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(qū)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(tài)，建立了其可靠性邏輯關系和數(shù)學模型，通過計算，得到了某戰(zhàn)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(jù)美國海軍電子實驗室的統(tǒng)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(tǒng)計數(shù)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(guī)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(shù)可靠性預測法是根據(jù)零部件的失效數(shù)據(jù)和元器件質量系數(shù)來估計設備的可靠性和維修性，從預測的結果可以發(fā)現(xiàn)在設計階段能夠根據(jù)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(jù)產品的零件機能、工作環(huán)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(shù)，相對于在時刻正常工作產品總數(shù)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(shù)，其修復時間的平均值。

5）質量系數(shù)：是指不同質量等級對元器件工作失效率影響的調整系數(shù)。

在工作應力下，元器件計數(shù)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(shù)，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(shù)學模型

根據(jù)某新型艦消磁設備邏輯關系，整個系統(tǒng)可靠性為串聯(lián)系統(tǒng)模型。其可靠度數(shù)學模型為：

R總()=R控制()·R監(jiān)控()·R電源()·R采樣()

控制分系統(tǒng)為混聯(lián)系統(tǒng)，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(tǒng)的正常運行?？刂苾x器的可靠度數(shù)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(jiān)控分系統(tǒng)為串聯(lián)系統(tǒng)，任意一個功能單元出了問題，都將影響總系統(tǒng)的正常工作。所以監(jiān)控模塊的可靠度數(shù)學模型為：

R監(jiān)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(tǒng)為串聯(lián)系統(tǒng)，八路電源模塊分別執(zhí)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(tǒng)的正常工作。所以電源模塊的可靠度數(shù)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(shù)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(shù)量；N——不同的通用元器件的種類數(shù)

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(guī)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(qū)域。嚴格執(zhí)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(jiān)控裝置失效率的計算

監(jiān)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(jiān)控裝置失效率

監(jiān)控裝置失效率為：

λ監(jiān)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(tǒng)總失效率計算如下：

λ總=λ控制+λ監(jiān)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(fā)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(guī)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(yè)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(yè)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(huán)境及防護工程。