測量儀器可靠性分析的方法

田瑞鋒

【摘 要】論文主要闡述了測量儀器可靠性分析的方法，適用于測量儀器在設(shè)計、研制、試驗、生產(chǎn)、驗收、使用階段的可靠性分析。

【Abstract】This paper mainly expounds the method of reliability analysis of measuring instruments， which is suitable for the reliability analysis of measuring instruments in the design， development， test， production， acceptance and use stages.

【關(guān)鍵詞】測量儀器；可靠性；建模；評估

【Keywords】 measuring instruments； reliability； modeling； evaluation

【中圖分類號】TP274 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）09-0147-02

1 可靠性的定義及特征

可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定時間、規(guī)定使用條件下執(zhí)行規(guī)定功能，不發(fā)生故障的概率。

可靠性是產(chǎn)品的固有屬性，表征了產(chǎn)品在規(guī)定使用條件下持續(xù)、穩(wěn)定工作的能力，它總是相對一定任務(wù)、一定條件、一定時間而言，不存在無條件的抽象可靠性。產(chǎn)品規(guī)定的時間、規(guī)定的條件和規(guī)定的功能是相互關(guān)聯(lián)的，產(chǎn)品規(guī)定的使用條件主要指環(huán)境條件和工作狀態(tài)，工作狀態(tài)又分為：連續(xù)工作和間歇工作。

可靠性是一種概率尺度，它可以度量產(chǎn)品故障發(fā)生難易程度，也可以度量產(chǎn)品的壽命，可靠也即不出故障，產(chǎn)品可靠性可以分為固有可靠性和使用可靠性。各自影響因素如圖1：

還可分為基本可靠性和任務(wù)可靠性。兩者之間的不同如表1。

由此可見基本可靠性側(cè)重于產(chǎn)品的壽命，任務(wù)可靠性側(cè)重于產(chǎn)品完成任務(wù)的能力。

2 可靠性指標的分析和確定

可靠性指標通常規(guī)定為MTBF（或MTTF）和R（t）。在方案論證階段，結(jié)合產(chǎn)品自身的特點，根據(jù)用戶需求，選擇其中關(guān)鍵技術(shù)指標作為可靠性指標并確定定量要求。有了定性定量可靠性指標，可靠性設(shè)計才有目標，才可以對產(chǎn)品可靠性進行考核[1]。

例如要對一個壓力變送器進行可靠性分析，那么這里的產(chǎn)品就是壓力變送器。壓力變送器有七個重要指標：線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、漂移、分辨力和閾值。在這七個重要指標中就要選取關(guān)鍵指標，其關(guān)鍵指標就是線性度和靈敏度，這只是定性分析。線性度達到多少，靈敏度是多少，確定具體的數(shù)值，就是定量分析。如此就有了目標，就可以通過試驗對其進行考核。

3 建立可靠性模型

可靠性模型應(yīng)在設(shè)計階段建立，并在設(shè)計制造、技術(shù)指標、環(huán)境、工作模式發(fā)生改變時及時修改[2]。例如：壓力變送器內(nèi)部的壓敏電阻改變了，精度由0.1級降到0.25級，環(huán)境由常溫變?yōu)榈蜏亓?，工作模式由主從方式變?yōu)殡p工方式，這些發(fā)生變化了，可靠性模型也會隨之變化。

3.1 一般描述

可靠性模型是由可靠性框圖和可靠性數(shù)學(xué)模型來表示的?？煽啃钥驁D是從可靠性角度出發(fā)，將產(chǎn)品分解成一個個獨立的單元，這些單元之間存在著邏輯關(guān)系。每一個方框?qū)?yīng)某一個功能模塊，根據(jù)可靠性目標，這些功能模塊可以是一個傳感器，也可以大到一套系統(tǒng)，也可以小到一個元器件?？煽啃钥驁D屬于定性分析，要想定量分析就需要建立數(shù)學(xué)模型。

3.2 可靠性數(shù)學(xué)模型

數(shù)學(xué)模型是用數(shù)學(xué)中的函數(shù)來表示各單元的可靠性與產(chǎn)品可靠性之間的關(guān)系?？煽啃阅Ｐ椭饕写?lián)模型、并聯(lián)模型及混聯(lián)模型。

串聯(lián)模型是指任一單元發(fā)生故障，整個產(chǎn)品就會發(fā)生故障的模型，各個單元之間是“與”關(guān)系。只有所有單元工作正常，產(chǎn)品才會工作正常。圖2是串聯(lián)關(guān)系的可靠性框圖。

由公式（1）、（2）可知，單元數(shù)目、單元可靠性決定了產(chǎn)品的可靠性。要想提高產(chǎn)品的可靠性可以通過減少單元數(shù)目、提高單元的可靠性來實現(xiàn)。

并聯(lián)模型是指只要有一個單元不出現(xiàn)故障，產(chǎn)品就不出現(xiàn)故障。各個單元之間是“或”關(guān)系。只有所有單元同時失效，產(chǎn)品才會失效。圖3是并聯(lián)模型的可靠性框圖。

對于指數(shù)分布，若各并聯(lián)單元相同即相同，則

混聯(lián)模型是把若干個串聯(lián)系統(tǒng)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)組合在一起（如圖4）。

設(shè)下屬單元的可靠 度分別為r1，r2，r3，混聯(lián)系統(tǒng)的可靠度為Rs，則測量儀器的可靠度

任務(wù)可靠性模型是一個混聯(lián)模型。產(chǎn)品中冗余單元越多，任務(wù)可靠性越高。

建立產(chǎn)品可靠性模型時，如果各組成單元工作時間與系統(tǒng)的任務(wù)時間不同，應(yīng)該采用占空因子加以修正。占空因子指的是系統(tǒng)內(nèi)單元工作時間與系統(tǒng)工作時間之比。

4 可靠性指標的分配

可靠性指標的分配是一個由上到下、由大到小的分配，是整體到局部的分解，它是定量地將總體指標分配到各個單元，是科學(xué)的、合理地、有依據(jù)的，不是盲目的、想當然的亂分配?？煽啃钥驁D是可靠性指標分配的依據(jù)，即每一個方框均應(yīng)有定量的可靠性指標，使儀器的可靠性指標得以保證。

5 可靠性試驗

可靠性試驗是用數(shù)據(jù)來對產(chǎn)品的可靠性進行分析評價，它不僅是為了驗證產(chǎn)品是否合格，更主要的是發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品本身的缺陷，采取有效措施，提高產(chǎn)品可靠性，為廠家和客戶服務(wù)，減少損失。

【參考文獻】

【1】杜肖，高飛.航空裝備可靠性預(yù)計中可靠性數(shù)據(jù)的來源分析[A].2015航空試驗測試技術(shù)學(xué)術(shù)交流會論文集[C].北京：《測控技術(shù)》雜志社，2015.

【2】楊國棟，吳勇強.氙閃光燈光電性能評價及可靠性預(yù)計[A].真空電子技術(shù)—光源技術(shù)專題[C].北京：真空電子技術(shù)，2010.endprint