，并且保持各自的任務時間不變。

1）電應力

設備工作狀態的標稱電壓為24 V，施加的電應力上限為標稱電壓的110 %、下限為標稱電壓的90 %。

設備工作狀態的電應力應按以下要求變化：第一個試驗循環施加電應力上限，第二個試驗循環施加標稱電壓，第三試驗循環施加電應力下限，第四試驗循環施加標稱電壓。四個試驗循環的電壓變化構成一個完整的電應力循環，整個試驗過程中重復這一電應力循環。

2）溫度應力

根據產品的使用溫度條件要求，熱天溫度取+60 ℃，冷天溫度取-40 ℃，標準天的溫度取+15 ℃。在不同溫度之間的轉換速率均為5 ℃/min。

3）振動應力

平臺A和平臺B結合起來開展振動條件如下。包括三個振動量級：振動一、振動二、振動三譜型如圖1所示。振動一、振動二、振動三譜形值及振動持續時間如下：

振動一如圖1，量值為：W0=0.02 g2/Hz；施振時間為2 min。

振動二如圖3，量值為W0=0.04 g2/Hz，W1=0.042 g2/Hz，施振時間為10 min。

圖3 平臺A和平臺B任務結合的隨機振動譜型

振動三如圖1，量值為W0-0.04 g2/Hz，施振時間為10 min。

表1 平臺A和平臺B任務結合后的一次任務中的振動

將平臺A中的階段二的振動分成振動二和振動三：在振動二中將平臺A階段二和平臺B的振動譜形取了極大值包絡，時間和平臺B的振動時間一致（為10 min）；在振動三中保留了平臺A 階段二的振動譜形和時間 （10 min）。因此對兩個平臺來講各自的任務時間保持不變，平臺A任務時間22 min，平臺B任務時間10 min。

4）濕度應力

熱天不工作和熱天發射準備及待機兩個階段的濕度為80 %。其余階段濕度不加控制，但不準有凝露濺落到設備上，不允許試件中有積水。

5）試驗剖面

根據平臺A 和平臺B的使用環境條件和典型任務，結合前面的溫度和振動環境參數，合成得到的試驗剖面時序表如圖4所示。其中：

圖4 平臺A和平臺B任務結合的可靠性摸底試驗剖面

①溫度穩定時間Tw根據測試確定，為1 h，每個溫度下兩次任務之間時間間隔為Tw。

②試驗時間循環次數：共進行136次融合飛行振動，即進行5個完整的循環后，第6個循環進行到完成前16次結合任務。

③一個循環中經過冷天——標準天——熱天三種天氣類型，每種天氣類型下共進行8次平臺A和平臺B的結合任務。

4 可靠性評估

采用QJ3217-2000中沒有增長模型的可靠性增長試驗，并對試驗結果的可靠性下限評估[2]：

式中：

MTBFL—平均故障間隔時間；

T—有效試驗時間；

r—關聯責任故障數；

γ—置信水平。

式中：

t—任務時間；

RL—可靠性增長要求值。

對平臺A取任務時間t=22 min，對平臺B取任務時間t=10 min,有效試驗時間T=nt，其中n為整個試驗中的結合任務次數。

6 結束語

本文根據兩個平臺對同一產品的可靠度要求接近，在兩個平臺的任務時間不同，但通過同一產品在兩個平臺的任務結合起來進行方案設計。一次試驗結束后可以對兩個平臺的指標進行回答，節約了費用和時間，取得了非常好的效果。這種可靠性增長試驗方案符合我國的國情，在經費和時間不是很充裕的情況下，這種方法易于被設計師系統所接受，還可以考核現階段產品的可靠性水平[3]。