聞 麗

(中國特種飛行器研究所，湖北 荊門 448035)

某型系留氣球故障案例的可靠性分析

聞 麗

(中國特種飛行器研究所，湖北 荊門 448035)

以某型系留氣球外場試驗的故障案例數據為基礎，從故障件所屬系統(tǒng)、故障件類型、故障發(fā)生時間、故障維修處理方式4方面，運用圖表和數據相結合的方式展開可靠性分析，同時針對分析的結果，提出了相似型號系留氣球設計與管理方面的一些建議。

系留氣球；故障案例；圖表；數據；可靠性分析

可靠性是指產品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內，完成規(guī)定功能的能力。型號的可靠性首先是設計和分析出來的，研制單位通過開展可靠性建模、可靠性分配、可靠性預計、制定和貫徹可靠性設計準則、故障模式影響與危害性分析等工作項目，從定量和定性兩方面進行可靠性設計和分析，從而來達到型號要求的可靠性。文中在對所統(tǒng)計的某型系留氣球故障案例的基礎上進行可靠性分析，既可了解某型號系留氣球的設計現狀，又可為今后相似型號系留氣球的設計與管理工作提供一些建議。

在某型系留氣球的外場試驗中，共發(fā)生了16次故障，以下我們從故障件所屬系統(tǒng)、故障件類型、電子件故障發(fā)生時間、故障維修處理方式4方面對其進行可靠性分析。

1 按照故障件所屬系統(tǒng)進行分析

1.1 數據分析

由圖1，計算出各結構部分的故障發(fā)生頻率為：

圖1 按照故障件所屬結構部分故障分布圖

球體部分、系纜部分故障發(fā)生頻率都約為6%；

測控部分故障發(fā)生頻率約為38%；

供電部分故障發(fā)生頻率約為19%；

錨泊部分故障發(fā)生頻率約為31%。

1.2 故障預防措施

系留氣球各組成部分發(fā)生故障的預防措施分析如下。

1.2.1 球體部分

設計人員要貫穿簡單化設計的理念，易于安裝、拆卸、維修。

1.2.2 測控部分

1）加強對電子設備的選擇和控制。所選設備首先要滿足平臺的功能性能要求，在保證費用合理的前提下，盡量選擇高可靠性的設備元器件；設備到貨時要加強檢驗，包括外觀檢查和通電檢查等；安裝后要檢驗校準，要確保與整機使用協調。

2）重視維護保養(yǎng)。維護保養(yǎng)關乎設備產品的壽命，過度的使用而不維護保養(yǎng)只會降低產品壽命，因此平時要按照相應的維護規(guī)定，定時按周期對設備產品進行維護清理。

3）軟件設計。設計人員在軟件設計的過程中除應遵循相關的軟件設計準則，還應結合型號任務，便于使用。

1.2.3 供電部分

1）設計人員要對設計進行仔細論證，根據論證結果來指導選擇可靠性較高的同類產品。

2）質量及設計人員加強產品的檢驗，既要滿足自身性能要求，還要符合平臺需要。

1.2.4 系纜部分

應使電路和結構的設計對機械環(huán)境的影響程度最小，對振動和沖擊強烈的部位或產品應進行減振設計。

1.2.5 錨泊部分

1）要重視機械環(huán)境的設計，所選用的元器件、材料的特性應滿足產品機械環(huán)境的要求。

2）盡可能采用經過考驗的、可靠性有保證的零、組、部件，盡量避免需要使用時而無法工作的情況。

3）對于線路，管道的安裝鋪設及管夾的使用要按照相關標準實施，避免出現漏水、漏電等現象。

4）對于設計人員來講，產品的選用不僅要考慮滿足各零、部件的性能要求即滿足整個產品功能的要求，還應考慮各零、部件對產品性能或者其它零（部）件附屬功能的影響。

5）重視電磁兼容的設計。首先電磁兼容設計要按照相關標準執(zhí)行，其次要正確布置元件的位置，使敏感元件遠離干擾源；正確布置元件的方向，使元件之間的互電容互電感最小；不同用途的連接線要分開，不要平行方向走線，總之，設計人員要認識到電磁兼容的影響，重視電磁兼容設計。

2 按照故障件的類型進行分析

圖2 故障件類型分布圖

2.1 數據分析

將圖2的故障數據進行統(tǒng)計分析：

電子件故障比例占75%；

結構件故障比例占25%。

2.2 得到的設計經驗及啟示

從以上數據比例對照可以發(fā)現，電子件的故障率遠遠高于結構件，因此在我們設計分析的過程中，對電子件和結構件提出相應的要求[1]。

2.2.1 電子件

1）設計人員要對所需的電子件性能要求進行充分的論證，在論證合理的情況下提出產品性能、功能等方面的要求以便對產品的選用提供指導。

2）結合相關的電子產品選用標準和型號產品的實際需要，對電子件的選擇進行控制。

3）要加強入庫檢驗和安裝后校驗，質量要有保證。

4）要結合使用環(huán)境對電子件進行環(huán)境設計，例如熱設計、防潮濕、鹽霧腐蝕和霉菌設計、抗沖擊、振動和噪聲設計等。

5）注意降額設計和簡化設計的貫徹。

6）注意平時的維護保養(yǎng)，要按照相關的維護保養(yǎng)手冊定期對其進行維護保養(yǎng)。

7）考慮到維修的方便及快捷，我們要貫徹簡單化、標準化、模塊化、可達性、互換性等的理念。

8）對于關鍵的故障頻發(fā)的零部件要綜合考慮是否需要進行冗余設計或者提供備件。

2.2.2 結構件

1）注重機械環(huán)境設計，應使電路和結構的設計對機械環(huán)境的影響程度最小，以保證產品工作的可靠性。

2）注重材料的選擇，加強疲勞、老化、磨損等的驗證。

3 按照電子件故障發(fā)生時間進行分析

故障件發(fā)生時間的分布見圖3，其中橫軸為試驗時間（h），縱軸為故障次數。

3.1 平均故障間隔時間（MTBF）[2]觀測

電子件的MTBF觀測所用的數學模型及數據處理方法如下：

3.1.1 數學模型

文中所用可靠性數學模型有[3]：

式中：

TBF—— 平均故障間隔時間MTBF（h）；

N0—— 故障次數。

式中：

λ—— 產品故障率（10-3/h）。

3.1.2 數據處理方法

利用圖3的數據代入式（1）、（2），取以下幾個數據點（720, 13×10-3）、（1 440, 8×10-3）、（2 160, 5×10-3）、（2 880, 4×10-3）、（36 00, 3×10-3）來模擬曲線，曲線見圖4，其中橫軸表示試驗時間（h），縱軸表示對應的故障率λ。

圖4 電子件故障率曲線圖

3.2 故障原因分析

對圖3、4進行分析。

3.2.1 產品投入使用后，早期故障率會較高，且產品故障率隨時間的增加而迅速下降，主要原因有以下幾方面[4、5]：

1）制造技術、制造過程和裝配中存在問題。

2）差的工藝，產品老練不足，排除故障、缺陷不完全。

3）原材料及元器件未達到標準。

4）不適當的儲存、包裝和運輸造成的故障。

5）用篩選的元件更換失敗的元件。

6）不適當的安裝。

7）首次通電造成元件故障等。

3.2.2 經過一段時間后其故障率基本穩(wěn)定，近似為常數3×10-3/h（此時TBF=333h）。此階段雖然有一些故障是由于生產缺陷和耗損引起的，但是絕大多數的故障卻是由產品在規(guī)定的應用條件（如溫度、電應力及環(huán)境應力）下受到的操作應力引起的，而且是隨即發(fā)生的[1]（無任何與時間變化有關的樣本）。

4 按照故障維修處理方式進行分析

4.1 數據分析

將圖5中的故障數據進行計算處理，得到以下結果：

引起更換占56%；

引起修理占38%；

無處理僅待持續(xù)察看的占6%。

圖5 故障維修處理方式分布圖

4.2 得到的設計經驗及啟示

由以上數據的結果，對我們今后設計分析工作的有以下幾點啟示[6]：

產品要具有良好的維修可達性，就是維修部位能夠“看得見、夠得著”或者容易看見、夠著，而不需拆卸、搬動其他機件。很顯然，可達性好，維修就迅速、簡便，而且差錯、事故也會減少，所需費用也少。為此要合理地布置裝備各組成部分及其監(jiān)測點、潤滑點、維護點；要保證維修操作有足夠的空間，包括實用工具、器材的空間 ；合理開設維修通道、窗孔。

要通過設計實現檢測診斷簡便、迅速、準確。在裝備研制早期就應該考慮檢測診斷問題，檢測系統(tǒng)、檢測點配置等。

重視貴重件的可修復性。零部件的可修復性是指其磨損、變形、耗損或以其它形式失效后，能夠對元件進行修理，使之回復原有功能的特性。裝備上一些重要而昂貴的零部件應具有可修復性。這不但可以節(jié)省維修費用，而且有助于減輕后勤（備件）保障負擔和戰(zhàn)時搶修。因此，應使之具有可調整、可矯正、可焊接、可拆裝、可鍍性，以便采用有效的元件修復措施。

5 結束語

通過以上從故障件所屬系統(tǒng)、故障件類型、故障發(fā)生時間、故障維修處理方式4方面的分析可以了解某型系留氣球的定性和定量要求是否達到；證實在系留氣球研制的過程中，針對所發(fā)生的故障開展的一系列設計、生產、試驗活動，能使其可靠性得到增長。

對于今后研制相似系留氣球可以得到以下啟示：

1）設計人員要重視對零件、組件、設備的選擇和控制，并且重視可靠性、維修性、測試性、保障性設計準則中所提出的設計要求，結合型號需求設計、選擇合適的產品。

2）工藝人員要重視產品的生產、裝配技術。

3）質量人員在整個型號研制過程中要擔負起產品檢驗的責任。建立適合型號開展工作的故障報告、分析和糾正措施系統(tǒng)，對于系統(tǒng)運行結果要注意數據的收集和分析，可將分析結果總結成工程經驗作為設計準則對設計進行約束。

[1] 陳云翔.可靠性與維修性工程［M］.北京：國 防工業(yè)出版社，2007年11月.

[2] GJB 451A-2005 可靠性維修性保障性術語 ［S］.

[3] 陸延孝，鄭鵬洲.可靠性設計與分析［M］.北 京：國防工業(yè)出版社，1995年.

[4] 馬麟.保障性設計與分析［M］.北京：國防工 業(yè)出版社，2012年.

[5] 陳曉彤，趙廷弟，王云飛，吳躍譯?？煽啃詫?用指南［M］. 北京：北京航空航天大學出版 社，2005年7月（中文版）.

[6] 楊為民.可靠性、維修性、保障性總論［M］. 北京：國防工業(yè)出版社，1994年.

（編輯：勞邊）

V240.2

C

1003–6660（2014）04–0043–04

10.13237/j.cnki.asq.2014.04.011

2014-05-16