所谓复杂度是指某一单元所含基本组件数对系统可靠性的影响程度,用Ci
表示。
式中ni第i个单元的基本组件数;
N――系统的总组件数
n单元数
可以证明,当同时考虑重要度Wi和复杂度Ci时,系统的可靠性分配公式为
n
Rs「jiw(iRyMTBFf=NWtj/n/InRS)
(ti/MTBF)
验证分配结果公式为
式中ni第i个单元的基本组件数
N――系统的总组件数ti――第i个单元的工作时间
Wi——第i个单元的重要度
Rs*——给定的系统可靠度
MTBFi——分配给第个单元的平均故障间隔时间;Ri——分配给第i个单元的可靠度。
对于通讯产品,一般构成系统各单元与系统的工作时间是一致的,故可将
AGREE分配公式改写为:
MTBFj^WlNTBFs
3.3可靠性工程加权分配法
尽管AGREE分配法考虑了重要度和复杂度,较平均分配法合理,但由于一个系统中的各分系统和单元所处的环境不同及所采用的元器件质量、采用的标准
件程度、维修的难易等因素不同,其所能达到的可靠性水平也不同。
至少应考虑下述因素。
3.3.1重要性因素
重要性即该分机、部件及元器件所发生失效对整机及分机的可靠性影响程度的大小。
这里用所谓重要性因子Kji表示。
Kji=1。
由第j个分机失效引起的系统失效数
第j个分机失效数
对于串联模型来说,各个分机每次失效都会引起整机的失效,因而
而在某些情况时,分系统失效并不一定影响到系统失效,因此Kji<1,重要性因
子Kji大的则分配个分机可靠性指标高些,反之低些。
3.3.2复杂性因素
根据各分机复杂程度及包含元器件多少进行分配。
复杂的分机,实现其可靠
性指标较困难,因而分配其可靠性指标低些。
复杂性程度用Kj2表示。
在新研制
的产品方案确定阶段不可能详细知道各分系统究竟有多少元器件,但根据经验,可以概略知道各分系统复杂程度。
3.3.3环境因素
在分配可靠性指标时,要考虑环境条件。
环境条件不同,对设备的可靠性影响也就不同,分配给该设备的可靠性指标也就不同。
处在恶劣环境的设备,分配
给它的可靠性指标要低些。
如有的系统由弹上设备与地面设备所组成。
弹上设备较之地面设备的环境要恶劣得多,因此,对弹上设备可靠性提出过高的要求是不
现实的。
对于车载雷达设备,在大气温度为30C的露天日光下关窗开机,车内
最高温度可高达60C以上。
环境条件不仅仅是气候条件,还包括机械环境条件,诸如振动、碰撞、冲击和离心加速度等。
需要指出的是,在同一类型的运载工具之不同部位,如飞机的发动机附近、机身、机翼和机尾,其振动、冲击等情况有所不同。
在分配可靠性指标时,就要考虑这些环境条件的差异性,进行合理分配。
为此,引入环境因子Kj3。
3.3.4标准化因素
大量采用成熟标准件的设备其可靠性高,而采用非标准件和新研制的不成熟的零部件多的设备,其可靠性就低。
在分配时,应降低对后者的可靠性要求。
为此,引入标准件因子Kj4。
3.3.5维修性因素
一个分机和部件,若能周期性地进行方便的维护,能方便有规律地进行监视和检查,或者当出现故障时,能方便的排除,则分配给该分机的可靠性指标可以低一些。
如舰用火控雷达,控制台在舱室内,维护与修理较为方便,而天线馈线与收发机柜在桅杆的稳定球体内,平时维护修理不方便,而作战时又不允许上去修理,因而分配给天线馈线与收发机柜的可靠性指标要高些。
同时还要考虑有无
故障自动检测电路。
为此,在分配时引入维修因子Kj5。
3.3.6元器件质量因素
在进行可靠性分配时,要了解各分系统(或分机)所采用的元器件质量水平,有的分机不得不采用较多的可靠性水平低的元器件,对其提出过高的可靠性要求是不合理的,因而分配其可靠性指标要低些。
像发射机采用了许多大功率元器件,如磁控管、电子管、速调管等,其可靠性水平必然较低。
为此,在分配时引入元器件质量因子Kj6o
在可靠性指标分配时,不仅上述因素要加以考虑,根据产品的特点和情况,可能还有其它因素要考虑,例如信号质量因素,干扰因素等。
在分配时,对于各因子(K)的取值方法是这样的:
以某单元为标准单元,其分配加权因子Kji=1时,其它单元与标准单元相比较,根据具体情况,按照经验进行选取。
3.3.7可靠性工程加权分配法分配公式与示例
对于指数分布串联结构模型的系统,其分配公式为
Nn
znK
j=1i=1
n
ji
式中MTBFj――第j个分机(或部件)平均故障间隔时间
MTBFs――整机(或系统)平均故障间隔时间
Kji——第j个分机第i个分配加权因子。
6个
示例1;某舰载综合火控雷达系统,经过加权分配,分配给予搜索雷达可靠性指标(MTBF)为40h。
该搜索雷达由电源、发射、接收、显示、天馈及伺服分机所组成,进行加权分配。
分配中,以电源为标准单元,其各项分配加权因子取为1,其它与电源分机比较,取值如表3.1所示。
按可靠性指标分配公式分配结果
电源:
MTBF=11.435-1X40"457(h)
发射:
MTBF=11.435-1.125X40"407(h)
接收:
MTBF=11.435-4.8X40"95(h)
显示:
MTBF=11.435-3.6X40"127(h)
天馈:
MTBF=11.435-0.16X40"2859(h)
伺服:
MTBF=11.435-0.75X40"610(h)
表3.1搜索雷达各分机分配加权因子取值表
示例2:
某移动通讯BTS系统,其固有可靠性指标MTBF=330®,该系统由
电源及分配、时钟、通信控制及电源、射频接口、TCM、FDM、单扇区射频子
系统及CDSV等8个单元所组成,现用可靠性工程加权分配法进行分配。
分配中以CDSV为标准单元,其各项分配加权因子取为1,其它与CDSV比较,取值如表3.2所示
分机
电源
发射
接收
显示
天馈
伺服
复杂因子
1
0.5
2
3
0.2
0.5
重要因子
1
1
1
1
1
1
环境因子
1
1
2
1
2
1.5
标准化因子
1
3
2
2
2
1
维修因子
1
0.5
0.6
0.6
0.4
0.5
兀器件质里因子
1
1.5
1
1
0.5
2
6
n
—1
1
1.125
4.8
3.6
0.16
0.75
6
Z
11.4
L35
j士
表3.2某移动通信BTS系统加权因子取值表
、单元因子
CDSU
电源及
分配
时钟
通讯控制及
电源
射频
接口
TCM
FDM
单扇区射频
子系统
"■
重要因子
1
1
1
1
1
1
1
1
复杂因子
1
1.5
2
1.5
2
2
2
1.5
环境因子
1
1.5
1
1
1.5
1.5
1.5
1.5
标准化因子
1
1
2
1
1.5
2
2
1.5
维修性因子
1
1.5
2
1
1.5
1.5
1
1.5
兀器件质里因子
1
1.5
1
1
1.5
1
1
1.5
n
Vj=口Kji
i#
1
5.1
8
1.5
10.2
9
6
7.6
N
K=Z
j±
48.5
K八jkj/
J=1
九j_第J分机失效率
■-系统失效率
、_1
j_
JMTBFj
1
MTBFs
MTTRS-系统的平均维修时间
按分配公式分配结果:
CDSU:
MTBF=48.5/1X3300=160056
电源及分配:
MTBF=48.5/5.1X3300=31383h
时钟;MTBF=48.5/8X3300=20010h
通讯控制及电源:
MTBF=48.5/1.5X3300=106700h
射频接口:
MTBF=48.5/10.2X3300=15692h
TCM:
MTBF=48.5/9X3300=17784h
FDM:
MTBF=48.5/6X3300=26675h
单扇区射频子系统;MTBF=48.5/7.6X3300=21060h
3.4维修性工程加权分配法
维修性工程加权分配法就像可靠性工程加权分配法一样,考虑到影响维修性
指标诸因素进行加权分配,其影响因素详见第一章1.5节中所述。
3.4.1维修性工程加权分配法分配公式
公式:
MTTF=KJ/KMTTFS
式中:
MTT分配给第J分机(或单元)的平均维修时间。
K――第J分机总的加权因子K=Kj1+Kj2+Kj3+Kj4
Kj1模块化设计程度加权因子。
K2――故障检测方式加权因子。
K3――可接近性加权因子。
K4——可更换性加权因子。
3.4.2维修性工程加权分配示例
举例:
某舰载综合火控雷达系统,经过加权分配,要求搜索雷达的
MTTR=0.5h。
搜索雷达由发射机、接收机、伺服系统、显示分机、电源分机和天
馈系统所组成,通过可靠性指标分配,已知各分机失效率入j(入j=1/MTBFj),
求各分机平均故障修复时间MTTR值。
第一步:
按照表3.3~表3.6,求出各分机加权因子Kj(K=Ki+K2+《+刚)第二步:
求出各分机入jKj的,进而求出K
P
k='jkj/
i=1
第三步:
根据分配公式,便可求出各分机的MTTRj;值
MTTRj=Kj/KMTTRs
第四步:
验证,根据下面公式进行验证:
p
MTTRs八■iMTTRi/R
i-1
P
=、'-jMTTRj/■
j二1
验证分配后的指标是否能满足整机要求。
1_1
MTBF发-407
二2.4610(1/h)
■发•K发=2.4610(1/h)
p
k八’jKj/'
j=1
二193.5610/25.5110=7.59
(K发=10)
p
('及:
二:
Kj见表
j丄
3.6)
MTTR
10
7.59
0.5=0.66(h)
以发射机为例(其余类同)经计算分配结果见表3.7
表3.3模块设计程度加权因子Kj1
因子
程度
KJ1
备注
全模块设计
0
设备中所有电路以完整功能单元构成模块
大部分模块设计
1
设备中,大部分电路以完整功能单元构成模块
小部分模块设计
2
设备中,小部分电路以完整功能单元构成模块
无模块设计
4
分立散装
表3.4故障检测方式加权因子Kj2
因子
方式
KJ2
备注
自动
0
用计算机控制的自动检测
半自动
2
人工控制的数字电路(包括检测点选择开关/表头组合等)
人工
4
用轻便仪表手动测量电路测试点
表3.5可接近性加权因子金
因子
接近性
KJ3
备注
容易
0
有通道。
组合抽拉翻转。
手、工具、仪表容易接近故障部位
一般
1
有门,单层盖板,罩子等易打开
困难
2
需拆开多于层的遮盖物
十分困难
4
需大拆,大动
表3.6故障检测方式加权因子Kj4
因子
更换性
KJ4
备注
容易
0
轻便,可快速拆装,快速锁紧,插拔更换
一般
1
用备用工具拆装,较方便
困难
2
较笨重,装拆不方便,一人干很困难
十分困难
4
需大动,很重,需专用机械协助搬动
表3.7搜索雷达各分机分配结果
\项目
入j
(10-3/h)
kj
入jkj
(10-3/h)
MTTR
(h)
入jMTTR
10-3
发射
2.46
10
24.6
0.66
1.62
接收
11
8
88
0.53
5.83
伺服
1.64
10
164
0.66
1.08
显示
7.87
6
47.22
0.40
3.15
电源
2.19
6
13.14
0.40
0.88
天馈
0.35
12
4.2
0.79
0.28
总计
25.51
193.56
12.84
3.5进行可靠性与维修性指标分配
在工程实施上应注意事项
3.5.1可靠性与维修性指标分配是按固有可靠性和基本的维修性指标进行分配,当分系统(或单元)经预计达不到所分配的指标时,可以进行冗余设计、降额设计、热设计、环境防护等可靠性设计措施及故障检测定位、模块化设计、可接近性设计及可更换性等有效的维修性设计措施,以满足要求。
3.5.2可靠性与维修性指标分配是在产品研发早期阶段进行,随着产品研发的进展和成熟要不断完善分配方法和结果。
3.5.3可靠性与维修性指标分配方法很多,本教材仅推荐工程上较为实用的几种方法,在产品研发过程中可根据产品不同特点可以选取不同方法和不同分配加权因子。
3.5.4在进行分配时应留有余量,以使系统的指标得以保证。