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        基于置信下限的可靠性評(píng)估方法及其應(yīng)用

        2023-09-06 14:37:34樂兵兵羅平楊子亮戴晶晶顧佳偉洪林娜
        環(huán)境技術(shù) 2023年7期
        關(guān)鍵詞:置信外場(chǎng)可靠性

        樂兵兵,羅平,楊子亮,戴晶晶,顧佳偉,洪林娜

        (廣電計(jì)量檢測(cè)(無錫)有限公司,無錫 214111)

        引言

        隨著國(guó)家軍事戰(zhàn)略的轉(zhuǎn)變,對(duì)裝備的可靠性要求也越來越高。提高裝備的可靠性,將減少故障發(fā)生的次數(shù),有助于提高裝備的戰(zhàn)備完好性和任務(wù)成功性,保證裝備快速出動(dòng)和持續(xù)作戰(zhàn)的能力[1]。對(duì)于一些高可靠性指標(biāo)的裝備,或者由于研制節(jié)點(diǎn)、項(xiàng)目周期的制約,在進(jìn)行可靠性指標(biāo)驗(yàn)證時(shí),為縮短研制周期,降低試驗(yàn)成本,如何在不進(jìn)行可靠性試驗(yàn)的情況下對(duì)裝備進(jìn)行有效的可靠性評(píng)估是目前裝備研制單位的迫切需求。

        現(xiàn)階段可靠性評(píng)估主要有兩種方法,一種是通過環(huán)境折合系數(shù),對(duì)不同環(huán)境下的可靠性信息進(jìn)行折算與綜合[2-6],此方法通過對(duì)所有元器件環(huán)境影響因子進(jìn)行計(jì)算統(tǒng)計(jì),但對(duì)由各元器件組成一個(gè)整體的整個(gè)裝備而言,由于各元器件間存在功能及結(jié)構(gòu)的耦合,其科學(xué)性及嚴(yán)謹(jǐn)性容易受到質(zhì)疑;另一種是采用相似產(chǎn)品法進(jìn)行定性的類比分析,這種評(píng)估的真實(shí)性和嚴(yán)謹(jǐn)性也易受到懷疑。本文提出了一種通過收集裝備實(shí)裝使用數(shù)據(jù),計(jì)算其置信下限的方法對(duì)裝備的可靠性進(jìn)行評(píng)估的方法。

        1 可靠性置信下限的計(jì)算方法

        可靠性試驗(yàn)中,一般應(yīng)先按GJB 899A-2009 選擇統(tǒng)計(jì)方案,統(tǒng)計(jì)方案分為序貫試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方案、定時(shí)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方案及全數(shù)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方案。常見的統(tǒng)計(jì)方案為定時(shí)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方案,比如方案21,其統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案參數(shù)如表1。

        表1 統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案參數(shù)

        根據(jù)統(tǒng)計(jì)方案,生產(chǎn)方風(fēng)險(xiǎn)α 為30 %,使用方風(fēng)險(xiǎn)β 為30 %,鑒別比d 為3.0,累積試驗(yàn)時(shí)間為1.1 倍MTBF 最低可接受值。試驗(yàn)過程中,裝備若未發(fā)生責(zé)任故障,則裝備通過可靠性試驗(yàn),作出接收判決;若發(fā)生1 次或1 次以上責(zé)任故障,則裝備未通過可靠性試驗(yàn),作出拒收判決。

        由于外場(chǎng)實(shí)裝使用運(yùn)行時(shí)間及故障信息的不確定性,采用一定倍數(shù)的MTBF 最低可接受值的試驗(yàn)時(shí)間及確定的判決故障數(shù)的統(tǒng)計(jì)方案就顯得不太合適??赏ㄟ^計(jì)算裝備可靠性置信下限對(duì)其可靠性進(jìn)行評(píng)估,可靠性置信下限的計(jì)算方法如下:

        裝備MTBF(平均故障間隔時(shí)間)的觀測(cè)值(點(diǎn)估計(jì)值)[7]:

        式中:

        T—裝備的總試驗(yàn)時(shí)間;

        r—責(zé)任故障數(shù)。

        置信下限系數(shù):

        式中:

        χ2(2r+2)—自由度為(2r+2)的χ2分布的β 的上側(cè)分位數(shù);

        β—使用方風(fēng)險(xiǎn)。

        裝備MTBF 置信下限:

        根據(jù)式(1)~式(3),裝備MTBF 置信下限為:

        2 基于置信下限的可靠性評(píng)估方法

        2.1 評(píng)估方案

        收集裝備外場(chǎng)實(shí)裝試驗(yàn)數(shù)據(jù)(系泊試驗(yàn)、航行試驗(yàn)等),注意這里的外場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)僅包含裝備在實(shí)裝使用環(huán)境及安裝平臺(tái)下的數(shù)據(jù),比如艦載裝備,由于安裝環(huán)境及應(yīng)力條件不同,不能包含在陸上聯(lián)調(diào)的相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

        根據(jù)裝備實(shí)裝總運(yùn)行時(shí)間及統(tǒng)計(jì)期間責(zé)任故障數(shù),按照式(4),計(jì)算裝備MTBF 置信下限,用于評(píng)估裝備的可靠性指標(biāo)。

        由部隊(duì)或者用戶人員協(xié)助提供裝備在實(shí)際運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù),如實(shí)填寫使用記錄(使用記錄推薦格式見表2),記錄包括開機(jī)時(shí)間、關(guān)機(jī)時(shí)間、運(yùn)行時(shí)間、運(yùn)行過程中發(fā)生的故障信息等,提供裝備運(yùn)行原始記錄等佐證材料,確保數(shù)據(jù)的真實(shí)和有效;根據(jù)收集的使用數(shù)據(jù),評(píng)估裝備的可靠性指標(biāo)。

        表2 使用數(shù)據(jù)收集表

        收集的數(shù)據(jù)采集時(shí)間應(yīng)連續(xù),裝備的技術(shù)狀態(tài)必須保持一致,未發(fā)生任何改變,該時(shí)段內(nèi)發(fā)生的故障須納入可靠性故障統(tǒng)計(jì)中。

        2.2 數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計(jì)要求

        2.2.1 數(shù)據(jù)記錄要求

        信息的記錄必須準(zhǔn)確完整有效,才能為可靠性評(píng)估提供有效支撐。

        裝備在實(shí)船實(shí)際使用的數(shù)據(jù)需經(jīng)部隊(duì)用戶確認(rèn)。

        2.2.2 數(shù)據(jù)傳遞

        由部隊(duì)用戶單位協(xié)助收集、統(tǒng)計(jì)裝備在部隊(duì)實(shí)際使用的數(shù)據(jù),并經(jīng)部隊(duì)用戶單位確認(rèn),最后提交評(píng)估單位進(jìn)行匯總分析。

        2.2.3 數(shù)據(jù)確認(rèn)

        應(yīng)對(duì)收集的信息進(jìn)行確認(rèn),確保信息的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。信息確認(rèn)時(shí)應(yīng)遵循:

        1)信息確認(rèn)首先要保證信息記錄的準(zhǔn)確性和信息內(nèi)容的完整性;

        2)信息匯總后交由評(píng)估工作組確認(rèn);

        3)必要時(shí),可以增加相關(guān)部門對(duì)信息進(jìn)行專業(yè)確認(rèn)。

        2.3 評(píng)定準(zhǔn)則

        根據(jù)公式(4)計(jì)算裝備基本可靠性指標(biāo)單側(cè)置信下限θL,裝備θL大于MTBF 最低可接受值時(shí),則通過可靠性評(píng)估。

        3 案例分析

        本文以某通信裝備為工程案例進(jìn)行可靠性評(píng)估,其MTBF 最低可接收值為360 h。

        3.1 數(shù)據(jù)收集統(tǒng)計(jì)

        收集裝備2021年5月3日~2021年5月30日期間在某部隊(duì)某艦上系泊試驗(yàn)的運(yùn)行數(shù)據(jù),共計(jì)運(yùn)行382 h 10 min,期間未出現(xiàn)責(zé)任故障,如表3 所示。

        表3 系泊試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集表

        收集裝備2021年6月23日~2021年7月17日期間在某部隊(duì)某艦上航行試驗(yàn)的運(yùn)行數(shù)據(jù),共計(jì)運(yùn)行269 h 20 min,期間未出現(xiàn)責(zé)任故障,如表4 所示。

        表4 航行試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集表

        根據(jù)表3 系泊試驗(yàn)及表4 航行試驗(yàn)相關(guān)實(shí)裝運(yùn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù),合計(jì)共收集裝備外場(chǎng)實(shí)裝試驗(yàn)數(shù)據(jù)651.5 h,期間未出現(xiàn)責(zé)任故障,如表5 所示。

        3.2 置信下限計(jì)算

        式(4)中:

        β—使用方風(fēng)險(xiǎn),一般取0.2;

        χ2(2r+2)—自由度為(2r+2)的χ2分布的β 的上側(cè)分位數(shù);

        r—為使用數(shù)據(jù)中裝備責(zé)任故障數(shù),本案例r 為0;

        T—為可靠性有效評(píng)估時(shí)間,本案例為651.5 h。

        查詢GB 4086.2-1983《統(tǒng)計(jì)分布數(shù)值表 χ2分布》,計(jì)算裝備可靠性指標(biāo)MTBF 單側(cè)置信下限為:

        3.3 可靠性評(píng)估

        根據(jù)2.4 節(jié)評(píng)定準(zhǔn)則的要求,裝備基本可靠性指標(biāo)單側(cè)置信下限θL為404.8 h,大于MTBF 最低可接收值360 h,通過可靠性評(píng)估。

        4 結(jié)論

        基于置信下限的可靠性評(píng)估方法給裝備進(jìn)行可靠性評(píng)估提供了一種選擇,該方法通過實(shí)裝使用數(shù)據(jù),即保證了項(xiàng)目研制進(jìn)度要求,又降低了試驗(yàn)成本,目前該方法已在多型裝備可靠性指標(biāo)驗(yàn)證中推廣應(yīng)用。但該方法也有一定的局限性,比如裝備可靠性評(píng)估前需足夠的外場(chǎng)實(shí)裝使用數(shù)據(jù),故尋求一種更通用的可靠性評(píng)估方法值得進(jìn)一步的研究。

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