馬禮兵

上海電氣核電設(shè)備有限公司 上海 201306

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針對核電產(chǎn)品的可靠性評分分配法

馬禮兵

上海電氣核電設(shè)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(chǎn)品的可靠性評分分配法。這一方法更符合核電產(chǎn)品的特點，分配結(jié)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(xué)科、行業(yè)普及的工程技術(shù)學(xué)科，已經(jīng)從電子產(chǎn)品的可靠性發(fā)展到機械和非電子產(chǎn)品的可靠性[1-2]，從硬件的可靠性發(fā)展到軟件的可靠性[3-4]，從重視可靠性統(tǒng)計試驗發(fā)展到強調(diào)可靠性工程試驗[5-6]?？煽啃匝芯客ㄟ^環(huán)境應(yīng)力篩選和可靠性強化試驗來暴露產(chǎn)品的問題，提高產(chǎn)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(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重故障導(dǎo)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(chǎn)品的可靠性問題，是十分重要、迫切的。提高核電產(chǎn)品的可靠性，可以防止故障和事故的發(fā)生，尤其可以避免災(zāi)難性事故的發(fā)生，從而保證人民生命財產(chǎn)安全。

可靠性分配是可靠性研究中的一項重要工作，將設(shè)計任務(wù)書中規(guī)定的可靠性指標(biāo)分配到各分系統(tǒng)、部件和零件，在系統(tǒng)論證、方案設(shè)計及技術(shù)研發(fā)階段具有重要作用?？煽啃苑峙淇梢詾榭煽啃栽O(shè)計、試驗和維修使用保障等提供依據(jù)[7-10]。

可靠性評分分配法的基本思想是通過有經(jīng)驗的設(shè)計人員或?qū)＜覍τ绊懣煽啃缘膸追N因素進行評分，并對評分值進行綜合分析，以獲得各單元產(chǎn)品之間的可靠性相對比值，進而給每個分系統(tǒng)或設(shè)備分配可靠性指標(biāo)。

筆者在傳統(tǒng)可靠性評分分配法的基礎(chǔ)上提出一種針對核電產(chǎn)品的可靠性評分分配法，其可靠性分配結(jié)果較傳統(tǒng)方法更準(zhǔn)確、合理。

2 可靠性分配原則

可靠性分配通常應(yīng)遵循的原則如下。

(1) 對于復(fù)雜度高的分系統(tǒng)、設(shè)備等，應(yīng)分配較低的可靠性指標(biāo)。因為產(chǎn)品越復(fù)雜，其組成單元就越多，要達(dá)到高可靠性就越困難，且成本也越高。

(2) 對于技術(shù)上不成熟的產(chǎn)品，分配較低的可靠性指標(biāo)。對于這種產(chǎn)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(huán)境條件下工作的產(chǎn)品，應(yīng)分配較低的可靠性指標(biāo)。因為惡劣的環(huán)境會增加產(chǎn)品的故障率。

(4) 當(dāng)把可靠度作為分配參數(shù)時，對于需要長期工作的產(chǎn)品，應(yīng)分配較低的可靠性指標(biāo)。因為產(chǎn)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(chǎn)品，應(yīng)分配較高的可靠性指標(biāo)。因為重要度高的產(chǎn)品發(fā)生故障會影響人身安全或任務(wù)的完成。

(6) 結(jié)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(biāo)的貨架產(chǎn)品或使用成熟的系統(tǒng)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(biāo)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(fā)階段的設(shè)備產(chǎn)品，無以往產(chǎn)品故障信息，也無相似產(chǎn)品的故障數(shù)據(jù)，因此按現(xiàn)有條件采用評分分配法對產(chǎn)品指標(biāo)進行分配。由于缺少有效數(shù)據(jù)支撐，將非工作失效率假設(shè)為零。

可靠性評分分配法通過對影響產(chǎn)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(chǎn)品之間的可靠性相對比值——分配因子，再根據(jù)分配因子對每個單元產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)進行分配?？煽啃栽u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(biāo)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(jù)，建立評分準(zhǔn)則?？煽啃栽u分分配法通?？紤]的因素有復(fù)雜程度、技術(shù)成熟水平、工作時間、環(huán)境條件等，根據(jù)系統(tǒng)的特點可以增加或減少評分因素。確定評分因素后，應(yīng)建立評分準(zhǔn)則。評分準(zhǔn)則是給專家提供的評分依據(jù)，本步驟中應(yīng)確定各類因素的評價分?jǐn)?shù)及范圍，以及各分值的說明，分值越高說明可靠性越差。

復(fù)雜程度根據(jù)被評核電產(chǎn)品的零部件數(shù)量及組裝的難易程度來評定，表1給出了一種推薦的復(fù)雜程度因素評分準(zhǔn)則。

表1 復(fù)雜程度因素評分準(zhǔn)則

技術(shù)成熟水平根據(jù)被評核電產(chǎn)品的技術(shù)水平和成熟程度進行評定，表2給出了一種推薦的技術(shù)成熟水平因素評分準(zhǔn)則。

表2 技術(shù)成熟水平因素評分準(zhǔn)則

工作時間根據(jù)被評核電產(chǎn)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(zhǔn)則。

表3 工作時間因素評分準(zhǔn)則

環(huán)境條件根據(jù)被評核電產(chǎn)品所處的環(huán)境進行評定，表4給出了一種推薦的環(huán)境條件因素評分準(zhǔn)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(shù)平均分：

(2)

式中：Sij為第i個單元產(chǎn)品、第j個因素的平均得分；m為打分專家數(shù)量；tij(l)為第l個專家為第i個單元產(chǎn)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(chǎn)品的評分?jǐn)?shù)：

表4 環(huán)境條件因素評分準(zhǔn)則

(3)

式中：Si為第i個單元產(chǎn)品的評分?jǐn)?shù)；k為影響因素數(shù)量。

使用下式計算分配因子Ci：

(4)

式中：n為單元產(chǎn)品數(shù)量。

(4) 計算分配結(jié)果。使用式(1)計算分配結(jié)果。

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

6 案例分析

某核電產(chǎn)品由傳動裝置、導(dǎo)向管、鏈條、塞體、拉桿、滑架、吊桶、導(dǎo)軌和電氣控制等九大組件構(gòu)成，為了控制風(fēng)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(biāo)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(jù)，建立評分準(zhǔn)則?？紤]的因素有復(fù)雜程度、技術(shù)成熟水平、工作時間、環(huán)境條件。

(2) 專家對影響因素進行評分。請核電領(lǐng)域有經(jīng)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(shù)平均分，匯總結(jié)果見表5。

表5 評分結(jié)果

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

驗算分配結(jié)果，規(guī)定的故障分配率指標(biāo)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(jié)果滿足分配目標(biāo)。

7 結(jié)論

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

表6 可靠性分配結(jié)果

[1] 李瑞瑩,康銳,黨煒.機械產(chǎn)品可靠性預(yù)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(chǎn)品可靠性試驗技術(shù)的研究方向[J].機械管理開發(fā),2013(6)： 48-50.

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

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

[5] 陳其偉.可靠性工程技術(shù)應(yīng)用講座第四講： 可靠性試驗、評估技術(shù)及應(yīng)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(shù)據(jù)處理方法與工程實現(xiàn)[J].通信技術(shù),2011,44(2)： 138-140.

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

[8] 王錫吉.電子設(shè)備可靠性工程[M].西安： 陜西科學(xué)技術(shù)出版社,1999.

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

[10] 維修性分配與預(yù)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(shè)備設(shè)計制造工作， E-mail： malb@shanghai-electric.com

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