機載設備外場可靠性評估方法

涂美霞，王二振，雷長春，黃軼華

（航空工業洪都,江西 南昌，330024）

0 引言

隨著對航空武器裝備可靠性要求的提高，可靠性和性能被置于同等重要的位置，因此，對可靠性評估方法的科學性和結論的準確性提出了更高要求。根據可靠性指標評估過程，可知主要影響評估準確性的是評估模型和評估時間。目前相關的國軍標可靠性評估方法采用基于指數分布的區間估計模型和點估計，一般認為試飛階段產品已處于故障偶發階段，故障率趨于恒定。然而，在試飛階段的某些產品的軟硬件技術狀態沒有固化，可靠性處于不穩定狀態；另外，部分產品的早期故障還存在，經設計改進，可靠性呈增長趨勢。因此，試飛階段可靠性評估選用基于指數分布的模型不準確。在可靠性評估時間上，以往型號外場可靠性評估將空中工作時間和地面工作時間按1：1相加。對大量飛行試驗數據分析，機載產品在空中和地面兩種工作環境中，所受應力不同，其故障率表現不同，因此將空中工作時間和地面工作時間按1：1相加不合理。為了解決上述問題，本文結合AMSAA模型特點作為評估模型和引入環境因子處理評估時間，提出了一種機載設備外場可靠性評估方法。

1 方法介紹

在外場可靠性評估中，借助AMSAA模型模擬機載設備的壽命分布，使其更加適合外場產品的技術狀態，并引入環境因子進行產品空中時間和地面時間數據的折合，從而計算得出機載設備的可靠性評估指標即平均故障間隔時間MTBF。

1.1 故障數據記錄

獲取飛行試驗的某種機載產品責任故障數r，并統計分析出空中發生責任故障數r1和地面責任故障數r2；其對應故障發生的時刻為t1、t2…t3；故障發生時刻該機載產品在空中工作時間分別為t11、t12…t13；該機載產品空中工作時間為T1和地面工作時間為T2。

1.2 環境因子K

為了考慮空中和地面工作環境不同對產品的影響，本文采用理論公式計算方法，來確定環境因子K。該計算方法基于以下三個假設條件：

1）在不同的環境應力水平下，產品的失效機理不變；

2）在不同的環境應力水平下，產品的壽命服從同一分布；

3）產品的殘存壽命僅依賴已累積失效和當前環境應力，與累積方式無關。

在外場，設機載產品空中工作時間和故障為（T1，r1），地面工作時間和故障為（T2，r2），當置信度為C0時，環境因子K：

式（1）中，F2r1，2r2；1-C0是自由度為 2r1，2r2和C0的分布函數。

當空中和地面至少有一個為零故障時，假設如下：

1）當空中沒有發生故障時，假設r1=1，工作時間設為3T1；

2）當地面沒有發生故障時，假設r2=1，工作時間設為3T2；

在外場試飛中故障為零的情況有三種，根據上述兩種假設，利用公式（1）計算出不同情況下的環境因子計算公式，見表 1。

表1 零故障情況下環境因子計算公式

1.2 數據折合

引入環境因子K后，計算平均間隔時間（MTBF）時，要將空中工作時間折合到地面工作時間，其轉換公式為：

故障發生的時刻為t1、t2…t3；故障發生時刻該機載產品在空中工作時間分別為t11、t12…t13，則經環境因子K折算后的故障發生時刻：

1.3 MTBF的評估

外場中，某些設備的技術狀態沒有固化，另外，部分產品的早期故障還存在，對出現的故障采取有效的糾正措施，其可靠性呈增長趨勢。本文引用AMSAA模型來描述可靠性增長趨勢。

AMSAA模型與指數分布模型中故障率是恒定的不同，AMSAA模型的故障率與時間有關，見式（5）：

式（5）中：a—尺度參數；b—形狀參數

由式（3）可知該機載產品總的工作時間為T。在此期間，發生了責任故障數r。經環境因子K折算后的故障發生時刻：t′1，t′2…t′r， 則 AMSAA 增長模型的r個故障發生的時刻t′1，t′2…t′r聯合分布函數為：

因此，T時刻該機載產品的可靠性評估值是

結合T=T1*KL+T2，則：

2 算例

上述實施算例中的數據都為外場試驗統計數據。下面給出一個具體的算例：

某機載產品在外場試飛中的空中工作時間和故障，地面工作時間和故障的記錄情況見表2。故障發生的時刻為 20h、116h 和 262h，記為t1、t2和t3；其對應故障發生時刻機載產品在空中工作時間分別為0h、20h 和96h，分別記為t11、t12和t13。

表2 某機載產品的故障信息

當置信度為C0=0.8時，按照式（1），則環境因子K：

計算該機載產品的平均間隔時間（MTBF），要將空中工作時間折合到地面工作時間，則其總工作時間T：根據將空中工作時間折合到地面工作時間的T=T1*KL，按照式（4），得環境因子K折算后的故障發生時刻分別為：

本文引用AMSAA模型來描述該機載產品壽命分布，AMSAA模型的故障率與時間t有關，結合折算后的故障發生時刻及故障數，按照式（7）和式（8）得到尺度參數和形狀參數：

因此，T時刻該機載產品的可靠性評估值MTBF：

3 結論

在機載設備外場可靠性評估中，考慮設備的技術狀態沒固化，處于增長模式，故通過AMSAA模型來模擬可靠性增長并引入環境因子進行工作時間數據折合，使得可靠性模型更加科學，評價結果更準確。