某新型艦消磁設備可靠性模型及計算

徐杰

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某新型艦消磁設備可靠性模型及計算

徐杰

(海軍駐桂林地區軍事代表室，廣西桂林，541002)

基于典型消磁設備的組成結構、工作過程和工作狀態，建立了其可靠性邏輯關系和數學模型，通過計算，得到了某戰術想定下的消磁設備可靠性指標，該指標滿足標準要求。

可靠性模型 消磁設備

0 引言

產品不能可靠地工作，其原因是多方面的。根據美國海軍電子實驗室的統計，在電子設備的故障原因中，設計不合理占40%，元器件缺陷占30%，使用維護失當占20%，制造工藝缺陷占10%。統計數字告誡研究人員，隨著電子設備復雜化程度的提高及應用范圍的不斷擴大，必須重視研究產品的可靠性。軍工產品的研制，要求把產品的可靠性指標列入設備的技術規格書，為此新研制的某新型艦消磁設備必須進行可靠性預測。標準中元器件計數可靠性預測法是根據零部件的失效數據和元器件質量系數來估計設備的可靠性和維修性，從預測的結果可以發現在設計階段能夠根據估計到的失效情況，推算出可能達到的預期可靠性指標及確定適宜的維修措施。

1 有關的可靠性概念

1）可靠性預測：根據產品的零件機能、工作環境及其相互關系推測該產品將來的性能。

2）失效率λ()：產品在時間間隔△內失效的產品數，相對于在時刻正常工作產品總數的百分比值稱為產品在時刻的瞬時失效率，或稱為失效率λ()。

3）平均無故障時間MTBF：對可修復的產品而言，指兩次相臨失效時間的工作時間。

4）平均修復時間MTTR：是指在給定的時間內總的修復性，維修時間除以總的修復性維修次數，其修復時間的平均值。

5）質量系數：是指不同質量等級對元器件工作失效率影響的調整系數。

在工作應力下，元器件計數可靠性預計時使用通用失效率。在使用壽命期，失效率近似為常數，通常是以每小時的失效率來表示，即下式成立：

MTBF=1/λ (1)

一般常用MTBF表示電子設備的可靠性水平，用失效率表示元器件的可靠性。在評價產品的可靠性時，通常以元器件的失效率作為基點進行可靠性預測。

2 可靠性計算

2.1 可靠性數學模型

根據某新型艦消磁設備邏輯關系，整個系統可靠性為串聯系統模型。其可靠度數學模型為：

R總()=R控制()·R監控()·R電源()·R采樣()

控制分系統為混聯系統，當其中一個主控器出故障時，備用主控器可以運行，并不影響整個系統的正常運行。控制儀器的可靠度數學模型為：

R控制()=R磁探頭()·R轉換開關()

·(1-(1- R主控器Ⅰ())·(1- R主控器Ⅱ()))

監控分系統為串聯系統，任意一個功能單元出了問題，都將影響總系統的正常工作。所以監控模塊的可靠度數學模型為：

R監控()= R供電()·R保護()·RX分量報警()·RY分量報警()

·RZ分量報警()·RF分量報警()·RF分量信號()·R轉換()

電源模塊分系統為串聯系統，八路電源模塊分別執行不同的功能，因此，任意一個電源模塊出了問題都將影響總系統的正常工作。所以電源模塊的可靠度數學模型為：

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 失效率的計算

失效率的數學表達式：

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

1）控制儀失效率的計算

表1 控制儀失效率

單臺控制儀失效率為：

λ單臺控制儀=λ磁強計+λ抗干擾信號處理+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

由于兩臺控制儀互為備用，則

λ控制儀=λ單臺控制儀/(1+1/2)= 37.01355

控制=(λ磁探頭+λ轉換開關+λ控制儀/2)×10-6

③做好河道清障工作。嚴禁恢復2013年洪水沖毀的違章圍堤，按照《松花江流域防洪規劃》相關安排，抓緊落實松花江流域干流河道圍堤的退人退耕和圍堤清除工作；結合災后重建和江河治理，將河道內居住人員搬遷至安全區域。嚴格執行涉河項目審批制度，堅決杜絕侵占河道、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

2）監控裝置失效率的計算

監控裝置失效率見表2。表2中，a為X分量顯示報警單元；b為Y分量顯示報警單元；c為Z分量顯示報警單元；d為分量顯示報警單元；e為 F分量信號；f為缺相、欠壓、過壓、報警以及保護單元；g為供電單元；h為轉換單元。

表2 監控裝置失效率

監控裝置失效率為：

λ監控=16.70855×10-6小時

3）電源模塊失效率的計算

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

綜合1)、2)、3)項的計算結果，系統總失效率計算如下：

λ總=λ控制+λ監控+λ電源+λ焊點

=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

2.3 平均無故障時間的計算

消磁設備總平均無故障工作時間為：

MTBF＝1/λ總＝2976小時

3 結論

經計算，某新型艦消磁設備的平均無故障工作時間為2976小時，滿足標準要求。同時，設備具有報警顯示，還具有備件備品插件，在發生故障時，可及時更換。因此從報警到更換備件備品插件，并投入正常運行，完全可以在半小時內完成，因此能滿足標準要求。經過嚴格控制提高元器件本身的可靠性和提高總體可靠性設計，達到規定的可靠性指標是完全可以的。

[1] 陸廷孝. 可靠性設計與分析[M]. 北京: 國防工業出版社，2011.

[2] 楊為民. 可靠性維修性保障性總論[M]. 北京: 國防工業出版社，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：電磁環境及防護工程。