針對(duì)核電產(chǎn)品的可靠性評(píng)分分配法

馬禮兵

上海電氣核電設(shè)備有限公司 上海 201306

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針對(duì)核電產(chǎn)品的可靠性評(píng)分分配法

馬禮兵

上海電氣核電設(shè)備有限公司 上海 201306

介紹了可靠性分配原則、流程，分析了針對(duì)核電產(chǎn)品的可靠性評(píng)分分配法。這一方法更符合核電產(chǎn)品的特點(diǎn)，分配結(jié)果也更切合工程實(shí)際。

可靠性； 評(píng)分分配； 核電

1 概述

可靠性研究是一門在各學(xué)科、行業(yè)普及的工程技術(shù)學(xué)科，已經(jīng)從電子產(chǎn)品的可靠性發(fā)展到機(jī)械和非電子產(chǎn)品的可靠性[1-2]，從硬件的可靠性發(fā)展到軟件的可靠性[3-4]，從重視可靠性統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)發(fā)展到強(qiáng)調(diào)可靠性工程試驗(yàn)[5-6]。可靠性研究通過環(huán)境應(yīng)力篩選和可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)來暴露產(chǎn)品的問題，提高產(chǎn)品的可靠性。

可靠性在核電中有極其重要的作用，一旦核電設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重故障導(dǎo)致重大安全事故，所造成的后果將難以估量。因此，研究核電產(chǎn)品的可靠性問題，是十分重要、迫切的。提高核電產(chǎn)品的可靠性，可以防止故障和事故的發(fā)生，尤其可以避免災(zāi)難性事故的發(fā)生，從而保證人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

可靠性分配是可靠性研究中的一項(xiàng)重要工作，將設(shè)計(jì)任務(wù)書中規(guī)定的可靠性指標(biāo)分配到各分系統(tǒng)、部件和零件，在系統(tǒng)論證、方案設(shè)計(jì)及技術(shù)研發(fā)階段具有重要作用。可靠性分配可以為可靠性設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和維修使用保障等提供依據(jù)[7-10]。

可靠性評(píng)分分配法的基本思想是通過有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員或?qū)＜覍?duì)影響可靠性的幾種因素進(jìn)行評(píng)分，并對(duì)評(píng)分值進(jìn)行綜合分析，以獲得各單元產(chǎn)品之間的可靠性相對(duì)比值，進(jìn)而給每個(gè)分系統(tǒng)或設(shè)備分配可靠性指標(biāo)。

筆者在傳統(tǒng)可靠性評(píng)分分配法的基礎(chǔ)上提出一種針對(duì)核電產(chǎn)品的可靠性評(píng)分分配法，其可靠性分配結(jié)果較傳統(tǒng)方法更準(zhǔn)確、合理。

2 可靠性分配原則

可靠性分配通常應(yīng)遵循的原則如下。

(1) 對(duì)于復(fù)雜度高的分系統(tǒng)、設(shè)備等，應(yīng)分配較低的可靠性指標(biāo)。因?yàn)楫a(chǎn)品越復(fù)雜，其組成單元就越多，要達(dá)到高可靠性就越困難，且成本也越高。

(2) 對(duì)于技術(shù)上不成熟的產(chǎn)品，分配較低的可靠性指標(biāo)。對(duì)于這種產(chǎn)品提出高可靠性要求，會(huì)延長研制時(shí)間，增加研制費(fèi)用。

(3) 對(duì)于處于惡劣環(huán)境條件下工作的產(chǎn)品，應(yīng)分配較低的可靠性指標(biāo)。因?yàn)閻毫拥沫h(huán)境會(huì)增加產(chǎn)品的故障率。

(4) 當(dāng)把可靠度作為分配參數(shù)時(shí)，對(duì)于需要長期工作的產(chǎn)品，應(yīng)分配較低的可靠性指標(biāo)。因?yàn)楫a(chǎn)品的可靠性隨著工作時(shí)間的延長而降低。

(5) 對(duì)于重要度高的產(chǎn)品，應(yīng)分配較高的可靠性指標(biāo)。因?yàn)橹匾雀叩漠a(chǎn)品發(fā)生故障會(huì)影響人身安全或任務(wù)的完成。

(6) 結(jié)合實(shí)際，考慮一些其它因素，如維修性、保障性等。

(7) 對(duì)于已有可靠性指標(biāo)的貨架產(chǎn)品或使用成熟的系統(tǒng)和成品，不再進(jìn)行可靠性分配。同時(shí)，在進(jìn)行可靠性分配時(shí)，要從總指標(biāo)中剔除這些單元的可靠性值。

3 可靠性分配流程

可靠性分配流程如圖1所示。

圖1 可靠性分配流程圖

4 可靠性評(píng)分分配法

可靠性分配方法主要有等分分配法、比例組合法、評(píng)分分配法等。筆者主要針對(duì)的是處于方案研發(fā)階段的設(shè)備產(chǎn)品，無以往產(chǎn)品故障信息，也無相似產(chǎn)品的故障數(shù)據(jù)，因此按現(xiàn)有條件采用評(píng)分分配法對(duì)產(chǎn)品指標(biāo)進(jìn)行分配。由于缺少有效數(shù)據(jù)支撐，將非工作失效率假設(shè)為零。

可靠性評(píng)分分配法通過對(duì)影響產(chǎn)品可靠性的幾種因素進(jìn)行評(píng)分，并對(duì)評(píng)分值進(jìn)行綜合分析，以獲得各單元產(chǎn)品之間的可靠性相對(duì)比值——分配因子，再根據(jù)分配因子對(duì)每個(gè)單元產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)進(jìn)行分配?？煽啃栽u(píng)分分配法可用于對(duì)故障率或平均故障間隔時(shí)間等基本可靠性指標(biāo)進(jìn)行分配，公式如下：

(1)

5 實(shí)施步驟

(1) 確定評(píng)分因素，給出評(píng)分依據(jù)，建立評(píng)分準(zhǔn)則?？煽啃栽u(píng)分分配法通常考慮的因素有復(fù)雜程度、技術(shù)成熟水平、工作時(shí)間、環(huán)境條件等，根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)可以增加或減少評(píng)分因素。確定評(píng)分因素后，應(yīng)建立評(píng)分準(zhǔn)則。評(píng)分準(zhǔn)則是給專家提供的評(píng)分依據(jù)，本步驟中應(yīng)確定各類因素的評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)及范圍，以及各分值的說明，分值越高說明可靠性越差。

復(fù)雜程度根據(jù)被評(píng)核電產(chǎn)品的零部件數(shù)量及組裝的難易程度來評(píng)定，表1給出了一種推薦的復(fù)雜程度因素評(píng)分準(zhǔn)則。

表1 復(fù)雜程度因素評(píng)分準(zhǔn)則

技術(shù)成熟水平根據(jù)被評(píng)核電產(chǎn)品的技術(shù)水平和成熟程度進(jìn)行評(píng)定，表2給出了一種推薦的技術(shù)成熟水平因素評(píng)分準(zhǔn)則。

表2 技術(shù)成熟水平因素評(píng)分準(zhǔn)則

工作時(shí)間根據(jù)被評(píng)核電產(chǎn)品的工作時(shí)間進(jìn)行評(píng)定，表3給出了一種推薦的工作時(shí)間因素評(píng)分準(zhǔn)則。

表3 工作時(shí)間因素評(píng)分準(zhǔn)則

環(huán)境條件根據(jù)被評(píng)核電產(chǎn)品所處的環(huán)境進(jìn)行評(píng)定，表4給出了一種推薦的環(huán)境條件因素評(píng)分準(zhǔn)則。

(2) 專家對(duì)影響因素進(jìn)行評(píng)分，并計(jì)算平均評(píng)分。每位專家對(duì)所有因素打分后，使用下式求出這些打分的算術(shù)平均分：

(2)

式中：Sij為第i個(gè)單元產(chǎn)品、第j個(gè)因素的平均得分；m為打分專家數(shù)量；tij(l)為第l個(gè)專家為第i個(gè)單元產(chǎn)品、第j個(gè)因素的打分。

(3) 計(jì)算評(píng)分分配因子。使用下式計(jì)算每個(gè)單元產(chǎn)品的評(píng)分?jǐn)?shù)：

表4 環(huán)境條件因素評(píng)分準(zhǔn)則

(3)

式中：Si為第i個(gè)單元產(chǎn)品的評(píng)分?jǐn)?shù)；k為影響因素?cái)?shù)量。

使用下式計(jì)算分配因子Ci：

(4)

式中：n為單元產(chǎn)品數(shù)量。

(4) 計(jì)算分配結(jié)果。使用式(1)計(jì)算分配結(jié)果。

(5) 處理計(jì)算結(jié)果。將分配得到的故障率求倒數(shù)得到平均故障間隔時(shí)間，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行圓整化，驗(yàn)算可靠性指標(biāo)是否滿足要求。

6 案例分析

某核電產(chǎn)品由傳動(dòng)裝置、導(dǎo)向管、鏈條、塞體、拉桿、滑架、吊桶、導(dǎo)軌和電氣控制等九大組件構(gòu)成，為了控制風(fēng)險(xiǎn)，要求平均故障間隔時(shí)間為570h，增加25%余量，即用于分配的平均故障間隔時(shí)間指標(biāo)為712.5h。以下用評(píng)分分配法進(jìn)行可靠性分配。

(1) 確定評(píng)分因素，給出評(píng)分依據(jù)，建立評(píng)分準(zhǔn)則?？紤]的因素有復(fù)雜程度、技術(shù)成熟水平、工作時(shí)間、環(huán)境條件。

(2) 專家對(duì)影響因素進(jìn)行評(píng)分。請(qǐng)核電領(lǐng)域有經(jīng)驗(yàn)的專家對(duì)影響可靠性的幾種因素進(jìn)行評(píng)分，按多個(gè)專家評(píng)分求算術(shù)平均分，匯總結(jié)果見表5。

表5 評(píng)分結(jié)果

(3) 計(jì)算分配因子及分配結(jié)果，并對(duì)分配結(jié)果進(jìn)行處理。使用公式計(jì)算得到總評(píng)分、分配因子、分配結(jié)果，計(jì)算平均故障間隔時(shí)間并進(jìn)行結(jié)果圓整化，驗(yàn)算可靠性指標(biāo)是否滿足要求，結(jié)果見表6。

驗(yàn)算分配結(jié)果，規(guī)定的故障分配率指標(biāo)為1403.5×10-6/h，分配的平均故障間隔時(shí)間為713h，大于570h，因此分配結(jié)果滿足分配目標(biāo)。

7 結(jié)論

核電產(chǎn)品所處的環(huán)境條件比較惡劣，往往需要經(jīng)受高溫、地震、輻照等惡劣環(huán)境，因此筆者對(duì)傳統(tǒng)的專家評(píng)分法進(jìn)行了改進(jìn)，評(píng)分因素包括復(fù)雜程度、技術(shù)成熟水平、工作時(shí)間、環(huán)境條件。改進(jìn)后針對(duì)核電產(chǎn)品的評(píng)分分配法更加準(zhǔn)確、合理，為核電產(chǎn)品方案階段的可靠性工作提供了參考和依據(jù)。

表6 可靠性分配結(jié)果

[1] 李瑞瑩,康銳,黨煒.機(jī)械產(chǎn)品可靠性預(yù)計(jì)方法的比較與選擇[J].工程機(jī)械,2009,40(5)： 53-57.

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[3] 劉云,趙瑋.軟件可靠性研究與進(jìn)展[J].微機(jī)發(fā)展,2003,13(2)： 12-15.

[4] 楊玉麗.軟件可靠性研究現(xiàn)狀與展望[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2010,6(1)： 128-129.

[5] 陳其偉.可靠性工程技術(shù)應(yīng)用講座第四講： 可靠性試驗(yàn)、評(píng)估技術(shù)及應(yīng)用[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2009(3)： 116-119.

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[9] 王超,王金等.機(jī)械可靠性工程[M].北京： 冶金工業(yè)出版社,1992.

[10] 維修性分配與預(yù)計(jì)手冊(cè)： GJB/Z 57—1994[S].

(編輯： 爾 東)

Introduced the reliability allocation principles and procedures, analysed the reliability score distribution method for nuclear power products. The method is more in line with the characteristics of nuclear products and the allocation results are more fit for the engineering reality.

Reliability; Score Distribution; Nuclear Power

2017年5月

馬禮兵(1983— )，男，本科，工程師，主要從事核電設(shè)備設(shè)計(jì)制造工作， E-mail： malb@shanghai-electric.com

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