基于MTBF電氣自動化控制設(shè)備可靠性測試的改進

吳鈺琳

[摘要]應(yīng)用MTBF測試法對這些數(shù)據(jù)進行詳細地分析與綜合,可對該產(chǎn)品在該階段的可靠性水平作出定量評價,從而判斷該產(chǎn)品是否達到或滿足設(shè)計要求的可靠性水平。

[關(guān)鍵詞]MTBF測試法電氣自動化可靠性

中圖分類號:TP2文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1210027-01

一、MTBF保證試驗方法綜述

(一)基本思路

當新產(chǎn)品研制完成時,首先需進行可靠性預(yù)計,預(yù)計結(jié)果必須大于目標值的兩倍以上,以確保其固有可靠性(理論值)能達到設(shè)計目標,否則認為設(shè)計不合格;然后利用FMECA分析法或FTA分析法進行詳細的故障分析,并制定相應(yīng)的改進措施,以及詳細的可靠性增長試驗計劃,以保證其固有可靠性能夠?qū)崿F(xiàn)。

對產(chǎn)品進行調(diào)試,可先進行單元調(diào)試(模板或組件),然后進行整機調(diào)試,將所有相關(guān)信息詳細記錄下來。假定產(chǎn)品壽命服從指數(shù)分布規(guī)律,利用可靠性結(jié)構(gòu)模型(指數(shù)串聯(lián)模型),對各單元及整機的試驗數(shù)據(jù)采用概率統(tǒng)計方法,進行分析與綜合,計算出產(chǎn)品的可靠性特征量的估計值,與設(shè)計目標值進行比較,作出是否達到設(shè)計目標的判定。

(二)故障判據(jù)

1.相關(guān)故障。產(chǎn)品硬件在規(guī)定的條件下運行,任何機械部件、電子元件的破裂、損壞以及使儀表喪失規(guī)定功能或性能參數(shù)超出所要求的指標范圍的現(xiàn)象,均作為硬件相關(guān)故障計算。產(chǎn)品軟件中的任何缺陷或錯誤導(dǎo)致儀表軟件不能完成規(guī)定功能或輸出參數(shù)超出所要求的性能指標范圍的現(xiàn)象,均作為軟件相關(guān)故障計算。具體儀表由供需雙方協(xié)商制定相應(yīng)的包括軟、硬件在內(nèi)的故障判據(jù)。2.非相關(guān)故障。由于試驗設(shè)備、測試條件或其他人為因素引起的故障,作為非相關(guān)故障,不計入故障數(shù)內(nèi)。

(三)試驗方法

1.采用應(yīng)力分析法或計數(shù)法進行可靠性預(yù)計。預(yù)計結(jié)果應(yīng)不小于目標值的兩倍,否則須改進設(shè)計,提高其固有可靠性。2. 采用FMECA或FTA分析法進行故障分析,應(yīng)對儀表可能發(fā)生的故障模式、故障機理及相互關(guān)系分析透徹,并制訂相應(yīng)的改進設(shè)計和糾正措施,以防止同類故障再度發(fā)生。3.進行功能和性能試驗,以確定產(chǎn)品已經(jīng)具備了規(guī)定的功能和性能要求。4.調(diào)試過程的監(jiān)督管理包括:調(diào)試應(yīng)按相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)條件的規(guī)定執(zhí)行;確定儀表的具體調(diào)試參數(shù)和故障判據(jù);確定調(diào)試開始時間與截止時間;詳細記錄調(diào)試過程中的所有相關(guān)信息,對發(fā)現(xiàn)的故障進行詳盡分析,并立即采取改進措施。

二、試驗方案的設(shè)計

(一)試驗?zāi)康摹，F(xiàn)場可靠性試驗可以真實地反映設(shè)備在實際使用條件下可靠性水平。設(shè)備在現(xiàn)場使用時,往往會遇到比試驗室模擬條件下更為復(fù)雜的使用環(huán)境,由此而產(chǎn)生的設(shè)備故障和問題可能也就越多,所以其測試數(shù)據(jù)的真實性是完全可信的,通過現(xiàn)場測試,可以達到如下目的:

1.收集現(xiàn)場可靠性數(shù)據(jù),進行可靠性評估,為制定合理的可靠性考核指標提供依據(jù)。2.收集現(xiàn)場的可靠性數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)理統(tǒng)計后得到可靠性數(shù)據(jù)指標(MTBF)。3.收集設(shè)備上元器件的可靠性數(shù)據(jù),為今后元器件的使用提出可靠性指標。4.對設(shè)備的壽命特性進行考查,可幫助確定出廠時設(shè)備進行的烤機時間。5.收集現(xiàn)場的設(shè)備維修性數(shù)據(jù),進行維修性評估。

(二)試驗的條件。本測試方法首先要求設(shè)備生產(chǎn)廠管理制度比較完善,工藝條件比較穩(wěn)定和成熟,元器件進貨渠道比較正規(guī),制造的產(chǎn)品有品質(zhì)保證。對于用戶工廠(被測試設(shè)備的使用廠),要求設(shè)備的工作條件符合產(chǎn)品的技術(shù)標準,最好是用戶使用的電控及自動化設(shè)備量比較多一些,以使統(tǒng)計數(shù)字更為可靠。

(三)試驗的有效保障

為了提高現(xiàn)場可靠性測試的置信度,我們進行以下幾個方面工作:

1.試驗場地的選擇。主要考慮的是要有代表性。我國幅員廣闊,地形落差懸殊,氣候多樣,所以我們選擇的場地既有南方濕熱地區(qū),如:南昌、杭州。也有典型的北方氣候,如:濟南和高海拔的干旱地區(qū)如:天水等。這些場地的確定基本上考慮到我國不同地區(qū)、不同氣候,具有一定的代表性。當然對于場地的選擇還要遵循一定的原則,即:如果要考核可靠性水平不低于某一指標時,應(yīng)選擇最嚴酷的試驗場地等。

2.試驗環(huán)境的選擇。由于電控產(chǎn)品的工況差異很大,我們選擇了非惡劣的場地,設(shè)備工作在一般應(yīng)力下,以保證測試的客觀性,而且現(xiàn)場實際工作有比較嚴格的規(guī)章制度,能夠較嚴格地按照設(shè)備操作規(guī)程進行生產(chǎn)的企業(yè)。

3.試驗產(chǎn)品的選擇。這方面要結(jié)合本行業(yè)的特點要有典型性,包含的品種要多。以我們?yōu)槔?我們選擇有大型軋機電控設(shè)備、造紙機電控設(shè)備、紡織機電控設(shè)備、礦井提升機電控設(shè)備。從性質(zhì)上講,產(chǎn)品屬性有大型設(shè)備,又有中、小型設(shè)備;從工作運行情況看,既有連續(xù)運行設(shè)備又有間斷運行設(shè)備;就系統(tǒng)而言,既有復(fù)雜系統(tǒng),又有簡單系統(tǒng)。并且重工業(yè)、輕工業(yè)兼顧,可以說基本上覆蓋了本行業(yè)的產(chǎn)品特性。

4.試驗程序的選擇。要有一個統(tǒng)一的試驗程序,并由現(xiàn)場試驗人員嚴格執(zhí)行,如:試驗起始結(jié)束時間,時間間隔的確定,數(shù)據(jù)的采集,各種性能指標的記錄,故障情況的記錄,故障的排除等,都應(yīng)有嚴格規(guī)范。這樣才能保證測試的準確性、可信性。

(四)測試數(shù)據(jù)的收集

首先開展了以摸清典型國產(chǎn)電控及自動化設(shè)備平均無故障工作時間MTBF這一可靠性重要指標為目的的現(xiàn)場測試工作。在這里,比較重要的工作是確定故障的分類、故障的模式和故障嚴重性的分級等工作。另外,我們也收集了設(shè)備的其它一些可靠性數(shù)據(jù),為今后合理地制定設(shè)備的可靠性指標作了準備。

(五)可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析計算

依據(jù)收集到的可靠性現(xiàn)場原始數(shù)據(jù),按照電控設(shè)備可靠性指標體系的要求,進行統(tǒng)計、計算有關(guān)可靠性特征量。根據(jù)我們所收集的數(shù)據(jù),通過統(tǒng)計計算表明:典型的國產(chǎn)電控及自動化設(shè)備的平均無故障工作時間MTBF為10000h左右。通過測試也表明了現(xiàn)場可靠性測試方法對電控及自動化設(shè)備產(chǎn)品是適用的。

三、實例分析

某現(xiàn)場總線智能變送器可靠性設(shè)計目標是達到行業(yè)優(yōu)等品水平,即平均無故障工作時間達到2.5萬小時。該產(chǎn)品由傳感器、放大板、轉(zhuǎn)換板、通信卡和液晶顯示器組成,設(shè)計完成后開始對3臺樣機各單元分別進行了2個月(60天,每天8h)調(diào)試,然后對整機進行了1個月(30天)的調(diào)試,將發(fā)現(xiàn)的故障記錄在表4中,立即采取相關(guān)措施,進行改進設(shè)計。

收集數(shù)據(jù):r1'=0,r2'=0,r3'=0,r4'=0,r5'=2,Ti'=480h,r'=1,

T'=240h。

利用數(shù)學模型,得到:T''=480h,r''=2。

根據(jù)數(shù)學模型:設(shè)產(chǎn)品整機調(diào)試試驗數(shù)據(jù)為(r',T'),則得產(chǎn)品總

的試驗結(jié)果r=r'+r得到:r=3,T=720h。

再根據(jù)數(shù)學模型,取a=0.1,查表得到,于是有:mL=1440/2.204=

653.36h。

查有關(guān)數(shù)據(jù),當a=0.1時,區(qū)間估計下限系數(shù)pL為0.263,可得:MTBF(點估計值)=653.36/0.263=2484.26(h)<1.5萬小時。

所以,該樣機未達到樣機鑒定階段設(shè)計目標要求,還需要進一步改進提高。

參考文獻:

[1]王瑋,MTBF保證試驗應(yīng)用條件及風險分析[J].海軍工程大學學報,2002(6).

[2]鄒一,電氣傳動及自動化控制設(shè)備可靠性測試方法的探討[J].電氣傳動,2002(1).