周健 郝宗敏

摘要：本文介紹了直升機(jī)整機(jī)、系統(tǒng)和設(shè)備三個(gè)層次在不同的研制階段采取相應(yīng)的可靠性預(yù)計(jì)方法，確立了直升機(jī)各層次可靠性預(yù)計(jì)的一般流程以及各層次之間的關(guān)聯(lián)性，提出在各層次進(jìn)行基本可靠性預(yù)計(jì)的注意事項(xiàng)，并結(jié)合案例說明了所選取方法、分析流程等的可行性。

Abstract： This paper introduces the three levels of helicopters， systems and equipment to adopt corresponding reliability prediction methods in different development stages， and establishes the general process of reliability prediction at all levels of the helicopter and the correlation between the various levels， puts forwards the precautions for basic reliability prediction at each level， and explains the feasibility of the selected method and analysis process in combination with the case.

關(guān)鍵詞：直升機(jī)；基本可靠性預(yù)計(jì)

Key words： helicopter；basic reliability prediction

中圖分類號：V275.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）29-0250-03

0 引言

可靠性預(yù)計(jì)是用于評估所設(shè)計(jì)產(chǎn)品是否符合規(guī)定可靠性要求的一種方法，是為了估計(jì)由于產(chǎn)品不可靠導(dǎo)致的對維修與后勤保障的要求。

通過可靠性預(yù)計(jì)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)直升機(jī)產(chǎn)品、系統(tǒng)和整機(jī)設(shè)計(jì)能否滿足可靠度指標(biāo)的要求，如不能滿足必須進(jìn)行設(shè)計(jì)更改。在不同產(chǎn)品層次和不同研制階段，所采用的預(yù)計(jì)方法也有不同，目前，電子設(shè)備級最常用的可靠性預(yù)計(jì)方法有：元器件計(jì)數(shù)法、元器件應(yīng)力分析法[1]；非電子設(shè)備可采用相似產(chǎn)品法和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（如NPRD）預(yù)計(jì)；系統(tǒng)級和整機(jī)級可靠性預(yù)計(jì)由設(shè)備失效率進(jìn)行預(yù)計(jì)，在缺乏具體數(shù)據(jù)時(shí)可采用相似產(chǎn)品法。

1 直升機(jī)基本可靠性預(yù)計(jì)的一般流程

可靠性預(yù)計(jì)是自下而上的歸納綜合過程，下一層次產(chǎn)品的可靠性預(yù)計(jì)值可作為上一層次產(chǎn)品可靠性預(yù)計(jì)的輸入。因此，直升機(jī)可靠性預(yù)計(jì)應(yīng)從設(shè)備級預(yù)計(jì)，逐層傳遞到整機(jī)可靠性預(yù)計(jì)，最終確定直升機(jī)可靠性預(yù)計(jì)結(jié)果。

1.1 各層級基本可靠性預(yù)計(jì)流程

分別獲取直升機(jī)、系統(tǒng)或設(shè)備的方案設(shè)計(jì)報(bào)告；設(shè)備級預(yù)計(jì)需列出各設(shè)備的元器件清單及相應(yīng)參數(shù)，采用相關(guān)的方法和故障率數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)計(jì)，系統(tǒng)級預(yù)計(jì)需要列出系統(tǒng)中的設(shè)備組成清單以及各設(shè)備的可靠性預(yù)計(jì)值，整機(jī)級預(yù)計(jì)需要列出直升機(jī)各系統(tǒng)組成以及各系統(tǒng)的可靠性預(yù)計(jì)值；隨后按串聯(lián)可靠性模型將各組成的失效率直接相加得到相應(yīng)層次的失效率，將該失效率轉(zhuǎn)換成設(shè)備的平均故障間隔時(shí)間/飛行時(shí)間；再對可靠性薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，提出設(shè)計(jì)改進(jìn)建議；最后形成基本可靠性預(yù)計(jì)報(bào)告?；玖鞒倘鐖D1所示。

1.2 直升機(jī)各層次基本可靠性預(yù)計(jì)的方法

基本可靠性預(yù)計(jì)不僅是評估可靠性指標(biāo)的符合性，還可以作為設(shè)計(jì)手段，為設(shè)計(jì)方案的決策提供依據(jù)。在方案決策前完成預(yù)計(jì)，提供完整的數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)，還可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)，提出設(shè)計(jì)改進(jìn)建議。因此，可靠性預(yù)計(jì)工作應(yīng)與設(shè)計(jì)同步開展，及時(shí)有效的進(jìn)行。而為達(dá)到開展可靠性預(yù)計(jì)工作的及時(shí)性，應(yīng)在與設(shè)計(jì)同步在不同的設(shè)計(jì)階段和各個(gè)層次上采取相應(yīng)的預(yù)計(jì)方法，并隨著設(shè)計(jì)工作的深入而不斷地細(xì)化迭代。

2 設(shè)備級基本可靠性預(yù)計(jì)

確定設(shè)備中的元器件、零部件信息，設(shè)備的工作環(huán)境類別、環(huán)境溫度。根據(jù)需要選擇元器件計(jì)數(shù)法或元器件應(yīng)力分析法或相似法預(yù)計(jì)元器件、零部件的失效率，按串聯(lián)可靠性模型將各元器件、零部件的失效率直接相加得到設(shè)備的失效率，將該失效率轉(zhuǎn)換成設(shè)備的平均故障間隔時(shí)間，并對預(yù)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析且給出結(jié)論。

2.1 電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)

2.1.1 元器件計(jì)數(shù)法

元器件計(jì)數(shù)法使用與方案設(shè)計(jì)階段，在預(yù)計(jì)中需列出所有元器件的種類和數(shù)量、元器件的質(zhì)量等級以及設(shè)備的工作環(huán)境，采用GJB/Z 299C-2006和MIL-HDBK-217F提供的數(shù)據(jù)和方法進(jìn)行預(yù)計(jì)。

例如：某直升機(jī)上一個(gè)電子設(shè)備的組成為：120個(gè)片式膜電阻器、35個(gè)瓷介電容器、3個(gè)簧片繼電器和21個(gè)普通硅二極管；各器件質(zhì)量等級均為B1且為國產(chǎn)器件。計(jì)算該設(shè)備的基本可靠性預(yù)計(jì)過程如下：

根據(jù)設(shè)備的工作環(huán)境類別（ARW）、元器件的種類（片式膜電阻器、瓷介電容器、簧片繼電器和普通硅二極管）、質(zhì)量等級（B2），查GJB/Z299C-2006失效率，確定各元器件的通用失效率λ1、λ2、λ3、λ4分別為：λ1=0.0055（10-6/h），λ2=0.0188（10-6/h），λ3=0.2438（10-6/h），λ4=0.0194（10-6/h）；元器件的質(zhì)量系數(shù)分別為：πQ1=1.0，πQ2=1.0，πQ3=1.0，πQ4=1.0。最后根據(jù)元器件數(shù)量，計(jì)算出設(shè)備基本可靠性指標(biāo)如下：

2.2.2 故障率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)預(yù)計(jì)

在非電設(shè)備的詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，設(shè)備的組成已經(jīng)清楚，這時(shí)，可利用這些零部件的基本故障率數(shù)據(jù)（如試驗(yàn)和外場使用中統(tǒng)計(jì)得到的數(shù)據(jù)、故障率數(shù)據(jù)集-NPRD《非電子零部件可靠性數(shù)據(jù)》等）進(jìn)行預(yù)計(jì)。按串聯(lián)可靠性模型，將元器件的故障率預(yù)計(jì)結(jié)果直接相加得到非電設(shè)備的基本可靠性。

3 系統(tǒng)級基本可靠性預(yù)計(jì)

由于系統(tǒng)中各設(shè)備工作時(shí)間不同，因此在系統(tǒng)級可靠性預(yù)計(jì)時(shí)需要統(tǒng)一，確定設(shè)備的工作時(shí)間和直升機(jī)任務(wù)飛行時(shí)間，計(jì)算設(shè)備的運(yùn)行比。將設(shè)備的基本可靠性預(yù)計(jì)值平均故障間隔時(shí)間（MTBF）轉(zhuǎn)換為平均故障間隔飛行時(shí)間（MFHBF）。之后再根據(jù)設(shè)備的MFHBF預(yù)計(jì)系統(tǒng)的MFHBF，并對預(yù)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析且給出結(jié)論。

例如：某直升機(jī)燃油供油系統(tǒng)由5個(gè)設(shè)備組成，對應(yīng)的各設(shè)備失效率為：λ1=0.6×10-3，λ2=1.0×10-3，λ3=0.3×10-3，λ4=0.2×10-3，λ5=1.5×10-3。直升機(jī)飛行時(shí)間為4h，在此飛行任務(wù)中各設(shè)備的工作時(shí)間分別為4h、4h、2h、1h、1h。系統(tǒng)可靠性預(yù)計(jì)計(jì)算過程如下：

①計(jì)算設(shè)備的運(yùn)行比：

b1=b2=4/4=1.0 b3=2/4=0.5 b4=b5=1/4=0.25

②計(jì)算系統(tǒng)的MFHBF：MFHBFS=1/（λ1b1+λ2b2+λ3b3+λ4b4+λ5b5）=459.77Fh。

4 整機(jī)級基本可靠性預(yù)計(jì)

整機(jī)基本可靠性預(yù)計(jì)在方案階段一般采用相似法，根據(jù)相似機(jī)種、相似系統(tǒng)的可靠性值進(jìn)行整機(jī)的初步基本可靠性預(yù)計(jì)。隨著設(shè)計(jì)的深入，根據(jù)各系統(tǒng)的可靠性預(yù)計(jì)值（MFHBF）再進(jìn)行整機(jī)的預(yù)計(jì)。預(yù)計(jì)基本可靠性時(shí)，把組成直升機(jī)的各系統(tǒng)按串聯(lián)模型進(jìn)行計(jì)算。

5 工程應(yīng)用中直升機(jī)可靠性預(yù)計(jì)的注意事項(xiàng)

5.1 薄弱環(huán)節(jié)分析

新成品從研制開始直至成熟期前都在可靠性增長的過程中，無論可靠性預(yù)計(jì)值是否達(dá)到要求，均應(yīng)根據(jù)可靠性預(yù)計(jì)的情況，分析設(shè)備的可靠性薄弱環(huán)節(jié)，并針對薄弱環(huán)節(jié)采取必要的設(shè)計(jì)或工藝改進(jìn)措施（一般不應(yīng)更改外部接口），進(jìn)行可靠性增長，對增長措施應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)分析說明。

5.2 基本可靠性與任務(wù)可靠性的權(quán)衡

基本可靠性的增長不能以犧牲任務(wù)可靠性為代價(jià)來實(shí)現(xiàn)。對于無法通過設(shè)計(jì)消除的固有可靠性薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)詳細(xì)說明在制造中應(yīng)采取何種嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施。

5.3 預(yù)計(jì)時(shí)間的一致性

在系統(tǒng)和整機(jī)基本可靠性預(yù)計(jì)時(shí)，必須保持時(shí)間的一致性，即確認(rèn)系統(tǒng)中各設(shè)備運(yùn)行比統(tǒng)一到飛行時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。

6 結(jié)束語

本文從直升機(jī)研制的工程實(shí)際出發(fā)，研究總結(jié)了在各層級常用的幾種基本可靠性預(yù)計(jì)方法，針對直升機(jī)特點(diǎn)提出了各方法的選取原則，并給出了直升機(jī)基本可靠性指標(biāo)預(yù)計(jì)的一般流程和具體步驟。通過實(shí)際案例證明本文提出的可靠性預(yù)計(jì)方法、選取原則和操作流程簡便易行，可以推廣相關(guān)工程應(yīng)用中。

參考文件：

[1]李曉敏，韋閩峰，邱靖宇，朱曉蕾.電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)研究.

[2]王遠(yuǎn)達(dá)，宋筆鋒.系統(tǒng)可靠性預(yù)計(jì)方法綜述.

[3]曾聲奎等編著.系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)分析教程[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2001.