某新型艦消磁設(shè)備可靠性模型及計(jì)算

徐杰

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某新型艦消磁設(shè)備可靠性模型及計(jì)算

徐杰

(海軍駐桂林地區(qū)軍事代表室，廣西桂林，541002)

基于典型消磁設(shè)備的組成結(jié)構(gòu)、工作過(guò)程和工作狀態(tài)，建立了其可靠性邏輯關(guān)系和數(shù)學(xué)模型，通過(guò)計(jì)算，得到了某戰(zhàn)術(shù)想定下的消磁設(shè)備可靠性指標(biāo)，該指標(biāo)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

可靠性模型 消磁設(shè)備

0 引言

產(chǎn)品不能可靠地工作，其原因是多方面的。根據(jù)美國(guó)海軍電子實(shí)驗(yàn)室的統(tǒng)計(jì)，在電子設(shè)備的故障原因中，設(shè)計(jì)不合理占40%，元器件缺陷占30%，使用維護(hù)失當(dāng)占20%，制造工藝缺陷占10%。統(tǒng)計(jì)數(shù)字告誡研究人員，隨著電子設(shè)備復(fù)雜化程度的提高及應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，必須重視研究產(chǎn)品的可靠性。軍工產(chǎn)品的研制，要求把產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)列入設(shè)備的技術(shù)規(guī)格書，為此新研制的某新型艦消磁設(shè)備必須進(jìn)行可靠性預(yù)測(cè)。標(biāo)準(zhǔn)中元器件計(jì)數(shù)可靠性預(yù)測(cè)法是根據(jù)零部件的失效數(shù)據(jù)和元器件質(zhì)量系數(shù)來(lái)估計(jì)設(shè)備的可靠性和維修性，從預(yù)測(cè)的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)在設(shè)計(jì)階段能夠根據(jù)估計(jì)到的失效情況，推算出可能達(dá)到的預(yù)期可靠性指標(biāo)及確定適宜的維修措施。

1 有關(guān)的可靠性概念

1）可靠性預(yù)測(cè)：根據(jù)產(chǎn)品的零件機(jī)能、工作環(huán)境及其相互關(guān)系推測(cè)該產(chǎn)品將來(lái)的性能。

2）失效率λ()：產(chǎn)品在時(shí)間間隔△內(nèi)失效的產(chǎn)品數(shù)，相對(duì)于在時(shí)刻正常工作產(chǎn)品總數(shù)的百分比值稱為產(chǎn)品在時(shí)刻的瞬時(shí)失效率，或稱為失效率λ()。

3）平均無(wú)故障時(shí)間MTBF：對(duì)可修復(fù)的產(chǎn)品而言，指兩次相臨失效時(shí)間的工作時(shí)間。

4）平均修復(fù)時(shí)間MTTR：是指在給定的時(shí)間內(nèi)總的修復(fù)性，維修時(shí)間除以總的修復(fù)性維修次數(shù)，其修復(fù)時(shí)間的平均值。

5）質(zhì)量系數(shù)：是指不同質(zhì)量等級(jí)對(duì)元器件工作失效率影響的調(diào)整系數(shù)。

在工作應(yīng)力下，元器件計(jì)數(shù)可靠性預(yù)計(jì)時(shí)使用通用失效率。在使用壽命期，失效率近似為常數(shù)，通常是以每小時(shí)的失效率來(lái)表示，即下式成立：

MTBF=1/λ (1)

一般常用MTBF表示電子設(shè)備的可靠性水平，用失效率表示元器件的可靠性。在評(píng)價(jià)產(chǎn)品的可靠性時(shí)，通常以元器件的失效率作為基點(diǎn)進(jìn)行可靠性預(yù)測(cè)。

2 可靠性計(jì)算

2.1 可靠性數(shù)學(xué)模型

根據(jù)某新型艦消磁設(shè)備邏輯關(guān)系，整個(gè)系統(tǒng)可靠性為串聯(lián)系統(tǒng)模型。其可靠度數(shù)學(xué)模型為：

R總()=R控制()·R監(jiān)控()·R電源()·R采樣()

控制分系統(tǒng)為混聯(lián)系統(tǒng)，當(dāng)其中一個(gè)主控器出故障時(shí)，備用主控器可以運(yùn)行，并不影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行?？刂苾x器的可靠度數(shù)學(xué)模型為：

R控制()=R磁探頭()·R轉(zhuǎn)換開關(guān)()

·(1-(1- R主控器Ⅰ())·(1- R主控器Ⅱ()))

監(jiān)控分系統(tǒng)為串聯(lián)系統(tǒng)，任意一個(gè)功能單元出了問(wèn)題，都將影響總系統(tǒng)的正常工作。所以監(jiān)控模塊的可靠度數(shù)學(xué)模型為：

R監(jiān)控()= R供電()·R保護(hù)()·RX分量報(bào)警()·RY分量報(bào)警()

·RZ分量報(bào)警()·RF分量報(bào)警()·RF分量信號(hào)()·R轉(zhuǎn)換()

電源模塊分系統(tǒng)為串聯(lián)系統(tǒng)，八路電源模塊分別執(zhí)行不同的功能，因此，任意一個(gè)電源模塊出了問(wèn)題都將影響總系統(tǒng)的正常工作。所以電源模塊的可靠度數(shù)學(xué)模型為：

R電源()= R電源1()·R電源2()·R電源3()·R電源4()

·R電源5()·R電源6()·R電源7()·R電源8()

2.2 失效率的計(jì)算

失效率的數(shù)學(xué)表達(dá)式：

式中：λ——總的失效率；λpi——第i種元器件的工作失效率；Ni——第i種元器件的數(shù)量；N——不同的通用元器件的種類數(shù)

1）控制儀失效率的計(jì)算

表1 控制儀失效率

單臺(tái)控制儀失效率為：

λ單臺(tái)控制儀=λ磁強(qiáng)計(jì)+λ抗干擾信號(hào)處理+λ顯示按鍵操作界面+

λ工作電源供給電路+λ輸出處理電路=55.52033

由于兩臺(tái)控制儀互為備用，則

λ控制儀=λ單臺(tái)控制儀/(1+1/2)= 37.01355

控制=(λ磁探頭+λ轉(zhuǎn)換開關(guān)+λ控制儀/2)×10-6

③做好河道清障工作。嚴(yán)禁恢復(fù)2013年洪水沖毀的違章圍堤，按照《松花江流域防洪規(guī)劃》相關(guān)安排，抓緊落實(shí)松花江流域干流河道圍堤的退人退耕和圍堤清除工作；結(jié)合災(zāi)后重建和江河治理，將河道內(nèi)居住人員搬遷至安全區(qū)域。嚴(yán)格執(zhí)行涉河項(xiàng)目審批制度，堅(jiān)決杜絕侵占河道、私建濫建，確保河道行洪暢通和防洪安全。

=(0.0612+0.0264+ 37.01355)×10-6

=37.10115×10-6小時(shí)

2）監(jiān)控裝置失效率的計(jì)算

監(jiān)控裝置失效率見表2。表2中，a為X分量顯示報(bào)警單元；b為Y分量顯示報(bào)警單元；c為Z分量顯示報(bào)警單元；d為分量顯示報(bào)警單元；e為 F分量信號(hào)；f為缺相、欠壓、過(guò)壓、報(bào)警以及保護(hù)單元；g為供電單元；h為轉(zhuǎn)換單元。

表2 監(jiān)控裝置失效率

監(jiān)控裝置失效率為：

λ監(jiān)控=16.70855×10-6小時(shí)

3）電源模塊失效率的計(jì)算

表3 電源模塊失效率

λ電源=λ電源模塊/(1/8+1/9+1/10)

= 279.67456×10-6小時(shí)

綜合1)、2)、3)項(xiàng)的計(jì)算結(jié)果，系統(tǒng)總失效率計(jì)算如下：

λ總=λ控制+λ監(jiān)控+λ電源+λ焊點(diǎn)

=37.101×10-6+16.709×10-6+279.675×10-6

+0.000092×5×0.25×20000×10-6

=336×10-6小時(shí)

2.3 平均無(wú)故障時(shí)間的計(jì)算

消磁設(shè)備總平均無(wú)故障工作時(shí)間為：

MTBF＝1/λ總＝2976小時(shí)

3 結(jié)論

經(jīng)計(jì)算，某新型艦消磁設(shè)備的平均無(wú)故障工作時(shí)間為2976小時(shí)，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。同時(shí)，設(shè)備具有報(bào)警顯示，還具有備件備品插件，在發(fā)生故障時(shí)，可及時(shí)更換。因此從報(bào)警到更換備件備品插件，并投入正常運(yùn)行，完全可以在半小時(shí)內(nèi)完成，因此能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格控制提高元器件本身的可靠性和提高總體可靠性設(shè)計(jì)，達(dá)到規(guī)定的可靠性指標(biāo)是完全可以的。

[1] 陸廷孝. 可靠性設(shè)計(jì)與分析[M]. 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社，2011.

[2] 楊為民. 可靠性維修性保障性總論[M]. 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社，1995.

Reliability Model and Calculation of Degaussing Equipment of A Ship

Xu Jie

(Naval Representatives Office in Guilin, Guilin 541002, Guangxi, China)

U665.18 TM154

A

1003-4862(2013)10-0026-02

2013-02-03

徐杰（1982-），男，碩士，工程師，研究方向：電磁環(huán)境及防護(hù)工程。