系留氣球的可靠性定量設計研究

聞麗

摘 要：針對當前系留氣球可靠性設計的現狀，從可靠性參數的選擇、指標的確定、可靠性模型的建立、指標的分配、指標的預計、指標的驗證這幾方面，論述了實現可靠性MTBF指標的定量設計方法和程序，借以推動系留氣球工程研制中的可靠性設計。

關鍵詞：系留氣球 可靠性 定量設計 MTBF

中圖分類號：V240.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（c）-0019-02

當前系留氣球的可靠性設計中，雖然用戶提出了MTBF的指標要求，但多數產品幾乎都沒有進行實現MTBF指標要求的定量設計。如何進行MTBF的定量設計？是擺在我們面前的一項重要任務。該文試圖通過實現MTBF指標的設計，提供結合系留氣球工程設計的可靠性定量設計的程序和方法。

1 可靠性的定量設計

1.1 定義

系留氣球的可靠性是設計出來的，可靠性設計分為定量設計和定性設計。滿足一定指標要求的可靠性設計是定量的可靠性設計。

1.2 MTBF參數

可靠性定量設計的參數包含平均故障間隔飛行小時（MFHBF）、致命性故障間的任務時間（MTBCF）、平均故障間隔時間（MTBF）等。平均故障間隔時間（MTBF）反應產品對維修人力的需求，根據系留氣球的特點和使用要求，通常選取MTBF來作為系留氣球可靠性定量設計參數。

2 實現MTBF的方法和程序

從系留氣球方案論證開始，就要考慮結合產品設計，展開MTBF的設計步驟：（1）明確系留氣球可靠性指標；（2）建立可靠性模型；（3）指標分配；（4）指標預計；（5）指標驗證。

2.1 明確系留氣球MTBF指標

確定MTBF指標的程序：（1）對進行使用需求分析；（2）對相似現役系留氣球的MTBF指標進行統計分析；（3）通過對現有的技術基礎和生產水平以及研制費用、進度、預期的使用和保障等約束條件的綜合權衡，確定MTBF指標。

2.2 建立可靠性模型

可靠性模型用于定量分配，預計和計算。可靠性模型有兩部分組成：可靠性框圖和數學模型。

（1）按照系留氣球主要有由球體結構、系纜系統、錨泊系統、測控系統、供電系統幾部分組成，建立系留氣球串聯可靠性框圖 。

（2）系留氣球對應的可靠性數學模型 為：

λ系留氣球=λ1+λ2+…+λi （1）

λi為第i（i=1，2，…，n）個系統的故障率。

2.3 MTBF指標分配

系留氣球可靠性常用的分配方法有：（1）評分分配法；（2）比例組合法。

2.3.1 評分分配法

選用故障率作為分配參數，從復雜度、技術發展水平、重要度及環境條件方面對各子系統的可靠度進行評分，每種因素的分數在1～10之間。

（1）復雜度為組成最復雜的評10分，反之評1分。

（2）技術發展水平為技術水平和成熟程度最低的評10分，反之評1分。

（3）重要度為分系統重要度最高的評1分，反之評10分。

（4）環境條件為分系統所處的工作環境最惡劣評10分，反之評1分。

計算公式為：

λi*= C i×λs* （2）

λi*為第i個子系統的故障率；C i為第i個子系統的評分系數；λs*為系統規定的故障率。

Ci=ωi/ω （3）

ωi為第i個子系統的評分系數；ω為系統的評分數。

ωi= ri1× ri2×……× rij （4）

rij為第i個子系統，第j（j=1，2，3，4）個因素的評分數；

ω=ω1+……+ωi+……+ωn （5）

MTBFλi*=1/λi* （6）

λi*為第i個子系統的故障率；

MTBFλi*為子系統的平均故障間隔時間；

2.3.2 比例組合法

比例組合法是根據相似老系統中各單元產品的故障率或單元產品預計數據，按新系統可靠性要求，對新系統的各單元按其原有能力成比例的進行分配的一種方法。

（1）獲取相似老系統每個組成單元的故障率λi老。

（2）計算新系統中各單元產品故障率λi新*。

λi新*=（λi老×λs新*）/λs老 （7）

λs新*為系留氣球規定的故障率；λs老為相似老系統的預計故障率h；λi新*為系留氣球組成系統的故障率；λi老為相似老系統組成系統的預計故障率；

MTBFi新*=1/λi新* （8）

MTBFi新*為系統的MTBFi新*。

2.4 MTBF指標驗證

系留氣球MTBF指標驗證一般采用定時截尾試驗方案來驗證指標滿足情況。

（1）根據選取的的試驗方案，確定需統計的試驗累積總時間。

（2）明確故障判據來統計故障次數。

（3）利用公式（9）計算MTBF的觀測值（即點估計值θ）：

θ=T/r （9）

T為受試件累積試驗時間；r為責任故障數。

（4）比較MTBF的要求值和觀測值大小，可得出系留氣球的可靠性是否達到了可靠性定量要求水平。

3 結語

系留氣球的可靠性定量設計研究為系留氣球可靠性定量設計的參數選擇、建立模型、指標分配、指標預計、指標驗證提供了一種較為科學的方法；同時，可通過數據統計、計算、分析的結果，有效改進系留氣球的設計，從而可以提高產品的可靠性，降低壽命周期費用。

參考文獻

[1] GJB 451A-2005，可靠性維修性保障性術語[S].2005.

[2] GJB 813-1990，可靠性模型的建立和可靠性預計[S].1990.

[3] 陸延孝，鄭鵬洲.可靠性設計與分析[M].北京：國防工業出版社，1995.